6第6章M文件与程序设计2015

1、 M文件与程序设计复杂冋题的解算需要借助 MATLAB程序进行。这种程序的扩展名为 m 故称为 M文件。M文件分为（M ）脚本文件和（M ）函数文件。本章介绍编写MATLAB程序时常用的控制结构、函数文件 的构造、主函数、子函数及述函数句柄的创建、观察和调用。6.1MATLAB控制流6.1.1语法说明if表达式语句体1 elseif语句体2 else语句体3 end若表达式返回数组，则仅当所 有元素都不为零时为真；若数组为 空，则为假。elseif和 else可选，其中可有多 个 elseifoswitch表达式 case表达式1语句体1 case式2,式3语句体2 otherwise语句体3

2、end仅执行第一个满足条件的语句 体。case后可用化括号把多个表达 式以或”逻辑连接起来。可有多个case语句。otherwise可选。for x =表达式语句体end执行确定次数的循环。表达式为矩阵时，x把矩阵按 列拉长为向量取值。while表达式语句体end右表达式为真时，循环执仃语句 体。if-else-end控制结构if-else-end指令为程序流提供了一种分支控制。单分支双分支多分支if expr (commands) endif expr (commands) else (commands2) endif expr1 (commands) elseif expr2 (comma

3、nds)else (commandsk) end当expr给出“逻辑1”时， (commands) 指令组才被 执行。当expr给出“逻 辑1 ”时，(commands)指 令组被执行；否 贝打(commands2) 被执行。expr1, expr2,中，首 先给出“逻辑1”的那个 分支的指令组被执行；否 贝打(commandsk)被执行。该使用方法常被 switch-case所 取代。表6.1-1 if-else-end分支结构的使用方式x芝I x!3 xI x+1e【例6.1-1】已知函数y编写能对任意一组输入 x值求相应y值的程序。编写函数文件程序：function y=exm06010

4、1(x)% y=exm060101(x) Function calculate of exa mple 6.1-1 n=length(x);for k=1:nif x(k)=1 y(k)=ex p(1-x(k); else y(k)=x(k)A3;endend保存在搜索路径上调用函数文件x=-2,-12-0.4,0.8,1,6 y=exm060101(x)6.1.2switch-case空制结构表6.1-2 switch-case空制结构的使用方式指令格式switch exprcase value 1expr为根据此前给定变量进行计算的表 达式(commands) case value 2(c

5、ommands2) case value k(commandsk)otherwise(commands) endvalue_1是给定的数值、字符串标量(或 单元数组)若expr结果与value_1 (或其中的单元元素)相等，则执行。value_k是给定的数值、字符串标量(或 单元数组)若expr结果与value_k (或其中的单元元素)相等，则执行。该情况是以上的“并”的“补”若所有case都不发生，则执行该组命令。【例6.1-2】已知学生的名字和百分制分数。要求根据学生的百 分制分数，分别采用“满分”、“优秀”、“良好”、“及格” 和“不及格”等表示学生的学习成绩。clear;for k=1

6、:10a(k)=89+k;b(k)=79+k;c(k)=69+k;d(k)=59+k;end;c=d,c;%A=cell(3,5);A(1,:)=Jack,Marry, Peter,Rose,Tom;A(2,:)=72,83,56,94,100;%for k=1:5switch A2,kcase 100r=满分；case ar=优秀：case br=良好；case cr=及格；otherwiser=不及格;end6.1.3A(3,k)=r; end Afor循环while循环for ix=arraywhile exp ression(commands)(commands)endendfor循环

7、和while循环表6.1-3循环结构的使用方式【例6.1-3】创建Hilbert矩阵。(1) Hilbert 矩阵 a(i,j)=。i + J T(2)K=5;A = zeros(K,K); for m = 1:Kfor n = 1:KA(m, n) = 1/(m+n -1); endend format ratA%format short gA =Columns 1 through 411/21/31/41/21/31/41/51/31/41/51/61/41/51/61/71/51/61/71/8Column 51/51/61/71/81/9(3)clearticK=1000;for m

8、= 1:Kfor n = 1:KA1(m,n) = 1/(m+n -1); end end t1=toc ticK=1000;A2 = zeros(K,K);for m = 1:Kfor n = 1:KA2(m,n) = 1/(m+n -1)endendt2=toc(4)ticN=1000; n=repmat(1:N,N,1);m=n;A3=1./(n+m-1);t3=tocclearticN=5; n=repmat(1:N,N,1); m=n;A3=1./(n+m-1)t3=tocformat ratA3A3 =10.50.333330.250.20.50.333330.250.20.166

