MATLAB 程序设计基础

1、MATLAB程序设计基础程序设计vM文件 两种形式：命令形式（Script） 函数形式（Function） 命令式M文件在运行过程中可以调用MATLAB工作域内所有的数据，而且，所产生的所有变量均为全局变量，直到用户执行clear命令清除；函数式文件中所有变量除特殊声明，均为局部变量。v命令式M文件 提示： 标点符号要运用恰当； 注意程序的书写风格，保持程序的可读性； 要以m为文件扩展名，在低版本的matlab中，文件名要符合8.3格式。v函数式M文件 function 返回变量列表=函数名(输入变量列表) 注释说明语句段 函数体 提示：第一行为function语句； function后定义函

2、数名和输入输出参数，函数被调用时按此格式执行；文件名必须与函数名一一对应；函数执行完后，只保留返回结果，不保留中间过程；v例：function f=fibfun(n)%FIBFUN for calculating fibonacci numbers.%Incidengtally, the name fibonacci comes from%Filius Bonassi, or son of Bonassus%fibfun.mif n2 f=fibfun(n-1)+fibfun(n-2);else f=1;end?help fibfun FIBFUN for calculating fibona

3、cci numbers. Incidengtally, the name fibonacci comes from Filius Bonassi, or son of Bonassus fibfun.m?lookfor fibFIBFUN for calculating fibonacci numbers.注：为了利用MATLAB的关键字搜索功能，应该在M文件的第一行注释中，尽可能多的包含函数的特征信息。控制语句v循环语句 有两种方式：for循环和while循环 for循环 for 循环变量=s1:s3:s2 循环体语句组 end说明： for 语句一定要有end结束标志； 循环语句中要用“；

4、”防止中间结果的输出； 书写时采用锯齿结构以增加可读性； v例：求 mysum=0; for i=1:1:100 mysum=mysum+i; end; mysum 求取s1的值ii在s1和s2之间？循环体语句组i+s3-i是否结束循环1001iiv for 循环的一般形式 for v=vect statements end vect为任意给定的向量，则循环变量从向量的第一个数值一直循环到最后一个数值。 例1(见前例)： mysum=0; v=1:100; for i=v;mysum=mysum+i;end mysum 例2：x=; for i=Hello, x=i x; end, xv wh

5、ile循环 while 逻辑变量 循环体语句组 end例（见前例）： mysum=0;i=1; while (i10000), break; end mysum=mysum+m; end m, mysum if 条件式 条件块语句组1 else 条件块语句组2 end条件语句组语句组1语句组2是否例：多项式加例：多项式加 p1=1 5 4; p2=1 6 11 6; n1=length(p1); n2=length(p2); if n1firstlevel num1=num1+1; elseif list(i)secondlevel num2=num2+1; else num3=num3+1;

6、 endend?global firstlevel secondlevel?firstlevel=85;?secondlevel=75;?a,b,c=test3(90,89,60,79,89,60,99,98,100)a = 1b = 2c = 0子函数与局部函数v函数文件中题头定义的函数为主函数，在函数体内定义的其他函数即为子函数。子函数只能为主函数或同一主函数下其他的子函数所调用。function c=test(a,b)%main functionc=test1(a,b)*test2(a,b);function c=test1(a,b)%sub functionc=a+b;function

7、 c=test2(a,b)%sub functionc=a-b;v放置于目录private下的函数称为局部函数，这些函数只有private目录的父目录中的函数才可以调用，其他目录的函数不能调用。局部函数与一般函数文件的编辑相同。vMATLAB在调用函数时，首先检测该函数是否为此文件的子函数；如果不是，再检测是否为可用的局部函数；如果仍不是，则检测MATLAB搜索路径中其他的M文件。程序设计的辅助函数v执行函数 y1,y2,yn=feval(function,x1,x2,xn) 以函数名为输入变量的函数。 evalin(workspacename,expression) 对指定工作空间works

8、pacename中的变量进行操作，计算表达式expression的值。v容错函数 error(错误信息) 触发函数error时，中断程序的运行，显示错误信息。 warning用法类似， 但不会中断程序。function c=testerror(a,b)flag=0;if ischar(a)&ischar(b) flag=1;else error(Input must be a string!);endif flag c=strcat(a,b);endv时间控制函数 日期表达形式： dd-mmm-yyyy mm/dd/yy mm/dd 12-Oct-2003 10/12/03 10/12

9、 时间表达形式： HH:MM:SS HH:MM:SS PM v cputime的调用： t=cputime; 程序段； t=cputime-t; 显示该程序段运行所占用的CPU时间。v tic、toc的调用方法 tic; 程序段； toc； 显示运行该程序段所需的时间。vetime（time2，time1） 计算两时刻的时间差。程序设计优化v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;for i=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=si

10、n(x);tocelapsed_time = 0.0100v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.mticfor j=1:10000 for i=1:5 H(i,j)=1/(i+j-1); endendtocTest1.mticfor i=1:5 for j=1:10000 H(i,j)=1/(i+j-1); endendtoc?test1elapsed_time = 0.2970?test2elapsed_time = 0.6100v大型矩阵预先定维 大型矩阵动态的定维

11、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);for i=1:5 for j=1:10000 H(i,j)=1/(i+j-1); endendtocticH=zeros(5,10000);for i=1:5 H(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函数来构造。v优先考虑内在函数v采用有效算法v采用Mex技术?tic,i,j=meshgrid(1:5,1:

