第四章MATLAB程序设计

1、MATLAB,及其在理工课程中,的应用指南,1,、数据的输入输出,2,、选择结构,3,、循环结构,4,、函数文件,5,、全局变量和局部变量,6,、,M,文件,CH4,、,MATLAB,程序设计,本章简介,?,了解,MATLAB,的程序设计语句,?,熟悉数据的输入输出,?,熟悉选择结构、循环结构以及函数文件的建立和调用,?,重点掌握,if/switch,，,for/while,，,function,命令,第一节,数据的输入输出,调用格式为：,A=input(,提示信息，选项,),；,?,提示信息：为,字符串，作为提示符，提示用户输入，等,待使用者输入一个响应，然后把它赋值到,A,?,选项：无，默

2、认输入为数值；,用,s,，则允许用户输入一个字符串；,无，输入,字符,时要把字符放在,内。,1.1 input,函数,a=input(What is your name?,nname=);,a=input(What is your name?,nname=,s);,实例分析,echo on/off,：控制是否在屏幕上显示程序内容,例,4.1,用,input,命令输入一个人的姓名,1.2,pause,函数,其调用格式为：,pause(,延迟秒数,),?,将使程序暂停,n,秒；,?,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

3、行可使用,Ctrl+C,命令。,第一节,数据的输入输出,1.3 keyboard,函数,其调用格式为：,keyboard,?,停止程序执行，把控制权交,给键盘。输入,return,并回车,后继续程序执行；,?,提示符前面显示,k,，即由,变为,K,；,第一节,数据的输入输出,1.4 disp,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。,如：,disp(Wang Fang),disp(1, 2; 3, 4),第一节,数据的输入输出,1.5 fprintf

4、,函数,调用格式为,COUNT=fprintf(FID, FORMAT, A, .),第一节,数据的输入输出,Format: Character Description,b Backspace,n New line,t Horizontal tab,% Percent character,A: conversion characters d, f, s , c, ,x = 0:.1:1; y = x; exp(x);,fid = fopen(exp.txt,w); %,只写,fprintf(fid,%6.2f .8fn,y);,fclose(fid);,type exp.txt,fprintf

5、(%sn, 123);,实例分析,例,4.2,文件输出,1.6 sprintf,函数,调用格式为,s,errmsg=,sprintf(format,A,.),按格式生成字符串,第一节,数据的输入输出,format, A-,同,fprintf,（）,程序设计结构,顺序结构,选择结构,循环结构,程序设计,顺序结构,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=1,2,1;,

6、roots(a), poly2sym(a),实例分析,例,4.3,求一元二次方程,ax,2,+bx+c=0,的根？,第二节,选择结构,在,MATLAB,中，,if,语句有,三,种格式,1,、单分支,if,语句,语句格式为：,if,条件,语句组,end,2.1 if,语句,当逻辑表达式的值为真时，执行该结,构中的执行语句，执行完之后继续向,下进行；若为假，则跳过结构中的内,容，向下执行。,例,4.4,当,x,是整数矩阵时，输出,x,的值。,实例分析,(,提示：运用所学分析如何判断是整数,),2,、双分支,if,语句,语句格式为：,if,条件,语句组,1,else,语句组,2,end,第二节,选择

7、结构,if-else,的执行方式为：如果逻辑表达式的值,为真，则执行语句,1,，然后跳过语句,2,，向下,执行；如果为假，则执行语句,2,，然后向下,执行。,例,4.5,计算分段函数值,2,cos(,1),1 x=10,x,10,x,x,y,x,x,x,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,x=input(,请输入,x,的值：,x=);,if x=10,y=cos(x+1)+sqrt(x*x+1);,else,y=x*sqrt(x+sqrt(x);,end,y,实例分析,程序,1,：,程序,2,：,x=input(,输入,x=);,if x=10,u=cos(x+1);,v= sqr

