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MATLAB程序设计基础,程序设计,M文件两种形式：命令形式（Script）函数形式（Function）命令式M文件在运行过程中可以调用MATLAB工作域内所有的数据，而且，所产生的所有变量均为全局变量，直到用户执行clear命令清除；函数式文件中所有变量除特殊声明，均为局部变量。,命令式M文件提示：标点符号要运用恰当；注意程序的书写风格，保持程序的可读性；要以m为文件扩展名，在低版本的matlab中，文件名要符合8.3格式。,函数式M文件function返回变量列表=函数名(输入变量列表)注释说明语句段函数体提示：第一行为function语句；function后定义函数名和输入输出参数，函数被调用时按此格式执行；文件名必须与函数名一一对应；函数执行完后，只保留返回结果，不保留中间过程；,例：functionf=fibfun(n)%FIBFUNforcalculatingfibonaccinumbers.%Incidengtally,thenamefibonaccicomesfrom%FiliusBonassi,orsonofBonassus%fibfun.mifn2f=fibfun(n-1)+fibfun(n-2);elsef=1;end,?helpfibfunFIBFUNforcalculatingfibonaccinumbers.Incidengtally,thenamefibonaccicomesfromFiliusBonassi,orsonofBonassusfibfun.m?lookforfibFIBFUNforcalculatingfibonaccinumbers.注：为了利用MATLAB的关键字搜索功能，应该在M文件的第一行注释中，尽可能多的包含函数的特征信息。,控制语句,循环语句有两种方式：for循环和while循环for循环for循环变量=s1:s3:s2循环体语句组end说明：for语句一定要有end结束标志；循环语句中要用“；”防止中间结果的输出；书写时采用锯齿结构以增加可读性；,例：求mysum=0;fori=1:1:100mysum=mysum+i;end;mysum,求取s1的值i,i在s1和s2之间？,循环体语句组,i+s3-i,是,否,结束循环,for循环的一般形式forv=vectstatementsendvect为任意给定的向量，则循环变量从向量的第一个数值一直循环到最后一个数值。例1(见前例)：mysum=0;v=1:100;fori=v;mysum=mysum+i;endmysum,例2：x=;fori=Hello,x=ix;end,x,while循环while逻辑变量循环体语句组end例（见前例）：mysum=0;i=1;while(i10000),break;endmysum=mysum+m;endm,mysum,if条件式条件块语句组1else条件块语句组2end,条件语句组,语句组1,语句组2,是,否,例：多项式加p1=154;p2=16116;n1=length(p1);n2=length(p2);ifn1firstlevelnum1=num1+1;elseiflist(i)secondlevelnum2=num2+1;elsenum3=num3+1;endend,?globalfirstlevelsecondlevel?firstlevel=85;?secondlevel=75;?a,b,c=test3(90,89,60,79,89,60,99,98,100)a=1b=2c=0,子函数与局部函数,函数文件中题头定义的函数为主函数，在函数体内定义的其他函数即为子函数。子函数只能为主函数或同一主函数下其他的子函数所调用。functionc=test(a,b)%mainfunctionc=test1(a,b)*test2(a,b);functionc=test1(a,b)%subfunctionc=a+b;functionc=test2(a,b)%subfunctionc=a-b;,放置于目录private下的函数称为局部函数，这些函数只有private目录的父目录中的函数才可以调用，其他目录的函数不能调用。局部函数与一般函数文件的编辑相同。MATLAB在调用函数时，首先检测该函数是否为此文件的子函数；如果不是，再检测是否为可用的局部函数；如果仍不是，则检测MATLAB搜索路径中其他的M文件。,程序设计的辅助函数,执行函数y1,y2,yn=feval(function,x1,x2,xn)以函数名为输入变量的函数。evalin(workspacename,expression)对指定工作空间workspacename中的变量进行操作，计算表达式expression的值。,容错函数error(错误信息)触发函数error时，中断程序的运行，显示错误信息。warning用法类似，但不会中断程序。,functionc=testerror(a,b)flag=0;ifischar(a)end,时间控制函数日期表达形式：dd-mmm-yyyymm/dd/yymm/dd12-Oct-200310/12/0310/12时间表达形式：HH:MM:SSHH:MM:SSPM,cputime的调用：t=cputime;程序段；t=cputime-t;显示该程序段运行所占用的CPU时间。,tic、toc的调用方法tic;程序段；toc；显示运行该程序段所需的时间。etime（time2，time1）计算两时刻的时间差。,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;fori=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Hilbert矩阵，其中hi,j=1/(i+j-1),Test2.mticforj=1:10000fori=1:5H(i,j)=1/(i+j-1);endendtoc,Test1.mticfori=1:5forj=1:10000H(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);fori=1:5forj=1:10000H(i,j)=1/(i+j-1);endendtoc,ticH=zeros(5,10000);fori=1:5H(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函数来构造。优先考虑内在函数采用有效算法采用Mex技术,?tic,i,j=meshgrid(1:5,1:10000);H=1./(i+j-1);tocelapsed_time=0.0150,面向对象的程序设计,类和对象的构造类的概念是结构体的拓展，类中可以包含变量形成员，也可以包含与这些变量相关联的函数或运算。对象是类的一个实例。首先定义一个适当的名字;以这个名字建立一个子目录，目录名为该名称前加符号；编写一个引导函数，函数名与类同名。