第5掌 MATLAB程序设计及应用实例2

1、2010-09-3本部分内容本部分内容o 5.1 M文件文件o 5.2 函数函数m文件文件o 5.3 数据的输入输出指令数据的输入输出指令o 5.4 选择结构选择结构o 5.5 循环结构循环结构o 5.6 M文件调试文件调试o 5.7 应用程序接口应用程序接口o 在matlab窗口输入数据和命令进行计算时，当处理复杂问题和大量数据时是不方便的。o 用户如想灵活应用matlab去解决实际问题，充分调用matlab的科学技术资源，就需要编辑m文件o 包含matlab语言代码的文件称为m文件，其扩展名为m。1.建立新的M文件(1)(1)菜单操作菜单操作：MATLABMATLAB命令窗口的命令窗口的F

2、ileFile菜单菜单 New New菜单项菜单项 M-file M-file命令命令. .M文件的建立与编辑文件的建立与编辑(2)(2)命令操作命令操作：在：在MATLABMATLAB命令窗口输入命令命令窗口输入命令editedit。(3)(3)命令按钮操作命令按钮操作：单击：单击MATLABMATLAB命令窗口工具栏上命令窗口工具栏上的的“新建新建”命令按钮。命令按钮。2. 编辑已有的M文件 m文件的类型是普通的文本文件，可以使用系统认可的文本文件编辑器来建立m文件。如dos下的edit，windows的记事本和word等。M文件的建立与编辑文件的建立与编辑M文件有两类文件有两类: 独立的

3、独立的m文件文件 称脚本或者命令文件称脚本或者命令文件 可调用可调用m文件文件 称函数文件称函数文件(1) 脚本文件脚本文件 简单的简单的m文件文件 脚本文件实际上是一串指令的集合，与在命令窗口脚本文件实际上是一串指令的集合，与在命令窗口逐行执行文件中的所有指令，其结果是一样的。没逐行执行文件中的所有指令，其结果是一样的。没有输入输出参数。有输入输出参数。M文件的分类文件的分类o 脚本文件包括两部分：注释文件和程序文件脚本文件包括两部分：注释文件和程序文件%RANKNumber of linearly independent rows or columns.% K = RANK(X) is t

4、he number of singular values of X% that are larger than MAX(SIZE(X) * NORM(X) * EPS.% K = RANK(X,tol) is the number of singular values of X that% are larger than tol.% Copyright (c) 1984-94 by The MathWorks, Inc.s = svd(x);if (nargin = 1) tol = max(size(x) * max(s) * eps;endr = sum(s tol);程序部分程序部分o

5、例例 建立一个命令文件将变量建立一个命令文件将变量a,ba,b的值互换，然的值互换，然后运行该命令文件。后运行该命令文件。 首先，建立首先，建立m m文件并以文件名文件并以文件名exch.mexch.m存盘；存盘； 接着，在编辑窗口输入下列程序：接着，在编辑窗口输入下列程序： clear;clear; a=1:10; b=11,12,13,14;15,16,17,18; a=1:10; b=11,12,13,14;15,16,17,18; c=a;a=b;b c=a;a=b;b=c;=c; a a b b 书写完成，切忌保存。书写完成，切忌保存。脚本脚本m文件举例文件举例在在MATLAB的命令

6、窗口中输入的命令窗口中输入exch，将会，将会执行该命令文件。执行该命令文件。p matlab用户可以根据需要编辑自己的用户可以根据需要编辑自己的m文件，文件，它们可以像库函数一样方便的调用，从而极大地它们可以像库函数一样方便的调用，从而极大地扩展了扩展了matlab 的能力。的能力。p 对于某一类特殊问题，如创建了许多对于某一类特殊问题，如创建了许多m函数文件，函数文件，则可形成新的工具箱。则可形成新的工具箱。p 用用matlab语言创建定义新的语言创建定义新的matlab函数的功函数的功能，正体现了能，正体现了matlab语言强大的扩展功能。语言强大的扩展功能。p 需要输入变量，返回输出变

