《MATLAB语言及其应用课件CH03matlab程序设计.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MATLAB语言及其应用课件CH03matlab程序设计.ppt（59页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第3章 MATLAB程序设计,曹 霞 2012.03,3.1 M文件 3.2 数据的输入输出 3.3 选择结构 3.4 分支结构 3.5 循环结构 3.6 函数文件 3.7 全局变量和局部变量 3.8 类和对象 3.9 程序调试 3.10程序设计优化 3.11 文件操作,3.1 M文件,3.1.1 M文件的建立与编辑1.建立新的M文件(1)菜单操作：MATLAB命令窗口的File菜单 New菜单项 Script 或Function 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,3.1.
2、2 M文件的分类分类：命令文件(Script File)和函数文件(Function File)。主要区别,例3.1 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。,例3.2 建立一个函数文件将变量a,b的值互换，然后在命令窗口调用该函数文件。首先建立函数文件fexch.m：function a,b=exch(a,b)c=a;a=b;b=c;然后在MATLAB的命令窗
3、口调用该函数文件：clear;x=1:10;y=11,12,13,14;15,16,17,18;x,y=fexch(x,y),3.2 数据的输入输出,3.2.1 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：b=input(Whats your name?,s),3.2.2 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
4、，且不留任何没有意义的空行。,例3.3 A=I am a student;disp(A)例3.4 a=30;b=25;c=a+b;disp(The sumof,num2str(a),and,num2str(b),is,num2str(c),例3.5 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);,3.2.3 pause函数 其调用格式为：
5、pause(延迟秒数)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。,例3.6 pause应用示例，程序如下：x=10;y=sin(x);z=cos(x);r=y+z;disp(y);pause disp(z)pause(10)disp(r),3.3 选择结构,3.3.1 if语句 在MATLAB中，if语句有3种格式。1.单分支if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。,例3.7 根据变量x的
6、值计算变量y的值，程序如下：x=input(请输入变量x的值：);if x0 y=sqrt(x);end if x=0 y=abs(x);end y,2.双分支if语句 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。,例3.8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,3.多分支if语句语句格式为：if 条件1 语句组1 elseif 条件2 语
7、句组2 elseif 条件m 语句组m 语句组m+1end else,例3.9 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,3.4 分支结构 3.4.1 switch-case-end语句 其语句格式为：switch 表达式 case 表达式1 语句组1 case 表达式2 语句组2 case 表达式m 语句组m otherwise 语句组m+1 end,例3.10 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
8、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)rate=8/100;case num2cell(25:49)rate=10/100;otherwise rate=14/100;end price=price*(1-rate),例3.11 使用switch结构判断学生成绩的等级，90分以上为优，8090为良，7080为中，6070为及格，60分以下为不及格。score=
9、98;s1=fix(score/10);switch s1 case 9,10 s=优 case 8 s=良 case 7 s=中 case 6 s=及格 otherwise s=不及格 end,3.4.2 try-catch-end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。,例3.12 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。程序如下：A=1,2,3
10、;4,5,6;B=7,8,9;10,11,12;try C=A*B;catch C=A.*B;end C lasterr%显示出错原因,3.5 循环结构,3.5.1 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 首先计算三个表达式的值，再将表达式1的值赋给循环变量，如果此时循环变量的值介于表达式1和表达式3的值之间，则执行循环体语句，否则结束循环的执行。执行完一次循环之后，循环变量自增一个表达式2的值，然后再判断循环变量的值是否介于表达式1和表达式3之间，如果满足仍然执行循环体，直至不满足为止。这时将结束for语句的执行，而继续执行for语句后面的
11、语句。,例3.13 已知求y的表达式，当n=100时，求y的值。程序如下：y=0;n=100;for i=1:n y=y+1/i/i;end y 在实际MATLAB编程中，为提高程序的执行速度，常用向量运算来代替循环操作：n=100;i=1:n;f=1./i.2;y=sum(f),例3.14 求定积分。程序如下：a=0;b=3*pi;n=1000;h=(b-a)/n;x=a:h:b;f=exp(-0.5*x).*sin(x+pi/6);for i=1:n s(i)=(f(i)+f(i+1)*h/2;end s=sum(s)事实上，MATLAB提供了有关数值积分的标准函数，实际应用中可直接调用这
