第五章MATLAB程序设计课件

第五章MATLAB程序设计5.1M文件5.2运算符5.3循环结构5.4选择结构5.5程序设计的有关问题5.1M文件MATLAB软件的使用有两种常用方式：人机直接交互的命令行操作方式MATLAB作为一种高级“数学演算和图视器”M文件的编程工作方式MATLAB作为一种高级计算机程序语言，不仅可以象C，FORTRAN等语言一样进行程序设计，而且由于其本身的特点，更具有语言简单、可读性强、调试容易、调用方便等其它语言无法比拟的优点。5.1M文件为了编写、运行、调试和修改MATLAB程序的方便，可以把程序中的命令写入一个文本文件，当用户输入运行这个程序的指令时，程序中的命令就由MATLAB按顺序逐条执行。MATLAB可以识别的文本文件称为M文件，它可以用适当的文本编辑器创建，但其扩展名必须是“m”。即M文件的文件名应为：***.m。M文件有两种形式：(1)命令式(Script)(2)函数式(Function)(1)命令式M文件

命令式M文件就是一个MATLAB命令的集合，即将一组相关的MATLAB命令编辑在同一个文本文件中，将此文件保存在指定的文件夹中。运行时只需在命令窗口输入文件名，MATLAB就会自动按顺序执行文件中的命令。这样就解决了在命令窗口逐条运行多条命令的麻烦，也可以避免作许多重复性的工作。命令式M文件在运行中可以调用MATLAB工作空间(WorkSpace)的所有数据(变量)，而且所产生的变量均一直保存在工作空间中，直到用户清除为止(全局变量)。例5.1建立命令文件将给定矩阵a,b的值互换。在M文本编辑器窗口输入如下命令：c=a;a=b;b=c;a,b并以文件名exam1.m保存在MATLAB\work文件夹中。在MATLAB命令窗口输入并运行a=1:8;b=[11,12,13,14;15,16,17,18];exam1a=1112131415161718b=12345678(2)函数式M文件

为了实现计算中的参数传递，需要用到函数式M文件。大多数函数式M文件有返回值。MATLAB中的绝大多数功能函数(命令)都是由函数式M文件实现的。使用MATLAB函数时，MATLAB根据用户通过有效途径传递给它的输入变量，计算出所要求解的结果。然后，把这些结果按要求返回给用户。(2)函数式M文件

函数式M文件执行之后，除最后返回值之外，不保留任何中间过程。即函数式M文件所定义的变量仅在函数内部起作用(局部变量)，并随文件调用(执行)的结束而被清除。由MATLAB函数执行的命令，以及由这些命令所创建的中间变量，都是隐含的。所有可见的东西只是输入和输出，也就是说函数可以看成是一个黑箱，把一些数据送进去，经过加工处理，把结果送出来。函数式M文件的结构函数式M文件一般由五部分构成函数定义行(必须在文本的第一行)H1行(可省略，如果有，其位置必须在函数定义行的下一行)函数帮助文本(可省略，如果有，其位置必须紧随H1行)注释(可省略，如果有，其位置一般在函数帮助文本下，与函数帮助文本隔一行)函数体注意

函数式M文件的第一行，即函数定义行，其格式必须为function[输出变量]=函数名(输入变量)保存函数式M文件时，文件名应与函数名相同。H1行的内容可由MATLAB命令lookfor搜索到，因此该行应该提供函数的重要信息。H1行和函数帮助文本可由help命令显示。例5.2编写函数式M文件求半径为r的圆的面积和周长function[x,y]=cir(r)函数定义行%CIRareaandperimeterofacircleH1行函数帮助文本函数体x=pi*r^2;y=2*pi*r;%Withoneoutputargument,x=cir(r)%istheareaxofacircleofradiir.%Withtwooutputargument,[x,y]=cir(r)%areareaxandperimeteryofacircle%ofradiir.%r：圆半径a：圆面积p：圆周长%2004年9月编注释将此函数文件以文件名cir存入matlab\work文件夹中，然后在MATLAB命令窗口调用该函数例如运行如下命令x=cir(10)[y,z]=cir(5)x=314.1593y=78.5398z=31.4159helpcirCIRareaandperimeterofacircleWithoneoutputargument,x=cir(r)istheareaofacircleofradiir.Withtwooutputargument,[x,y]=cir(r)areareaxandperimeteryofacircleofradiir.r：圆半径a：圆面积p：圆周长H1行函数帮助文本5.2运算符

1．算术运算符（略）2．关系运算符<小于<=小于等于>大于>=大于等于==等于~=不等于关系运算法则关系运算符可以比较两个同型矩阵，关系运算的结果生成一个同型的0-1矩阵。两矩阵相应元素比较结果为真时，结果矩阵对应位置生成1，否则为0。注：关系运算也适用于矩阵与数量。

例5.3A=[123;456;789]B=5*ones(3)P=A<=B,Q=A>BR=A==B,S=A~=BR=000010000A=123B=555456555789555P=A<=BQ=A>BP=111110000Q=000001111R=A==BS=A~=BS=1111011113．逻辑运算符

逻辑运算符包括三种

&(and)，|(or)，~(not)逻辑运算可以进行同型矩阵或一个矩阵的运算，运算的结果生成一个同型的0-1矩阵。&(and)两同型矩阵，相同位置元素都非0时，结果矩阵相应位置为1，否则为0；|(or)两同型矩阵，相同位置元素不全为0时，结果矩阵相应位置为1，否则为0；~(not)对一个矩阵，元素非0时，结果矩阵相应位置为0，否则为1。R=001100A=120B=-100034010P=A&BQ=A|BP=100010Q=110011R=~AS=~BS=011101例5.4逻辑运算的例子A=[1,2,0;0,3,4],B=[-1,0,0;0,1,0]P=A&B,Q=A|B,R=~A,S=~B在一个表达式中，算术运算符优先级最高，其次是关系运算符，最低级别是逻辑运算符。圆括号可以改变其顺序。注意

