MATLAB程序设计实用教案

1、第第4 4章章 MATLAB MATLAB程序设计程序设计(chn x (chn x sh j)sh j)uM文件的概念(ginin)与基本操作u MATLAB程序控制结构u MATLAB函数文件u MATLAB程序调试第1页/共42页第一页，共43页。 MatLab命令有两种执行方式：一种是交互式命令执行方式，另一种是M文件的程序执行方式。命令执行方式即“所见即所得”的方式，在命令窗口中逐条输入命令，MatLab逐条解释执行，同时输出结果。这种方式简单、直观，但速度慢，且执行过程不能保留。当某些操作需要反复执行时，更感到不便。程序执行方式是将有关命令编成程序存储在一个文件中(称为M文件)，当

2、运行该程序时，matLab将自动依次(yc)执行该文件中的命令，直至全部命令执行完毕。以后需要这些命令时，只需再次运行该程序。4.1 M文件(wnjin)4.1.1 M文件的分类 用MATLAB语言编写的程序，称为M文件。实际上，MatLab提供的内部函数以及各种工具箱，都是利用MatLab开发的M文件。M文件可以根据调用方式(fngsh)的不同分为两类：命令文件(Script File)和函数文件(Function File)。第2页/共42页第二页，共43页。命令文件和函数文件的主要区别：1、命令文件没有输入参数，也不返回输出参数，而函数文件可以带输入参数，也可以返回输出参数；2、命令文件

3、对MatLab工作(gngzu)空间中的变量进行操作，文件中所有命令的执行结果也返回到工作(gngzu)空间中，而函数文件中定义的变量为局部变量，当函数文件执行完毕时，这些变量被清除；3、命令文件可以直接运行，在MatLab命令窗口输入命令文件的名字，就会顺序执行命令文件中的命令，而函数文件不能直接运行，而要以函数调用的方式调用它。例4.1 分别建立命令文件和函数(hnsh)文件，将变量a，b的值互换。第3页/共42页第三页，共43页。程序1：建立命令(mng lng)文件exch.mclear;a=1:10;b=11:18;c=a;a=b;b=c;然后在命令窗口(chungku)中输入： e

4、xch a,b程序2：建立(jinl)函数文件fexch.mfunction a,b=fexch(a,b)c=a;a=b;b=c;然后在命令窗口调用该函数文件： clear a=1:10,b=11:18 a,b=fexch(a,b)比较这两种文件的主要区别，哪一种形式更具通用性？第4页/共42页第四页，共43页。4.1.2 M文件的建立(jinl)与打开M文件是文本文件，可以用任何文本编辑器来建立(jinl)和编辑。最常用的方式是用MatLab自带的程序编辑器。1建立新的M文件为建立新的M文件,启动MATLAB文本编辑器有3种方法：(1) 菜单操作(cozu),在MatLab主菜单中选File

5、NewM-file(2) 命令操作(cozu),在MATLAB命令窗口输入命令edit(3) 命令按钮操作(cozu),单击MATLAB主窗口工具栏上的 按钮2打开已有的M文件打开已有的M文件，也有3种方法：(1)菜单操作:FileOpen(2) 命令操作,在MATLAB命令窗口输入命令edit(3) 命令按钮操作:按 按钮第5页/共42页第五页，共43页。4.2 程序控制(chngxkngzh)结构程序的控制结构有三种:顺序结构、选择(xunz)结构和循环结构4.2.1 顺序结构1数据的输入从键盘输入数据，则可以使用input函数来进行，该函数的调用(dioyng)格式为： A=input(

6、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(dioyng)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(Whats your name?,s)2数据的输出MATLAB提供的命令窗口输出函数主要有disp函数，其调用格式为 : disp(输出项)其中输出项既可以为字符串，也可以为矩阵。第6页/共42页第六页，共43页。例4.2 输入x,y的值，并将它们的值互换后输出(shch)。 程序如下： x=input(Input x please.); y=input(Input y please

7、.); z=x; x=y; y=z; disp(x); disp(y);例4.3 求一元二次方程 的根。 程序(chngx)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);02cbxax第7页/共42页第七页，共43页。3程序的暂停 当程序运行时，为了查看程序的中间结果或者观看输出的图形，有时需要暂停程序的执行，这时可以使用pause函数，调用格式为： pause(延迟(

8、ynch)秒数) 如果省略延迟(ynch)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。4.2.2 选择(xunz)结构 选择结构是根据(gnj)给定的条件成立或是不成立，分别执行不同的语句。MatLab用于实现选择结构的语句有if语句、switch语句和try语句。第8页/共42页第八页，共43页。1if语句 在MATLAB中，if语句有3种格式。 (1) 单分支(fnzh)if语句： if 条件 语句组 end 当条件成立时，则执行语句组，执行完之后(zhhu)继续执行end语句后面的语句，若条件不成立，则直接执行e

