第4章MATLAB程序设计

1、第第4章章 MATLAB程序设计程序设计4.1 M文件文件4.2 程序控制结构程序控制结构4.3 函数文件函数文件4.4 程序调试程序调试1Matlab 程序设计介绍程序设计介绍 Matlab 是一种科学计算语言，但同时也具有和是一种科学计算语言，但同时也具有和 C 等高级语言相类似的语言特征，能方便地实现等高级语言相类似的语言特征，能方便地实现程序控制。程序控制。 Matlab命令有两种方式：命令有两种方式：交互式的命令交互式的命令执行方式执行方式和和M文件的程序文件的程序执行方式。执行方式。利用利用 Matlab 的程序控制功能，可以将有关的程序控制功能，可以将有关Matlab 命令编成程

2、序存储在一个文件中（命令编成程序存储在一个文件中（M文文件件），然后运行该文件，），然后运行该文件，Matlab 就会自动依次执就会自动依次执行文件中的命令，直到全部命令执行完毕。行文件中的命令，直到全部命令执行完毕。24.1 M文件文件 用用 Matlab 语言编写的程序称为语言编写的程序称为 M文件，以文件，以“.m” 为扩展名为扩展名 M文件根据调用方式的不同可以分为两类：文件根据调用方式的不同可以分为两类：u Script file：命令文件命令文件/脚本文件脚本文件u Function file：函数文件函数文件 Matlab 提供的内部函数以及各种工具箱，都是提供的内部函数以及各种

3、工具箱，都是利用利用Matlab 语言编写的语言编写的 M文件。文件。34.1.1 M文件的分类文件的分类命令文件没有输入参数，也不返回输出参数；命令文件没有输入参数，也不返回输出参数； 函数文件可带输入参数，也可返回输出参数函数文件可带输入参数，也可返回输出参数命令文件命令文件对当前工作空间的变量进行操作，文件中对当前工作空间的变量进行操作，文件中所有命令的执行结果也返回到当前工作空间中；所有命令的执行结果也返回到当前工作空间中；函数文件函数文件中定义的变量为局部变量，当函数执行完中定义的变量为局部变量，当函数执行完后，这些变量被清除。后，这些变量被清除。 命令文件命令文件可以直接运行，在可

4、以直接运行，在 Matlab 命令窗口中输命令窗口中输入文件的名字就会顺序执行文件中的命令；入文件的名字就会顺序执行文件中的命令；函数文件函数文件，要以函数调用的方式来调用。，要以函数调用的方式来调用。两类两类M文件的区别：文件的区别：4例例4.1 建立一个命令文件将变量建立一个命令文件将变量a、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。程序程序1：建立命令文件并以文件名：建立命令文件并以文件名exch.m存盘：存盘：clear;a=1:10;b=11,12,13,14;15,16,17,18;c=a;a=b;b=c;ab在在MATLAB的命令窗口中输入的命令窗口中输入ex

5、ch，将会执行该，将会执行该命令文件。命令文件。 5程序程序2：建立函数文件建立函数文件fexch.m：function a,b=exch(a,b) c=a;a=b;b=c;然后在然后在MATLAB的命令窗口调用该函数文件：的命令窗口调用该函数文件：clear;x=1:10;y=11,12,13,14;15,16,17,18;x,y=fexch(x,y)64.1.2 M文件的建立与打开文件的建立与打开 M文件是一个文本文件，一般使用文件是一个文本文件，一般使用MATLAB提供的文本编辑器。提供的文本编辑器。 1、建立新的、建立新的M文件文件 启动启动MATLAB文本编辑器有三种方法：文本编辑器

6、有三种方法：(1) 菜单操作。菜单操作。File菜单菜单 New M-file。(2) 命令操作。命令操作。MATLAB命令窗口输入命令命令窗口输入命令edit。(3) 命令按钮操作。单击命令按钮操作。单击MATLAB主窗口工具栏上主窗口工具栏上 的的New M-File命令按钮。命令按钮。72、打开已有的、打开已有的M文件文件 也有三种方法：也有三种方法： (1) 菜单操作。菜单操作。File菜单菜单Open 在在Open对话框对话框 中选中所需打开的中选中所需打开的M文件。文件。 (2) 命令操作。在命令窗口输入命令：命令操作。在命令窗口输入命令： edit 文件名文件名 (3) 命令按钮

