MATLAB程序设计

1、MATLAB程序设计M文件入门1、M文件的基本特点MATLAB是一种解释性语言，只是对用户发出的指令起解释执行的作用MATLAB在初次运行M文件时会将M文件编译成代码装入内存中，此过程会大大降低程序的运行速度，但是用户再次运行该程序时，系统将直接从内存中取出代码运行，此时程序的运行速度将极大加快M文件有两种，一种是脚本式（Script），一种是函数式（Function）（1）、M文件的基本属性函数式M文件名和出现在文件的第一行的函数名必须相同，实际上MATLAB忽略了第一行的函数名，并且根据存储在硬盘上的文件名来执行函数函数的文件名最多可以有31个字符，忽略超出部分M文件名在Unix平台对大小

2、写敏感，在Windows平台不区分大小写，建议只用小写函数名必须以字母开头，后面可以接字母、数字和下划线一个函数式M文件第一行被称为“函数声明行”，必须包含function，第一行声明的输入和输出变量时这个函数的局部变量函数声明行后的第一个连续的注释行的集合是这个函数的帮助文本，第一个注释行被称为H1行，是lookfor命令搜索的行，H1行通常包括大写的函数名和这个函数功能的简要描述通过调用error来异常终止操作指令运行并将控制权返还给命令窗口通过调用warning函数可以发出警告信息然后继续执行在一个函数式M文件中可以出现多个函数，称为子函数或局部函数，子函数以一个标准的函数声明语句开始除

3、了子函数之外，m文件还可以调用私有M文件，私有M文件是驻留在标识为private的调用函数的子目录下的标准M文件，只有在私有M文件的父目录下函数才能访问这些私有M文件（2）、M文件的组成部分function f=fact(n) %函数的定义行%Compute a factorial value. %H1行%FACT(N) returns the factorial of N, %帮助文本%usually denoted by N!%Put simply,FACT(N) is PROD(1:N) %注释f=prod(1:n); %函数体本例中f为输出参数，n为输入参数2、脚本式M文件创建M文件：

4、edit命令或新建图标修改M文件：edit 文件名运行M文件：一定要保证所调用的M文件在当前路径下which plot查询plot函数是否在当前路径下addpath(路径)来设置路径例：%这是一个关于脚本式M文件的例子%主要用于介绍脚本式M文件的生成%该函数用于顺次求出从sin(1)到sin(10)的值for i=1:n a=sin(i); fprintf(sin(%d)=,i) fprintf(%12.8fn,a)end将M文件保存为sumsin.m，在命令窗口输入sumsin，输入help sumsin，显示出帮助文本例：%此文件用于绘制-2pi,2pi区间的正弦曲线图x=-2*pi:0.

5、05:2*pi;y=sin(x);plot(x,y,c+)legend(正弦曲线图)保存为sinpic.m，得到结果图如下3、函数式M文件第一行都是以function开始的例：%该函数用于判断某一年是否为闰年%使用格式为isleapyear(y)，其中y是用户所要计算的年份function isleapyear(year)sign=0;if rem(year,4)=0 sign=sign+1;endif rem(year,100)=0 sign=sign-1;endif rem(year,400)=0 sign=sign+1;endif sign=1 fprintf(%4d year is a

6、 leap year.n,year)else fprintf(%4d year is not a leap year.n,year)end将M文件保存为isleapyear.m，在命令窗口输入以下代码：y1=1000;y2=2000;y3=1996;y4=3000;isleapyear(y1)isleapyear(y2)isleapyear(y3)isleapyear(y4)例：脚本式M文件盒函数式M文件中变量的作用范围%该程序用于检验函数式M文件中变量的存储方式%即检验它的变量是否为全局变量或局部变量function y=hanshu(a)x1=a*3x2=3/ax3=3+ax4=3-1将M

7、文件保存为hanshu.m，在命令窗口输入以下代码x1=0.1;x2=0.2;x3=0.3;x4=0.4;a=2;hanshu(a)%此时会输出局部变量x1-x4的值x1%工作空间内x1-x4的值没变化x2x3x4whos将上述文件的函数定义去掉，改为脚本式，命名为mingling.m%该程序用于检验脚本式M文件中变量的存储方式%即检验它的变量是否为全局变量或局部变量x1=a*3x2=3/ax3=3+ax4=3-1在command window中输入如下命令x1=0.1;x2=0.2;x3=0.3;x4=0.4;a=2;minglingx1%此时工作空间的x1-x4的值都变了x2x3x4who

