MATLAB程序设计课件

1、第3章 MATLAB程序设计 3.1 M文件 3.2 数据的输入输出 3.3 选择结构 3.4 循环结构 3.5 函数文件 3.6 全局变量和局部变量 目录目录3.1 M文件编程vM文件的功能和特点MATLAB是解释性语言是解释性语言语法简单语法简单调试容易调试容易人机交互性强人机交互性强开放性、可扩展性强开放性、可扩展性强3.1.1 M文件的建立与编辑1.建立新的M文件(1)菜单操作：直接点击菜单New Script(2)命令操作：在MATLAB命令窗口输入命令edit。(3)命令窗口的New菜单 Script命令。 2. 编辑已有的M文件open打开M文件 3.1.2 M文件的分类文件的分

2、类分类：命令文件分类：命令文件(Script File/脚本文件脚本文件)函数文件函数文件(Function File)1、命令文件命令文件(1)将需要运行的命令编辑到一个命令文件中，然后在MATLAB命令窗口输入该命令文件的名字，就会顺序执行命令文件中的命令。 (2) 对于一些比较简单的问题 ，在指令窗中直接输入指令计算. (3)对于复杂计算，采用命令文件最为合适.MATLAB只是按文件所写的指令执行.命令文件命令文件vM命令文件的特点是：命令文件的构成比较简单，只是一串按用户意命令文件的构成比较简单，只是一串按用户意图排列而成的（包括控制流和指令在内的）图排列而成的（包括控制流和指令在内的

3、）MATLABMATLAB指令集合指令集合M M文件中定义的变量为全局变量文件中定义的变量为全局变量. .命令文件运行命令文件运行后后 ，所产生的所有变量都驻留在，所产生的所有变量都驻留在 MATLABMATLAB基本基本工作空间（工作空间（ workspace workspace）中。只要用户不使用）中。只要用户不使用清除指令（清除指令（clearclear），）， MATLABMATLAB指令窗不关闭，指令窗不关闭，这些变量将一直保存在基本工作空间中这些变量将一直保存在基本工作空间中 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e1.m存

4、盘： clear; a=1:10; b=11,12,13,14;15,16,17,18; c=a;a=b;b=c; a b 然后在MATLAB的命令窗口中输入e1，将会执行该命令文件。目录目录函数文件函数文件v与命令文件不同与命令文件不同 ，函数文件犹如一个，函数文件犹如一个“黑箱黑箱”，把一些数据送进并经加工处理，再把结果送出来把一些数据送进并经加工处理，再把结果送出来.vMATLAB提供的函数指令大部分都是由函数文件提供的函数指令大部分都是由函数文件定义的定义的.用用M文件自定义函数，开头为文件自定义函数，开头为: function yname = fname(xname)yname: 因

5、变量名，因变量名，fname: 函数名，函数名，xname：自变量名自变量名. 文件名为文件名为fname，即与函数名相同，即与函数名相同. 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e2.m： function a,b=e2(a,b) % ee2 c=a;a=b;b=c;调用:a,b=e2(2,3) 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=e2(x,y)目录目录由上例可以看出函数文件的一般格式为：function 输出表函数名（输入表） 注释

6、说明部分 函数体语句函数文件的第一行必须是以关键字function开始，表明该文件是函数文件输入表是以逗号相分隔的形参输出表是函数的返回值如果返回值只有一个方括号可以省略；如果返回值不止一个，输出表中的各个变量要以逗号隔开标准的函数文件基本结构标准的函数文件基本结构 （1）函数定义行（关键字）函数定义行（关键字function）functionout1,out2,. = filename(in1,in2,.)输入和输出（返回）的参数个数分别由输入和输出（返回）的参数个数分别由nargin和和nargout两个两个MATLAB保留的变量来给出。保留的变量来给出。 标准的函数文件基本结构标准的函数