7、操作。单击命令按钮操作。单击MATLAB主窗口工具栏主窗口工具栏 上的上的Open File命令按钮，再从弹出的对话框命令按钮，再从弹出的对话框 中选择所需打开的中选择所需打开的M文件。文件。84.2 程序控制结构程序控制结构 程序控制结构有三种：顺序结构、选择结构和循程序控制结构有三种：顺序结构、选择结构和循环结构。环结构。4.2.1 顺序结构顺序结构 按排列顺序依次执行，直到程序的最后一个语按排列顺序依次执行，直到程序的最后一个语句。一般涉及数据的输入、数据的计算或处理、句。一般涉及数据的输入、数据的计算或处理、数据的输出等。数据的输出等。 1、数据的输入：、数据的输入： inputA=i

8、nput(提示信息提示信息)；其中其中提示信息提示信息为字符串为字符串A=input(提示信息，提示信息，s)；允许用户输入字符串允许用户输入字符串name=input(Whats your name? ，s)92、数据的输出：、数据的输出： dispdisp(X); 其中 X 是字符串或矩阵3、程序的暂停：、程序的暂停： pausepause(n)；10 其中其中 n 是延迟时间（秒），也可直接使用是延迟时间（秒），也可直接使用pause，则则将暂停程序，直到用户按任一键后继续。将暂停程序，直到用户按任一键后继续。若想强行中止程序的运行，可以使用 Ctrl+cpause off: 屏蔽程序中

9、所有 pause 的作用；pause on: 打开 pause 的作用。例例4.2 求一元二次方程求一元二次方程ax2 +bx+c=0的根。的根。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);114.2.2 选择结构选择结构1、if语句语句 在在MATLAB中，中，if语句有三种格式。语句有三种格式。 (1) 单分支单分支if语句：语句：if 条件条件 语句组语句组

10、end 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。12（2）双分支）双分支if语句语句 if 条件条件 语句组语句组1 else 语句组语句组2 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，否则执行语句组句组2，语句组，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。13例例4.3 计算分段函数：计算分段函数： 程序如下：程序如下：x=input(请输入请输

11、入x的值的值:);if x=10 y=cos(x+1)+sqrt(x*x+1);else y=x*sqrt(x+sqrt(x);endy1410 ,10, 1) 1cos(2xxxxxxxy (3) 多分支多分支if语句：语句：if 条件条件1 语句组语句组1 elseif 条件条件2 语句组语句组2 elseif 条件条件m 语句组语句组m else 语句组语句组nend语句用于实现多分支选择结构。语句用于实现多分支选择结构。15 例例4.4 输入一个字符，若为大写字母，则输出其对应的小输入一个字符，若为大写字母，则输出其对应的小写字母；若为小写字母，则输出其对应的大写字母；若写字母；若为小

12、写字母，则输出其对应的大写字母；若为数字字符则输出其对应的数值，若为其他字符则原样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。输出。c=input(请输入一个字符请输入一个字符,s);if c=A & c=a& c=0& c=9 disp(abs(c)-abs(0); else disp(c);end162、switch语句语句 根据表达式的取值不同，分别执行不同的语句，其语句格根据表达式的取值不同，分别执行不同的语句，其语句格式为：式为： switch 表达式表达式 case 表达式表达式1 语句组语句组1 case 表达式表达式2 语句组语句组2 case

13、 表达式表达式m 语句组语句组m otherwise 语句组语句组n end17 当表达式的值等于表达式当表达式的值等于表达式1的的值时，执行语句组值时，执行语句组1，当表达式的，当表达式的值等于表达式值等于表达式2的值时，执行语句的值时，执行语句组组2，当表达式的值等于表达，当表达式的值等于表达式式m的值时，执行语句组的值时，执行语句组m，当表，当表达式的值不等于达式的值不等于case所列的表达式所列的表达式的值时，执行语句组的值时，执行语句组n。当任意一。当任意一个分支的语句执行完后，直接执行个分支的语句执行完后，直接执行switch语句的下一句。语句的下一句。例例4.5 某商场对顾客所购