9、670.333330.250.20.166670.142860.250.20.166670.142860.1250.20.166670.142860.1250.111110.66052t3 =11/21/31/41/21/31/41/51/31/41/51/61/41/51/61/71/51/61/71/8A3 =Columns 1 through 4Column 51/51/61/71/81/9【例 6.1-5】 偶数。% exm060105.m为能被 4整除的偶数。% A为魔方矩阵% n魔方矩阵的阶数clear clc while 1n=i np ut(请输入一个能被 4整除的正整数！n

10、=);if mod(n,4)=0breakend end G=logical(eye(4,4)+rot90(eye(4,4); m=n/4;K=repmat(G,m,m);N=n2;创建n阶魔方矩阵，限定条件是n为能被4整除的生成一类魔方矩阵，该魔方矩阵的阶 nA=resha pe(1:N,n,n); A(K)=N-A(K)+1验证所生成的魔方阵正确与否的程序: sO=rou nd( n*( n*n+1)/2);dis p(i nt2str( n), ,i nt2str(s0) Ns0=rou nd(2*( n+1); B=A; SC=sum(A); SR=sum(B); Sd=sum(dia

11、g(A); Sdi=sum(diag(B); LS=SC,SR,Sd,Sdi=s0; NS=rou nd(sum(LS); if NS=Ns0dis p( elsedis p( end阶魔方矩阵的标称和是经验证，A是魔方矩阵。)经验证，A不是魔方矩阵。)指令格式使用说明v=inpu t(message) v=inpu t(message,s)该指令执行时，“控制权”交给键盘；待输 入结束，按下 Enter键，“控制权”交还 MATLAB。message是提示用的字符串。keyboard遇到keyboard时，将“控制权”交给键盘， 用户可以从键盘输入各种 MATLAB指令。breakbreak

12、指令，或导致包含该指令的 while、for 循环终止，或在 if - end, switch - case, tr catch中导致中断。参见例 6.1-5。continue跳过位于它之后的循环体中其他指令，而执 行循环的下一个迭代.见例6.1-5。p ause p ause(n)第一种格式使程序暂停执行，等待用户按任 意键继续；第二种格式使程序暂停n秒后，再继续执行。return结束return指令所在函数的执行，而把控制控制程序流的其它常用指令表6.1-4控制程序流的其它常用指令6.1.4转至主调函数或者指令窗。否则，只有待整 个被调函数执行完后，才会转出。try语句体1 catch语句

13、体2 end语句体1总被执行，若没有错误则跳出 try/catch 块。若语句体1执行过程中发生错误，则执 行语句体2。可以嵌套使用。利用try-catch模块，MATLAB编译系统发 现的错误将被用户捕获，用户可以控制MATLAB怎样对发生的错误进行处理。error(e1:%s bad,svar)显示错误信息并退出程序。warning显示警告信息但不退出程序。dbst op if all error如遇错误/警告，则停止执行并进入调试状 态6.2脚本文件和函数文件 注意：用户自己创建的 M文件的文件名要避免与 MATLAB 的内建函 数和工具箱中的函数重名，以免发生内置函数被替换的情况。6.

14、2.1 M脚本文件对于一些比较简单的问题，从指令窗中直接输入指令进行计算是十分轻松简 单的事。但随指令数的增加，或随控制流复杂度的增加，或重复计算要求的提 出，直接从指令窗进行计算就显得烦琐。而此时脚本文件最为适宜。“脚本”本身反映这样一个事实：MATLAB只是按文件所写的指令执行。MATLAB指令集合。 MATLAB基本 只要用户不使用clear指令加以清除，这些变量脚本文件的特点是： 它只是一串按用户意图排列而成的 脚本文件运行后，产生的所有变量都驻留在 工作空间中。将一直保存在基本工作空间但ase works pace中。基本空间随 MATLAB的启动而产生；只有当关闭 MATLAB 时

