MATLAB7.0程序设计.ppt
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1、第15章 MATLAB7.0程序设计,MATLAB7.0拥有强大的数值计算和图形可视化功能。在之前的章节,用户主要是利用命令窗口和交互式对话框(如图形窗口)把想法和意图传递给机器,让系统执行操作。这种操作虽然比较便捷,但是只能解决代码行数少的简单问题,对于大型问题就显得捉襟见肘。针对此问题,MATLAB作为一种高级应用软件,还提供了特有的交互式的程序语言,即MATLAB语言。用户可以应用MATLAB语言编写扩展名为.m的文件,方便灵活地整合大量单行程序代码,从而解决大规模的工程问题。从广义上讲,在MATLAB命令窗口输入单行代码和利用其编程功能设计.m文件的程序都属于MATLAB的程序设计的不
2、同方式,本章主要重点介绍后者,主要内容包括:M文件的特点和类型、变量、函数以及MATLAB程序结构和设计控制指令等程序设计的基本内容。针对程序的调试和优化将在本书第16章讲解。,15.1 M文件,M文件就是一系列相关代码组成的一个扩展名为.m的文件,用户可以在MATLAB自带的M文件编辑窗口或者普通文本编辑器中编写代码,然后以“filename的文件名+.m的后缀名”保存在MATLAB的工作空间,以后在MATLAB命令窗口直接调用文件名filename,就可以执行文件中一系列代码所综合表示的操作。虽然M文件是简单的ASCII型的文本文件,但是其语法却与高级语言一样,是一种程序化的变成语编程语言
3、言,所以,M文件具有简单、交互性较好和易于调试的特点。MATLAB之所以适用于多门学科,其重要原因是其具有类型齐全、功能完善的各种“工具箱(Toolbox)”,这些工具箱也都是一个个M文件,广大工程师和学者不断在工具箱内添加新的M文件,使MATLAB的功能越加增强。本节主要介绍M文件的结构和分类、,以及如何运用M文件进行程序设计等知识。,15.1.1 M文件的结构,M文件是一个文本文件,用户可以通过单击MATLAB主界面【FileNewM-File】菜单选项或单击工具栏【New M-File】图标,新建一个M文件,在其中的第4行输入“这是一个新的M文件”,如图所示。,15.1.2 M文件分类,
4、M文件可分为脚本文件(MATLAB scripts)和函数文件(MATLAB functions)。脚本文件是包含多条MATLAB命令的文件;函数文件可以包含输入变量,并把结果传送给输出变量。两者的简单介绍及区别如表所示。,15.1.3 脚本文件,脚本文件可以理解为较为简单的M文件,因为其没有输入和输出变量。下面用一个简单的例子说明如何编写和运行脚本文件。,15.1.4 函数文件,相对于脚本文件来说,函数文件稍显复杂。从外观上看来,函数文件只是在对应脚本文件的基础上,在文件中代码开始处多添加了一行函数定义行,函数文件都是以函数声明行“function”作为开始,其实质是:用户往MATLAB7.
5、0函数库里边添加的子函数,即函数M文件中的变量都是局部变量,而非全局变量(除非使用特别形式声明),但是在函数运行期间失效,函数运行完毕之后,其定义的变量将从工作区间中清除,对于这一点,读者要注意和脚本文件的区别。而脚本文件只是将一系列相关代码结合封装,没有输入参数和输出参数,即不自带参数,也不一定要返回结果。而对于函数文件,尽管有一些函数文件不带参数,文件中一般使用一些全局变量来实现与外界和其他函数之间的数据交换,多数函数文件一般都有输入变量和输出变量,即自带参数,并见有返回结果,这样可以更好地把整个程序连为整体,15.1.5 P码文件,M文件首次被MATLAB调用时,系统会首先对文件进行语法
6、分析,并把生成的相关内部伪代码(Psedocode)文件存放于内存中,P码是伪代码(Psedocode)的缩写。当系统再次对该-文件进行调用时,将直接调用存放于内存中对应的P码文件,而不是再次对原M文件进行重复的分析。P码文件和对应的M文件具有同样的文件名,但其却是以“.p”作为扩展名,对于用户输入的文件名,系统优先调用同名的P码文件,而且对于规模较大的文件,用户可以明显地感觉到,P码文件的执行速度比M文件高。虽然P码文件可以随着M文件的被调用而产生,但其不仅仅能作为M文件的“附属品”,也就是说用户可以预先创建P码文件并对内存中的P码文件进行操作。,15.2 变量,变量(variables)是
