第3讲 MATLAB程序设计.ppt

1、第3讲MATLAB程序设计,3.1 脚本文件 3.2 程序控制语句 3.3函数文件 3.4程序调试,3.1 脚本文件 3.1.1 M文件概述 用MATLAB语言编写的程序，称为M文件。M文件分为两类： 1. 脚本文件(Script File) 2. 函数文件(Function File)。,脚本文件的特点 1.是一串按用户意图排列而成的MATLAB指令集； 2. 脚本文件运行后，所产生的变量都驻留在MATLAB工作空间中。故一般脚本文件的正文部分都以clear命令开头，已清空当前的工作空间。,脚本文件的结构 (1)在线帮文本(help text): 以%开头的注释行,它包含对对本文件的功能的简

2、要描述，供lookfor关键字查询和help在线帮助使用。 (2)编写和修改记录: 与在线帮助文本相隔一个空行，以%开头，记录该文件的作者和日期，版本记录。 (3) 文件体，与前面注释部分以空行相隔，为脚本文件的主体内容。,命令文件示例： % Fahrenheit temperature to Celsius temperature % f: Fahrenheit temperature % c: Celsius temperature %c : written by xxx, version: 1.1 clear; %清除工作空间中的变量 f=input(Input Fahrenheit t

3、emperature：); c=5*(f-32)/9,3.1.2 M文件的建立与打开 M文件是一个文本文件，它可以用任何编辑程序来建立和编辑，而一般常用且最为方便的是使用MATLAB提供的文本编辑器。 1启动MATLAB文本编辑器有3种方法： (1) 菜单操作。 从MATLAB主窗口的File菜单中选择New菜单项，再选择M-file命令。 (2) 命令操作。 在MATLAB命令窗口输入命令edit， (3) 命令按钮操作。 单击MATLAB主窗口工具栏上的New M-File命令按钮。,2打开已有的M文件 打开已有的M文件，也有3种方法： (1) 菜单操作。 从MATLAB主窗口的File菜

4、单中选择Open命令，则屏幕出现Open对话框，在Open对话框中选中所需打开的M文件。 (2) 命令操作。 在MATLAB命令窗口输入命令：edit 文件名 (3) 命令按钮操作。 单击MATLAB主窗口工具栏上的Open File命令按钮。,3.2 程序控制语句,3.2.1 for 循环结构 for x=array 循环体； end 说明：x是循环变量，for 语句和end之间是循环体，循环次数由数组array的列数指定。 注：1.循环不会因为在循环体内对循环变量的改变而结束 2.为使代码高效，应尽量提高代码的向量化程度，避免使用循环结构,例3.2.1：for n=10:-1:1 n=10

5、0 end 例3.2.2: for n=2,1.1,3.2,5 n n=10 end 例3.2.3 for n=magic(3) n end,例3.2.4 比较下列两个程序结果,2. a=magic(1000); t=cputime ; s=sum(sum(a); t=cputime-t,1. a=magic(1000); s=0; t=cputime; for n=1:1000 for m=1:1000 s=s+a(n,m); end end t=cputime-t,3.2.2 while 循环结构 格式: while表达式 循环体； end 说明：若表达式的值为逻辑真(非零)，则执行循环

6、体，直到表达式的值为假，就结束循环。 注： 1.一般情况下，表达式的值都是标量值，但是 MATLAB允许它为一个数组，此时只有当该数组元素均为真时，MATLAB才会执行循环体 2.如while指令后的表达式为空数组，MATLAB认为表达式的值为假，而不执行循环体。,3.2.2 if-else-end 分支结构,if 表达式 命令组1； end,if 表达式1 命令组1； else 命令组2； end,if 表达式1 命令组1； elseif 表达式2 命令组2； elseif 表达式3 命令组3； end,注：同样的，这里的表达式的值可以是矩阵，只有当该数组元素均为真时，才执行对应的命令组,3

7、.2.3 switch-case 结构 switch ex case test1 命令组1； case test2 命令组2； otherwise 命令组3； end,注：case 后面的值可以是标量，字符串，单元数组。为单元数组时，MATLAB把ex的值和单元数组的每一个元素做比较，只要有一个元素匹配就执行对应的命令组。,例: switch a case d disp(case 1) case a,b disp(case 2); case a,c disp(case 3) end,3.2.4 try-catch 结构 try 命令组1； catch 命令组2；end,注： 1.命令组1总被执

8、行，执行时若有错，才执行命令组2 2.可调用lasterr函数查询出错原因，如果函数lasterr的运行结果是一个空字符串，表明命令组1执行正确 3. 当执行命令组2时又出错，MATLAB将终止该结构。,例：clear; N=4;A=magic(3); try A_N=A(N,:); catch A_end=A(end,:); end lasterr,3.2.5 控制程序流的其他常用指令 1. return 结束当前函数，并将程序流程转出 2.pause 暂停程序，并等待用户按任意键继续 pause n 暂停 n 秒 3. keybroad 暂停程序，将控制权交给键盘，用户可以从键盘输入若干命

