MATLAB程序设计.ppt

MATLABM程序控制结构,1.1MATLAB的工作模式,指令驱动模式通常matlab以指令驱动模式工作，即在matlab窗口下当用户输入单行指令时，matlab立即处理这条指令，并显示结果，这就是matlab命令行方式。命令行操作时，matlab窗口只允许一次执行一行上的一个或几个语句。,一、M文件,例1：指令驱动一行一条指令x1=0:10x1=012345678910x2=0:3:11x2=0369x3=11.5:-3:0x3=11.50008.50005.50002.5000,命令行驱动，一行多条指令x1=0:10,x2=0:3:11,x3=11.5:-3:0x1=012345678910 x2=0369x3=11.50008.50005.50002.5000在matlab窗口输入数据和命令进行计算时，当处理复杂问题和大量数据时是不方便的。命令行方式程序可读性差，而且不能存储，对于复杂的问题，应编写成能存储的程序文件。,M文件模式将matlab语句构成的程序存储成以m为扩展名的文件，然后再执行该程序文件，这种工作模式称为程序文件模式。程序文件不能在命令窗口下建立，因为命令窗口只允许一次执行一行上的一个或几个语句。,脚本文件：将原本要在MATLAB环境下直接输入的多条语句，存放为.m后缀的文件，在命令行键入文件名，替代多条语句，一次执行成批命令。函数文件：以固定格式书写的程序代码，第一行是函数定义行。和C语言，Fortran等语言程序一样。,用MATLAB语言编写的程序，称为M文件。M文件可以根据调用方式的不同分为两类：脚本文件（命令文件）(ScriptFile)和函数文件(FunctionFile),1.2M文件,两种文件对比,1.3M文件的创建,m文件的类型是普通的文本文件，我们可以使用系统认可的文本文件编辑器来建立m文件。如MATLAB下的m文件编辑器、windows的记事本和word等。具体的创建方法：,1、edit用matlab自带的编辑器编制m文件。,启动MATLAB文本编辑器有3种方法：(1)菜单操作。从MATLAB主窗口的File菜单中选择New菜单项，再选择M-file命令，屏幕上将出现MATLAB文本编辑器窗口。,(2)命令操作。在MATLAB命令窗口输入命令edit，启动MATLAB文本编辑器后，输入M文件的内容并存盘。(3)命令按钮操作。单击MATLAB主窗口工具栏上的NewM-File命令按钮，启动MATLAB文本编辑器后，输入M文件的内容并存盘。,2.利用WINDOWS下的记事本创建m文件,3.点击fileSaveWorkspaceAs将工作空间中的内容存入文件。4.word用word编辑m文件。,注意：所创建的m文件必须纳入matlab搜索路径后，才能在matlab命令窗口运行。,M文件创建之后以.m文件后缀形式保存到硬盘目录下,Matlab搜索路径的设置matlab7.0缺省路径是C:MATLAB701work若创建的M文件放在新创建的目录下，可通过MATLAB菜单files/addpath进行路径的添加,1.3.1命令文件简单的m文件命令文件实际上是一串指令的集合，与在命令窗口逐行执行文件中的所有指令，其结果是一样的。没有输入输出参数。,1.3M文件的格式,（1）命令文件格式包括两部分：注释文件和程序文件%RANKNumberoflinearlyindependentrowsorcolumns.%K=RANK(X)isthenumberofsingularvaluesofX%thatarelargerthanMAX(SIZE(X)*NORM(X)*EPS.%K=RANK(X,tol)isthenumberofsingularvaluesofXthat%arelargerthantol.%Copyright(c)1984-94byTheMathWorks,Inc.s=svd(x);if(nargin=1)tol=max(size(x)*max(s)*eps;endr=sum(stol);,（2）命令m文件建立及其运行,建立包括以下步骤：进入m文件编辑器输入程序定义文件名，保存程序命令M文件的运行方式：直接在命令窗口输入该文件的文件名在m文件编辑器中打开该文件后点击工具条中的“运行”按钮,例2：将两个矩阵相加,1、输入程序：%对两个矩阵相加clccleara=1,2,3;b=4,5,6;c=a+b,2、保存到当前工作路径为myadd.m,3、在命令窗口输入myadd，回车或打开文件，点击运行按钮,给出结果：c=579,打开已有的M文件，也有3种方法：(1)菜单操作。