7、MATLAB中的重要概念,与程序设计有密切关系。本节将系统介绍变量的相关知识,主要内容包括:变量的命名规则、MATLAB中特殊变量和关键字、变量的分类,不同类型变量的区别及使用范围、变量的检测传递以及变长度函数等。,15.2.1 命名变量,MATLAB中的变量不需要在使用前事先定义,但是必须遵循以下命名规则:变量名区分大小写:HELLO和hello是不同的变量名,COS并不代表正弦函数;变量名最多能包含63个字符,如超出限制,从第64个字符开始(包含),其后的字符都将被忽略;变量名必须以字母开始,其后可以是任意数量的字母或下画线;不允许出现标点符号,因为很多标点符号在MATLAB中有特殊的意义
8、,如total name与total_name会产生完全不同的结果;系统也会认为total,,name由于逗号的分隔,不是一个变量。,15.2.2 MATLAB特殊变量,MATLAB预定义了若干特殊变量(Special Variables),这些变量具有系统默认的含义,如表所示。,15.2.3 MATLAB中关键字,关键字是MATLAB程序设计中常用的流程语句控制变量。MATLAB有17个系统关键字,在命令窗口输入指令iskeyword,就可以查询17个显示为蓝色的关键字:break,case,catch,continue,else,elseif,end,for,function,global
9、,if,otherwise,persistent,return,switch,try,while。如果用户把这些关键字作变量名,MATLAB将会发出一条错误信息。如果用户一定要使用与这些关键字类似的词作为变量名,可以将这些关键字中的某个或者某些字母改成大写。for=1000?for=1000|Error:The expression to the left of the equals sign is not a valid target for an assignment.WHILE=1%WHILE和while含义不同,前者是用户定义变量,后者是关键字WHILE=1,15.2.4 不同类型的变
10、量,MATLAB中的变量可分为以下3类。局部变量(Local Variables):只在特定空间内定义且有意义的变量。全局变量(Global Variables):在多个空间可以调用和传递的变量。永久变量(Persistent Variables):只在函数文件中声明和调用,并在不同函数之间传递的变量。MATLAB中,每一个函数有其独立的局部变量,这些临时定义的变量不被加载到MATLAB的工作空间中,与其他函数或是MATLAB基本工作空间中的变量互不影响。除非特别定义了全局变量或者永久变量,否则当函数结束调用结束时,所有局部变量将随之被擦除。脚本文件没有独立的工作空间,与其调用系统共用一个工作
11、空间。当在MATLAB的命令窗口调用脚本文件时,共用MATLAB基本工作空间;而当在函数中调用时,则使用函数空间存储变量。所以当脚本文件使用空间中已存在的变量时,将改变变量的值。,15.2.5 变量检测函数,为了提高用户传递参数的效率和进一步优化程序设计的流程,MATLAB提供了多种函数,用于变量检测、传递以及变长度输入输出变量。函数的调用格式和功能如下。nargin:获取函数体内实际输入变量个数。nargout:获取函数体内实际输出变量个数。nargin(fun):获取函数“fun”中标称的输入变量个数。nargout(fun):获取函数“fun”中标称的输出变量个数。inputname(n
12、):获取函数体内第n个输入变量的实际调用变量名。,15.3 函数,函数是MATLAB中的一个重要概念,例如绘图函数plot、mesh、peak,三角函数sin、cos、tan、cot等在之前的章节曾多次调用。调用函数执行某种操作是MATLAB的常用功能。函数的作用是使问题解决模块化,接受输入、输出参数,并返回结果。MATLAB7.0中创建和调用函数的方法有两种,一是命令窗口输入代码,另一个是编写M-函数文件。根据创建方法、调用方式以及功能的不同,函数可以进行分类,本节将介绍的不同函数类型的函数包括:匿名函数、主函数和子函数和嵌套函数。,15.3.1 匿名函数,匿名函数是MATLAB函数的简易形
13、式,这种函数没有函数名,且不是M文件,只包含一个MATLAB的表达式和输入、输出参数。用户可以直接在命令窗口输入代码,创建匿名函数。匿名函数的创建格式如下。f=(arg1,arg2,.)expression其中f为创建的函数句柄,“arg1、arg2”为输入变量,“expression”为函数的主体表达式。函数句柄是间接访问函数的手段,可以使用户调用函数变得简单,提高过程的效率和可靠性,避免或减少程序设计中的冗余,并在执行函数调用过程中保存相关信息。,15.3.2 主函数与子函数,M文件方式存储的函数包含主函数(primary function)、子函数(subfunction)和嵌套函数(n
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