数学软件1matlab语言程序设计

1、2022/9/2第二章 MATLAB程序设计Chapter Two: MATLAB ProgrammingMATLAB 语 言MATLAB Language2022/9/2MATLAB ProgrammingMATLAB具有以下两种操作方式： 1.命令行交互操作方式 2. M文件编程模式Neither of the two can be dispensed.（二者缺一不可）2022/9/2M文件是用Matlab语言编写的原程序（脚本），是一系列命令的集合。有如下两类M文件。1. 命令文件它没有输入参数和输出参数。它可以通过键入文件名在命令窗口运行。2. 函数文件它可以有输入参数和输出参数。它需

2、要由命令文件或命令窗口的命令调用。一. M文件(M-File)2022/9/21. 建立与编辑M文件(Setting up and editing M-file)建立M文件(Setting up new M-file) MATLAB default windows File New M-file MATLAB7.0或更低版本新建脚本(script) 更高版本的MATLAB 编辑M-文件(Editing existing M-file) MATLAB default windows File Open M-file.一. M文件(M-File)2022/9/2.命令文件(Command file

3、)命令文件是包含一个或多个命令的文件。用户可以把文件名作为命令执行它。命令解释器可以按顺序接受命令文件中的命令。【例1】 建立一个命令文件将变量a,b的值互换。 先建立e31.m程序文件： a=1:9; b=11,12,13;14,15,16;17,18,19; c=a; a=b; b=c; a, b在MATLAB命令窗口中输入e31，将会执行该命令文件。问题：如何只使用a, b两个变量实现a, b的交换?一. M-文件(M-File)答：当a, b是同维数组时：a=a+b; b=a-b; a=a-b2022/9/21. Input函数功能: 给出文本字符串提示并等待键盘输入。格式: A=in

4、put(prompt message，option)；注释: s 选项指定字符串输入。举例: xm=input(Whats your name:, s)注意Whats your name:, 字符串中有时要使用!二数据输入输出(Data input/output)【例2】求一元二次方程ax2 +bx+c=0的根。 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)将该程序以aa.m文件存盘，然后运行aa.m文件。2022/9/22. Pause函数功能: Su

5、spend the execution of a running program.格式: pause(seconds of delay) Note：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。 3. Disp 函数功能: Display the array without printing the array name. 格式: disp(string or matrix)举例: A=Hello, MATLAB; disp(A)输出为：Hello, MATLAB %无空行无变量名%二数据输入输出(Data i

6、nput/output)2022/9/24. Fprintf函数格式：Count = fprintf(Fid, Format, A, .) 功能：将格式应用于数组A及省略的其他数组的所有元素的实数部分，按列顺序将数据写入文本文件或屏幕。二数据输入输出(Data input/output)格式字符串作用%dDisplay value as an integer.%eDisplay value in exponential format.%fDisplay value in floating point format.%sDisplay character vector or string arr

7、ay. .rCarriage returnnSkip to a new line.Format=格式字符串，其用法和作用见下表。Fid为fopen函数打开文件时生成的文件标识符，去除Fid或令Fid=1则输出到屏幕。（请试试Fid=2的结果）2022/9/25. Keyboard命令 遇到keyboard命令时，将“控制权”交给键盘，用户可以从键盘输入各种MATLAB命令。仅当用户输入return命令后，“控制权”才交还给程序。它与input的区别是：它允许输入任意多个MATLAB命令，而input只能输入赋给变量的“值”。二数据输入输出(Data input/output)Matlab数据的

8、最大有效值是1. 88*21023, 或1.797693134*10308 溢出上限为21024 2022/9/2Including if statement and switch statement.1. 判断语句 (if.else.end)格式1: if 表达式 执行代码块 end三程序设计(program design)格式2: if 表达式1 执行代码块1 else 执行代码块2 end(一)选择结构 (Selective structure)2022/9/2(一)选择结构 (Selective structure)格式3:if 表达式1 执行代码块1elseif 表达式2 执行代码块

9、2elseif 表达式m 执行代码块melse 执行代码块m+1end三程序设计(program design)其中可以包含任意多个 elseif 语句，且 elseif 和 else 均可省略。2022/9/2【例3】 输入三角形的三条边，求面积。程序如下：A=input(请输入三角形的三条边：);if A(1)+A(2)A(3) & A(1)+A(3)A(2) & A(2)+A(3)A(1) p=(A(1)+A(2)+A(3)/2; s=sqrt(p*(p-A(1)*(p-A(2)*(p-A(3); disp(三角形面积为：, num2str(s); %将s转换成字符串else disp(