从MATLAB主窗口的File菜单中选择Open命令，则屏幕出现Open对话框，在Open对话框中选中所需打开的M文件。在文档窗口可以对打开的M文件进行编辑修改，编辑完成后，将M文件存盘。(2)命令操作。在MATLAB命令窗口输入命令：edit文件名，则打开指定的M文件。(3)命令按钮操作。单击MATLAB主窗口工具栏上的OpenFile命令按钮，再从弹出的对话框中选择所需打开的M文件。,1.3.2matlab函数文件（1）函数（和C语言既有相同又有不同之处）函数工作空间：在函数运行时，在内存中开辟一块存储空间，存储函数命令和运行中间结果，运行完就释放。与workspace对应。函数变量：形参为输入变量，返回值为输出变量。可以有多个返回值。,（2）matlab函数内置文件matlab自定义的函数文件称内置函数文件调用内置函数的方法：使用函数名并给出相应的入口、出口参数即可。例：sin.m函数用type指令显示其m文件内容typesinsinisabuilt-infunction.例3输入程序：x=0:2*pi/180:2*pi;y=sin(x)plot(x,y),保存为mymfile.m后运行,matlab拥有大量的内置数学函数，供我们在数值运算和符号运算中调用。如sqrt(x)求x的平方根abs(x)求x的绝对值det(a)求行列式的值等等。,matlab用户可以根据需要编辑自己的m文件，它们可以像库函数一样方便的调用，从而极大地扩展了matlab的能力。对于某一类特殊问题，如创建了许多m函数文件，则可形成新的工具箱。这种用matlab语言创建定义新的matlab函数的功能，正体现了matlab语言强大的扩展功能。,(3).用户定义函数m文件需要输入变量，返回输出变量,函数m文件的格式：function返回变量=函数名（输入变量）注释说明语句段程序语句段,例4编写函数文件求半径为r的圆的面积和周长。函数文件如下：functions,p=fcircle(r)%calculatetheareaandperimeterofacircleofradiir%r，s，p分别为圆的半径、面积以及周长%2004年7月30日编s=pi*r*r;p=2*pi*r;,函数m文件第一行必须以单词function作为引导词，表示该M文件是一个函数文件，必须遵循如下形式：function=()函数名的命名规则与变量名相同，m文件的文件名必须是.m。输入形参为函数的输入参数，输出形参为函数的输出参数。当输出形参多于一个时，则应该用方括号括起来。程序中的变量均为局部变量，不保存在工作空间中。其变量只在函数运行期间有效。,特定规则：,(4).函数m文件的调用,函数调用的一般格式是：输出实参表=函数名(输入实参表)要注意的是，函数调用时各实参出现的顺序、个数，应与函数定义时形参的顺序、个数一致，否则会出错。函数调用时，先将实参传递给相应的形参，从而实现参数传递，然后再执行函数的功能。,例5利用函数文件，实现直角坐标(x,y)与极坐标(,)之间的转换。1、建立函数文件functionrho,theta=tran(x,y)rho=sqrt(x*x+y*y);theta=atan(y/x);2、保存为tran.m3、编写命令文件main1.m调用tran.m：x=input(Pleaseinputx=:);y=input(Pleaseinputy=:);rho,the=tran(x,y);rhotheMATLAB中，函数可以嵌套调用，即一个函数可以调用别的函数，甚至调用它自身。一个函数调用它自身称为函数的递归调用。,例6分别建立命令文件和函数文件，将华氏温度f转换为摄氏温度c。程序1：首先建立命令文件并以文件名f2c.m存盘。clear;%清除工作空间中的变量f=input(InputFahrenheittemperature：);c=5*(f-32)/9然后在MATLAB的命令窗口中输入f2c，将会执行该命令文件，执行情况为：InputFahrenheittemperature：73c=22.7778,程序2：首先建立函数文件f2c.m。