8、t(x*x+1);,y=u+v,end,if x=10,y=x*sqrt(x+sqrt(x),end,x=input(,输入,x=);,y=cos(x+1)+sqrt(x*x+1);,if x=10,y=x*sqrt(x+sqrt(x);,end,y,实例分析,程序,3,：,3,、多分支,if,语句,if,条件,1,语句组,1,elseif,条件,2,语句组,2,elseif,条件,m,语句组,m,else,语句组,m+1,end,第二节,选择结构,if-elseif,的执行方式为：如果逻辑表达式,1,的值为真，则执行语句,1,；如果为假，则判,断逻辑表达式,2,，如果为真，则执行语句,2,，

9、,否则向下执行。,例,4.6,计算分段函数的数值,2,3,2,1,1,0,1,1,1,x,x,y,x,x,x,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?, x=input(,请输入,x=,);, if x=1,y=2*x.2+1;,elseif,-1x,else,y=-x.3;,end, x=input(,请输入,x=,);, if x=1,y=2*x.2+1;,else if,-1x,else,y=-x.3;,end,end,实例分析,c=input(,请输入一个字符,=,s);,if c=A %setstr,等同,char,elseif c=a,elseif c=0,else,di

10、sp(c);,end,实例分析,例,4.7,输入一个字符，若为大写字母，则输出其后继字符；若,为小写字母，则输出其前导字符；若为数字字符，则输出其对,应的数值；若为其他字符则原样输出。,2.2 switch,语句,其语句格式为：,switch,表达式,case,表达式,1,语句组,1,case,表达式,2,语句组,2,case,表达式,m,语句组,m,otherwise,语句组,m+1,end,第二节,选择结构,执行方式：表达式的值和哪种情况,(case),的值相同，就执行哪种情况中的语句；如,果不同，则执行,otherwise,中的语句；格式,中也可以不包括,otherwise,，这时如果表

11、达,式的值与列出的各种情况都不相同，则继,续向下执行。,例,4.8,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。,商品价格用,price,来表示：,price200,没有折扣,200price500 3%,折扣,500price1000 5%,折扣,1000price2500 8%,折扣,2500price5000 10%,折扣,5000price 14%,折扣,输入所售商品的价格，求其实际销售价格。,实例分析,price=input(,请输入商品价格,=);,switch fix(price/100),case 0,1,%,价格小于,200,rate=0;

12、,case 2,3,4,%,价格大于等于,200,但小于,500,rate=3/100;,case num2cell(5:9),%,价格大于等于,500,但小于,1000,rate=5/100;,case num2cell(10:24),%,价格大于等于,1000,但小于,2500,rate=8/100;,case num2cell(25:49),%,价格大于等于,2500,但小于,5000,rate=10/100;,otherwise,%,价格大于等于,5000,rate=14/100;,end,price=price*(1-rate),%,输出商品实际销售价格,实例分析,2.3,try,语

13、句,语句格式为：,try,语句组,1,catch,语句组,2,end,try,语句试探性执行语句组。这种试探性执行语句是其,他高级语言所没有的。,第二节,选择结构,例,4.9,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。,A=1,2,3;4,5,6; B=7,8,9;10,11,12;,try,C=A*B;,catch,C=A.*B;,end,C,lasterr,%,显示最后一个出错信息,实例分析,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,第三节,循环结构,3.1 for,语句,?

14、,步长缺省值为,1,，可以在正实数或负实数范围内任意指定。,对于正数，循环变量的值大于终止值时，循环结束；对于负,数，循环变量的值小于终止值时，循环结束。循环结构可以,嵌套使用。,?,书写格式不必太过于拘泥，在,Editor,编辑器中会自动进行处,理。,for,循环变量起始值：步长：终止值,循环体,end,第三节,循环结构,例,4.10,已知,，当,n=100,时，求,y,的值。,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),y=0;,n=100;,for i=1:n,y=y+1/i/i;