10、不能构成一个三角形。)end运行：请输入三角形的三条边：4 5 6结果：三角形面积为9.9216(一)选择结构 (Selective structure)三程序设计(program design)2022/9/2num2str 将数字转换为数字字符串str2num 将数字字符串转换为数字mat2str 将数组转换成字符串int2str 把数值数组转换为整数数字组成的字符数组lower(str) 将字符串中的字母转换成小写upper(str) 将字符串中的字母转换成大写strcmp 比较两个字符串是否完全相等， 是，返回真，否则，返回假strncmp 比较两个字符串前n个字符是否相等， 是，返回

11、真，否则，返回假strcmpi 比较两个字符串是否完全相等，忽略字母大小写strncmpi 比较两个字符串前n个字符是否相等， 忽略字母大小写(一)选择结构 (Selective structure)三程序设计(program design)2022/9/2【例4】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，若为其他字符则原样输出。c=input(,s);if c=A & c=a& c=z disp(setstr(abs(c)-1);else disp(c);end(一)选择结构 (Selective structure)三程序设计(program desig

12、n)2022/9/22.分支语句(Switch statement)分支语句的结构为:switch 分支表达式 case 条件表达式 语句序列 case条件表达式1, 条件表达式2, 条件表达式3, 语句序列 otherwise 语句序列end(一)选择结构 (Selective structure)三程序设计(program design)分支表达式是一个变量，可以是数值变量，也可以是字符串变量。当分支表达式取值与条件表达式相同时则执行相应的语句序列。否则，执行otherwise后面的语句序列。注意：otherwise可以省略！ 引入元胞(cell)数组，引入普通数组。2022/9/2【例5

13、】 根据变量 num 的值来决定显示的内容。 num=input(请输入一个数); switch num case -1 disp(I am a teacher.); case 0 disp(I am a student.); case 1 disp(You are a teacher.); otherwise disp(You are a student.); end(一)选择结构 (Selective structure)三程序设计(program design)2022/9/2【例6】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

14、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。(一)选择结构 (Selective structure)三程序设计(program design)2022/9/2price=input(请输入商品价格);switch fix(price/100) %fix()向0取整 See round() case 0,1 %价格小于200 rate=0; case 2,3,4 %价格大于等于200但小于500 rate=3/100;

15、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;endprice=price*(1-rate) %输出商品实际销售价格(一)选择结构 (Selective structure)三程序设计(program design)2022/9/2语句格式为： try 语句组1 cat

16、ch 语句组2 endtry语句先试探性执行语句组1，如果语句组1在执行过程中出现错误，则将错误信息赋给保留的lasterr变量，并转去执行语句组2。(一)选择结构 (Selective structure)三程序设计(program design)3. 检测语句(try statement)2022/9/2【例7】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;enddisp(C)lasterr %显示出错原因(一)选择结构 (Sel

17、ective structure)三程序设计(program design)3. 检测语句(try statement)2022/9/2（二）循环结构 (Loop structure)循环结构包含for语句和while语句。1. For语句(for statenent)格式: for loop_var = expr1:expr2:expr3 语句序列（循环体） end 注释: expr1是循环变量loop_var的初值，expr2是步长，expr3是终值。当expr2=1时可将其省略，变成 loop_var = expr1:expr3.三程序设计(program design)2022/9/2

18、2. while语句(while statement)格式: while 条件 语句序列（循环体） end当条件为真（值非零）时执行语句序列.【例8】 y=1+1/3+1/(2*n-1) ，求： (1) y=3 break; end i=i+1; end n=i-1 y=y-f（二）循环结构 (Loop structure)三程序设计(program design)2022/9/23.循环嵌套 (Nested loop) 一个循环包含在另一循环中时称为循环嵌套，也叫多重循环。嵌套重数可以是任意正整数。根据嵌套数分别称为双循环、三循环等。内循环结构称为内环，外循环结构称为外环。（二）循环结构 (

19、Loop structure)三程序设计(program design)2022/9/2【例9】求100,1000以内的全部素数。 n=0; for m=100:1000 flag=1; j=m-1; i=2; while i=j & flag if rem(m,i)=0 flag=0; end i=i+1; end if flag n=n+1; prime(n)=m; endendprime %变量prime存放素数（二）循环结构 (Loop structure)三程序设计(program design)3.循环嵌套 (Nested loop) 2022/9/2 与循环结构相关的语句还有br

