MATLAB程序设计及应用实例ppt课件.ppt

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1、5.1 MATLAB程序设计5.2 应用实例,第5章 MATLAB程序设计及应用,5.1 MATLAB程序设计,5.1.1 M文件5.1.2 脚本文件和函数文件5.1.5 数据的输入输出5.1.3 选择结构5.1.4 循环结构5.1.6 M文件调试,5.1.1 M文件,例 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exch.m存盘： 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exch，将会执行该命令文件。,1.建立新的M文件(1)菜单操作：M

2、ATLAB命令窗口的File菜单 New菜单项 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命令窗口工具栏上的“新建”命令按钮。2. 编辑已有的M文件3. M文件的分类 P116 4.1.2内容分类：脚本文件(Script File)和函数文件(Function File)。主要区别。,M文件的建立与编辑,M文件的基本结构,函数定义行H1行 对程序的总体介绍函数说明 对程序详细描述程序主体注释 解释程序功能的文字 说明：除程序主体外，其他部分以%开头。P116 实例,1 脚本文件 没有输入和输出由一系列指令组成可在命令窗口直接运

3、行产生的所有变量存储在workspace中。例 exam5_1.m。,5.1.2 脚本文件和函数文件,(1) 函数文件的基本结构函数文件由function语句引导其基本结构为： function 输出形参表=函数名(输入形参表) %注释说明部分 函数体语句,2 函数文件,函数文件的格式说明(1)关于函数文件名: 函数文件名与函数名也可以不相同（一般设为相同！）。当两者不同时，MATLAB将忽略函数名而确认函数文件名，因此调用时使用函数文件名。(2)关于注释说明部分。注释说明包括三部分内容：紧随函数文件引导行之后以%开头的第一注释行。第一注释行及之后连续的注释行。与在线帮助文本相隔一空行的注释行

4、。,(1) 函数文件的基本结构,函数调用的一般格式：输出实参表=函数名(输入实参表) 注意：等号左边是方括号，右边输入参数用括号,（2）函数文件的调用,例5.1 编写函数文件求半径为r的圆的面积和周长 function s,p=fcircle(r) %FCIRCLE calculate the area and perimeter of a circle of radii r %r 圆半径 %s 圆面积 %p 圆周长 s=pi*r*r; p=2*pi*r; 以上函数文件以文件名fcircle.m存入c:matlab7workmas下，然后在MATLAB命令窗口调用该函数： s,p=fcircl

5、e(10),函数的递归调用例：利用递归调用函数文件factor.m： function f=factor(n) if n=1 f=1; else f=factor(n-1)*n; end 在命令文件main5_1.m中调用函数文件factor.m求s=1!+2!+3!+4!+5!。,（2）函数文件的调用,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例：nargin用法示例,（2）函数文件的调用

6、,函数文件examp.m： function fout=charray(a,b,c) if nargin=1 fout=a; elseif nargin=2 fout=a+b; elseif nargin=3 fout=(a*b*c)/2; end命令文件main5_2.m： x=1:3;y=1;2;3; examp(x) examp(x,y) examp(x,y,3),（2）函数文件的调用,全局变量用命令global定义。函数文件的内部变量是局部的，与其他函数文件及MATLAB工作空间相互隔离例 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

7、f=wadd(x,y) 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),（3）全局变量和局部变量,5.1.3 数据的输入输出指令,input函数disp函数pause函数,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(What is your name?,s),

8、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。例5.2 求一元二次方程ax2 +bx+c=0的根。,例 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);,其调用格式为： pause(延迟秒数)

9、 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。,ause函数,5.1.4 选择结构- if语句,if语句在MATLAB中，if语句有3种格式。switch语句try语句,语句格式为： if 条件 语句组 end 当条件成立时，则执行语句组，执行完之后继续执行if语句的后继语句，若条件不成立，则直接执行if语句的后继语句,1.单分支if语句,双分支if语句格式为： if 条件 语句组1 else 语句组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

10、。,2.双分支if语句,例 计算分段函数值 程序如下： x=input(请输入x的值:); if x=10 y=cos(x+1)+sqrt(x*x+1); else y=x*sqrt(x+sqrt(x); end y,多分支if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,3.多分支if语句,例5.2 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。程序如下： c=input(请输入一个字符,s); if c=A end,3.

