Matlab编程介绍,循环结构综述

Matlab软件与基础数学实验

MATLAB编程介绍与循环结构★

MATLAB中每一个命令都是一个M-文件。★

MATLAB中各种命令可以完成许多单一的任务，对于某些较为复杂的问题，仅靠现有的命令或函数来解决，往往是难以达到目的。为此，要运用MATLAB编程语言编制程序，形成M-文件。

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程序是使计算机完成各项运算的命令集，运行一个编制好的程序，计算机会从第一条命令行开始，一行接一行地执行相应的命令，直到终止。

MATLAB作为一种高级语言，不但可以以命令行的方式完成操作，而且可以像大多数程序语言一样具有结构控制语句、输入输出语句和面向对MATLAB程序（又称为M-文件）有两种形式，一种是可直接运行的命令文件，另一种是可供调用的函数文件，这两种文件的扩展名相同，均为“.m”，故称为M-文件。象编程的能力。

MATLAB编程介绍

MATLAB程序编辑是在编辑窗口（MATLABEditor/Debugger）中进行，程序运行结果或错误信息显示在在命令窗口（CommandWindows）中。1、编写M-文件的步骤（1）打开程序编辑窗口:点击MATLAB命令窗口工具条上的NewFile图标，或点击命令窗口中的[File]菜单，点击选项中的New，选择M-file,就可打开MATLAB程序编辑窗口（MATLABEditor/Debugger），用户可在窗口中编写、修改程序。（2）保存编写的程序：在程序编写过程中，或程序编写完成后，点击工具条上的Save图标,或按F2键，再选择文件夹:\Matlab\Work，输入自己定义的文件名，点击[保存]保存文件，保存后文件名后自动加上“.m”后缀，即为M-文件。注意：★文件名要以字母开头中间不含空格和标点符号且不超过8个字符；不能用数字和专用变量名作为文件名，如1，11，pi，ans，eps等。★

程序通常保存在文件夹:\Matlab\Work中，此路径为MATLAB软件默认路径。★程序若要存放到其它文件夹中，则要添加该路径到MATLAB的路径设置中，否则程序不能连接执行。

点击编辑窗工具条上[File]菜单，选择SetPath..，此时打开路径设置窗口，再点击AddFoider..，选择你所使用的文件夹（若没有则要先新建），选定后该路径自动显示在列表的第一行或最后一行，再点击Save保存即可。具体操作：2、运行M-文件

运行一个已经编写好且存盘的M-文件有两种方法：

在MATLAB编辑窗口中对正在编辑的M-文件，保存后可直接点击工具条上的Debug中的Run命令运行或按F5键，即可运行当前程序，其运行结果或信息显示在命令窗口，此时，用户可以切换到命令窗口进行查看，之后可回到编辑窗对程序进行修改、重新保存再次运行。方法一：

在MATLAB命令窗口中直接输入文件名回车，即可运行相应的M-文件。其运行结果或程序运行中的错误信息等显示在命令窗口，此时，用户若要修改程序则可以切换到编辑窗口进行修改，修改后重新保存。方法二：

当对程序进行修改保存时，当前程序将覆盖原来程序，此时若要想保存为另外的文件，则要点击工具条上[File]菜单，选择Saveas..，另取文件名保存即可。注意：例1、分别建立命令文件和函数文件，将华氏温度f转换为摄氏温度c。首先建立命令文件并以文件名yy1.m存盘。clear;%清除工作空间中的变量f=input('InputFahrenheittemperature：');c=5*(f-32)/9然后在MATLAB的命令窗口中输入yy1，将会执行该命令文件，执行情况为：InputFahrenheittemperature：73c=22.7778程序1：首先建立函数文件yy2.m。functionc=yy2(f)c=5*(f-32)/9然后在MATLAB的命令窗口调用该函数文件。clear;y=input('InputFahrenheittemperature：');x=yy2(y)输出情况为：InputFahrenheittemperature：70c=21.1111x=21.1111程序2：

