第一讲软件使用练习-MATLAB篇

1、第一讲:软件使用练习-MATLAB篇§1-3 MATLAB编程1-3-1例子例1-54通过M脚本文件，画出下列分段函数所表示的曲面。（1） 编写M脚本文件的步骤点击MATLAB指令窗工具条上的New File图标 ，就可打开如图8.1-1-1所示的MATLAB文件编辑调试器MATLAB Editor/Debugger。其窗口名为untitled ，用户即可在空白窗口中编写程序。图 MATLAB Editor/Debugger 窗口l 比如输入如下一段程序zx81.ma=2;b=2;clf;x=-a:0.2:a;y=-b:0.2:b;for i=1:length(y) for j=1:

2、length(x) if x(j)+y(i)>1 z(i,j)=0.5457*exp(-0.75*y(i)2-3.75*x(j)2-1.5*x(j); elseif x(j)+y(i)<=-1 z(i,j)=0.5457*exp(-0.75*y(i)2-3.75*x(j)2+1.5*x(j); else z(i,j)=0.7575*exp(-y(i)2-6.*x(j)2); end endendaxis(-a,a,-b,b,min(min(z),max(max(z);colormap(flipud(winter);surf(x,y,z);l 点击编辑调试器工具条图标 ，在弹出的Wi

3、ndows标准风格的“保存为”对话框中，选择保存文件夹，键入新编文件名（如zx81），点动【保存】键，就完成了文件保存。（2）运行文件l 使zx81.m所在目录成为当前目录，或让该目录处在MATLAB的搜索路径上l 然后运行以下指令，便可得到图形。zx81 图 运行zx81.m得到的图形例1-55通过M函数文件画出上例分段函数的曲面。整个编程步骤和相同。在此演示，如何在zx81.m基础上产生函数文件zx82.m 。l 在编辑调试器中，选择【File:Save As】子菜单，把zx81.m文件“另存为”zx82.m 。l 用下面指令代替原文件的第<1>条指令。function zx8

4、2(a , b)% aDefine the limit of variable x .% bDefine the limit of variable y .l 进行上述修改后，对zx82.m再次实施“保存”操作。l 在MATLAB指令窗中，运行以下指令，就能产生与图8.1-1-2完全相同的图形。zx82(2,2) 1-3-2关系和逻辑运算除了传统的数学运算，MATLAB支持关系和逻辑运算。如果你已经有了一些编程经验，就会对这些运算熟悉。这些操作符和函数的目的是提供求解真/假命题的答案。一个重要的应用是控制基于真/假命题的一系列MATLAB命令（通常在M文件中）的流程，或执行次序。 作为所有关系

5、和逻辑表达式的输入，MATLAB把任何非零数值当作真，把零当作假。所有关系和逻辑表达式的输出，对于真，输出为1；对于假，输出为零。1关系操作符 MATLAB关系操作符包括所有常用的比较。关系操作符说明<小于< =小于或等于>大于> =大于或等于= =等于 =不等于MATLAB关系操作符能用来比较两个同样大小的数组(或矩阵)，或用来比较一个数组和一个标量。在后一种情况，标量和数组中的每一个元素相比较，结果是与数组大小一样的0,1矩阵或数组。下面给出几个示例例1-56：» A=1:9, B=9-AA = 1 2 3 4 5 6 7 8 9B = 8 7 6 5 4

6、 3 2 1 0» tf=A>4tf = 0 0 0 0 1 1 1 1 1 找出A中大于4的元素。0出现在A<=4的地方，1出现在A>4的地方。» tf=(A= =B)tf = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 找出A中的元素等于B中的元素。注意，=和= =意味着两种不同的事：= = 比较两个变量，当它们相等时返回1，当它们不相等时返回0；在另一方面， = 被用来将运算的结果赋给一个变量。» tf=B-(A>2)tf = 8 7 5 4 3 2 1 0 -1 找出A>2，并从B中减去所求得的结果向量。这个例子说明，由于逻辑运算的输

7、出是1和0的数组，它们也能用在数学运算中。» B=B+(B= =0)*epsB = Columns 1 through 7 8.0000 7.0000 6.0000 5.0000 4.0000 3.0000 2.0000 Columns 8 through 9 1.0000 0.0000 这是一个演示，表明如何用特殊的MATLAB数eps来代替在一个数组中的零元素，eps近似为2.2e-16。这种特殊的表达式在避免被0除时是很有用的。» x=(-3:3)/3x = -1.0000 -0.6667 -0.3333 0 0.3333 0.6667 1.0000» si

8、n(x)./xWarning: Divide by zeroans = 0.8415 0.9276 0.9816 NaN 0.9816 0.9276 0.8415 由于第四个数据是0 ，计算函数sin(x)/x时给出了一个警告。由于sin(0)/0是没定义的，在该处MATLAB结果返回NaN。用eps替代0以后，再试一次，» x=x+(x= =0)*eps;» sin(x)./xans = 0.8415 0.9276 0.9816 1.0000 0.9816 0.9276 0.8415现在sin(x)/x在x=0处给出了正确的极限。2 逻辑操作符 逻辑操作符提供了一种组合或