8、sMATLAB程序控制1、顺序结构例：a=1;b=2;c=3;s1=a+bs2=s1+cs3=s2/s2将M文件保存为shunxujiegou.m，在命令窗口输入以下代码shunxujiegou2、选择语句（1）、只有一种选择时if 表达式执行语句end例：%该函数用于演示if-else-end语句的第一种用法function f=ifone(x)if x0 fprintf(%f is a positive numbern,x)end将M文件保存为ifone.m，在命令窗口输入以下代码x=4;ifone(x)x=0;ifone(x)%系统没任何输出，没执行任何操作（2）、有两种选择时的情况if

9、 表达式执行语句1else执行语句2end例子：%该程序用于演示有2种选择时if-else-end语句的使用function iftwo(x)if x0 fprintf(%f is a positive numbern,x)else fprintf(%f is not a positive numbern,x)end将M文件保存为iftwo.m，在命令窗口输入以下代码x1=5.3;x2=0;x3=-9.234;iftwo(x1)iftwo(x2)iftwo(x3)（3）、有3种或3种以上选择时的情况if 表达式1表达式1为真时的执行语句1elseif 表达式2表达式2为真时的执行语句2else

10、if 表达式3表达式3为真时的执行语句3elseif 表达式4表达式4为真时的执行语句4elseifelse所有的表达式都为假时的执行语句end当运行到程序的某一条表达式为真，则系统不再检验其他的关系表达式最后的else可有可无例：%该函数用于演示if-else-end语句的第3种用法function f=ifthree(x)if x100 fprintf(%f is a great positive numbern,x)elseif x=10 fprintf(%f is a big positive numbern,x)elseif x0 fprintf(%f is a small posi

11、tive numbern,x)elseif x=0 fprintf(%f is zeron,x)else fprintf(%f is minus numbern,x)end将M文件保存为ifthree.m，在命令窗口输入以下代码x1=120;x2=23;x3=5;x4=0;x5=-7.9;ifthree(x1)ifthree(x2)ifthree(x3)ifthree(x4)ifthree(x5)3、分支语句switch 开关语句case 条件语句执行语句，执行语句case 条件语句1，条件语句2，条件语句3，执行语句，执行语句otherwise执行语句，执行语句end例：function l

12、ower1(method)switch method case linear,bilinear disp(Method is linear) case cubic disp(Method is cubic) case nearest disp(Methos is nearest) otherwise disp(Unknown method)end将M文件保存为lower.m，在命令窗口输入以下代码a=linearlower1(a)a=bilinearlower1(a)b=cubiclower1(b)c=My godlower1(c)4、模块try-catch模块给用户提供了一种错误捕获机制tr

13、y执行语句1catch执行语句2end一般来说，执行语句1中的所有命令都要纸型，若执行语句1中没有错误出现，执行完执行语句1后，直接跳到end语句；若执行语句1出现了错误，则立即跳到catch语句，然后执行执行语句2。在catch模块中，函数lasterr包含了在try中遇到的错误生成的字符串try-catch模块也可以嵌套使用%跳过catchX=magic(4);Y=ones(4,3);tryZ=X*YcatchZ=nan;disp(X and Y is not conformable)end%执行catchX=magic(4);Y=ones(3,3);tryZ=X*YcatchZ=nan;

14、disp(X and Y is not conformable)endlasterr% lasterr调出所犯的错误5、for循环语句for语句循环次数是已知的for i=表达式执行语句，执行语句end其中表达式是一个向量，形式可以是m:s:n，s可以省略，默认为1i还可以是字符串、字符串矩阵或由字符串组成的单元阵for i=1:1:1:10x(i)=i2;endxwhos%工作区间生成了双精度变量i和双精度数组x嵌套使用for i=1:5for j=1:5s(i,j)=1/(i+j-1);endends例：function forsum(x)sum=0;for i=1:10 part=1;