11、多分支if语句,5.1.4 选择结构- switch语句,switch语句其语句格式为： switch 表达式 case 值1 语句组1 case 值2 语句组2 case 值m 语句组m otherwise 语句组m+1 end,例 某商场对顾客所购买的商品实行打折销售，已知打折标准，求所售商品的实际销售价格程序如下： price=input(请输入商品价格); switch fix(price/100) case 0,1 rate=0; case 2,3,4 rate=3/100; case num2cell(5:9) rate=5/100; case num2cell(10:24) ra

12、te=8/100; case num2cell(25:49) rate=10/100; otherwise rate=14/100; end price=price*(1-rate),5.1.4 选择结构- switch语句,5.1.4 选择结构-try语句,语句格式为：try 语句组1catch 语句组2end try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。这种试探性执行语句是其他高级语言所没有的。,5.1.4 选择结构-try语句,例 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

13、自动转去求两矩阵的点乘程序如下：main5_3.mA=1,2,3;4,5,6; B=7,8,9;10,11,12;try C=A*B;catch C=A.*B;endClasterr %显示出错原因,5.1.5 循环结构,循环语句for语句while语句循环的嵌套,5.1.5 循环结构- for语句,1. for语句语句格式为： for 循环变量=表达式1:表达式2:表达式3 循环体语句 end,for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

14、”是一个仅为一行的矩阵(行向量)，因而列向量是单个数据。,5.1.5 循环结构- for语句,例 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;98,58,42,73;67,89,76,87;for k=a s=s+k;enddisp(s);,5.1.5 循环结构- for语句,5.1.5 循环结构- while语句,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,其他常用指令,Cont

15、inueBreak,continue命令,通常用于for或while循环语句中,与if语句一起使用,达到跳过本次循环,去执行下一轮循环的目的分析下列程序，说明运行结果及原因a=3;b=6;for i=1:3 b=b+1; if i2 continue %当if条件满足时不再执行后面语句，跳 出本次循环。 end a=a+2 %当i2时不执行该语句end,运行结果:a=7b=9,i2,a=7b=9,break命令,通常用于for或while循环语句中,与if语句一起使用,中止本次循环,跳出最内层循环分析下列程序，说明运行结果及原因a=3;b=6;for i=1:3 b=b+1; if i2 br

16、eak %当if条件满足时不再执行循环 end a=a+2end,运行结果:a=7b=9,i2,a=3b=6,程序流控制语句 return指令 终止当前的命令序列，把控制返回到调用函数或键盘。keyboard 把“控制权”交给键盘。error和warning 显示出错和警告信息。,5.1.5 循环的嵌套,如果一个循环结构的循环体又包括一个循环结构，就称为循环的嵌套，或称为多重循环结构。可以按照嵌套层数，分别叫做二重循环、三重循环等。处于内部的循环叫作内循环，处于外部的循环叫作外循环。在设计多重循环时，要特别注意内、外循环之间的关系，以及各语句放置的位置，不要搞错。,补充：1 Matlab命令执

17、行过程,2 MATLAB程序设计原则和技巧,1、后面的内容是程序的注解，要善于运用注解使程序更具可读性。2、养成在主程序开头用clear指令清除变量的习惯，以消除工作空间中其他变量对程序运行的影响。但注意在子程序中不要用clear。3、参数值要集中放在程序的开始部分，以便维护。要充分利用MATLAB工具箱提供的指令来执行所要进行的运算，在语句行之后输入分号使其及中间结果不在屏幕上显示，以提高执行速度。,4、程序尽量模块化，也就是采用主程序调用子程序的方法，将所有子程序合并在一起来执行全部的操作。5、充分利用Debugger来进行程序的调试（设置断点、单步执行、连续执行）6、设置好MATLAB的