例如x1=1&5<6-4x1=0x2=1&(5<6)-4x3=(1&5)<6-4x4=((1&5)<6)-4x2=1x3=1x4=-35.3循环结构在实际问题中，经常会遇到有规律的重复运算，或在程序中对某些语句进行重复执行，这就需要用到循环语句。在循环语句中，每循环一次，就必须作出判断，是继续循环执行还是终止执行跳出循环，这个判断的依据称为循环的终止条件。MATLAB语言提供了两种循环方式：for循环和while循环5.3.1for循环for循环的特点是它的循环判断条件通常是对循环次数的判断。即一般情况下，for循环语句的循环次数是已知的。格式：

for

k=a:s:b

循环体语句

end其中k是循环变量，a、b和s分别是循环的初始值、终止值的限制值和步长(s=1时可以省略)程序运行时，首先将a的值赋给k，执行循环体语句。执行完一次循环之后，k自增一个s值，然后判断k的值是否介于a和b之间，如果满足仍然执行循环体，直至不满足为止。此时将结束for语句的执行，而继续执行end语句的后续语句。例5.5求前100个自然数和的程序n=100;a=0;%定义初始值fork=1:n%定义循环变量a=a+k;%循环变量累加enda%输出结果a=5050例5.6求数列n2+3n前10项构成的向量n=10;a=[];%定义初始值fork=1:n%定义循环变量a(k)=k^2+2*k;%计算a的第k个分量enda%输出结果a=3815243548638099120a=zeros(1,10);注意在编制计算程序时应尽量避免过多使用循环语句，以提高程序运行速度。例如前面的程序可以用下面的程序代替

n=100;k=1:n;a=sum(k)a=5050为了测定程序运行所用的时间，可以启动秒表定时器tic,toc格式：ticMATLAB程序toc5.3.2while

循环while循环的判断控制一般是一个逻辑判断语句，通常用于循环次数是未知的情况。格式：

while

关系表达式循环体语句

end关系表达式的值为1(真)时，语句被反复执行，直至关系表达式的值为0(假)时终止，跳出循环执行end的后续语句。例5.7求使2n>1000的最小正整数n输入并运行如下程序k=1;while2^k<=1000k=k+1;endkk=10注意在设计多重循环时，要注意内、外循环之间的关系以及各语句放置的位置，不要搞错。例5.8求5阶方阵A=(aij),其中aij=i2+j2解：输入并运行如下程序forn=1:5

form=5:-1:1 A(n,m)=n^2+m^2;

end

end

AA=25101726581320291013182534172025324126293441505.4选择结构5.4.1if语句在MATLAB中，if语句有3种格式1.单分支if语句格式：当关系表达式的值为1(真)时，则执行语句组，执行完之后继续执行end的后继语句，若关系表达式的值为0(假)时，则直接执行end的后继语句。if

关系表达式语句组

end例5.9编写程序判断一个给定矩阵A的第1列元素是否全为0，若全为0，则从矩阵A中删除第1列。解：编写如下程序：if

A(:,1)==0A=A(:,2:length(A))end如果A=[023;056],运行结果为A=2356

2.双分支if语句格式：

if

关系表达式语句组1

else语句组2

end当关系表达式的值为1(真)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end的后继语句。例5.10判定给定整数N的奇偶性输入并运行如下的程序：ifrem(N,2)==0

'Nisaeven.'else

'Nisaodd.'end如果N是偶数，输出字符串：ans=Nisaeven.如果N是奇数，输出字符串：ans=Nisaodd.

3.多分支if语句格式：if关系表达式1语句体1elseif关系表达式2语句体2······elseif关系表达式n语句体nelse语句体n+1end

如果关系表达式j(j=1,2,…,n)为真，则执行语句j，然后执行end的后续语句；如果if和elseif后所有的关系表达式都为假时，则执行语句n+1，然后执行end的后续语句。例5.11复杂条件语句的例子给定整数N，输入并运行如下的程序：ifN<0

'Nisanegativenumber.'elseifN==0

'N=0'elseifrem(N,2)==0

'Nisapositiveeven.'else

'Nisapositiveodd.'end5.4.2break语句break语句的作用是导致for,while等循环语句的人为终止(不必等待循环自然结束)。如果一个循环语句内包含break语句时，则该循环语句内部应设置是否执行break语句的条件语句。若执行break语句，程序将跳出该循环。break语句一般与if语句配合使用。对于多重循环，break语句仅对本层循环起作用。例5.12

鸡兔同笼问题求解程序h=input('inputthenumberofheadh=');f=input('inputthenumberoffeetf=');fork=0:h

if2*k+4*(h-k)==fbreakendendji=k,tu=h-k5.5程序设计的有关问题5.5.1

两种M文件的比较命令式M文件与函数式M文件形式上的差别就是有无函数定义行，即函数式M文件去掉函数定义行就转变为命令式M文件。命令式M文件与函数式M文件本质的差别是：命令式M文件的所有变量都是全局变量，函数式M文件的中间变量都是局部变量。

例5.12鸡兔同笼问题求解的比较

命令式M文件h=input('h=');f=input('f=');fork=0:h

if2*k+4*(h-k)==f

break

endendj=k,t=h-k函数式M文件function[j,t]=jth(h,f)fork=0:h

if2*k+4*(h-k)==f

break

endendj=k；t=h-k；运行结果比较函数式M文件clear[j,t]=jth(36,100)j=22t=14whoYourvari