functionc=f2c(f)c=5*(f-32)/9然后在MATLAB的命令窗口调用该函数文件。clear;y=input(InputFahrenheittemperature：);x=f2c(y)输出情况为：InputFahrenheittemperature：70c=21.1111x=21.1111,局部变量和全局变量：局部变量只存在于单个函数工作空间，全局变量通过global定义，可穿行于不同函数工作空间，包括基本工作空间workspace。,(5).函数文件的其他相关概念,函数文件的内部变量是局部的，与其他函数及MATLAB内存相互隔离；而如果在若干函数中把某一变量定义为全局变量，那么这些函数将公用这个变量，全局变量的作用域是整个MATLAB的工作区，即全程有效，所有函数都可以对其存取和修改。全局变量是函数之间传递数据的一个方式全局变量用global命令定义，格式为：global变量名,例全局变量应用示例,functionf=wadd(x,y)globalALPHABETAf=ALPHA*x+BETA*y;在命令窗口中输入：ALPHA=1;BETA=2;,先建立函数文件wadd.m，该函数将输入的参数加权相加。,调用第二个函数文件sin/cos函数sin(ALPHA)+cos(BETA),ans=0.4253,若无全局变量定义，第二个函数出错,值得指出的是：程序设计中，全局变量固然可带来某些方便，但却破坏了函数对变量的封装，降低了程序的可读性和可靠性；当设计程序较大，子函数较多时，全局变量给程序调试和维护带来不便，如果一定要用全局变量，要起一个特别的名字，以免误被修改,子函数:在一个m文件中可以有多个函数，其中和文件名同名的函数为主函数，其余为子函数，只存在于主函数工作空间。私人函数：存放于private目录中的函数（m文件）。为其父目录中的多个函数所共享。,函数参数的可调性,在调用函数时，MATLAB用两个永久变量nargin和nargout分别记录调用该函数时的输入实参和输出实参的个数。只要在函数文件中包含这两个变量，就可以准确地知道该函数文件被调用时的输入输出参数个数，从而决定函数如何进行处理。,例19nargin用法示例函数文件charray.m：functionfout=charray(a,b,c)ifnargin=1fout=a;elseifnargin=2fout=a+b;elseifnargin=3fout=(a*b*c)/2;end,命令文件mydemo.m：x=1:3;y=1;2;3;charray(x)charray(x,y)charray(x,y,3),ans=123ans=246ans=21,二、程序控制结构,顺序结构选择结构循环结构,1数据的输入输出1.1数据的输入从键盘输入数据，则可以使用input函数来进行，该函数的调用格式为：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：xm=input(Whatsyourname?,s);,1.2数据的输出MATLAB提供的命令窗口输出函数主要有disp函数，其调用格式为disp(输出项)其中输出项既可以为字符串，也可以为矩阵。,例7输入x,y的值，并将它们的值互换后输出。程序如下：x=input(Inputxplease.);y=input(Inputyplease.);z=x;x=y;y=z;disp(x);disp(y);,Inputxplease.23Inputyplease.6623,例8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);,a=?10b=?23c=?5x1=-0.24308,x2=-2.0569,2.程序结构,2.1顺序结构只需将程序语句顺序排列即可,2.2选择结构1if语句在MATLAB中，if语句有3种格式。(1)单分支if语句：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。,(2)双分支if语句：if条件语句组1else语句组2end当条件成立时，执行语句组1，否则执行语句组2，语句组1或语句组2执行后，再执行if语句的后继语句。,例9计算分段函数的值。