MATLAB语言及其应用课件CH03matlab程序设计

第3章MATLAB程序设计,曹aoxia0622012.03,3.1M文件3.2数据的输入输出3.3选择结构3.4分支结构3.5循环结构3.6函数文件3.7全局变量和局部变量3.8类和对象3.9程序调试3.10程序设计优化3.11文件操作,3.1M文件,3.1.1M文件的建立与编辑1.建立新的M文件(1)菜单操作：MATLAB命令窗口的File菜单New菜单项Script或Function命令。(2)命令操作：在MATLAB命令窗口输入命令edit。(3)命令按钮操作：单击MATLAB命令窗口工具栏上的“新建”命令按钮。2.编辑已有的M文件,3.1.2M文件的分类分类：命令文件(ScriptFile)和函数文件(FunctionFile)。主要区别,例3.1建立一个命令文件将变量a,b的值互换，然后运行该命令文件。首先建立命令文件并以文件名exch.m存盘：clear;a=1:10;b=11,12,13,14;15,16,17,18;c=a;a=b;b=c;ab然后在MATLAB的命令窗口中输入exch，将会执行该命令文件。,例3.2建立一个函数文件将变量a,b的值互换，然后在命令窗口调用该函数文件。首先建立函数文件fexch.m：functiona,b=exch(a,b)c=a;a=b;b=c;然后在MATLAB的命令窗口调用该函数文件：clear;x=1:10;y=11,12,13,14;15,16,17,18;x,y=fexch(x,y),3.2数据的输入输出,3.2.1input函数调用格式为：A=input(提示信息，选项)；其中提示信息为一个字符串，用于提示用户输入什么样的数据。如果在input函数调用时采用s选项，则允许用户输入一个字符串。例如，想输入一个人的姓名，可采用命令：b=input(Whatsyourname?,s),3.2.2disp函数调用格式为disp(输出项)其中输出项既可以为字符串，也可以为矩阵。注意：用disp函数显示矩阵时将不显示矩阵的名字，而且其格式更紧密，且不留任何没有意义的空行。,例3.3A=Iamastudent;disp(A)例3.4a=30;b=25;c=a+b;disp(Thesumof,num2str(a),and,num2str(b),is,num2str(c),例3.5求一元二次方程ax2+bx+c=0的根。程序如下：a=input(a=?);b=input(b=?);c=input(c=?);d=b*b-4*a*c;x=(-b+sqrt(d)/(2*a),(-b-sqrt(d)/(2*a);disp(x1=,num2str(x(1),x2=,num2str(x(2);,3.2.3pause函数其调用格式为：pause(延迟秒数)如果省略延迟时间，直接使用pause，则将暂停程序，直到用户按任一键后程序继续执行。若要强行中止程序的运行可使用Ctrl+C命令。,例3.6pause应用示例，程序如下：x=10;y=sin(x);z=cos(x);r=y+z;disp(y);pausedisp(z)pause(10)disp(r),3.3选择结构,3.3.1if语句在MATLAB中，if语句有3种格式。1.单分支if语句语句格式为：if条件语句组end当条件成立时，则执行语句组，执行完之后继续执行if语句的后继语句，若条件不成立，则直接执行if语句的后继语句。,例3.7根据变量x的值计算变量y的值，程序如下：x=input(请输入变量x的值：);ifx0y=sqrt(x);endifx=Aend,3.4分支结构3.4.1switch-case-end语句其语句格式为：switch表达式case表达式1语句组1case表达式2语句组2case表达式m语句组motherwise语句组m+1end,例3.10某商场对顾客所购买的商品实行打折销售，已知打折标准，求所售商品的实际销售价格。程序如下：price=input(请输入商品价格);switchfix(price/100)case0,1rate=0;case2,3,4rate=3/100;casenum2cell(5:9)rate=5/100;casenum2cell(10:24)rate=8/100;casenum2cell(25:49)rate=10/100;otherwiserate=14/100;endprice=price*(1-rate),例3.11使用switch结构判断学生成绩的等级，90分以上为优，8090为良，7080为中，6070为及格，60分以下为不及格。