15、，该基本空间才被删除。6.2.2 M函数文件函数文件犹如一个“黑箱”。从外界只看到：传给它的输入量和送出来的计算结果。而内部运作是藏而不见的。函数文件的特点是：从形式上看，与脚本文件不同，函数文件的第一行总是以function引导的“函数申明行”。该行还罗列出函数与外界的联系的全部“标称”输入输出宗量。但对“输入输出宗量”的 标称数目并没有限制，即可以完全没有输入输出宗量，也可以 是任意数目。MATLAB 允许使用比“标称数目”较少的输入输出宗量， 实现对函数的调用。在一次调用中所用到的输入和输出变量的 个数可以通过分别调用函数 nargin 和 nargout 来确定。因为 nargin 和

16、 nargout 是函数而不是变量，所以用户不能用诸如 nargin=nargin+pi 之类的语句对它们进行重新赋值。从运行上看，与脚本文件运行不同，每当函数文件运行， MATLAB 就会专门为它开辟一个临时工作空间，称之谓 函数工 作空间(Function works pace)。所有中间变量都存放在函数工作 空间中。当执行完文件最后一条指令或遇到 return 时，就结束 该函数文件的运行，同时该临时函数空间及其所有的中间变量 就立即被清除。函数空间随具体 M 函数文件的被调用而产生，随调用结 束而删除。函数空间是相对基本空间独立的、临时的。在 MATLAB 整个运行期间，可以产生任意多

17、个临时函数空间。假如在函数文件中， 发生对某脚本文件的调用， 那么该脚 本文件运行产生的所有变量都存放于该函数空间之中，而不是 存放在基本空间。6.2.3 局部变量和全局变量局部(Local)变量中间变量被称为局部变量。存在于函数空间内部的中间变量，产生于该函数的运行过程 中，其影响范围也仅限于该函数本身。正由于这种空间、时间 上的局部性，全局(Global)变量通过 global 指令， MATLAB 也允许几个不同的函数空间以 及基本工作空间共享同一个变量。这种被共享的变量称为全局 变量。每个希望共享全局变量的函数或 MATLAB 基本工作空间， 必须逐个用global对具体变量加以专门定

18、义。没采用 global定 义的函数或基本工作空间，将无权享用全局变量。如果某个函数的运作使全局变量的内容发生了变化，那么其他函数空间以及基本工作空间中的同名变量也就随之变化。除非与全局变量联系的所有工作空间都被删除，否则全局变 量依然存在。说明对全局变量的定义必须在该变量被使用之前进行。建议把全局变量的定义放 在函数体的首行位置。虽然MATLAB对全局变量的名字没有任何特别的限制，但是为了提高M文件的可读性，建议选用大写字符命名全局变量。全局变量损害函数的封装性，因此不提倡使用全局变量。基本组成部分函数示例函数头，定义函数名和输入输出参 数（仅用于函数文件）function f=fact(n

19、)help帮助：指M文件最前面连续的注 释行，注意空行前也要有注 释符。命令 helP fact可显 示这些信息；H1行指M文 件的第一行注释，用于 ookfor快速查找。H1行% FACT Factorial.% FACT(N) returns N!% FACT(N) is equal to P R0D(1:N).% Exa mples% f=fact(5)% See also P ROD这个不带%的空行表示 he Ip帮 助结束普通注释% Author: WHM文件的一般结构（看 PPT课件）6.2.4%$Version:1.0$ $Date:20036$语句体检查输入输出参数，仅用 于函

20、数文件(也可以没有)if nargin=1 |isnumeric(n) |.all(size(n)= 1 1)error(Input must be a. integer.)end功能语句f=p rod(1:n);从结构上看，脚本文件只是比函数文件少一个 “函数申明行”。 典型M函数文件的结构如下：函数申明行：位于函数文件的首行，以 function开头，函数名以及函数的输 入输出宗量都在这一行定义。H1 行：它是紧随函数申明行之后以开头的第一注释行。H1行包含：大写体的函数文件名；运用关键词简要描述的函数功能。 该H1行供lookfor关键词查询和help在线帮助使用。在线帮助文本(HelP

21、 text)区：H1行及其之后的连续以开头的所有注释行构成整个在线帮助 文本。它通常包括：函数输入输出宗量的含义，调用格式说明。编写和修改记录：与在线帮助文本区相隔一个“空”行，也以开头，标志编 写及修改该M文件的作者和日期、版本记录。它用于软件档案 管理。函数体(Function body)：为清晰起见，它与前面的注释以“空”行相隔。这部分内容 由实现该M函数文件功能的 MATLAB指令组成。它接收输入 宗量，进行程序流控制，得到输出宗量。若仅从运算角度看，惟有“函数申明行”和“函数体”两部 分是构成M函数文件所必不可少的。【例6.2-1】编写一个M函数文件。它具有以下功能：(A)根 据指定