15、for j=1:i part=part*j; end fprintf(part(%d)=%d.n,i,part); sum=sum+part;endfprintf(The total sum is %d.n,sum);将M文件保存为forsum.m，在命令窗口输入以下代码forsum6、while循环语句可以逻辑判断while 表达式执行语句endA=rand(3);E=0*A;F=E+eye(size(E);N=1;while norm(E+F-E),10 E=E+F; F=A*F/N; N=N+1;endFEN7、人机交互命令（1）、终止命令break和return多层循环，break只能

16、跳出包含它的最内层循环例：%该程序用于求解鸡兔同笼问题%鸡兔同笼，头36，脚100%求鸡兔各几只i=1;while i0 if rem(100-i,4)=0&(i+(100-i*2)/4)=36 break; end i=i+1; n1=i; n2=(100-2*i)/4; break;end fprintf(The number of chicken is %d.n,n1); fprintf(The number of rabbit is %d.n,n2);将M文件保存为chicken.m，在命令窗口输入以下代码chickenbreak语句只用于循环，其他终止操作可以使用return命令，执

17、行return后，进程将返回调用函数或是键盘，同时return命令可以终止keyboard模式function d=isempty_test(A)if isempty(A) d=1; return disp(matrix is empty);else d=0; disp(matrix is not empty); end将M文件保存为isempty_test .m，在命令窗口输入以下代码A=1 2;3 4isempty_test(A)a=isempty_test(a)（2）、继续命令continue一般也用在循环中，使用continue语句之后，系统只是不执行相关的执行语句，不会跳出循环例：f

18、or i=1:10 for j=1:10 if mod(j,2)=1 continue else fprintf(%d ,i+j) end end fprintf(n)end将M文件保存为continue2 .m，在命令窗口输入以下代码continue2（3）、等待用户反应命令pausepause用于暂时终止程序，按enter继续pause(n)在程序运行到该处时等待n秒后继续，n可以是分数，大部分计算机n精确到0.01秒是没问题的pause off意味着随后的pause和pause(n)都不起作用pause on意味着随后的pause和pause(n)都予以执行%该程序用于显示PAUSE函数

19、的使用方法%程序一开始绘制出一条正弦曲线，然后进入pause状态%当用户按Enter后，系统将绘制出一条余弦曲线，然后又进入pause(n)状态图%等待10秒后，系统将绘制出一条正弦和余弦的和的曲线x=0:0.05:6*pi;y=sin(x);z=cos(x);r=y+z;plot(x,y)pauseplot(x,z)pause(10)plot(x,r)将M文件保存为pause1 .m，在命令窗口输入以下代码pause1（4）、echo命令通常情况，在执行M文件时，文件中的命令不会在命令窗口显示使用echo命令可以是命令在执行时可见echo on打开脚本式文件的回应命令echo off关闭回应

20、命令echo file on在执行file函数式文件时将其命令显示出来echo file off关闭file函数式文件的命令在执行时的显示echo file为文件在执行中的回应显示开关echo on all显示该命令后所有执行文件的命令语句echo off all关闭该命令后所有执行文件的命令语句（5）、用户输入提示命令inputR=input(statement)将给出文字提醒，用户可以输入任意MATLAB表达式，返回结果为R，如果不输入任何东西，返回一个空矩阵R=input(statement,s)把输入字符串赋值给RR=input(How many apples do you have?

21、n)2R=input(Who do you love most?n,s)I dont know!R=input(Who do you love most?n)I dont know%报错（6）、请求键盘输入命令keyboard与input命令类似变量和函数的种类1、函数变量及其作用域（1）、变量的输入和输出规则函数可以用比M文件中的函数定义行所规定的输入输出变量更少的变量进行调用一次调用中所用到的输入和输出变量的个数可以通过分别调用函数那日内、和nargout来确定调用一个函数，输入变量并未被复制到函数的工作区间中，若输入变量的任何值改变了，则输入变量组就被复制到了函数的工作区间函数可以通过在