18、工作路径，以便程序运行。,1. 矢量化尽可能使用向量和矩阵操作,例 求,t=cputime;s=0;for i=1:100000 s=s+(1/2i+1/3i); endcputime-tans =,向量运算t=cputime;n=1:100000; s=sum(1./2.n+1./3.n)；cputime-tans =,阵列预分配 阵列矩阵的初始化工作；在成熟规范的商业软件里必不可少，同时也是一个良好的编程素养的体现。变量管理 matlab中的变量类型是不需要预先定义的，编程过程中不要改变变量的使用类型。 例如chardouble, realcomplex x=23; 程序，x=A4 .尽量

19、使用MATLAB内部定义的函数,本节内容是需上机应用的重点内容。程序出错主要为两类： 1、语法错误 如缺（或）等，在运行时可检测出大多数该类错误，并指出错在哪一行。 2、算法错误 逻辑上的错误，不易查找，遇到此类错误时需耐心。一般可考虑如下方法：直接调试法和工具调试法,5.1.6 程序的调试,直接调试法是指在利用matlab的相关指令对程序进行调试。 主要方法有： 删除句尾分号和利用disp语句，显示中间结果； 在适当位置加上keyboard语句，使程序暂停； 在函数定义行之前加上%注释，使之变成脚本语言； 利用echo指令，使运行时在屏幕上逐行显示文件内容。 Ctrl+C强行停止程序,直接调

20、试法,直接调试法一些辅助函数：常用指令：return, echo, input, pause, keyboard, break; echo命令可以使文件命令在执行时可见，这对程序的 调试和演示很有用。 keyboard请求键盘输入命令 pause等待用户反映命令警告命令：error, warning.lasterr,lastwarn,提示命令:warndlg,errordlg,工具调试法,工具调试法是指利用matlab的相关调试工具对程序进行调试 调试步骤为：,(1)在程序可疑处设置断点；(2)执行程序；(3)检查程序运行至断点处变 量当前值(4)在程序中一步步执行(5)结束调试状态。(6)取

21、消断点。,1Debug菜单项 该菜单项用于程序调试，需要与Breakpoints菜单项配合使用。 Step：单步运行 Step In：单步运行，调用函数时进入函数程序 Step Out： Run：运行 Go Until Cursor：运行到光标处,工具调试法调试菜单项,2Breakpoints菜单项（matlab7.0以上菜单内容在Debug菜单中包括）Set/Clear Breakpoint：设置/清除断点 Set/Modify Conditional Breakpoint：设置条件断点 Enable/Disable Breakpoint：使能断点 Clear Breakpoint in A

22、ll Files：清除断点 Stop if Errors/Warnings：错误停止条件设置设置条件断点时注意光标的位置,设置错误停止条件,设置条件断点,常见错误,中英文输入法未注意习惯用i,j作为变量变量名同函数名文件名相同搜索路径设置不当,5.2 MATLAB应用实例,5.2.1 在高数中的应用5.2.2 在线性代数中的应用5.2.3 在普通物理中的应用5.2.4 在电路中的应用,5.2.1 在高数中的应用,函数的傅立叶级数,程序实现：,function s=mfourier(f,n)syms x a b cs=int(f,-pi,pi)/(2*pi) %计算a0for k=1:na(k)

23、=int(f*cos(k*x),-pi,pi)/pi;b(k)=int(f*sin(k*x),-pi,pi)/pi;s=s+a(k)*cos(k*x)+b(k)*sin(k*x)end,矩阵的代数运算加减乘除矩阵求逆，转置，秩，行列式线性方程组求解等,5.2.2 在线性代数中的应用,P201 例64设目标相对于射点的高度为yh，给定初速，试计算物体在真空中飞行的时间和距离。,5.2.3 在普通物理中的应用,三相不平衡交流电路分析。计算下图电路中各支路电流并绘制相量图。,5.2.4 在电路中的应用,作业,编写程序，画出下列分段函数所表示的曲面。,已知积分k的表达式为,编程:(1)画出0a3时,积分k的函数图形,(2) 并计算,