22、的半径，画出蓝色圆周线；( B)可以通过输入字符串， 改变圆周线的颜色、线型；(C)如果需要输出圆面积，则绘出 圆。( 1) M 函数文件function S,L=exm060201(N,R,str)% exm060201.m The area and perimeter of a regular polygon (正多边形的面积和周长 )%N%R%strtype/color%S%L% exm060201% exm060201(N)形% exm060201(N,R)形% exm060201(N,R,str)正 N 边形% S=exm060201(.)边形填色图% S,L=exm060201(.

23、)应正多边形填色图The number of sidesThe circumradiusA line specification to determine lineThe area of the regular polygonThe perimeter of the regular polygon 用蓝实线画半径为 1 的圆 用蓝实线画外接半径为 1 的正 N 边用蓝实线画外接半径为 R 的正 N 边用 str 指定的线画外接半径为 R 的给出多边形面积 S ,并画相应正多给出多边形面积S和周长L,并画相switch nargincase0N=100;R=1;str= -b;case1R=1;

24、str= -b ;case2str=-b ;case3 ;otherwiseerror（ 输入量太多。 ）; end;t=0:2*pi/N:2*pi; x=R*sin(t);y=R*cos(t);if nargout=0 plot(x,y,str);elseif nargout2error( 输出量太多。 ); elseS=N*R*R*sin(2*pi/N)/2;L=2*N*R*sin(pi/N); fill(x,y,str)endaxis equal squarebox onshg (2)调用指令S,L=exm060201(6,2,-g)6.3 MATLAB 的函数类别中，函数 又被细分为：

25、主函数；子函数；嵌套在 MATLAB 函数；私用函数；匿名函数等。本节只对主函数、子函数及匿 名函数进行阐述。6.3.1主函数( Primary function )6.3.2子函数( Subfunction)【例 6.3-1】编写一个内含子函数的 M 函数绘图文件。( 1)M 函数文件function Hr=exm060301(flag )% exm060301.m Demo for handles of primary functions and subfunctions% flag 可以取字符串 line 或 circle 。% Hr 子函数 cirline 的句柄 t=(0:50)/5

26、0*2*pi;x=sin(t); y=cos(t); Hr=cirline; feval(Hr,flag,x,y,t) % subfunctionfunction cirline(wd,x,y,t) % cirline(wd,x,y,t) % % % %wd t x y是位于 exm060301.m 函数体内的子函数 接受字符串 line 或 circle 画线用的独立参变量 由 t 产生的横坐标变量 由 t 产生的纵坐标变量switch wd caselineplot(t, x, b ,t , y, r , LineWidth , 2) casecircleplot(x, y, -g, Li

27、neWidth , 8), axis square off otherwiseerror( 输入宗量只能取 line 或 circle ！ ) end shg( 2) 在命令窗调用该函数的命令 HH=exm060301(circle)( 3)直接利用创建的子函数句柄调用该主函数的子函数 t=0:2*pi/5:2*pi;x=cos(t);y=sin(t);%为绘制正五边形准备数据利用句柄绘图HH(circle,x,y,t) %6.3.3* (根据学时选讲)匿名函数(Anonymous function)匿名函数提供了一种创建简单程序的方法， 使用它用户可以不必每次都编写M 文件。用户可以在 MA

28、TLAB 的命令窗口或是其他任意 M 文件和脚本文件中 使用匿名函数。1)创建匿名函数的一般方法： FH= (arglist) expr2)匿名函数的调用格式直接调用格式间接调用格式FH(arglist) feval(FH, arglist)匿名函数算例：10【例 4.1-6】求 s =xydxdy。syms x ys=v pa(i nt(i nt(x八y,x,0,1),y,1,2) s =.40546510810816438197801311546432 format longs_n=dblquad(x,y)x.八y,0,1,1,2)函数句柄(Function handle)是MATLAB 的一种数据类型。 它携带着“相应函数创建句柄时的路径、视野、函数名，以及 可能存在的重