MATLAB程序的基本结构

MATLAB提供了三种基本的程序结构：顺序结构、循环结构和选择结构。一个MATLAB程序就是使计算机实现某一类功能任务的命令集。用户编制程序时，需要按照解决问题的逻辑步骤和求解算法，用MATLAB的语句和函数，按照三种基本结构逐条编写，一般一行一条语句，便于调试和查找错误。其中功能处理部分是核心，主要是根据处理问题的逻辑步骤，采用循环迭加、判断推理、分步计算等来解决问题。程序一般包含三个部分：数据输入、功能处理、结果输出

程序编写完成后，需要存盘，形成永久性文件，之后可以随时对它进行调用或修改。M-文件中的输入、输出方式1、输入方式s='Anystring!';%输入字符串（1）程序中直接赋值x=2;%输入单个值a=[1,2,3;4,5,6;7,8,0];%输入矩阵（a为3阶方阵）（2）程序运行时赋值变量=input('提示符号串')；格式：功能：

从键盘接收数据并赋予等号左边变量。其中

'提示符号串'是在命令窗口中的提示。

y=input('Pleaseinputy=');%提示语句输入如：x=input('x=');

当执行到此语句时，暂停程序运行，在命令窗口中光标将停留在提示符号串后闪烁，等待从键盘接收数据。用户从键盘输入数据并按回车键确认，继续程序运行。其优点是每次运行可以输入不同数据，实现人机对话。

如果在input函数调用时采用'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('What''syourname?','s');2、输出方式（1）直接输出x%变量后无分号“；”，变量直接输出disp([a]);%a可以是矩阵、数组和单个值（2）格式控制输出（fprintf命令）fprintf('x=%.3f

y=%.0f\n',a,b);%按指定格式输出格式：

其中，单引号内为格式说明符：%前为提示符，%.3f为数据格式符，通常与单引号后面的数据相对应，

f指显示一实数，.3表示显示的数小数点后3位，小数点前整数部分不限。%.0f指显示一实数其小数部分显示0位，结果只显示整数部分。\n为换行命令符，即一行显示结束后，光标自动换到下一行。a,b为要显示的变量，它们与前面的格式符相对应。例：

fprintf('x=%.5fy=%.0f\n',pi,sqrt(2));结果为：

x=3.14159y=1fprintf('x=%.5fy=%.0f\n',sqrt(2),pi);结果为：

x=1.41412y=3

x=input('Inputxplease.');y=input('Inputyplease.');z=x;x=y;y=z;disp(x);disp(y);例：输入x,y的值，并将它们的值互换后输出。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：求一元二次方程ax^2+bx+c=0的根。a=1b=2c=3x1=-1+1.4142i,x2=-1-1.4142i结果为：

若要强行中止程序的运行可使用Ctrl+C命令。3、程序的暂停暂停程序的执行可以使用pause函数，其调用格式为：pause(延迟秒数)如果省略延迟时间，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。MATLAB选择结构1、单项选择判断（if-end）结构格式：

if

(condition) commands-1;endcommands-2;作用：

若条件condition成立，则执行commands-1，再顺序执行commands-2；否则，跳过commands-1，直接执行commands-2.例：求任意有限数组a=[a(1),a(2),…,a(n)]

中数值最大的元素M以及所在位置k.分析：

这是一个求n个实数中最大（最小）数的问题，可以编制一个函数文件，随时调用。首先可以假设最大数M=a(1)，位置k=1；再从第二个数到最后一个数分别同M比较，取较大者为M，同时保留其位置。因此，运用循环加判断编制程序来实现。function[M,k]=yy3(a)

%定义函数yy3，输入变量为数组a，返回值为最大元素M及位置kn=length(a);%获取数组的长度即元素的个数nM=a(1);k=1;%将第一个元素作为最大值赋值给M，位置为1;fori=2:n%从第二个元素到最后一个元素依次进行ifa(i)>M%比较后续元素与目前最大值M的大小M=a(i);k=i;%将数值较大的元素赋值给M，同时保留位置iend%选择结构结束end%循环结构结束编写完成后以文件名yy3存盘（这里是函数命令程序）。此时，MATLAB函数库中多了个函数yy3.m，可进行调用。在命令窗中试运行如下：>>a=[1,2.2,pi,-0.8,3.2,0];%任意给定一数组>>[M,k]=yy3(a)%调用函数yy3M=3.2000k=52、多项选择判断（if-else-end）结构格式：

if(condition1) commands-1;elseif(condition2)commands-2;elsecommands-3;endcommands-4;作用：