9、否定关系表达式。MATLAB逻辑操作符包括：逻辑操作符说明&与|或非逻辑操作符用法的一些例子有：» A=1:9;B=9-A;» tf=A>4tf = 0 0 0 0 1 1 1 1 1找出A大于4。» tf=(A>4)tf = 1 1 1 1 0 0 0 0 0对上面的结果取非，也就是1替换0，0替换1。» tf=(A>2)&(A<6)tf = 0 0 1 1 1 0 0 0 0在A大于2与A小于6处返回1。 最后，上面的功能易于产生数组来表示不连续信号，或由多段其他信号所组成的信号。基本想法是，把数组中要保持的那

10、些值与1相乘，所有其他值与0相乘。例如，例1-57：» x=linspace(0, 10, 100); % 产生010之间的100个数y=sin(x) ; % 对每个数计算SIN值z=(y>=0).*y ; % 对Y中>=0的数保持不变,其余取0z=z+0.5*(y<0) ; % 继续对Y中<0的数加上0.5z=(x<=8).*z ; % 继续对Z中坐标8以后的值取0plot(x, z)xlabel(' x '), ylabel(' z=f(x) '), title(' A Discontinuous Signal

11、 ') 图1 不连续信号3 关系与逻辑函数 除了上面的关系与逻辑操作符，MATLAB提供了大量的其他关系与逻辑函数，包括：其 他 关 系 与 逻 辑 函 数xor(x,y)异或运算。x或y非零(真)返回1，x和y都是零(假)或都是非零(真)返回0。any(x)如果在一个向量x中，任何元素是非零，返回1；矩阵x中的每一列有非零元素，返回1。all(x)如果在一个向量x中，所有元素非零，返回1；矩阵x中的每一列所有元素非零，返回1。 除了这些函数，MATLAB还提供了大量的函数，测试特殊值或条件的存在，返回逻辑值。测 试 函 数finite元素有限，返回真值。isempty参量为空，返回真

12、值。isglobal参量是一个全局变量，返回真值。ishold当前绘图保持状态是ON，返回真值。isieee计算机执行IEEE算术运算，返回真值。isinf元素无穷大，返回真值。isletter元素为字母，返回真值。isnan元素为不定值，返回真值。isreal参量无虚部，返回真值。isspace元素为空格字符，返回真值。isstr参量为一个字符串，返回真值。isstudentMATLAB为学生版，返回真值。isunix计算机为UNIX系统，返回真值。isvms计算机为VMS系统，返回真值。 1-3-3 MATLAB控制流1.for循环结构For循环允许一组命令以固定的和预定的次数重复。For

13、循环的一般形式是：for 循环参数 = 初值:步长:终值 ( -数组)语句end在for和end语句之间的语句按数组中的每一列执行一次。在每一次迭代中，循环参数被指定为数组的下一列例1-58：一个简单的for循环示例。for i=1:10; %i依次取1,2,10,.x(i)=i; %对每个i值，重复执行由该指令构成的循环体，end; x %要求显示运行后数组x的值。 x = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 For循环的其它重要方面是： (1.) For循环不能用For循环内重新赋值循环变量n来终止。» for n=1:10 x(n)=sin(n*pi/10); n=10;

14、 end» xx = Columns 1 through 7 0.3090 0.5878 0.8090 0.9511 1.0000 0.9511 0.8090 Columns 8 through 10 0.5878 0.3090 0.0000 (2). 语句1 :10 是一个标准的MATLAB数组创建语句。在For循环内接受任何有效的MATLAB数组。» data=3 9 45 6; 7 16 -1 5data = 3 9 45 6 7 16 -1 5for n=data x=n(1)-n(2) endx = -4x = -7x = 46x = 1 (3). For循环可按

15、需要嵌套。for n=1:5 for m=5:-1:1 A(n,m)=n2+m2; end disp(n) end 1 2 3 4 5» AA = 2 5 10 17 26 5 8 13 20 29 10 13 18 25 34 17 20 25 32 41 26 29 34 41 50 (4). 当有一个等效的数组方法来解给定的问题时，应避免用For循环。例如，上面的第一个例子可被重写为» n=1:10;» x=sin(n*pi/10)x = Columns 1 through 7 0.3090 0.5878 0.8090 0.9511 1.0000 0.951

16、1 0.8090 Columns 8 through 10 0.5878 0.3090 0.0000两种方法得出同样的结果，而后者执行更快，更直观，要求较少的输入。 (5). 为了得到最大的速度，在For循环(While循环)被执行之前，应预先分配数组。例如，前面所考虑的第一种情况，在For循环内每执行一次命令，变量x的大小增加1。迫使MATLAB每通过一次循环要花费时间对x分配更多的内存。为了消去这个步骤，For循环的例子应重写为»x=zeros(1,10); % preallocated memory for x» for n=1:10 x(n)=sin(n*pi/10