15、,end,y,?,?,?,n,i,i,y,1,2,1,实例分析,0.5,sin(,),6,x,y,e,x,?,?,?,?,例,4.11,求,定积分。,实例分析,a=0;b=3*pi;,n=1000,; h=(b-a)/n;,x=a:h:b; f=exp(-0.5*x).*sin(x+pi/6);,for i=1:n,s(i)= (f(i)+f(i+1)*h/2;,end,s=sum(s),可直接调用函数,trapz(),，求数值积分！,实例分析,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

16、，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。,第三节,循环结构,例,4.12,已知,5,个学生,4,门功课的成绩，求每名学生的总成绩。,s=0;,a=65,76,56,78;98,83,74,85; .,76,67,78,79;98,58,42,73; .,67,89,76,87;,for k=a,s=s+k;,end,disp(s);,实例分析,3.2,while,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，

17、执行后,再判断条件是否成立，如果不成立则跳出循环体，向下继,续执行。,第三节,循环结构,while,循环和,for,循环的区别：,while,循环结构的循环体被执行的,次数不是确定的，而,for,结构中循环体的执行次数是确定的。,例,4.13,求,a=1+2+100,，,b=1/i (i=110), sum=0;, i=0;, while(i=100),sum=sum+i;,i=i+1;,end, sum,sum =,5050, for I=1:10,A(I)=1/(I+1) ;,end, A,实例分析,其它与流程控制有关的语句,break,语句,循环结构,continue,语句,循环结构,第

18、三节,循环结构,第三节,循环结构,break,语句,：导致包含该指令的循环强制终止，即跳,出所在的一级循环。该语句一般与,if,语句配合使用,continue,语句,：跳过位于其后的其它指令，执行循环,的下一次迭代循环,y=0; i=1;,while 1,%,逻辑真,f=1/i/i;,y=y+f;,if i=100,break;,end,i=i+1;,end,y,例,4.14,用,while,语句实现求,a=1+1/2,2,+1/100,2,向量运算来代替循环操作,n=100;,i=1:n;,f=1./i.2;,y=sum(f),%sum(),求和函数,实例分析,例,4.15,求,100, 2

19、00,之间第一个能被,21,整除的整数。,for n=100:200,if rem(n,21)=0,continue,end,break,end,n,实例分析,3.3,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，,称为,循环的嵌套,（多重循环结构）,?,处于内部的循环叫作,内循环,；,处于外部的循环叫作,外循环,。,?,在设计多重循环时，要特别注意内、外循环之间的,关系，以及各语句放置的位置。,第三节,循环结构,例,4.16,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。,for m=1:500,s=0

20、;,for k=1:m/2,if rem(m,k)=0,s=s+k;,end,end,if m=s,disp(m);,end,end,实例分析,m=input(m=);,p=2:m;,for i=2:sqrt(m),n=find(rem(p,i)=0,p(n)=;,end,p,实例分析,例,4.17,用筛选法求某自然数范围内的全部,素数,。,一个数，如果只,有,1,和它本身两,个因数，这样的,数叫做,质数,，又,称,素数,第四节,函数文件,function,输出形参表,=,函数名,(,输入形参表,),注释说明部分,函数体语句,4.1,函数文件的基本结构,注意：当形参表多于,1,个时，需要中括号

21、,如：,m,n=size(A),说,明：,(1),函数文件名。当函数文件名与函数名不同时，,MATLAB,将忽略函数名而确认函数文件名，因此调用时使用函数文,件名；,(2),注释说明部分。注释说明包括三部分内容：,函数文件引导行之后以,%,开头的第一注释行；,第一注释行及之后连续的注释行；,与在线帮助文本相隔一空行的注释行。,(3) return,语句。执行到该语句就结束函数的执行，程序流,程转至调用该函数的位置。如不使用,return,语句，被调函,数完成后将自动返回。,第四节,函数文件,例,4.18,计算第,n,个,Fibonnaci,斐波纳契数,(,一种整数数列,每,数等于前面两数之和,