7、文件基本结构 （2）第一行帮助行，即）第一行帮助行，即H1行以（行以（%）开头，作为）开头，作为lookfor指令搜索的行，可以使程式易于了解与管指令搜索的行，可以使程式易于了解与管理。特别要说明的是，第一注解行通常用来简短说理。特别要说明的是，第一注解行通常用来简短说明此明此M档案的功能，以便档案的功能，以便lookfor能以关键字比对能以关键字比对的方式来找出此的方式来找出此M档案。档案。 举例来说，举例来说，e2.m的第一注解行包含的第一注解行包含ee2这个这个字，因此如果键入字，因此如果键入lookfor ee2，MATLAB即可列即可列出所有在第一注解行包含出所有在第一注解行包含ee

8、2的的M档案，因而档案，因而e2.m也会被列名在内。也会被列名在内。 （3）函数体说明及有关注解）函数体说明及有关注解,以（以（%）开头，）开头，用以说明函数的作用及有关内容用以说明函数的作用及有关内容（4）函数体语句）函数体语句函数体内使用的除返回和输入变量这些在函数体内使用的除返回和输入变量这些在function语句中直接引用的变量以外的所语句中直接引用的变量以外的所有变量都是有变量都是局部变量局部变量，即在该函数返回之，即在该函数返回之后，这些变量会自动在后，这些变量会自动在MATLAB的工作空的工作空间中清除掉。如果希望这些中间变量成为间中清除掉。如果希望这些中间变量成为在整个程序中都

9、起作用的变量，则可以将在整个程序中都起作用的变量，则可以将它们设置为它们设置为全局变量全局变量. 例3.3 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： function s,p=fcircle(r) %CIRCLE calculate the area and perimeter of a circle of radii r %r 圆半径圆半径 %s 圆面积圆面积 %p 圆周长圆周长 s=pi*r*r; p=2*pi*r; 将以上函数文件以文件名fcircle.m存入c:matlabr11work下，然后在MATLAB命令窗口调用该函数： s,p=fcircle(10)目录目录s

10、 = 13823/44 p = 7100/113 例3.4 建立一个自变量为m, n的函数，用其构造mn矩阵，其元素随机取均匀分布在09中的整数： function a=randint(m,n) a=floor(10*rand(m,n);以上两句存为M文件randint.m. 用法： A=randint(2,3) %z则A为23矩阵，其元素为随机取自09中的整数. 函数M文件中的变量为局部变量，要想在Command Window 或其他M文件中可调用，必须在这些地方把此变量说明为global: 例如，global a; 注意，M文件必须存放在MATLAB的搜索路径中才可被调用. 函数调用 函数

11、调用的一般格式是： 输出实参表=函数名(输入实参表)例3.5 利用函数文件，实现直角坐标(x,y)与极坐标(,)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); 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目录目录 例3.6 利用函数的递归调用，求n！。 递归调用函数文件factor.m： function f=fact

12、or(n) if n main2Please input n=:5s = 153 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。目录目录 例3.7 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

13、*c)/2; end 命令文件mydemo.m： x=1:3;y=1;2;3; examp(x) examp(x,y) examp(x,y,3)目录目录 mydemoans = 1 2 3ans = 2 4 6ans = 213.2 数据的输入输出3.2.1 input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： xm=input(Whats your name?,s) Whats your name?xiaoweixm

14、= xiaowei目录目录 3.2.2 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。目录目录 例3.4 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)目录目录disp(x) 显示显示x的内

15、容，与的内容，与x 的区别是：的区别是：前者仅显示前者仅显示x的内容，后者多个的内容，后者多个x=.a=? 3b=? 4c=? 9x1=-0.66667+1.5986i,x2=-0.66667-1.5986i 3.2.3 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。目录目录MATLAB流程控制流程控制v循环语句循环语句 for, whilev条件转移条件转移 if end, if elseif else endv开关语句开关语句 switch case

16、v注释语句注释语句 %v中断语句中断语句 breakv暂停语句暂停语句 pausev回显语句回显语句 echo on/off 3.3 选择结构 3.3.1 if语句 在在MATLAB中，中，if语句有语句有3种格式。种格式。 1.单分支单分支if语句语句 语句格式为：语句格式为： if 条件 语句组 end 当条件成立时，则执行语句组，执行完之当条件成立时，则执行语句组，执行完之后继续执行后继续执行if语句的后继语句，若条件不成立，语句的后继语句，若条件不成立，则直接执行则直接执行if语句的后继语句。语句的后继语句。目录目录 2.双分支if语句 语句格式为： if 条件 语句组1 else 语