17、); end现在，只有x(n)的值需要改变。2.while循环结构 与For循环以固定次数求一组命令的值相反，While 循环以不定的次数求一组语句的值。While循环的一般形式是： while 关系表达式 语句 end只要在表达式里的所有元素为真，就执行while和end 语句之间的commands。通常，表达式的求值给出一个标量值，但数组值也同样有效。在数组情况下，所得到数组的所有元素必须都为真。例1-59：Fibonacci数组的元素满足Fibonacci 规则： ，；且。现要求该数组中第一个大于10000的元素。a(1)=1;a(2)=1;i=2;while a(i)<=1000

18、0 a(i+1)=a(i-1)+a(i); %当现有的元素仍小于10000时，求解下一个元素。 i=i+1;end;i,a(i), i = 21 ans = 10946 3.if-else-end分支结构很多情况下，命令的序列必须根据关系的检验有条件地执行。在编程语言里，这种逻辑由某种If-Else-End结构来提供。最简单的If-Else-End结构是： if 关系表达式 commands end 如果在表达式中的所有元素为真(非零)，那么就执行if和end语言之间的commands。If-Else-End结构是： if 关系表达式 commands evaluated if True el

19、se commands evaluated if False end在这里，如果表达式为真，则执行第一组命令；如果表达式是假，则执行第二组命令。 当有三个或更多的选择时，If-Else-End结构采用形式 if关系表达式1 commands evaluated if expression1 is True elseif关系表达式2 commands evaluated if expression2 is True elseif else commands evaluated if no other expression is True end 最后的这种形式，只和所碰到的、与第一个真值表达式相

20、关的命令被执行；接下来的关系表达式不检验，跳过其余的If-Else-End结构。而且，最后的else命令可有可无。例1-60用for循环指令来寻求Fibonacc数组中第一个大于10000的元素。n=100;a=ones(1,n);for i=3:n a(i)=a(i-1)+a(i-2); if a(i)>=10000 a(i), break; %跳出所在的一级循环。 end;end,i ans = 10946i =21 4.switch-case结构例1-61学生的成绩管理，用来演示switch结构的应用。clear;%划分区域：满分(100)，优秀(90-99)，良好(80-89)，

21、及格(60-79)，不及格(<60)。for i=1:10;ai=89+i;bi=79+i;ci=69+i;di=59+i;end;c=d,c;Name=' Jack','Marry','Peter',' Rose',' Tom'%元胞数组Mark=72,83,56,94,100;Rank=cell(1,5);%创建一个含5个元素的构架数组S，它有三个域。S=struct('Name',Name,'Marks',Mark,'Rank',Rank);%根据学生的分

22、数，求出相应的等级。for i=1:5 switch S(i).Marks case 100 %得分为100时 S(i).Rank='满分'%列为'满分'等级 case a %得分在90和99之间 S(i).Rank=' 优秀' %列为'优秀'等级 case b %得分在80和89之间 S(i).Rank=' 良好' %列为'良好'等级 case c %得分在60和79之间 S(i).Rank=' 及格' %列为'及格'等级 otherwise %得分低于60。 S(

23、i).Rank='不及格' %列为'不及格'等级 endend%将学生姓名，得分，登记等信息打印出来。disp('学生姓名 ',' 得分 ',' 等级');disp(' ')for i=1:5; disp(S(i).Name,blanks(6),num2str(S(i).Marks),blanks(6),S(i).Rank);end; 学生姓名 得分 等级 Jack 72 及格Marry 83 良好Peter 56 不及格 Rose 94 优秀 Tom 100 满分 1-3-4脚本文件和函数文件1.

24、脚本文件由命令语句所构成的M-文件,具有以下特点:(1)文件变量名必须以 .m作为扩展名;(2)文件中所涉及变量都是全局变量,在运行过程中,可被当前工作区调用;2.函数文件函数文件具有以下特点: (1)文件变量名必须与函数名相同;(2)文件的第一行形式必须是：function 因变量 = 函数名(自变量)(3)文件中所涉及变量一般是局部变量;（4）在函数M文件中，到第一个非注释行为止的注释行是帮助文本。当需要帮助时，返回该文本。（5）第一行帮助行，名为H1 行，是由lookfor 命令搜索的行。（6）函数可以有零个或更多个输入参量。函数可以有零个或更多个输出参量。（7） 函数可以按少于函数M文

25、件中所规定的输入和输出变量进行调用，但不能用多于函数M文件中所规定的输入和输出变量数目。如果输入和输出变量数目多于函数M文件中function 语句一开始所规定的数目，则调用时自动返回一个错误。（8） 当函数有一个以上输出变量时，输出变量包含在括号内。例如，V,D = eig(A)。不要把这个句法与等号右边的V,D 相混淆。右边的V,D 是由数组V和D 所组成。例1-62M函数文件示例。circle.mfunction sa = circle(r,s)%CIRCLEplot a circle of radii r in the line specified by s.%r指定半径的数值%s指定线色的字符串%sa圆面积% circle(r)利用蓝实线画半径为 r 的圆周线.% circle(r,s)利用串 s 指定的线色画半径为 r 的圆周线.% sa=circle(r)计算圆面积，并画半径为 r 的蓝色圆面.% sa=circle(r,s)计算圆面积，并画半径为 r 的 s 色圆面.if nargin>2 error('输入变量太多。');end;if nargin=1 s='b'en