22、a,k+2,=a,k,+a,k+1,，且,a,1,=a,2,=1),function f=fibfun(n) %n-,函数输入；,f-,函数输出；,fibfun-,函数名,% FIBFUN For calculating Fibonacci numbers.,% Incidengtally, the name fibonacci comes from,% Filius Bonassi, or “son of Bonassus”,% fibfun.m,if n2,f=fibfun(n-1)+fibfun(n-2);,else,f=1;,end,注意,：文件名必须与函数名相同,执行：,fibfun

23、(17), help fibfun, lookfor fibfun,函数定义行,函数帮助行,在线函数帮助文件,函数体,实例分析,函数调用的一般格式是：,输出实参表,=,函数名,(,输入实参表,),echo on,指令,显示执行指令；,echo off,指令,关闭指令显示。,4.2,函数调用,第四节,函数文件,调用,tran.m,的命令文件：,main1.m,：,x=input(Please input x=:);,y=input(Please input y=:);,rho,the=tran(x,y);,rho,the,例,4.19,利用函数文件，实现直角坐标,(,x,y,),与极坐标,(,)

24、,之,间的转换。,函数文件,tran.m,：,function rho,theta=tran(x,y),rho=sqrt(x*x+y*y);,theta=atan(y/x);,实例分析,递归调用函数文件,factor.m,：,function f=factor(n),if n=1,f=1;,else,f=factor(n-1)*n;,end,实例分析,例,4.20,利用函数的递归调用，求,n,！,在命令文件,main2.m,中调用函数文件,factor.m,求,s=1!+2!+3!+4!+5!,。,4.3,函数所传递参数的可调性,在调用函数时，,MATLAB,用两个永久变量,nargin,和,

25、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。,第四节,函数文件,例,4.21,nargin,用法示例,函数文件,examp.m,：,function fout= examp(a,b,c),if nargin=1,fout=a;,elseif nargin=2,fout=a+b;,elseif nargin=3,fout=(a*b*c)/2;,end,命令文件,mydemo.m,：,x=1:3;y=1;2;3;,examp(x),examp(x,y),exa

26、mp(x,y,3),实例分析,4.4,全局变量和局部变量,全局变量用,global,命令定义，格式为：,global,变量名,第四节,函数文件,function f=wadd(x,y),global ALPHA BETA,f=ALPHA*x+BETA*y;,在命令窗口中输入：,global ALPHA BETA,ALPHA=1;,BETA=2;,s=wadd(1,2),例,4.22,全局变量应用,实例分析,先建立函数文件,wadd.m,，该函数将输入的参数加权相加。,4.5,M,文件,一、,M,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

27、,菜单,New,菜单项,M-file,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,第四节,函数文件,二、,M,文件的分类,分,类：,命令文件,(Script File,主程序,),函数文件,(Function File,子程序,),主要区别,:,?,命令文件的变量为,全局变量,，在文件执行完程序后仍然,保留在内存中；,?,而函数文件内定义的变量为,内部变量,，仅在函数文件内,部起作用,第四节,函数文件,1.,命令式文件,?,如果要输入较多的命令，或命

28、令重复输入，利用,命令文件将显得比较,简单方便,；,?,建立命令文件的方法很简单，就是将要输入的所,有指令按顺序放到一个扩展名为,“,.m”,的文本文件,中，每次运行时只要输入,M,文件的文件名即可；,?,在命令文件运行过程中产生的所有变量均是,全局,变量,。,第四节,函数文件,例,4.23,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;,a,b,在命令窗口中输入,exch,，将会执行该命令文件。,实例分析,neckl

29、ace,echo on,t=(0:0.02:2)*pi;,x=sin(t);,y=cos(t);,z=cos(2*t);,plot3(x,y,z,b-,x,y,z,bd),view(-80,60),box on,legend(,链子,宝石,);,例,4.24,编一个画宝石项链的命令文件。,实例分析,存为文件,necklace.m,2.,函数文件,函数,M,文件通常由以下五部分组成：,?,函数定义行,?,函数帮助行,?,在线函数帮助文件,?,注释,?,函数体,第四节,函数文件,MATLAB,程序的基本设计原则,1,、后面的内容是程序的注解，要善于运用注解使程序,更具可读性；,2,、养成在主程序开