7、量需要输入变量，返回输出变量(2) 函数函数m文件文件o 函数定义行函数定义行o H1行行 对程序的总体介绍对程序的总体介绍o 函数说明函数说明 对程序详细描述对程序详细描述o 程序主体程序主体o 注释注释 解释程序功能的文字解释程序功能的文字 说明：除程序主体外，其他部分以说明：除程序主体外，其他部分以%开头。开头。函数描述函数描述 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 s=pi*r*r; p=2*pi*r;

8、函数函数m文件举例文件举例程序主体程序主体l matlab自定义的函数文件称内置函数文件,因此，属于函数m文件l 调用内置函数的方法：使用函数名并给出相应的入口、出口参数即可。 例如：sin.m函数 调用格式：y=sin(2*x) 实际应用中： x=0:2*pi/180:2*pi; y=sin(2*x) plot(x,y)01234567-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81(补充补充)matlab内置函数文件内置函数文件(1) (1) 函数文件的基本结构函数文件的基本结构 函数文件由函数文件由function定义定义语句引导语句引导 其基本结构为：其基本结构为： f

9、unction 输出形参表输出形参表=函数名函数名(输入形参表输入形参表) %注释说明部分注释说明部分 函数体语句函数体语句(1)关于函数文件名关于函数文件名: 函数文件名与函数名也可以不相同。当两者不同时，当两者不同时，MATLABMATLAB将将忽略函数名而确认函数文件名，忽略函数名而确认函数文件名，(2)关于注释说明部分关于注释说明部分。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。 p函数调用的一般格式函数调用的一般格式：输出实参表输出实参表=函数名函数名(输入实参表输入实参表) 注意：等号左边是方括

10、号，右边输入参数用注意：等号左边是方括号，右边输入参数用括号括号（2）函数文件的调用）函数文件的调用 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 s=pi*r*r; p=2*pi*r; 以上函数文件以以上函数文件以函数文件名函数文件名fcircle.mfcircle.m存入存入c:matlab7workmasc:matlab7workmas下，然后在下，然后在MATLABMATLAB命令窗口命令窗口调用该函数调用该函数：

11、 s,ps,p=fcircle(10)=fcircle(10)o 函数的递归调用函数的递归调用n 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然后在然后在MATLABMATLAB命令窗口调用该函数命令窗口调用该函数：f=factor(5)f=factor(5)f=5!o 函数所传递参数的函数所传递参数的可调性可调性n 在调用函数时，MATLAB用两个永久变量nargin和nargout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

12、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n 例：narginnargin用法示例用法示例（2）函数文件的调用）函数文件的调用o 函数文件函数文件exampexamp.m.m： function foutfunction fout= =charraycharray(a,b,c(a,b,c) ) if nargin if nargin=1=1 fout fout=a;=a; elseif nargin elseif nargin=2=2 fout=a+b fout=a+b; ; elseif nargin elseif nargin=3=3 fout fout=(a=(a*

13、*b b* *c)/2;c)/2; end endn 全局变量用命令全局变量用命令globalglobal定义定义。 m m函数文件的内部变量是局部的，与其他函数文件及函数文件的内部变量是局部的，与其他函数文件及MATLABMATLAB工作空间相互隔离工作空间相互隔离n 例例 全局变量应用示例。全局变量应用示例。先建立函数文件先建立函数文件wadd.mwadd.m，该函数将输入的参数加权相加。，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：在命令窗口中输入： global ALP

14、HA BETA ALPHA=1; BETA=2; s=wadd(1,2)o input函数函数 -提示用户从键盘输入数值和字符串等提示用户从键盘输入数值和字符串等o pause函数函数 -暂停，等待用户响应暂停，等待用户响应o dips 函数函数 -输出相关内容输出相关内容input函数函数调用格式为：调用格式为： 其中其中提示信息为一个字符串提示信息为一个字符串，用于提示用户输入什么，用于提示用户输入什么样的数据。样的数据。 如果在如果在inputinput函数调用时采用函数调用时采用ss选项，则允许用户选项，则允许用户输入一个字符串。例如，想输入一个人的姓名，可输入一个字符串。例如，想输入