9、nd语句后面的语句。例如，当x是整数矩阵时，输出(shch)x的值，否则不输出(shch)，语句如下 x=input(value x:); if fix(x)=x disp(x); end第9页/共42页第九页，共43页。(2) 双分支if语句(yj)： if 条件 语句(yj)组1 else 语句(yj)组2 end例4.4 计算分段(fn dun)函数当条件成立(chngl)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end语句的后继语句。22() 01ln(1) 0 2exxyxxxx=input(请输入x的值:);if x=A & c=a& c=0& c=9 d

10、isp(abs(c)-abs(0);else disp(c);end第11页/共42页第十一页，共43页。2switch语句 switch语句根据(gnj)表达式的取值不同，分别执行不同的语句switch 表达式 case 表达式1 语句(yj)组1 case 表达式2 语句(yj)组2 case 表达式m 语句(yj)组m otherwise 语句(yj)组n endcase子句(z j)后面的表达式还可以是一个集合，当表达式的值等于集合中元素时，执行相应语句组。第12页/共42页第十二页，共43页。例4.6 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price来表示(bio

11、sh)： price200 没有折扣 200price500 3%折扣 500price1000 5%折扣 1000price2500 8%折扣 2500price switch fix(price/100) case0,1 rate=0; case2,3,4 rate=3/100; case num2cell(5:9) rate=5/100; otherwise rate=15/100; end price=price*(1-rate) price = 570 price200 没有(mi yu)折扣 200price500 3%折扣 500price1000 5%折扣 1000price2

12、500 8%折扣 2500price 0) sum mean=sum/n %输入(shr)数据的平均值end第19页/共42页第十九页，共43页。例4.12 利用迭代公式 计算正数(zhngsh)C的算术平方根 的近似值，如取C=10，要求误差不超过11()2kkkCxxxC12103break语句(yj)和continue语句(yj) 与循环(xnhun)结构相关的语句还有break语句和continue语句。它们一般与if语句配合使用。break语句用于终止循环(xnhun)的执行。当在循环(xnhun)体内执行到该语句时，程序将跳出循环(xnhun)，继续执行循环(xnhun)语句的下一

13、语句。continue语句控制跳过循环(xnhun)体中的某些语句。当在循环(xnhun)体内执行到该语句时，程序将跳过循环(xnhun)体中所有剩下的语句，继续下一次循环(xnhun)。例4.13 求100，200之间第一个能被21整除的整数。第20页/共42页第二十页，共43页。 for n=100:200 if rem(n,21)=0 continue end break end n n = 105 for n=100:200 if rem(n,21)=0 break end end n n = 105第21页/共42页第二十一页，共43页。练习(linx)1）求100，200之间前两个

14、(lin )能被21整除的整数。2）求100，200之间第二个能被21整除的整数。第22页/共42页第二十二页，共43页。 1）k=0; for n=100:200 if rem(n,21)=0 disp(n); k=k+1; if k=2 break end end end 105 126 2）for n=100:200 if rem(n,21)=0 k=k+1; if k=2 disp(n); break end end end 126第23页/共42页第二十三页，共43页。 k=0; for n=100:200 if rem(n,21)=0 disp(n); k=k+1;continue

15、 if k=2 break end end end 105 126 147 168 189第24页/共42页第二十四页，共43页。4循环(xnhun)的嵌套如果一个循环结构(jigu)的循环体又包括一个循环结构(jigu)，就称为循环的嵌套，或称为多重循环结构(jigu)。例4.14 若一个(y )数等于它的各个真因子之和,则称该数为完数,如6=1+2+3,所以6是完数。求1,500之间的全部完数。 for m=1:500 s=0; for k=1:m/2 if rem(m,k)=0 s=s+k; end end if m=s disp(m); end end 6 28 496第25页/共42

16、页第二十五页，共43页。例4.15 用筛选法求某自然数范围(fnwi)内的全部素数。 m=input(m=); m=15 p=1:m;p(1)=0; for i=2:sqrt(m) for j=2*i:i:m p(j)=0; end end n=find(p=0); p(n) ans = 2 3 5 7 11 13用筛选法求素数的基本思想(sxing)是：要找出2m之间的全部素数,首先在2m中划去2的倍数(不包括2),然后划去3的倍数(不包括3),由于4已被划去，再找5的倍数(不包括5)，直到再划去不超过 的倍数，剩下的数都是素数。m第26页/共42页第二十六页，共43页。改进(gijn) m