score=98;s1=fix(score/10);switchs1case9,10s=优case8s=良case7s=中case6s=及格otherwises=不及格end,3.4.2try-catch-end语句语句格式为：try语句组1catch语句组2endtry语句先试探性执行语句组1，如果语句组1在执行过程中出现错误，则将错误信息赋给保留的lasterr变量，并转去执行语句组2。这种试探性执行语句是其他高级语言所没有的。,例3.12矩阵乘法运算要求两矩阵的维数相容，否则会出错。先求两矩阵的乘积，若出错，则自动转去求两矩阵的点乘。程序如下：A=1,2,3;4,5,6;B=7,8,9;10,11,12;tryC=A*B;catchC=A.*B;endClasterr%显示出错原因,3.5循环结构,3.5.1for语句语句格式为：for循环变量=表达式1:表达式2:表达式3循环体语句end首先计算三个表达式的值，再将表达式1的值赋给循环变量，如果此时循环变量的值介于表达式1和表达式3的值之间，则执行循环体语句，否则结束循环的执行。执行完一次循环之后，循环变量自增一个表达式2的值，然后再判断循环变量的值是否介于表达式1和表达式3之间，如果满足仍然执行循环体，直至不满足为止。这时将结束for语句的执行，而继续执行for语句后面的语句。,例3.13已知求y的表达式，当n=100时，求y的值。程序如下：y=0;n=100;fori=1:ny=y+1/i/i;endy在实际MATLAB编程中，为提高程序的执行速度，常用向量运算来代替循环操作：n=100;i=1:n;f=1./i.2;y=sum(f),例3.14求定积分。程序如下：a=0;b=3*pi;n=1000;h=(b-a)/n;x=a:h:b;f=exp(-0.5*x).*sin(x+pi/6);fori=1:ns(i)=(f(i)+f(i+1)*h/2;ends=sum(s)事实上，MATLAB提供了有关数值积分的标准函数，实际应用中可直接调用这些函数求数值积分。,for语句更一般的格式：for循环变量=矩阵表达式循环体语句end执行过程是依次将矩阵的各列元素赋给循环变量，然后执行循环体语句，直至各列元素处理完毕。实际上，“表达式1:表达式2:表达式3”是一个仅为一行的矩阵(行向量)，因而列向量是单个数据。,例3.15已知5个学生4门功课的成绩，求每名学生的总成绩。程序如下：s=0;a=65,76,56,78;98,83,74,85;76,67,78,79;98,58,42,73;67,89,76,87;fork=as=s+k;enddisp(s);,3.5.2while语句while语句的一般格式为：while(条件)循环体语句end其执行过程为：若条件成立，则执行循环体语句，执行后再判断条件是否成立，如果不成立则跳出循环,例3.16使用while循环计算f(x)=sin(x)，xx=0.1;whilexadd_mu(1,2,3,4)Ans=10a,b=add_mu(1,2,3,4)a=10b=24,nargin和nargout分别为输入输出参数的个数，varargin和varargout分别代表未知的输入输出变量varargin用法示例函数文件add_var.m：functionre=add_var(a,b,varargin)ifnargin=2re=a+b;elseifnargin=3c=varargin1;re=a+b+c;elseerror(wrong)end调用函数文件add_var.mre=add_var(1,2)re=3re=add_var(1,2,3)re=6re=add_var(1,2,3,4)?Errorusing=add_varat,3.7全局变量和局部变量,全局变量用命令global定义。函数文件的内部变量是局部的，与其他函数文件及MATLAB工作空间相互隔离。例3.21全局变量应用示例。先建立函数文件wadd.m，该函数将输入的参数加权相加。functionf=wadd(x,y)globalALPHABETAf=ALPHA*x+BETA*y;在命令窗口中输入(main3.m)：ALPHA=1;BETA=2;globalALPHABETAs=wadd(1,2),建立第一个函数文件wenjian1.mfunctionm=wenjian1(x);globalaba=x2;b=2*x;m=a+b;建立第二个函数文件wenjian2.mfunctionn=wenjian2(x)globalabn=wenjian1(x)+10;a=n+b在CommandWindow中定义全局变量（main4.m）globalabs=8;wenjian1(s)abwenjian2(s),3.8类和对象类的概念是结构体的拓展，在类中，不但可以包含变量成员，还可以包含与这些变量相关联的函数或运算。对象是类的一个具体实例。类和对象的概念是面向对象程序设计(Object-orientedProgramming)的基础。采用面向对象技术可以把复杂的操作过程加以隐藏，而外部呈现为人们所习惯的处理形式。