15、一个人的姓名，可采用命令：采用命令： xm=input(What is your name?,s) What is your name? xiaoqiang xm= xiaoqiang 其调用格式为：其调用格式为：如果省略延迟时间，直接使用如果省略延迟时间，直接使用pause，则将暂，则将暂停程序，直到用户按任一键后程序继续执行。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若要强行中止程序的运行可使用Ctrl+C命令。命令。o 调用格式为调用格式为 其中，输出项既可以为字符串，也可以为矩阵。其中，输出项既可以为字符串，也可以为矩阵。 注意：用注意：用disp函数显示矩

16、阵时将不显示矩阵的函数显示矩阵时将不显示矩阵的名名 字，而且其格式更紧密，且不留任何没有意字，而且其格式更紧密，且不留任何没有意义的空行。义的空行。 程序如下：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); 例例5.2 求一元二次方程求一元二次方程ax2 +bx+c=0的根。的根。o ifif语句语句n 在在MATLABMATLAB中，中，ifif语句有语句有3 3

17、种格式。种格式。o switchswitch语句语句o trytry语句语句o 语句格式为：语句格式为： if if 条件条件 语句组语句组 endend当条件成立时，则执行语句组，执行完之后继续当条件成立时，则执行语句组，执行完之后继续执行执行if语句的后继语句，若条件不成立，则直接语句的后继语句，若条件不成立，则直接执行执行if语句的后继语句语句的后继语句o 双分支双分支ifif语句格式为：语句格式为： if if 条件条件 语句组语句组1 1 else else 语句组语句组2 2 end end 当条件成立时，执行语句组当条件成立时，执行语句组1，否则执行语句，否则执行语句组组2，语句

18、组，语句组1或语句组或语句组2执行后，再执行执行后，再执行if语句语句的后继语句。的后继语句。o 例例 计算分段函数值计算分段函数值 程序如下： x=input(x=input(请输入请输入x x的值的值:);:); if x=10 if x=10 y=cos(x+1)+sqrt(x y=cos(x+1)+sqrt(x* *x+1);x+1); else else y=x y=x* *sqrt(x+sqrt(xsqrt(x+sqrt(x);); end end o 多分支多分支ifif语句语句格式为：格式为：if if 条件条件1 1 语句组语句组1 1elseifelseif 条件条件2 2

19、 语句组语句组2 2 elseifelseif 条件条件m m 语句组语句组m melseelse 语句组语句组m+1m+1endendo switchswitch语句语句其语句格式为：其语句格式为： switch switch 表达式表达式 case case 值值1 1 语句组语句组1 1 case case 值值2 2 语句组语句组2 2 case case 值值m m 语句组语句组m m otherwise otherwise 语句组语句组m+1m+1 end endo例例 x=100 switch ceil(x/10) case 9,10 disp(grade is A) case

20、8 disp(grade is B) case 7 disp(grade isC) case 6 disp(grade is D) otherwise disp(grade is E) end语句格式为语句格式为： trytry 语句组语句组1 1 catch catch 语句组语句组2 2 end end try语句先试探性执行语句组语句先试探性执行语句组1，如果语句组，如果语句组1在执行过在执行过程中出现错误，则将错误信息赋给保留的程中出现错误，则将错误信息赋给保留的lasterr变量，变量，并转去执行语句组并转去执行语句组2。这种试探性执行语句是其他高级。这种试探性执行语句是其他高级语言

21、所没有的。语言所没有的。o 例例 矩阵乘法运算要求两矩阵的维数相容，否则会出错。先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求两矩阵的乘积，若出错，则自动转去求两矩阵的点乘o 程序如下：程序如下：main5_3.mmain5_3.mA=1,2,3;4,5,6; B=7,8,9;10,11,12;A=1,2,3;4,5,6; B=7,8,9;10,11,12;trytry C=A C=A* *B;B;catchcatch C=A. C=A.* *B;B;endendC Clasterrlasterr % %显示出错原因显示出错原因n 循环语句