22、函数声明中将varargin作为最后的输入参数，接受可变的任意个数的输入参数，varargin是一个预先定义的单元数组，这个单元数组的第i个单元就是varargin出现的位置算起的第i个变量，同样可以用varargout左为最后的输出参数函数nargchk和nargoutchk分别提供了对有效的输入和输出变量个数的简单错误校验例：nargin函数的初级使用function d=nargintest(a,b,c)if nargin=1 error(Not enough input arguments.)elseif nargin=2 d=a+b;elseif nargin=3; d=a+b-c;

23、end将M文件保存为nargintest .m，在命令窗口输入以下代码nargin(nargintest)%有三个输入参数，结果为3例：nargin函数的高级使用：在一个字符串中查找一小段指定的字符串，若输入变量为一个，程序将默认所查找的字符串为空格（作为定界符），如果输入变量为两个，程序将要求指定另一个定界符function token,remainder=strtok(string,delimiters)%Function requires at least one input argumentif narginlen return endend%Find where token ends

24、start=i;while string(i)=delimiters i=i+1; if ilen break endendfinish=i-1;token=string(start:finish);%For two output arguments,count characters after%first delimiter(remainder)if nargout=2 remainder=string(finish+1:end);end将M文件保存为strtok.m，在命令窗口输入以下代码a b=strtok( yuyu chenrui)a b=strtok( yuyu|chenrui,|

25、)a b=strtok(yuyu chenrui,|)例：varargin和varargout函数的使用：可以接收任意数量的两元素向量，并在他们之间绘制直线function testvar(varargin)for k=1:length(varargin) x(k)=varargink(1)%Cell array indexing y(k)=varargink(2);endxmin=min(0,min(x);ymin=min(0,min(y);axis(xmin fix(max(x)+3 ymin fix(max(y)+3)plot(x,y)将M文件保存为testvar.m，在命令窗口输入以下

26、代码testvar(1,2,-2,3)（2）、全局变量函数中若要使用全局变量，使用global函数，而且在任何使用该全局变量的函数中都应定义，命令窗口也是如此global var1,var2,var3,（被初始化为空矩阵）清除无用全局变量：clear global 变量名（3）、永久变量persistent来对函数中重复使用和递归调用的变量的访问进行限制，使用格式persistent X Y Z，与全局变量类似，但是它的范围被限制在声明这些变量的函数内部，不允许在其他的函数中对其进行改变3、函数的分类（1）、主函数M文件的第一函数就是主函数，主函数之后可以是任意数量的子函数，在命令窗口或其他的

27、M文件只能调用主函数function y=average(x)%AVERAGE Mean of vector elementsy=sum(x)/length(x); %Actual computation将M文件保存为average.m，在命令窗口输入以下代码y=average(12 60 42 23)（2）、匿名函数不必编写函数式M文件，可以在command window和脚本文件中使用格式：fhandle=(arglist)exprfhandle是该函数创建的函数句柄，符号用于在MATLAB中创建句柄，arglist是输入参数，expr是函数主体无输入参数t=()datestr(now);

28、t()t一个输入参数sqr=(x)x.2sqr(12 11)两个输入参数sum14x41y=(x,y)(14*x+41*y)sum14x41y(3,7)（3）、嵌套式函数可以在一个函数的内部定义一个或多个其他的函数function a=A(p1,p2)function b=B(p3)endfunction c=C(p4)function d=D(p5)endendend（4）、子函数function mean,stdev=stat(x)n=length(x);mean=avg(x,n)stdev=sum(x-mean).2)(1/2)function mean=avg(x,n)mean=sum

29、(x)/n;开头定义的函数为主函数，在函数体内定义的其他函数都被视为子函数，子函数只能为主函数或同一主函数下的其他子函数所使用例：function ch=zihanshu(x,y) %主函数ch=zihanshu1(x,y)*zihanshu2(x,y);function ch=zihanshu1(x,y) %子函数1ch=abs(x)+abs(y);function ch=zihanshu2(x,y) %子函数2ch=x+y;将M文件保存为zihanshu.m，在命令窗口输入以下代码x=1;y=-9;zihanshu(x,y)（5）、局部函数把放置在目录private下的函数称为局部函数，这