14、买的商品实行打折销售，标准如下某商场对顾客所购买的商品实行打折销售，标准如下(商品价格用商品价格用price来表示来表示)： price200 没有折扣没有折扣 200price500 3%折扣折扣 500price1000 5%折扣折扣 1000price2500 8%折扣折扣 2500price 0) sum mean=sum/nend28*例例4.12 根据矩阵指数的幂级数展开式求矩阵指数。根据矩阵指数的幂级数展开式求矩阵指数。程序如下：程序如下：X=input(Enter X:);E=zeros(size(X); %初始化矩阵指数函数值初始化矩阵指数函数值F=eye(size(X);%

15、与与X同结构的单位矩阵同结构的单位矩阵n=1;while norm(F,1)0 E=E+F; F=F*X/n; n=n+1;endEexpm(X) 29! 3! 232nXXXXIenX3、break语句和语句和continue语句语句 与循环结构相关的语句还有与循环结构相关的语句还有break语句语句和和continue语句语句。它们一般与。它们一般与if语句配合使用。语句配合使用。 break语句语句用于终止循环的执行。当在循环用于终止循环的执行。当在循环体内执行到该语句时，程序将跳出循环，继续执体内执行到该语句时，程序将跳出循环，继续执行循环语句的下一语句。行循环语句的下一语句。 con

16、tinue语句语句控制跳过循环体中的某些语句。控制跳过循环体中的某些语句。当在循环体内执行到该语句时，程序将跳过循环当在循环体内执行到该语句时，程序将跳过循环体中所有剩下的语句，继续下一次循环。体中所有剩下的语句，继续下一次循环。30例例4.13 求求100，200之间第一个能被之间第一个能被21整除的整数。整除的整数。程序如下：程序如下：for n=100:200 if rem(n,21)=0 continue endbreakendn314、循环的嵌套、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。构，

17、就称为循环的嵌套，或称为多重循环结构。*例例4.14 若一个数等于它的各个真因子之和，则称若一个数等于它的各个真因子之和，则称该数为完数，如该数为完数，如6=1+2+3，所以，所以6是完数。求是完数。求1,500之间的全部完数。之间的全部完数。for m=1:500 s=0;for k=1:m/2 % 为何是为何是1:m/2？ if rem(m,k)=0 %检验检验k是否为因子是否为因子 s=s+k; %是因子，则求和是因子，则求和 endend if m=s disp(m); endend32例例4.15 用筛选法求某自然数范围内的全部素数。用筛选法求某自然数范围内的全部素数。 程序如下：程

18、序如下：m=input(m=); p=1:m; p(1)=0;for i=2:sqrt(m) for j=2*i:i:m p(j)=0; endendn=find(p=0);p(n)33m=input(m=); p=2:m;for i=2:sqrt(m) n=find(rem(p,i)=0&p=i); p(n)=;endpm=20p = 2 3 5 7 11 13 17 19*4.3 函数文件函数文件function 输出形参表输出形参表 = 函数名函数名(输入行参表输入行参表) 注释说明部分注释说明部分（可选）（可选） 函数体语句函数体语句(必须必须) 其中以其中以 function

19、开始的一行为引导行，表示该开始的一行为引导行，表示该 M文件是函文件是函数文件。注释语句段的每行语句都应该由百分号数文件。注释语句段的每行语句都应该由百分号 % 引导。引导。函数名的命名规则与变量名相同。函数名的命名规则与变量名相同。特别提示：添加注释是个良好的编程习惯。特别提示：添加注释是个良好的编程习惯。当输出当输出行参行参多于一个时，用多于一个时，用方括号方括号括起来括起来 4.3.1 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 语句引导，基本结构为：语句引导，基本结构为：34几点说明几点说明 如果在函数文件中插入了如果在函数文件中插入了 return语