22、循环语句o for语句语句o while语句语句n 循环的嵌套循环的嵌套5.5 循环结构循环结构- for语句语句o1. for语句语句n 语句格式为：语句格式为： for 循环变量循环变量=表达式表达式1:表达式表达式2:表达表达式式3 循环体语句循环体语句 endo for语句更一般的格式：语句更一般的格式： for 循环变量循环变量=矩阵表达式矩阵表达式 循环体语句循环体语句 end5.5 循环结构循环结构- for语句语句 执行过程是依次将矩阵的执行过程是依次将矩阵的，然后执行循环体语句，直至各列元素处理完，然后执行循环体语句，直至各列元素处理完毕。实际上，毕。实际上，“表达式表达式1

23、:表达式表达式2:表达式表达式3”是是一个仅为一行的矩阵一个仅为一行的矩阵(行向量行向量)，因而列向量是，因而列向量是单个数据。单个数据。o 例例 已知已知5 5个学生个学生4 4门功课的成绩，求每名学生的总门功课的成绩，求每名学生的总成绩成绩n 程序如下：程序如下：s=0;s=0;a=65,76,56,78;98,83,74,85;76,67,78,79;98,58,a=65,76,56,78;98,83,74,85;76,67,78,79;98,58,42,73;67,89,76,87;42,73;67,89,76,87;for k=afor k=a s=s+k s=s+k; ;enden

24、ddisp(sdisp(s););5.5 循环结构循环结构- for语句语句o whilewhile语句的一般格式为：语句的一般格式为： while (while (条件条件) ) 循环体语句循环体语句 endend其执行过程为：若条件成立，则执行循环体其执行过程为：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，如果不语句，执行后再判断条件是否成立，如果不成立则跳出循环成立则跳出循环其他常用指令其他常用指令o Continueo Breakcontinuecontinue命令命令通常用于通常用于for或或while循环语句中循环语句中,与与if语句一起使用语句一起使用,达到达到跳过本

25、次循环跳过本次循环,去执行下一轮循环去执行下一轮循环的目的的目的分析下列程序，说明运行结果及原因分析下列程序，说明运行结果及原因a=3;b=6;for i=1:3 b=b+1; if i2 continue %当当if条件满足时不再执行后面语句条件满足时不再执行后面语句，跳，跳 出本次循环。出本次循环。 end a=a+2 %当当i2 break %当当if条件满足时不再执行循环条件满足时不再执行循环 end a=a+2end运行结果运行结果:a=7b=9i2i ，这时你可以在命令窗口中输入命令，可以测试软件已经运行的程序（keyboard以上的程序），或者可以改变已运行程序所得到的变量！l

26、当调试好了以后，在 K后面输入return，程序就会接着运行keyboard以后的程序。 echo 指令指令用来控制用来控制m m文件中程序代码在执行过程中是否显示文件中程序代码在执行过程中是否显示 echo on 打开所有命令文件的显示方式打开所有命令文件的显示方式 echo off 关闭所有命令文件的显示方式关闭所有命令文件的显示方式 echo 在以上两者间切换在以上两者间切换 echo对于命令文件和函数文件有所不同，命令文件用对于命令文件和函数文件有所不同，命令文件用法简单，函数文件用法较复杂，具体请法简单，函数文件用法较复杂，具体请help查询。查询。 echo file on 打开打

27、开file函数文件的显示方式函数文件的显示方式 echo file off 关闭关闭file函数文件的显示方式函数文件的显示方式 echo file 切换切换file函数文件的显示方式函数文件的显示方式 echo on all 打开所有函数文件的显示方式打开所有函数文件的显示方式 echo off all 关闭所有函数文件的显示方式关闭所有函数文件的显示方式o 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。处于内部的循环叫作内循环，处于外部的循环叫作外循环。o 在设计多重循环时，要特别注意内、外循环之间的关系，

28、以及各语句放置的位置，不要搞错。MATLAB程序设计原则和技巧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。4、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。5、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。6、尽量使用MATLAB内部定义的函数7、充分利用Debugg

29、er来进行程序的调试（设置断点、单步执行、连续执行）8、设置好MATLAB的工作路径，以便程序运行。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 直接调试法指在利用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直接调试法直接调试法一些辅助函数：o 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o 警告命令：error, warning.lasterr,lastwarn,o 提示命令:warndlg,errordlg工具调试法工具调试法 工具调