20、eak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，不再执行该循环的任何操作，接着执行该循环语句下面的语句。 continue语句通常用在循环控制中，包括for循环和while循环，用于结束当次循环，继续执行下一次循环，但不结束当前循环。一般continue语句和if语句相结合，当满足一定条件时执行 continue 语句。（二）循环结构 (Loop structure)三程序设计(program design)4. break语句和continue语句2022/9/2【例10】求100，200之间第一个

21、能被21整除的整数。程序如下： for n=100:200 if rem(n,21)=0 continue end breakendn（二）循环结构 (Loop structure)三程序设计(program design)4. break语句和continue语句2022/9/2函数文件是另一种形式的M文件，每一个函数文件都定义一个函数。事实上，MATLAB提供的标准函数大部分都是由函数文件定义的。四函数文件(function file)(一）函数文件格式 (function file form)函数文件由function命令引导，其格式为： function y1,y2,yn=fname(

22、x1,x2,xm) annotate function body return 注：函数名的命名规则与变量名相同。y1,y2,ym为输出形参(参数)表，x1,x2,xn为输入形参(参数)表。当输出形参为1个时，可以省略方括号。2022/9/2四函数文件(function file)(一）函数文件格式 (function file form) 注意：任何一个函数文件中， function 命令都必须是第一个可执行命令，其前面不能有任何可执行语句。 Return 命令结束它所在函数的执行，而把控制转至主调函数或者命令窗口。否则，只有等整个被调用函数执行完毕时才会转出error(message)显示

23、出错信息message，终止程序。warning(message)显示告警信息message，程序继续运行。2022/9/2【例11】 编写函数文件求后两项之和小于任意自然数n的Fibonacci数列各项。数列为1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, function f=ffib(n) %求Fibonacci数列的函数文件 %f=ffib(n) %1999年9月30日编 f=1,1; i=1; while f(i)+f(i+1)n f(i+2)=f(i)+f(i+1); i=i+1; end f(end)=;将以上函数文件以文件名ffib.m存盘，然后在MATLAB命令窗口输入以

24、下命令，可求小于2 000的Fibonacci数。 ffib(2000)四函数文件(function file)2022/9/2（二）函数调用 (function call) 函数文件编制好后，就可调用函数进行计算了。如上面定义ffib函数后，调用它求小于2000的Fibonacci数。函数调用的一般格式是：fname(x1,x2,xm) y1,y2,yn=fname(x1,x2,xm)其中：y1,y2,yn为输出实参表 x1,x2,xm为输入实参表四函数文件(function file)2022/9/2【例12】 利用函数文件，实现直角坐标(x,y)到极坐标(, )的转换。 Function

25、 file: tran.m： function gama,theta=tran(x,y) gama=sqrt(x*x+y*y); theta=atan(y/x); Main programmain1.m： x=input(Please input x=:); y=input(Please input y=:); gam,the=tran(x,y); gam the已知转换公式如下：矢径： = sqrt(x*x+y*y)幅角： = atan(y/x)四函数文件(function file)2022/9/2【例13】 利用函数的递归调用（调用自己），求n！。 function f=factor(n

26、) if n=1 f=1; else f=factor(n-1)*n; end return; %返回 Main program main2.m for i=1:10 fac(i)=factor(i); end facRunning results: fac = Columns 1 through 6 1 2 6 24 120 720 Columns 7 through 10 504 40320 362880 3628800注：Matlab的factorial()函数计算正整数的阶乘。factorial(4)=4!=24prod(X)为X的所有元素之积。四函数文件(function file)

27、2022/9/2利用函数的递归调用，求n！的改进程序。 function f=factor1(n) %首先判断输入参数n是否为非负整数 if (isnumeric(n)=0) | (n0) | (n=round(n) disp(参数必须是非负整数) return; %返回 end if ns=clock;A=1,2;3,4;B=5,6;7,8;x=A/B,e=clock; t=e(6)-s(6) date %返回当前日期 日-月-年，例如 07-Oct-2015，时间超过一天时要用它计时。六计时2022/9/2 num2str Convert number to string数值转字符串。 int2str Convert integer to string整数转字符串。 mat2str Convert matrix to string矩阵转字符串。 str2num Convert string to number字符串转数值。 hex2num Convert hexadecimal number string to double-precision number十六进制数字串转双精度数值。