12、些函数求数值积分。,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”是一个仅为一行的矩阵(行向量)，因而列向量是单个数据。,例3.15 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);,3.5.2 while语句 while语句的一般格式为：while(条
13、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,例3.16 使用while循环计算f(x)=sin(x)，x x=0.1;while x5 f=sin(x)x=x+log(x)end f,与循环结构相关的还有一个break语句，当在循环体内执行到该语句时，程序将跳出循环。该语句一般与if语句配合使用。例3.17 用while语句示例。程序如下：y=0;i=1;while 1 f=1/i/i;y=y+f;if i=100 break;end i=i+1;end y,3.5.3 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
14、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。,例3.17 用筛选法求某自然数范围内的全部素数。程序如下：m=input(m=);p=2:m;for i=2:sqrt(m)n=find(rem(p,i)=0 end p,3.6 函数文件,3.6.1 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,说明：(1)关于函数文件名
15、:函数文件名与函数名也可以不相同。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。(3)关于return语句。执行到该语句就结束函数的执行，程序流程转至调用该函数的位置。通常，在函数文件中也可不使用return语句，这时在被调函数执行完成后自动返回。,例3.18 编写函数文件求半径为r的圆的面积和周长。函数文件如下：function s,p=fcircle(r)%CIRCLE calculate the a
16、rea and perimeter of a circle of radii r%r 圆半径%s 圆面积%p 圆周长%2001年7月30日编 p=2*pi*r;s=pi*r*r;将以上函数文件以文件名fcircle.m存入c:matlabr11work下，然后在MATLAB命令窗口调用该函数：s,p=fcircle(10),3.6.2 函数调用 函数调用的一般格式是：输出实参表=函数名(输入实参表)例3.19 利用函数文件，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
17、=atan(y/x);调用tran.m的命令文件main1.m：x=input(Please input x=:);y=input(Please input y=:);rho,the=tran(x,y);rho the,例3.20 利用函数的递归调用，求n！。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main2.m中调用函数文件factor.m求s=1!+2!+3!+4!+5!。,3.5.3 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nargou
18、t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3.21 nargin用法示例。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mydemo.m：x=1:3;y=1;2;3;examp(x)examp(x,y)examp(x,y,3),nargout用法示例 函数文件add_mu.m
19、function a,b=add_mu(c,d,e,f)if nargout=2 a=c+d+e+f;b=c*d*e*f;else a=c+d+e+f;end调用add_mu.madd_mu(1,2,3,4)Ans=10 a,b=add_mu(1,2,3,4)a=10b=24,nargin和nargout 分别为输入输出参数的个数，varargin和varargout分别代表未知的输入输出变量 varargin用法示例函数文件add_var.m：function re=add_var(a,b,varargin)if nargin=2 re=a+b;elseif nargin=3 c=varar
20、gin1;re=a+b+c;else error(wrong)end调用函数文件add_var.m re=add_var(1,2)re=3 re=add_var(1,2,3)re=6 re=add_var(1,2,3,4)?Error using=add_var at,3.7 全局变量和局部变量,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3.21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)global ALPHA BETA f=ALPHA*x+BETA*y;在
21、命令窗口中输入(main3.m)：ALPHA=1;BETA=2;global ALPHA BETA s=wadd(1,2),建立第一个函数文件wenjian1.mfunction m=wenjian1(x);global a ba=x2;b=2*x;m=a+b;建立第二个函数文件wenjian2.mfunction n=wenjian2(x)global a bn=wenjian1(x)+10;a=n+b 在 Command Window 中定义全局变量（main4.m）global a bs=8;wenjian1(s)abwenjian2(s),3.8 类和对象 类的概念是结构体的拓展，在类