17、=input(m=); m=15 p=2:m; for i=2:sqrt(m) n=find(rem(p,i)=0&p=i); p(n)=; end p p = 2 3 5 7 11 13第27页/共42页第二十七页，共43页。4.3 函数(hnsh)文件4.3.1 函数文件(wnjin)的基本结构 函数文件(wnjin)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 其中以function开头的一行为引导行，表示该M文件是一个函数文件。函数名的命名规则(guz)与变量名相同。输入形参为函数的输入参数，输出形参为函数的输

18、出参数。当输出形参多于一个时，则应该用方括号括起来。说明：函数文件名应尽量与函数名相同，以免出错；以%开始到该行结束的部分均视为注释部分，主要用于对函数的功能和使用方法进行说明，不参与运算；如果在函数文件中出现return语句，则执行到该语句时就结束函数的执行，程序流程返回到调用该函数的位置。第28页/共42页第二十八页，共43页。例4.16 编写(binxi)函数文件求半径为r的圆的面积和周长。function s,p=fcircle(r)%CIRCLE calculate the area and perimeter of a circle of radii r%r 圆半径(bnjng)%

19、s 圆面积%p 圆周长 %2012年9月5日编%作者：wqhs=pi*r*r;p=2*pi*r;在命令窗口(chungku)输入： s,p=fcircle(10) help fcircle第29页/共42页第二十九页，共43页。4.3.2 函数调用函数调用的一般(ybn)格式是： 输出实参表=函数名(输入实参表) 要注意的是，函数调用时各实参出现的顺序、个数，应与函数定义时形参的顺序、个数一致，否则会出错。函数调用时，先将实参传递给相应的形参，从而实现参数传递，然后再执行函数的功能。例4.17 利用函数文件，实现(shxin)直角坐标(x,y)与极坐标(,)之间的转换。函数(hnsh)文件tr

20、an.m：function rho,theta=tran(x,y)rho=sqrt(x*x+y*y);theta=atan(y/x);调用函数tran.m: rho,the=tran(5,3)第30页/共42页第三十页，共43页。 在MATLAB中，函数可以嵌套调用，即一个(y )函数可以调用别的函数，甚至调用它自身。一个(y )函数调用它自身称为函数的递归调用。例4.18 利用函数(hnsh)的递归调用，求n！递归调用函数文件factor.m如下：function f=factor(n)% 求正整数n的阶乘(ji chn) n！if ntol y=y+s; n=n+1;s=1/factor(

21、n);end function fact=factor(n)fact=prod(1:n);第32页/共42页第三十二页，共43页。4.3.3 函数参数的可调性 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(zhnqu)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4.20 nargin用法示例,函数(hnsh)文件examp.m：function fout=charray(a,b,c)if nargin=1 fout=a;elseif nargin=2 f

22、out=a+b;elseif nargin=3 fout=(a*b*c)/2;end 在命令窗口(chungku)进行测试：x=1:3;y=1;2;3;examp(x)examp(x,y)examp(x,y,3)第33页/共42页第三十三页，共43页。4.3.4 全局变量与局部变量 在MatLab中函数文件中的变量是局部的，与其他函数文件及MatLab工作空间相互隔离，即在一个函数文件中定义的变量不能被另一个函数文件引用。如果(rgu)希望把函数文件里的某个变量的值传递给其他文件，可以定义该变量为全局标量。全局变量的作用域是整个工作空间，即全程有效，所有的函数文件都可以对它进行存储和修改。因此

23、定义全局变量是函数间传递信息的一种手段。全局变量用global命令(mng lng)定义，格式为： global 变量名 在实际编程时，在所有需要使用全局变量的函数里定义全局变量，如果要在基本工作空间中使用全局变量，也要定义。全局变量的定义要放在变量使用之前，为了便于管理，一般放在文件(wnjin)的前部.第34页/共42页第三十四页，共43页。 例如(lr) function fun=sub(z) global x x=x+z; x=1:5;y=2:6;sub(y);第35页/共42页第三十五页，共43页。4.4 程序调试4.4.1 程序调试概述 一般来说，应用程序的错误有两类，一类是语法错误，另一类是运行(ynxng)时的错误。语法错误包括词法或文法的错误，例如函数名的拼写错、表达式书写错等。 程序运行(ynxng)时的错误是指程序的运行(ynxng)结果有错误，这类错误也称为程序逻辑错误。 MatLab能够检查出大部分的语法错误，给出相应的错误信息，并标出错误在程序中的行号。但是，对