20、句，则执行到语句，则执行到该语句时就结束函数的执行，程序流程转至调用该该语句时就结束函数的执行，程序流程转至调用该函数的位置。函数的位置。 （1）关于函数文件名）关于函数文件名 函数文件名与函数名可以不同。但最好统一。函数文件名与函数名可以不同。但最好统一。35 （2）关于注释说明部分）关于注释说明部分 注释行以注释行以%开头。包括大写的函数文件名和开头。包括大写的函数文件名和函数功能的简单描述；函数输入函数功能的简单描述；函数输入/输出参数的含义输出参数的含义及调用格式说明等信息；函数文件编写修改信息。及调用格式说明等信息；函数文件编写修改信息。 （3）关于）关于return 语句语句例例4

21、.16 编写函数文件求半径为编写函数文件求半径为r的圆的面积和周长。的圆的面积和周长。 函数文件如下：函数文件如下： function s,p=fcircle(r)%CIRCLE calculate the area and perimeter of a circle of radii r%r 圆半径圆半径%s 圆面积圆面积%p 圆周长圆周长%2010年年8月月30日编日编s=pi*r*r;p=2*pi*r;364.3.2 函数调用函数调用函数文件编好后，就可以被其它函数文件编好后，就可以被其它 M文件调用文件调用了。函数调用的一般格式：了。函数调用的一般格式：输出实参表输出实参表 = 函数名

22、函数名(输入实参表输入实参表)函数调用时，实参的顺序、个数必须与函数函数调用时，实参的顺序、个数必须与函数定义时的形参的顺序、个数一致。定义时的形参的顺序、个数一致。 函数可以嵌套调用，即一个函数可以被其它函数可以嵌套调用，即一个函数可以被其它函数调用，甚至可以被它自身调用，此时称为函数调用，甚至可以被它自身调用，此时称为递递归归调用。调用。37例例4.17 利用函数文件，实现直角坐标利用函数文件，实现直角坐标(x,y)与极坐标与极坐标(,)之间的转换。之间的转换。函数文件函数文件tran.m：function rho,theta=tran(x,y)rho=sqrt(x*x+y*y);thet

23、a=atan(y/x);调用调用tran.m的命令文件的命令文件main1.m：x=input(Please input x=:);y=input(Please input y=:);rho,the=tran(x,y);rhothe38例例4.18 利用函数的递归调用，求利用函数的递归调用，求n！。！。 显然，求显然，求n!需要求需要求(n-1)!，这时可采用递归调用。，这时可采用递归调用。递归调用函数文件递归调用函数文件factor.m如下：如下： function f=factor(n) if n1 error(RNDPRM1 accepts as inputs only vectors)

24、;endY=; %Y为函数输出从一个空矩阵开始为函数输出从一个空矩阵开始L=n; %X的元素个数的元素个数for i=1:n k=1+fix(L*rand); %随机选择随机选择Y的下一个元素的位置的下一个元素的位置 x=X(k); %被选择的元素被选择的元素 Y=Y,x; %将将X添加到添加到Y中中 X(k)=; %从从X中删除中删除x元素元素 L=L-1 ; %更新更新X的元素个数的元素个数end41第二个程序用函数的第二个程序用函数的递归调用递归调用：function Y=rndprm2(X)%RNDPRM2 用递归调用产生一个用递归调用产生一个行向量行向量的任意排列的任意排列%RNDP

25、RM2(X)产生一个产生一个X的任意排列的任意排列m,n=size(X);L=n;if m1 error(RNDPRM2 accepts as inputs only vectors)endif n mydemoans = 1 2 3ans = 2 4 6ans = 214.3.4 全局变量与局部变量全局变量与局部变量全局变量用全局变量用global命令定义，格式为：命令定义，格式为：global 变量名变量名例例4.21 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.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 BETAf=ALPHA*x+BETA*y;在命令窗口中输入：在命令窗口中输入：global ALPHA BETAALPHA=1;BETA=2;s=wadd(1,2)454.4 程序调试程序调试4.4.1 程序调试概述程序调试概述 一般来说，应用程序的错误有两类：一般来说，应用程序的错误有两类：语法错语法错误误和和逻辑错误逻辑错误（运行时的错误）（运行时的错误） 。 语法错误语法错误包括词法或文法的错误，例如函数包括词法或文法的