若条件condition1成立，则执行commands-1，再转向end，顺序执行后续的命令commands-4；否则判断条件condition2是否成立，若成立，则执行commands-2，再转向end执行后续的命令；若条件condition1和条件condition2均不成立，则执行命令集commands-3，再顺序向下执行。例：编写一个函数将百分制成绩转换为优(A)，良(B)，中(C)，差(D)四等级.分析：

按照通常的等级划分，一般90-100分为优，78-89分为良，60-77分为中，60分以下的为差，因此，可以用多项选择判断结构来实现。functionjb=dengji(fs)

%定义函数dengji，输入变量为分数fs，返回值为等级A,B,C,Diffs>=90%判断分数fs是否处在优秀级别上jb=‘A’;%定义为A级elseiffs>=78%判断分数fs是否处在良好级别上jb='B';%定义为B级elseiffs>=60%判断分数fs是否处在合格级别上jb='C';%定义为C级else%分数fs不处于以上任何级别上jb='D';%定义为D级end%选择结构结束

编写完成后以文件名dengji存盘。此时，MATLAB函数库中多了个函数dengji.m，可进行调用。在命令窗中试运行如下：>>jb=dengji(81)%调用函数dengjijb=Bx=input('请输入x的值:');ifx<=0y=(x+sqrt(pi))/exp(2);elsey=log(x+sqrt(1+x*x))/2;endY例：计算分段函数的值。3、switch语句switch语句根据表达式的取值不同，分别执行不同的语句，其语句格式为：switch表达式

case表达式1

语句组1case表达式2

语句组2……case表达式m

语句组motherwise

语句组nend

当表达式的值等于表达式1的值时，执行语句组1，当表达式的值等于表达式2的值时，执行语句组2，…，当表达式的值等于表达式m的值时，执行语句组m，当表达式的值不等于case所列的表达式的值时，执行语句组n。当任意一个分支的语句执行完后，直接执行switch语句的下一句clearn=input('inputn=');switchmod(n,5)case0fprintf('%d是5的倍数',n)otherwisefprintf('%d不是5的倍数',n)endinputn=4646不是5的倍数例：判断任意给定的整数n是否为5的倍数，并输出判断结果。price<200没有折扣200≤price<5003%折扣500≤price<10005%折扣1000≤price<25008%折扣2500≤price<500010%折扣5000≤price14%折扣例：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)：输入所售商品的价格，求其实际销售价格。price=input('请输入商品价格');switchfix(price/100)case{0,1}%价格小于200rate=0;case{2,3,4}%价格大于等于200但小于500rate=3/100;casenum2cell(5:9)%价格大于等于500但小于1000rate=5/100;casenum2cell(10:24)%价格大于等于1000但小于2500rate=8/100;casenum2cell(25:49)%价格大于等于2500但小于5000rate=10/100;otherwise%价格大于等于5000rate=14/100;endprice=price*(1-rate)%输出商品实际销售价格MATLAB循环结构与应用

循环结构是MATLAB程序中最常用的结构之一，它是让计算机按照一定的条件多次重复执行某一命令集，从而实现诸如累加、迭代、分层计算等功能。MATLAB软件提供了两种循环结构：有限次循环for-end结构和条件循环while-end结构。1、有限次循环（for-end）结构for

n=n1:step:n2

commands-1

end

commands-2格式：其中n为循环变量（自己定义），n1为起始值，step为步长，n2为结束值；commands-1为循环体（循环模块），commands-2为后序命令。

循环变量n从n1开始，执行commands-1，遇到end时n自动增加step步长，同时与n2比较，当n不超过n2时重复执行commands-1；当n超过n2时转向执行commands-2。当步长为1时，格式中step可以省略，即为forn=n1:n2格式。在设计for-end循环结构时，应在循环模块内充分利用循环变量的变化规律，开展相关的运算。另外，结构中for与end要成对出现。作用：例：求n（n=100）个奇数的和：s=1+3+5+…+(2n-1).