30、头用,clear,指令清除变量的习惯，以消,除工作空间中其他变量对程序运行的影响。但注意在子,程序中不要用,clear,；,3,、参数值要集中放在程序的开始部分，以便维护。要充,分利用,MATLAB,工具箱提供的指令来执行所要进行的运,算，在语句行之后输入分号使其及中间结果不在屏幕上,显示，以提高执行速度；,4,、,input,指令可以用来输入一些临时的数据；而对于大,量参数，则通过建立一个存储参数的子程序，在主程序,中用子程序的名称来调用；,5,、程序尽量模块化，也就是采用主程序调用子程序的,方法，将所有子程序合并在一起来执行全部的操作；,6,、充分利用,Debugger,来进行程序的调试（

31、设置断点、,单步执行、连续执行），并利用其他工具箱或图形用户,界面（,GUI,）的设计技巧，将设计结果集成到一起；,7,、设置好,MATLAB,的工作路径，以便程序运行。,MATLAB,程序的基本设计原则,8,、,MATLAB,程序的基本组成结构,说明,清除命令：清除,workspace,中的变量和图形（,clear,close,）,定义变量：包括全局变量的声明及参数值的设定,逐行执行命令：指,MATLAB,提供的运算指令或工具箱, ,提供的专用命令,控制循环,：包含,for, if then, switch, while,等语句,逐行执行命令, ,end,绘图命令：将运算结果绘制出来,当然更

32、复杂程序还需要调用子程序，或与,simulink,以及其他应,用程序结合起来。,MATLAB,程序的基本设计原则,?,进入,MATLAB,的,Editor/Debugger,窗口来编辑程序,?,在编辑环境中，文字的不同颜色显示表明文字的不同属性。,绿色：注解,；,黑色：程序主体,；,红色：属性值的设定,；,蓝色：,控制流程,?,在运行程序之前，必须设置好,MATLAB,的工作路径，使得所,要运行的程序及运行程序所需要的其他文件处在当前目录之,下，只有这样，才可以使程序得以正常运行。否则可能导致,无法读取某些系统文件或数据，从而程序无法执行,?,通过,cd,指令在命令窗口中可以更改、显示当前工作

33、路径,?,通过路径浏览器（,path browser,）也可以进行设置,M,文件的编辑及,MATLAB,工作路径的设置,MATLAB,程序的基本设计原则,MATLAB,的程序类型,MATLAB,的程序类型有三种，一种是在命令窗,口下执行的脚本,M,文件；另外一种是可以存取,的,M,文件，也即程序文件；最后一种是函数,（,function,）文件。,MATLAB,程序的基本设计原则,2,、程序文件,?,以,.m,格式进行存取，包含一连串的,MATLAB,指令和必要的注,解。需要在工作空间中创建并获取变量，也就是说处理的数,据为命令窗口中的数据，没有输入参数，也不会返回参数。,?,程序运行时只需在

34、工作空间中键入其名称即可。,1,、脚本,M,文件,在命令窗口中输入并执行，它所用的变量都要在工作空间中获,取，不需要输入输出参数的调用，退出,MATLAB,后就释放了。,MATLAB,程序的基本设计原则,3,、函数文件,?,与在命令窗口中输入命令一样，函数接受输入参数，,然后执行并输出结果。用,help,命令可以显示它的注,释说明。,?,具有标准的基本结构。,MATLAB,程序的基本设计原则,（,1,）函数定义行（关键字,function,）,?,functionout1,out2,.=filename(in1,in2,.),?,输入和输出（返回）的参数个数分别由,nargin,和,nargout,两个,MATLAB,保留的变量来给出。