22、中，不但可以包含变量成员，还可以包含与这些变量相关联的函数或运算。对象是类的一个具体实例。类和对象的概念是面向对象程序设计(Object-oriented Programming)的基础。采用面向对象技术可以把复杂的操作过程加以隐藏，而外部呈现为人们所习惯的处理形式。,3.9 程序调试,语法错误 发生在程序代码的解释过程中，一般有函数参数输入类型有误或矩阵运算阶数不符等情况。执行错误 发生在程序运行过程中，出现溢出或死循环等引起，错误与程序有关，较难发现。,?a=1 2;3 4;?b=1 2 3;4 5 6;7 8 9;?a*b?Error using=*Inner matrix dimens
23、ions must agree.,?a=NaN?isnan(a)ans=1?a=;?isempty(a)ans=1,尽量避免出现NaN、inf或空矩阵等异常数据，要适当采取方法来控制。,错误检测语法错误会给出相应的信息，容易检查定位；将程序执行的中间结果输出到命令窗口，以方便检查；使用keyboard函数中断程序，进入调试状态，实现交互式调试；将函数头注释掉，从而函数变为脚本文件调试；使用调试菜单或调试函数。,调试函数dbstop in at 用来在M文件中设置断点；函数dbstatus用来显示断点信息；函数dbtype显示M文件文本（包括行号）；函数dbstep从断点处继续执行M文件；函数d
24、bstack显示M文件执行时调用的堆栈等；函数dbup/dbdown可以实现工作空间的切换；,?dbtype db_test1 function C=db_test(A,B)2 num11,num12=size(A);3 num21,num22=size(B);4 if(num12=num21)5 C=A*B6 else7 if(num11=num22)8 C=B*A;9 else10 error(input error!)11 end12 end13 return,例：function C=db_test(A,B)num11,num12=size(A);num21,num22=size(B)
25、;if(num12=num21)C=A*Belse if(num11=num22)C=B*A;else error(input error!)endendreturn,3.10 程序设计优化,以矩阵为操作主体 以向量运算代替循环运算,提倡矩阵操作?tic;x=1;for i=1:1000,y(i)=sin(x);x=x+0.1*pi;end,tocelapsed_time=0.0500?tic;x=1:0.1*pi:1000*pi;y=sin(x);tocelapsed_time=0.0100,在多重循环的情况下，建议外循环执行循环次数少的，内循环执行循环次数多的。例：生成510000的Hil
26、bert矩阵，其中 hi,j=1/(i+j-1),Test2.mticfor j=1:10000 for i=1:5 H(i,j)=1/(i+j-1);endendtoc,Test1.mticfor i=1:5 for j=1:10000 H(i,j)=1/(i+j-1);endendtoc,?test1elapsed_time=0.2970?test2elapsed_time=0.6100,大型矩阵预先定维 大型矩阵动态的定维会降低程序运行效率，所以，应预先估计变量的最大维数，用zeros或ones等进行预先定维。,ticH=zeros(5,10000);for i=1:5 for j=1:
27、10000 H(i,j)=1/(i+j-1);endendtoc,ticH=zeros(5,10000);for i=1:5 H(i,:)=1./i:i+9999;endtoc,?test1elapsed_time=0.2970?test2elapsed_time=0.0310,对于二重循环，还可以使用meshgrid函数（A,B=Meshgrid(a,b)用于从数组a和b产生网格。生成的网格矩阵A和B大小是相同的。它也可以是更高维的）来构造。优先考虑内在函数采用有效算法,?tic,i,j=meshgrid(1:5,1:10000);H=1./(i+j-1);tocelapsed_time=0
28、.0150,3.11 文件操作,3.10.1 文件的打开与关闭 1.打开文件 fopen函数的调用格式为：Fid=fopen(文件名，打开方式)2.关闭文件 调用格式为：Sta=fclose(Fid),3.11.2 二进制文件读写操作 1.读二进制文件 fread 函数可以读取二进制文件的数据，并将数据存入矩阵。其调用格式为：A,COUNT=fread(Fid,size,precision)2.写二进制文件 fwrite 函数按照指定的数据精度将矩阵中的元素写入到文件中。其调用格式为：COUNT=fwrite(Fid,A,precision),3.11.3 文本文件读写操作 1.读文本文件 f
29、scanf 函数可以读取文本文件的内容，并按指定格式存入矩阵。其调用格式为：A,COUNT=fscanf(Fid,format,size)2.写文本文件 fprintf 函数可以将数据按指定格式写入到文本文件中。其调用格式为：COUNT=fprintf(Fid,format,A),3.11.4 数据文件定位 fseek函数用于定位文件位置指针，其调用格式为：status=fseek(Fid,offset,origin)ftell函数返回文件指针的当前位置，其调用格式为：position=ftell(Fid),例3.22 分析下列程序执行后，four、position和three三个变量的值。a
30、=1:5;Fid=fopen(fdat.bin,w);%以写方式打开文件fdat.binfwrite(Fid,a,int16);%将a的元素以双字节整型写入文件fdat.binstatus=fclose(Fid);Fid=fopen(fdat.bin,r);%以读数据方式打开文件fdat.binstatus=fseek(Fid,6,bof);%将文件指针从开始位置向尾部移动6个字节four=fread(Fid,1,int16);%读取第4个数据，并移动指针到下一个数据position=ftell(Fid);%ftell的返回值为8 status=fseek(Fid,-4,cof);%将文件指针从当前位置往前移动4个字节three=fread(Fid,1,int16);%读取第3个数据status=fclose(Fid);,作 业,1、输入一个数，判断它能否被13整除。2、从键盘输入三角形的三条边，求其面积。3、根据变量sum的值来决定显示的内容。4、列出100，1000以内的全部素数，并计算它们的总和与平均值。5、给定两个实数a，b和一个正整数n，编写M文件，给出k=1，n时的所有（a+b）n和（a-b）n，要求n不大于10。,