12、10000);H=1./(i+j-1);tocelapsed_time = 0.0150面向对象的程序设计v类和对象的构造 类的概念是结构体的拓展，类中可以包含变量形成员，也可以包含与这些变量相关联的函数或运算。对象是类的一个实例。首先定义一个适当的名字;以这个名字建立一个子目录，目录名为该名称前加符号；编写一个引导函数，函数名与类同名。v例：定义一个多项式类如果不给出输入变量，则建立一个空多项式；如果输入变量a为多项式类，则直接把它传送给输出变量p；如果a为向量，则将此向量变换成行向量，再构造一个多项式对象；function p=polynom(a)if nargin=0 p.c=;p=cl

13、ass(p,polynom);elseif isa(a,polynom), p=a;else p.c=a(:).;p=class(p,polynom);endv类的显示 在此目录下重新建立display()函数。 函数自动按照多项式显示的格式构造字符串，并显示出来。function display(p)disp( );disp(inputname(1), = )disp( );disp( char(p);disp( );function s=char(p)if all(p.c=0) s=0;else d=length(p.c)-1;s=; for a=p.c; if a=0 if isempt

14、y(s) if a0, s=s,+; else, s=s,-;a=-a; end end if a=1|d=0, s=s, num2str(a); if d0, s=s,*; end end if d=2, s=s,x,int2str(d); elseif d=1, s=s x; end end d=d-1; endendv各种运算的建立 加法运算：对plus()函数进行重载定义； 减法运算：对minus()函数进行重载定义； 乘法运算：对mtimes()函数进行重载定义； 乘方运算：对mpower()函数进行重载定义； function p=minus(a,b)a=polynom(a);b=

15、polynom(b);k=length(b.c)-length(a.c);p=polynom(zeros(1,k) a.c -zeros(1,-k) b.c);function p=minus(a,b)a=polynom(a);b=polynom(b);k=length(b.c)-length(a.c);p=polynom(zeros(1,k) a.c -zeros(1,-k) b.c);function p=mtimes(a,b)a=polynom(a);b=polynom(b);p=polynom(conv(a.c,b.c);function p=mpower(a,n)if n=0, n=

16、floor(n);a=polynom(a);p=1; if n=1 for i=1:n, p=p*a;end endelse error(Power should be a non-negative integer.)end875 . 135)(74)(23423xxxxsQxxsP?P=polynom(1 4 0 -7) P = x3+4*x2-7 ?Q=polynom(5 3 -1.5 7 8) Q = 5*x4+3*x3-1.5*x2+7*x+8 ?P+Qans = -5*x4-2*x3+5.5*x2-7*x-15?P-Qans = -5*x4-2*x3+5.5*x2-7*x-15?P*

17、Qans = 5*x7+23*x6+10.5*x5-34*x4+15*x3+42.5*x2-49*x-56?P3ans = x9+12*x8+48*x7+43*x6-168*x5-336*x4+147*x3+588*x2-343文件格式与读写vMatlab的文件 MDL文件simulink生成的模型描述文件； DLL文件由Mex技术生成的matlab可调用函数库； MAT文件matlab格式存储的二进制数据文件 P 文件 M文件变换后的伪代码文件。v变量存储命令 save 文件名 变量列表 文件名为要存储的文件名，如果不给出文件名则默认为matlab.mat；变量列表为要存储的变量，各个变量名

18、间用空格分割，如果不给出变量名列表，则将整个工作空间中所有变量都存入该文件。例： save tmp a b c 将a，b，c三个变量存到tmp.mat文件中，默认目录为work目录。 save(temp space,a,b,c) 可以使用任意的合法文件名。v变量装载命令 load 文件名 或 load（文件名） 从mat文件中将变量数据装载入工作空间。vASCII格式的变量存储 save temp.dat /ascii 此时，文件内容为可读的，当变量的精度被降低。v文件操作函数打开文件 文件句柄=fopen(文件名，打开方式) 如果句柄的值大于0，说明文件打开成功；打开方式：r 只读w 只写a

19、 追加r+ 可读又可写关闭文件 fclose(文件句柄) 成功，则返回0；否则返回1。 如果想关闭matlab运行中打开的所有文件，可以用fclose(all)命令。有格式读文件 A=fscanf(文件句柄,输入格式,变量大小N) 从文件中读取N个元素，赋给A。有格式写文件 fprintf(文件句柄,输出格式,输出变量表) 输出格式控制变量的输出形式，每个描述格式的字符串以引导，如s表示字符格式，d表示整型数格式，23.13g表示双精度浮点格式； 输出变量表中，变量名之间用逗号隔开。读入整个一行 str=fgetl(文件句柄) 或 str=fgets(文件句柄) 从文件中读入一整行信息，前者舍

20、弃字符串末尾的回车符号，后者不舍弃。字符串读写 类似于文件读写，把文件句柄替换为字符串变量。 sscanf(字符串变量,输入格式,变量大小) 字符串变量=sprintf(输出格式，输出变量列表)例：文本文件显示。function fileprint(fname)if nargin=1 f_id=eval(fopen( fname,.m,r);else fname,fpath=uigetfile(*.m,Please enter a file name); f_id=fopen(fpath,fname,r);endi=0;while feof(f_id)=0 strText=fgetl(f_id

21、); i=i+1; disp(sprintf(%4d:%s,i,strText);endfclose(f_id);?fileprint(fileprint) 1:function fileprint(fname) 2:if nargin=1 3: f_id=eval(fopen( fname,.m,r); 4:else 5: fname,fpath=uigetfile(*.m,Please enter a file name); 6: f_id=fopen(fpath,fname,r); 7:end 8:i=0; 9:while feof(f_id)=0 10: strText=fgetl(f

22、_id); 11: i=i+1; 12: disp(sprintf(%4d:%s,i,strText); 13:end 14:fclose(f_id);程序调试v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。v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=1 2 ;3 4;?b=1 2 3;4 5 6;7 8 9;?a*b? Error using = *Inner matrix dimensions must agree.?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。v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。v调试函数dbstop in at 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