17、句组2 end 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。目录目录 例3.4计算分段函数值目录目录2cos(1)1,10,10 xxxyx xx x程序如下： x=input(请输入请输入x的值的值:); if x=10 y=cos(x+1)+sqrt(x*x+1); else y=x*sqrt(x+sqrt(x); end y请输入请输入x的值的值:y = 47.189312 3.多分支if语句语句格式为：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+1end目录目录 例3.

18、5 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。目录目录 c=input(请输入一个字符,s); if c=A & c=a& c=0& c *Inner matrix dimensions must agree. 3.4 循环结构 3.4.1 for语句基本格式基本格式for 循环变量起始值：步长：终止值循环变量起始值：步长：终止值 循环体循环体end步长缺省值为步长缺省值为1 1，可以在正实数或负实数范围内，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任意指

19、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于终止值时，循环结束。循环结构可以嵌套使用。用。目录目录 for i=1:5for i=1:5 for j=1:5 for j=1:5 a(i,j)=1/(i+j-1); a(i,j)=1/(i+j-1); end endendenda=a= 1.0000 0.5000 0.3333 0.2500 0.2000 1.0000 0.5000 0.3333 0.2500 0.2000 0.5000 0.3333 0.2500 0.2000 0.1

20、6670.5000 0.3333 0.2500 0.2000 0.1667 0.3333 0.2500 0.2000 0.1667 0.1429 0.3333 0.2500 0.2000 0.1667 0.1429 0.2500 0.2000 0.1667 0.1429 0.1250 0.2500 0.2000 0.1667 0.1429 0.1250 0.2000 0.1667 0.1429 0.1250 0.1111 0.2000 0.1667 0.1429 0.1250 0.1111 例例3.8 已知求已知求y的表达式，的表达式， 当当n=100时，求时，求y的值。的值。 目录目录在实际

21、在实际MATLAB编程中，为提高程序的执行速度，常编程中，为提高程序的执行速度，常用向量运算来代替循环操作：用向量运算来代替循环操作： n=100; i=1:n; f=1./i.2; y=sum(f)11/ /niyi i程序如下：程序如下： y=0;n=100; for i=1:n y=y+1/i/i; end yy = 2047/1252 例3.9 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); for i=1:n s(i)= (f(i)+f(i+1)*h/2; end s=sum

22、(s) 目录目录1320()sin()6xexdx 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。s = 754/837 for语句更一般的格式：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。目录目录 例3.10 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

23、;98,58,42,73;67,89,76,87for k=a s=s+k;enddisp(s);目录目录a = 65 76 56 78 98 83 74 85 76 67 78 79 98 58 42 73 67 89 76 87 275 340 300 271 319 3.4.2 while语句 while语句一般用于不能事先确定循环次数的情况 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(如图3.5所示)。目录目录While循环和循环和for循环的区别在于，循环的区别在于

24、，while循环结构循环结构的循环体被执行的次数不是确定的，而的循环体被执行的次数不是确定的，而for结构中循结构中循环体的执行次数是确定的。环体的执行次数是确定的。例 用循环求解例 用循环求解 最小的 m用用while循环语句编写一个计算循环语句编写一个计算1000以内以内的的Fibonacci数：数： f=1 1; i=1; while f(i)+f(i+1)1000 f(i+2)=f(i)+f(i+1); i=i+1; end f= 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610 987 例例3.11 产生一个长度为的调和数列。产生一个长度为的调和数列。 程序如下：程序如下： X=zeros(1,6); i=1; while i=6 X(i)=1/i; i=i+1; end format rat %使用分数表示数值使用分数表示数值 disp(X)目录目录Columns 1 through 5 1 1/2 1/3 1/4 1/5 Column 6 1/6 与循环结构相关的还有一个break语句，当