,例：定义一个多项式类如果不给出输入变量，则建立一个空多项式；如果输入变量a为多项式类，则直接把它传送给输出变量p；如果a为向量，则将此向量变换成行向量，再构造一个多项式对象；,functionp=polynom(a)ifnargin=0p.c=;p=class(p,polynom);elseifisa(a,polynom),p=a;elsep.c=a(:).;p=class(p,polynom);end,类的显示在此目录下重新建立display()函数。函数自动按照多项式显示的格式构造字符串，并显示出来。,functiondisplay(p)disp();disp(inputname(1),=)disp();disp(char(p);disp();,functions=char(p)ifall(p.c=0)s=0;elsed=length(p.c)-1;s=;fora=p.c;ifa=0ifisempty(s)ifa0,s=s,+;else,s=s,-;a=-a;endendifa=1|d=0,s=s,num2str(a);ifd0,s=s,*;endendifd=2,s=s,x,int2str(d);elseifd=1,s=sx;endendd=d-1;endend,各种运算的建立加法运算：对plus()函数进行重载定义；减法运算：对minus()函数进行重载定义；乘法运算：对mtimes()函数进行重载定义；乘方运算：对mpower()函数进行重载定义；,functionp=minus(a,b)a=polynom(a);b=polynom(b);k=length(b.c)-length(a.c);p=polynom(zeros(1,k)a.c-zeros(1,-k)b.c);,functionp=minus(a,b)a=polynom(a);b=polynom(b);k=length(b.c)-length(a.c);p=polynom(zeros(1,k)a.c-zeros(1,-k)b.c);,functionp=mtimes(a,b)a=polynom(a);b=polynom(b);p=polynom(conv(a.c,b.c);,functionp=mpower(a,n)ifn=0,n=floor(n);a=polynom(a);p=1;ifn=1fori=1:n,p=p*a;endendelseerror(Powershouldbeanon-negativeinteger.)end,?P=polynom(140-7)P=x3+4*x2-7?Q=polynom(53-1.578)Q=5*x4+3*x3-1.5*x2+7*x+8,?P+Qans=-5*x4-2*x3+5.5*x2-7*x-15?P-Qans=-5*x4-2*x3+5.5*x2-7*x-15?P*Qans=5*x7+23*x6+10.5*x5-34*x4+15*x3+42.5*x2-49*x-56?P3ans=x9+12*x8+48*x7+43*x6-168*x5-336*x4+147*x3+588*x2-343,文件格式与读写,Matlab的文件MDL文件simulink生成的模型描述文件；DLL文件由Mex技术生成的matlab可调用函数库；MAT文件matlab格式存储的二进制数据文件P文件M文件变换后的伪代码文件。,变量存储命令save文件名变量列表文件名为要存储的文件名，如果不给出文件名则默认为matlab.mat；变量列表为要存储的变量，各个变量名间用空格分割，如果不给出变量名列表，则将整个工作空间中所有变量都存入该文件。,例：savetmpabc将a，b，c三个变量存到tmp.mat文件中，默认目录为work目录。save(tempspace,a,b,c)可以使用任意的合法文件名。,变量装载命令load文件名或load（文件名）从mat文件中将变量数据装载入工作空间。ASCII格式的变量存储savetemp.dat/ascii此时，文件内容为可读的，当变量的精度被降低。,文件操作函数打开文件文件句柄=fopen(文件名，打开方式)如果句柄的值大于0，说明文件打开成功；打开方式：r只读w只写a追加r+可读又可写,关闭文件fclose(文件句柄)成功，则返回0；否则返回1。如果想关闭matlab运行中打开的所有文件，可以用fclose(all)命令。有格式读文件A=fscanf(文件句柄,输入格式,变量大小N)从文件中读取N个元素，赋给A。,有格式写文件fprintf(文件句柄,输出格式,输出变量表)输出格式控制变量的输出形式，每个描述格式的字符串以引导，如s表示字符格式，d表示整型数格式，23.13g表示双精度浮点格式；输出变量表中，变量名之间用逗号隔开。,读入整个一行str=fgetl(文件句柄)或str=fgets(文件句柄)从文件中读入一整行信息，前者舍弃字符串末尾的回车符号，后者不舍弃。字符串读写类似于文件读写，把文件句柄替换为字符串变量。sscanf(字符串变量,输入格式,变量大小)字符串变量=sprintf(输出格式，输出变量列表),例：文本文件显示。,functionfileprint(fname)ifnargin=1f_id=eval(fopen(fname,.m,r);elsefname,fpath=uigetfile(*.m,Pleaseenterafilename);f_id=fopen(fpath,fname,r);endi=0;whilefeof(f_id)=0strText=fgetl(f_id);i=i+1;disp(sprintf(%4d:%s,i,strText);endfclose(f_id);,?fileprint(fileprint)1:functionfileprint(fname)2:ifnargin=13:f_id=eval(fopen(fname,.m,r);4:else5:fname,fpath=uigetfile(*.m,Pleaseenterafilename);6:f_id=fopen(fpath,fname,r);7:end8:i=0;9:whilefeof(f_id)=010:strText=fgetl(f_id);11:i=i+1;12:disp(sprintf(%4d:%s,i,strText);13:end14:fclose(f_id);,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=12;34;?b=123;456;789;?a*b?Errorusing=*Innermatrixdimensionsmustagree.,?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dbstopinat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dbstack显示M文件执行时调