30、些函数只有private目录的父目录中的函数才可以调用，其他目录下的函数不能调用局部函数可以被其目录下的所有函数所调用子函数只能被其所在M文件的主函数所调用MATLAB首先检测该函数是否为此函数的子函数；若不是，再检测是否为可用的局部函数；若不是，再检测是否为MATLAB搜索路径上的其他M文件3、函数句柄（1）、函数句柄的创建fhandle=functionname：fhandle为所创建的函数句柄，functionname为所创建的函数，即给函数functionname创建了句柄trigfun=sin,cos,tan;plot(trigfun2(-pi:0.01:pi)%在-pi-pi之间画

31、出cos函数（2）、函数句柄的调用例：function x=plotFHandle(thandle,data)plot(data,thandle(data)将M文件保存为plotFHandle.m，在命令窗口输入以下代码plotFHandle(sin,-pi:0.01:pi)（3）、函数句柄的操作functions：返回函数句柄的相关信息func2str：根据函数句柄创建一个函数名的字符串str2func：由一个函数名的字符串创建一个函数句柄save：从当前工作区间向M文件保存函数句柄load：从一个M文件中向当前工作区间调用函数句柄isa：判断一个变量是够包含函数句柄isequal：判断2个

32、函数句柄是否为某一相同函数的句柄sum14x41y=(x,y)(14*x+41*y)functions(sum14x41y)sqr=(x)x.2functions(sqr)funhandleone=str2func(magic)func2str(funhandleone)isa(funhandleone,function_handle)%1isa(funhandle,function_handle)%报错isequal(funhandleone,magic)%1程序设计的辅助函数1、执行函数（1）、eval函数（字符串调用函数）eval(e)：计算表达式e的值a1,a2,a3,=eval(fu

33、nction(b1,b2,b3,)：计算具有参数b1、b2、b3的函数function并返回a1、a2和a3等参数for n=1:4magic_str=M,int2str(n),=magic(n);eval(magic_str)end%对三维矩阵执行size命令，并以变量d1，d2和d3返回矩阵维数A=magic(4);A(:,:,2)=A;d1 d2 d3=eval(size(A)（2）、feval函数（把一个函数的字符串名传递给一个函数进行计算）feval(F,x1,.,xn)：计算F关于参数x1、x2xn的值，G为函数名或是函数句柄例如，F=foo，那么feval(F,9,54)等价于f

34、oo(9,54)y1,yn=feval(F,x1,x2,xn)：返回多个参数fhandle=deblankff=functions(fhandle)feval(fhandle,string ,with ,blanks )%删除字符串尾部空格2、容错函数（1）、报错函数error（在command window显示错误信息）当调用M文件的时候触发了error函数，error(m)命令将中断程序的运行，将控制权返回键盘，并返回包含m的错误信息，m为空字符串时，本命令将不做任何操作error(m,a1,a2,)：使用诸如sprintf类淀粉函数返回带格式的错误信息error(m_id,m)：给错误信

35、息附加上一个特定的信息标识，该标识有利于用户更好地找出错误的来源例：error(m_id,m,a1,a2,)function foo(x,y)if nargin=2 error(Wrong number of input arguments)end将M文件保存为foo.m，在命令窗口输入以下代码foo(1)%报错（2）、warning函数warning(m)warning(m,a1,a2,)warning(m_id,m)warning(m_id,m,a1,a2,an)s=warning(m_id,m)例：function z=warning1(x,y)if nargin=2 z=x*y;els

36、eif nargin=1 warning(you shoud input 2 arguments) z=x*10;else error(Wrong number of input arguments) z=x*y;end将M文件保存为foo.m，在命令窗口输入以下代码warning1(1)%警告，输出10warning1(1,2)%输出2warning1(1,2,3)%报错3、时间运算函数（1）、当前日期和时间clock以向量形式显示当前的时间和日期date以字符型显示当前的日期now以数值型显示当前的时间和日期calendar显示当月的日历表weekday显示当前日期对应的星期表达eomda

37、y给出指定年月的当月最后一天T=clock%向量date%字符串now%数值calendar%日历表n s=weekday(728647)%n显示一个星期第几天，s显示星期几n s=weekday(19-sep-2004)y=1990:1999;F=eomday(y,2*ones(length(y),1);%1990-1999年二月y(find(F=29)（2）、日期转换函数datestr函数（数值型日期转为字符串型日期）str=datestr(DT)：数值型日期转换为字符型日期str=datestr(DT,dateform)：dateform表示特定格式，可以是0、1、2、6、13、14、1