,3.9程序调试,语法错误发生在程序代码的解释过程中，一般有函数参数输入类型有误或矩阵运算阶数不符等情况。执行错误发生在程序运行过程中，出现溢出或死循环等引起，错误与程序有关，较难发现。,?a=12;34;?b=123;456;789;?a*b?Errorusing=*Innermatrixdimensionsmustagree.,?a=NaN?isnan(a)ans=1?a=;?isempty(a)ans=1,尽量避免出现NaN、inf或空矩阵等异常数据，要适当采取方法来控制。,错误检测语法错误会给出相应的信息，容易检查定位；将程序执行的中间结果输出到命令窗口，以方便检查；使用keyboard函数中断程序，进入调试状态，实现交互式调试；将函数头注释掉，从而函数变为脚本文件调试；使用调试菜单或调试函数。,调试函数dbstopinat用来在M文件中设置断点；函数dbstatus用来显示断点信息；函数dbtype显示M文件文本（包括行号）；函数dbstep从断点处继续执行M文件；函数dbstack显示M文件执行时调用的堆栈等；函数dbup/dbdown可以实现工作空间的切换；,?dbtypedb_test1functionC=db_test(A,B)2num11,num12=size(A);3num21,num22=size(B);4if(num12=num21)5C=A*B6else7if(num11=num22)8C=B*A;9else10error(inputerror!)11end12end13return,例：functionC=db_test(A,B)num11,num12=size(A);num21,num22=size(B);if(num12=num21)C=A*Belseif(num11=num22)C=B*A;elseerror(inputerror!)endendreturn,3.10程序设计优化,以矩阵为操作主体以向量运算代替循环运算,提倡矩阵操作?tic;x=1;fori=1:1000,y(i)=sin(x);x=x+0.1*pi;end,tocelapsed_time=0.0500?tic;x=1:0.1*pi:1000*pi;y=sin(x);tocelapsed_time=0.0100,在多重循环的情况下，建议外循环执行循环次数少的，内循环执行循环次数多的。例：生成510000的Hilbert矩阵，其中hi,j=1/(i+j-1),Test2.mticforj=1:10000fori=1:5H(i,j)=1/(i+j-1);endendtoc,Test1.mticfori=1:5forj=1:10000H(i,j)=1/(i+j-1);endendtoc,?test1elapsed_time=0.2970?test2elapsed_time=0.6100,大型矩阵预先定维大型矩阵动态的定维会降低程序运行效率，所以，应预先估计变量的最大维数，用zeros或ones等进行预先定维。,ticH=zeros(5,10000);fori=1:5forj=1:10000H(i,j)=1/(i+j-1);endendtoc,ticH=zeros(5,10000);fori=1:5H(i,:)=1./i:i+9999;endtoc,?test1elapsed_time=0.2970?test2elapsed_time=0.0310,对于二重循环，还可以使用meshgrid函数（A,B=Meshgrid(a,b)用于从数组a和b产生网格。生成的网格矩阵A和B大小是相同的。它也可以是更高维的）来构造。优先考虑内在函数采用有效算法,?tic,i,j=meshgrid(1:5,1:10000);H=1./(i+j-1);tocelapsed_time=0.0150,3.11文件操作,3.10.1文件的打开与关闭1.打开文件fopen函数的调用格式为：Fid=fopen(文件名，打开方式)2.关闭文件调用格式为：Sta=fclose(Fid),3.11.2二进制文件读写操作1.读二进制文件fread函数可以读取二进制文件的数据，并将数据存入矩阵。其调用格式为：A,COUNT=fread(Fid,size,precision)2.写二进制文件fwrite函数按照指定的数据精度将矩阵中的元素写入到文件中。其调用格式为：COUNT=fwrite(Fid,A,precision),3.11.3文本文件读写操作1.读文本文件fscanf函数可以读取文本文件的内容，并按指定格式存入矩阵。其调用格式为：A,COUNT=fscanf(Fid,format,size)2.写文本文件fprintf函数可以将数据按指定格式写入到文本文件中。其调用格式为：COUNT=fprintf(Fid,format