9、令，只有当用户使用return命令，“控制权”才交给程序 4. break和continue break 跳出本层循环，继续循环结构后的语句 continue 跳出本次循环，继续下次循环 5.error 和 warning error(message)，显示 message，终止程序 warning(message),显示message，继续程序,3.3 函数文件,函数文件的特点 (1)函数文件的第1行总是以“function”引导的函数声明行，该行罗列出输入形参和输出变量，输入形参和输出变量数量无限制，也可以都没有，其它部分的机构与命令文件相同 (2) 函数文件运行时，所有产生的变量都存放到

10、一个临时的工作空间中，该函数文件结束运行时，该临时工作空间被清除，这个临时工作空间成为该函数的工作空间。 (3) 一般情况下，函数文件名和该文件中的主函数同名，若不一致，MATLAB将以函数文件名为准。,函数文件示例： function s,p=fcircle(r) %fcircle calculate the area and perimeter of a circle of radii r %r radii %s area %p perimeter %2008-8-8 s=pi*r*r; p=2*pi*r;,函数文件的调用 格式是： 输出实参表=函数名(输入实参表),例3.3.1利用函数文

11、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： clear x=input(Please input x=:); y=input(Please input y=:); rho,theta=tran(x,y); rho theta 在MATLAB中，函数可以嵌套调用，即一个函数可以调用别的函数，甚至调用它自身。一个函数调用它自身称为函数的递归调用。,例：3.3.2 利用函数的递归调用，求n！。

12、递归调用函数文件factor.m如下： function f=factor(n) if n=1 f=1; else f=factor(n-1)*n; %递归调用求(n-1)! end,输入输出参数个数的可调性 在调用函数时，可用函数nargin和nargout获取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。,例3.3.3 nargin用法示例。 函数文件 charray.m： function fout=charray(a,b,c) if nargin=1 fout=a; elseif

13、 nargin=2 fout=a+b; elseif nargin=3 fout=(a*b*c)/2; end,命令文件:mydemo.m： x=1:3; y=1;2;3; charray(x) charray(x,y) charray(x,y,3),局部变量和全局变量 (1) 局部变量产生于相应函数的运行过程中，存在于相应函数执行时的工作空间中，其影响范围也仅限于该函数本身 (2)全局变量是在所有的工作空间中都可以访问的变量，并且必须在使用前用globel定义,例3.3.4 全局变量应用示例。 先建立函数文件wadd.m，该函数将输入的参数加权相加。 function f=wadd(x,y)

14、 global ALPHA BETA f=ALPHA*x+BETA*y; 在命令窗口中输入： global ALPHA BETA ALPHA=1; BETA=2; s=wadd(1,2),MATLAB 中的按值传递机制 例:sample.m的内容: function out = sample(a, b) fprintf(In Sample: a = %f, b = %f %fn,a,b); a = b(1) + 2*a; b = a .* b; out = a + b(1); fprintf(In Sample: a = %f, b = %f %f n,a,b); 下面是调用这个函数的命令文件

15、：test_sample.m a = 2; b = 6 4; fprintf(Before sample: a = %f, b = %f %fn, a, b); out = sample(a, b); fprintf(After sample: a = %f, b = %f %fn,a,b); fprintf(After sample: out = %f n, out); 当这个程序被执行将产生如下的结果： test_sample Before sample: a = 2.000000, b = 6.000000 4.000000 In Sample: a = 2.000000, b = 6.

16、000000 4.000000 In Sample: a = 10.000000, b = 60.000000 40.000000 After sample: a = 2.000000, b = 6.000000 4.000000 After sample: out = 70.000000,当一个函数调用发生时， MATLAB先对函数的每一个局部变量进行分析，确定函数的哪些局部变量进行了修改。,如果函数修改了这个局部变量的值，将会复制 对应实参生成一个副本，然后把它们传递给函数。 如果函数没有修改这个局部变量的值，它将不会对此参数进行复制，而是简单地指向程序外面的外面的变量.,全局变量占用的是

17、全局内存，传递时不做复制，故全局变量尤其适用于在许多函数分享大容量数据。,内联函数 格式：g = inline(expr,arg1,arg2,.) 例：f=inline(x2,x) f(0.4),主函数与子函数 MARTLAB允许一个函数文件包含多个函数代码，其中，第一个出现的函数称为主函数(Primary function),该文件中的其它函数称为子函数(Subfunction) 保存时文件名与主函数同名,子函数的规则 1. 每个子函数的第一行是其自己的函数声明行 2.在函数文件内，主函数的位置不可改变，但子函数的排列顺序可以任意改变 3.子函数只能被处于同一文件的主函数或其它子函数调用 4

18、.同一文件的主函数，子函数的工作空间是彼此独立的，各函数之间或通过输入输出变量传递，或通过全局变量传递，或通过跨空间指令传递。 5.help,lookfor等帮助命令不能提供关于子函数的任何信息,跨空间变量传递 1. 跨空间计算表达式的值 evalin(workspace,expression) workspace可取两个值：base和caller 当workspace取base时，表示从基本工作空间中获得相应变量，计算表达式expression的值 当workspace取caller时，表示从主调函数的工作空间中获得变量值，主调函数是相对于被调函数而言，被调函数是指evalin所在函数,2. 跨空间赋值 assignin(workspace,VN,x) 把当前工作空间内变量x的值赋给workspace制定空间中名为VN的变量 workspce的值为base或caller,例：跨空间计算和子函数应用,文件 evalin_test.m的内容： function y1=evalin_test(a,s) t=(0:a)/a*2*pi; y1=subevalin_test(4,s