38、5、16、23str=datestr(DT,dateform,P)：用特定年作为起始年，默认起始年是当前年减50str=datestr(,local)：返回本地形式的字符型日期，默认形式为美国英语NumberStringExample0dd-mmm-yyyy HH:MM:SS01-Mar-2000 15:45:171dd-mmm-yyyy01-Mar-20002mm/dd/yy03/01/003mmmMar4mM5mm036mm/dd03/017dd018dddWed9dW10yyyy200011yy0012mmmyyMar0013HH:MM:SS15:45:1714HH:MM:SS PM3:

39、45:17PM15HH:MM15:4516HH:MMPM3:45PM17QQ-YYQ1-9618QQQ119dd/mm01/0320dd/mm/yy01/03/0021mmm.dd,yyyy HH:MM:SSMar.01,2000 15:45:1722mmm.dd,yyyyMar.01,200023mm/dd/yyyy03/01/200024dd/mm/yyyy01/03/200025yy/mm/dd00/03/0126yyyy/mm/dd2000/03/0127QQ-YYYYQ1-199628mmmyyyyMar200029(ISO 8601)yyyy-mm-dd2000-03-0130(I

40、SO 8601)yyyymmdd THHMMSS20000301T15451731yyyy-mm-dd HH:MM:SS2000-03-01 15:45:17t=datestr(now)t=datestr(now,)datestr(datenumdatestr(now,23)datestr(now,16)datenum函数（字符型日期和向量型日期转换为数值型日期）DT是字符型日期，符合上述0、1、2、6、13、14、15、16、23格式N=datenum(DT)：将字符型或向量型日期DT转换为数字型日期，其中年数必须在以当前年为中心的100年内N=datenum(DT,P)：P为指定的起始年，

41、默认当前年减去50年N=datenum(DT,F)：在进行转换操作时使用特定日期格式FN=datenum(DT,F,P)n=datenum(09/16/04)n=datenum(01/24/03)n=datenum(10-May-2001)n=datenum(2001,12,19)format bankn=datenum(2001 5 19 18 0 0)n=datenum(12-june-12)n=datenum(12-june-12,1900)n=datenum(datevec函数（其他形式日期转换为向量型日期）V=datevec(DT)：向量包含，year、month、day、hour、

42、minute和second，前五个元素为整数，也可以将包含N个数值型日期的向量转换为一个N*6阶矩阵V=datevec(DT,P)：指定起始年，默认当前年减去50年V=datevec(Dt,F)V=datevec(Dt,F,P)Y,M,D,M1,S=datevec(DT)：将日期元素以单独的变量返回datevec(12/24/1984 12:45)t=datenum(12/24/1984 12:45)y m d h m1 s=datevec(12/24/1984 12:45)sprintf(Date:%d/%d/%d Time:%d:%dn,m,d,y,h,m1)datevec(（3）、计时函

43、数tic和toc函数：tic表示计时的开始，toc表示计时的结束tic任意表达式toct=tocfor n=1:100A=rand(n,n);b=rand(n,1);ticx=Ab;t(n)=toc;endplot(t)t=toct=0.05运行时间0.05秒cputime函数：返回从调用函数起所用的总的CPU时间，以秒为单位格式：t=cputime;任意程序或表达式e=cputime-tt=cputimeA=magic(4)*rand(4)e=cputime-tetime函数e=etime(t2,t1)：返回向量t1和t2之间的时间段，t1和t2必须含有clock函数返回的6个元素x=rand(2048,1);t=clock;fft(x);etime(clock,t)程序的调试和优化1、程序的调试（1）、程序错误的种类语法错误运行错误：在程序运行过程中，出现溢出或者死循环等异常（2）、错误的识别和程序调试在函数头前加%，这样就将函数式M文件变为脚本式M文件，而脚本式M文件运行时，就会在工作空间显示错误在M文件中使用断点进行操作编制M文件如下：function z=bu