程序如下：x=input(请输入x的值:);ifx=Aend,2switch语句switch语句根据表达式的取值不同，分别执行不同的语句，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nend,当表达式的值等于表达式1的值时，执行语句组1，当表达式的值等于表达式2的值时，执行语句组2，当表达式的值等于表达式m的值时，执行语句组m，当表达式的值不等于case所列的表达式的值时，执行语句组n。当任意一个分支的语句执行完后，直接执行switch语句的下一句。,例11某商场对顾客所购买的商品实行打折销售，标准如下(商品价格用price来表示)：price200没有折扣200price5003%折扣500price10005%折扣1000price0)summean=sum/cntend,例16从键盘输入若干个数，当输入0时结束输入，求这些数的平均值和它们之和。,Enteranumber(endin0):5Enteranumber(endin0):6Enteranumber(endin0):8Enteranumber(endin0):0sum=19mean=6.3333,3循环的嵌套如果一个循环结构的循环体又包括一个循环结构，就称为循环的嵌套，或称为多重循环结构。例17若一个数等于它的各个真因子之和，则称该数为完数，如6=1+2+3，所以6是完数。求1,500之间的全部完数。,form=1:500s=0;fork=1:m/2ifrem(m,k)=0%rem求m/k的余数s=s+k;endendifm=sdisp(m);endend,628496,3程序流控制,（1）break语句和continue语句与循环结构相关的语句还有break语句和continue语句。它们一般与if语句配合使用。break语句用于终止循环的执行。当在循环体内执行到该语句时，程序将跳出循环，继续执行循环语句的下一语句。continue语句控制跳过循环体中的某些语句。当在循环体内执行到该语句时，程序将跳过循环体中所有剩下的语句，继续下一次循环。,程序如下：forn=100:200ifrem(n,21)=0continueendbreakendn,%n/21的余数不等于0则继续下一个循环，即for循环：n继续加1，直到余数等于零，跳出continue循环体,例18求100，200之间第一个能被21整除的整数。,（2）程序的暂停,暂停程序的执行可以使用pause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。,三、程序调试,3.1程序调试概述一般来说，应用程序的错误有两类：一类是语法错误，语法错误包括词法或文法的错误，例如函数名的拼写错、表达式书写错等。另一类是运行时的错误。指程序的运行结果有错误，这类错误也称为程序逻辑错误。,3.2利用debugger调试器,Debugger主要用来诊断第二类错误。在包含函数调用的MATLAB程序运行时，当发生运行错误时，不会显示出错信息，而在执行结束或出错时，我们只能看到基本工作空间（即主程序执行空间）中的变量，各个函数工作空间已关闭，因此无法检测各个局部变量。为此，应采用调试技术来查找问题。,为查找运行错误，可采用下列技术：,在可能发生错误的M文件中，删去某些语句行末的分号，使显示其运行中间结果，从中可发现一些问题；在M文件的适当位置上加上keyboard命令，使在执行时在此暂停，从而检查局部工作空间中变量的内容，从中找到出错的线索，利用return命令可恢复程序的执行；注释掉M函数文件的函数定义行，使函数文件转变成命令文件，这样在程序运行出错时，可查看M文件产生的中间变量；注意，局部变量之间应避免冲突；使用MATLAB提供的Debugger，Debugger为我们提供了下列功能：设置清除断点；单步执行；继续执行；,MATLAB的调试技术大体要经过以下步骤：,第一步:分段设置断点一开始并不能肯定问题所在，我们总是按照执行顺序分段执行，以期望能够找到出错的程序段。为此在程序中设置断点，并执行程序：第二步：清除断点第三步：调试嵌套函数四、单步执行五、修改并重新执行找到了问题所在，修改源程序并重新执行，如仍有问题，继续上述过程进行调试，直到程序执行正确。,设置断点,取消断点,单步运行,进入函数,跳出函数,退出调试,继