MATLAB程序设计及应用实例【谷风详析】

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,1,特制分析,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,2,特制分析,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

2、。,3,特制分析,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 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,4,特制分析,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

3、分以%开头。 P116 实例,5,特制分析,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,6,特制分析,(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,7,特制分析,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

4、)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。,(1) 函数文件的基本结构,8,特制分析,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,9,特制分析,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

5、 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=fcircle(10),10,特制分析,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,11,特制分析,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n

6、argout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,12,特制分析,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,

7、y,3),（2）函数文件的调用,13,特制分析,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 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,14,特制分析,5.1.3 数据的输入输出指令,input函数 disp函数 pause函数,15,特制分析,

8、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),16,特制分析,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。,17,特制分析,例 求一元二次方程ax2 +bx+c=0

9、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);,18,特制分析,其调用格式为： 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。,pause函数,19,特制分析,5.1.4 选择结构- if语句,if语句 在MATLAB中，if语句有3种格式。 swi

10、tch语句 try语句,20,特制分析,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,21,特制分析,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。,2.双分支if语句,22,特制分析,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

11、+sqrt(x); end y,23,特制分析,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+1 end,3.多分支if语句,24,特制分析,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.多分支if语句,25,特制分析,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

12、句组1 case 值2 语句组2 case 值m 语句组m otherwise 语句组m+1 end,26,特制分析,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) rate=8/100; case num2cell(25:49) rate=10/100; otherwise ra

13、te=14/100; end price=price*(1-rate),5.1.4 选择结构- switch语句,27,特制分析,5.1.4 选择结构-try语句,语句格式为： try 语句组1 catch 语句组2 end 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。,28,特制分析,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，则自动转去求两矩阵的点乘 程序如下：main5_3.m A=1,2,3;4,

14、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,29,特制分析,5.1.5 循环结构,循环语句 for语句 while语句 循环的嵌套,30,特制分析,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,31,特制分析,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

15、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,32,特制分析,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; end disp(s);,5.1.5 循环结构- for语句,33,特制分析,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

16、不成立则跳出循环,34,特制分析,其他常用指令,Continue Break,35,特制分析,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=7 b=9,i2,a=7 b=9,36,特制分析,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

17、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 break %当if条件满足时不再执行循环 end a=a+2 end,运行结果: a=7 b=9,i2,a=3 b=6,37,特制分析,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。,38,特制分析,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

18、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。,39,特制分析,补充：1 Matlab命令执行过程,40,特制分析,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

19、1,特制分析,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的工作路径，以便程序运行。,42,特制分析,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); end cputime-t ans =,向量运算 t=cputime; n=1:100000; s=sum(1./2.n+1./3.n)； cputime-t ans =,43,特制分析,阵列预分配 阵列矩

20、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=A 4 .尽量使用MATLAB内部定义的函数,44,特制分析,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,45,特制分析,直接调试法

21、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,直接调试法,46,特制分析,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,

22、 warning.lasterr,lastwarn, 提示命令:warndlg,errordlg,47,特制分析,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)取消断点。,48,特制分析,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,49,特制分析,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 C