这是一个逐个累加求和的过程，从1开始存放在和s中，再累加下一个奇数之后再取代和s，依次类推，直到累加到第n个奇数。因此，使用循环结构来实现。分析：clear;clc;n=100;%赋值给定奇数的个数

s=0;%设定存放和的变量s并赋初值0fori=1:n%定义循环变量i从1到n，以1为步长，即为奇数序号s=s+(2*i-1);%先计算右端累加后再赋给左端的变量sfprintf('i=%.0f,s=%.0f\n',i,s)%逐行显示出累加求和的过程end%循环结构结束

是否可以（1）直接用从1开始的奇数作为循环变量？（2）不需要显示求和过程，只显示最后结果？如果可以，请修改上述程序并运行。问题：n=input('inputn:=');f(1)=1;f(2)=1;fork=3:nf(k)=f(k-1)+f(k-2);endf(n)例：求裴波拉奇数列的第n项(n>2)n:=10,f(10)=55n:=44,f(44)=701408733例：求正整数n的阶乘：p=1×2×3×…×n=n!，并求出n=20时的结果。分析：

这是一个逐次乘积的过程，从1开始存放在积p中，再乘以下一个正整数之后再取代积p，依次类推，直到乘至第n个数。因此，使用循环结构来实现。

clear;clc;n=20;%赋值给定正整数

p=1;%设定存放阶乘的变量p并赋初值1

fori=1:n%定义循环变量i从1到n，以1为步长，即连续正整数

p=p*i;%先计算右端乘积后再赋给左端的变量pfprintf('i=%.0f,p=%.0f\n',i,p)%逐行显示出i!end%循环结构结束问题：

是否可以考虑利用input命令对n进行赋值，随时改变其大小。如果可以，请修改上述程序并运行。例：根据麦克劳林公式可以得到e≈1+1+1/2!+1/3!+…+1/n!，试求e的近似值。分析：

这个问题可以分解为，从1开始的正整数阶乘的倒数和的累加运算，累加结果存放在初始值为1的变量中。因此，对上例进行修改来实现。

clear;clc;n=10;%赋值给定正整数p=1;%设定存放阶乘的变量p并赋初值1s=1;%设定存放累加和的变量s并赋初值1fori=1:n%定义循环变量i从1到n，以1为步长，即连续正整数p=p*i;%先计算右端乘积后再赋给左端的变量ps=s+1/p;%先计算右端阶乘倒数的累加后再赋给左端的变量sfprintf('i=%.0f,s=%.8f\n',i,s)%逐行显示出e的近似值end%循环结构结束问题：

如何有效地控制e的近似值的精度，或者说如何修改程序使其根据近似值的精度要求自动控制循环次数？2、条件循环（while-end）结构格式：

while(conditions) commands-1;

endcommands-2;

当条件conditions为真时，执行commands-1，当遇到end时，自动检测条件；当条件conditions不满足时,转向执行commands-2。在设计while-end循环结构时,应在循环模块内有修改conditions的部分，确保在执行了一定次数之后可以结束循环；否则，就成了“死循环”,即无限次重复执行循环。另外，结构中while与end要成对出现。作用：例：对于数列,求其前n项和不超过1000时的n的值及和.分析：这个问题就是求不等式从1开始的连续正整数开方的累加。因此，运用循环结构来实现，的整数解，而和s为但每次累加前要判断大小。clear;clc;n=0;%设定正整数并赋初值0s=0;%设定存放累加和的变量s并赋初值0whiles<=1000%用累加和s与1000进行比较作为循环条件n=n+1;%改变n为连续正整数s=s+sqrt(n);%先计算右端开方数的累加后再赋给左端的变量sfprintf('n=%.0f,s=%.4f\n',n,s)%逐行显示正整数及部分和end%循环结构结束问题:

从结果上可以看到，最后一行的结果并不是我们所要求解的答案，而倒数第二行则是所求问题的解。这是为什么？如何修改程序来避免这种情况？例：小猴吃桃问题

有一天小猴摘下了若干个桃子,当即吃掉了一半,又多吃了一个.第二天接着吃了剩下的一半,又多吃了一个以后每天都是吃掉尚存的桃子的一半零一个.到第十天早上,小猴准备吃桃子时,看到只剩下1

个桃子了.问小猴第一天共摘下了多少个桃子？

解:设第k天的桃子数为pk,(k=1,···,10)则规律为k=10;p(k)=1;whilek>=2k=k-1;p(k)=2*(p(k+1)+1);endp(1)Pk-1=2(pk+1)ans=1534例：根据e≈1+1+1/2!+1/3!+…+1/n!求e的近似值，要求精确到小数点后8位。分析：这里不能给定n的大小，但注意到第n次近似值和第n-1次近似值的差：。现要精确到小数点后8位，则只需要因此，可以以此为条件运用条件循环来实现。

，注意：在MATLAB中用科学记数法1.0e-8来表示。clear;clc; p=1;%设定存放阶乘的变量p并赋初值1s=1;%设定存放累加和的变量s并赋初值1r=1;%设定前后两次近似值的误差r并赋初值1k=0;%设定构造连续正整数的变量k赋初值0又为循环次数whiler>=1.0e-8%根据近似值的精度r大小来定义条件循环k=k+1;%转换下一个正整数，或开始统计循环次数p=p*k;%计算k的阶乘pr=1/p;%计算前后两次近似值的误差rs=s+r;%计算e的近似值sfprintf('k=%.0f,s=%.8f\n',k,s)%逐行显示出e的近似值end%循环结构结束MATLAB程序流程控制

在编写程序过程中，根据问题求解的要求，往往需要在一定条件下跳出当前循环，或终止程序运行，或暂停程序运行等，这也就是在编制程序过程中对程序流程进行控制。MATLAB软件提供了相应流程控制语句：break、return和pause等。1、break语句break语句导致包含break

指令的最内层while或for循环的终止。通常是根据循环内部另设的某种条件是否满足来决定是否跳出循环，因此，常和if判断一起使用。在很多情况下，这样做是十分必要的。格式：

while

(conditions-1)

……if

(conditions-2)break;end……

endcommands;作用：

当执行到if模块且条件conditions-2为真时，执行break语句，程序则跳出当前while循环，直接执行循环结构外的commands.a=3;b=6;fori=1:3b=b+1;ifi>2break%当if条件满足时不再执行循环

enda=a+2end分析下列程序，说明运行结果及原因运行结果:a=5a=72、return语句

return语句导致程序终止运行，其结果对普通程序是提前结束运行，对于函数命令程序则是结束该函数程序，并返回到调用函数处。该语句通常和if判断一起使用。格式：

if

(conditions)return;end作用：

当执行到if模块且条件conditions为真时，执行return语句，程序则被终止，提前结束程序的运行。3、pause语句

pause

语句使程序运行暂停，等待用户按任意键继续。Pause

语句在程序调试或查看中间结果时经常使用，它有两种用法：★

直接使用：pause

作用：程序执行此语句时，暂停执行程序，等待用户从键盘按任意键继续运行。★使用按时间暂停形式：pause(n)

（其中n为暂停时间秒数）作用：程序执行此语句时，暂停n秒后继续执行程序，这里n为正的小数或整数，代表暂停时间。它通常可以用来放慢程序运行展示内部过程，可实现动画效果。例：Fibonacci

数组中第一个大于10000的元素。分析：

这是一个按递推公式所生成的序列，每个元素为其前两个元素之和，数列增加很快。因此，通过循环结构来逐步生成数列的元素，并同时和10000比较，超过时终止循环。n=100;%给定一