第7讲 程序设计.ppt

1、MATLAB2009从入门到精通,2020/8/6,2,课程主要内容,第1章 MATLAB简介 第2章 数值运算 第3章 单元数组和结构 第4章 字符串 第5章 符号运算 第6章 MATLAB绘图基础 第7章 程序设计 第8章 计算方法的MATLAB实现 第9章 优化设计 第10章 SIMULINK仿真初探,2020/8/6,3,第7章 程序设计,MATLAB作为一种广泛应用于科学计算的工具软件，不仅具有强大的数值计算、符号计算、矩阵运算的能力和丰富的绘图功能，还可以像C语言、FORTRAN等计算机高级语言一样进行程序设计，编写扩展名为.m的M文件，实现各种复杂的运算，同时MATLAB自带的许

2、多函数就是M文件函数，用户也可以利用M文件来生成和扩充自己的函数库。,2020/8/6,4,7.1 脚本和函数,所谓M文件，简单来说就是用户把要实现的命令写在一个以.m作为扩展名的文件中，然后由MATLAB系统进行解释，最后运行出结果。 M文件有函数和脚本两种格式。两者只是在语法和使用上有些不同。脚本式M文件没有输入参数或输出参数，而函数式M文件有输入参数和输出参数；函数可以有零个或多个输入或输出变量。,2020/8/6,5,7.1.1 脚本,脚本是一个扩展名为.m的文件，其中包含了MATLAB的各种命令，与批处理文件很类似，在MATLAB命令窗口下直接输入此文件的主文件名，MATLAB可逐一

3、执行在此文件内的所有命令，和在命令窗口逐行输入这些命令一样。脚本式M文件运行产生的所有变量都是全局变量，运行脚本后，所产生的所有变量都驻留在MATLAB基本工作空间，只要用户不使用clear命令加以清除，且MATLAB指令窗口不关闭，这些变量将一直保存。基本空间随MATLAB的启动而产生，在关闭MATLAB软件时该基本空间被删除。 例：huitu0.m,2020/8/6,6,huitu0程序结果,2020/8/6,7,7.1.2 函数,MATLAB中许多常用的函数都是函数式M文件，使用时，MATLAB获取传递给它的变量，利用操作系统所给的输入，运算得到要求的结果，然后返回这些结果。函数文件类似

4、于一个黑箱，由函数执行的命令以及这些命令所创建的中间变量都是隐含的。运算过程中的中间变量都是局部变量(除特别声明外)，存放在函数本身的工作空间内，不会和MATLAB基本工作空间的变量相互覆盖，对用户来说，可见的只是输入和输出，因此易于使程序模块化，特别适合于大型程序代码。 例：huitu.m,2020/8/6,8,huitu(1,2,3)程序结果,2020/8/6,9,7.2 M文件的程序结构,程序结构一般分为顺序结构、循环结构、分支结构三种。 理论上讲，只要有以上三种结构就可以构造功能强大的程序。 与大多数计算机语言一样，MATLAB也提供了上述三种程序结构。 虽然MATLAB没有C语言那样

5、具有丰富的控制结构，但是MATLAB自身的强大功能弥补了这个不足，使用户在编程时几乎感觉不到困难。下面分别对这三种结构进行介绍。,2020/8/6,10,7.2.1 顺序结构,顺序结构就是依次顺序地执行程序的各条语句。顺序结构一般不含有其他子结构或控制语句，批处理文件就是典型的顺序结构的文件。 例：jizhi.m,2020/8/6,11,jizhi程序结果,2020/8/6,12,7.2.2 循环结构,在实际计算中，经常会碰到许多有规律的重复计算，此时就要对某些语句进行重复执行。 一组被重复执行的语句称为循环体，每个循环语句都要有循环条件，以判断循环是否要继续进行下去。 MATLAB中的循环语

6、句包括for循环与while循环。,2020/8/6,13,1、for循环,for循环允许一组命令以固定的和预定的次数重复执行，for循环的一般形式如下所示： for 循环变量=数组 循环体(执行语句)； end 在for与end语句之间的执行语句是按矩阵(或数组)中的每一列执行一次，即在每一次循环中，矩阵(或数组)元素一个一个地被赋给循环变量，然后由执行语句执行。 例：for1.m，specmat.m,2020/8/6,14,程序结果, for1 x = Columns 1 through 7 2.0304 1.8008 1.5131 1.4165 1.7183 2.5111 3.7462

7、Columns 8 through 10 5.2620 6.8587 8.3891,2020/8/6,15, specmat(6) ans = 1 1 1 1 1 1 1 2 3 4 5 6 1 3 6 10 15 15 1 4 10 10 15 15 1 5 15 15 15 15 1 6 15 15 15 15,2020/8/6,16,用for循环语句需要注意以下事项： (1)不能在for循环体内重新对循环变量n赋值来终止循环的执行。 (2)for循环可以进行嵌套循环。 (3)循环语句内的“;”可防止中间变量的输出。,2020/8/6,17,2、while循环,与for循环固定的次数求一组

8、命令的值相反，while循环以不定的次数来求一组命令的值。while循环的一般形式如下： while 表达式 循环体()； n+1；(自增) end 只要表达式中的元素为真，就执行while和end语句之间的命令。通常，表达式给出的是一个标量值，但数组(或矩阵)同样有效。若为数组(或矩阵)，则要求所有的元素都必须为真。 例：while1.m,2020/8/6,18,程序结果, while1 a = 2.4619,2020/8/6,19,程序实例,问题描述：根据统计学的基础知识分析样本的平均值和标准差。 例：for2.m和while2.m,2020/8/6,20,程序结果, for2 Enter

9、 the number of the points:6 Enter the value:1 Enter the value:3 Enter the value:5 Enter the value:7 Enter the value:9 Enter the value:0 The mean of this data set is:4.166667 The standard deviation is:3.488075 The number of data is:6,2020/8/6,21, while2 Enter the first value:1 Enter the first value:3

10、 Enter the first value:5 Enter the first value:7 Enter the first value:9 Enter the first value:0 Enter the first value:-1 The mean of this data set is:4.166667 The standard deviation is:3.488075 The number of data is:6,2020/8/6,22,7.2.3 分支结构,在程序设计中，经常要根据一定的条件来执行不同的语句。当某些条件满足时，只执行其中的某个语句或某些语句。在这种情况下，

11、分支结构就会是很好的选择了。在MATLAB中的分支结构语句包括if-else-end语句与switch-case-otherwise语句。,2020/8/6,23,1、if-else-end选择语句,if-else-end选择语句的结构如下所示： if条件式1 表达式1； elseif条件式2 表达式2； . else 表达式n； end 哪一个if后的表达式中值为真，就执行该if后的表达式，否则跳过该表达式进行其它判断。 例：ff.m,2020/8/6,24,程序结果, ff(-1) ans = 1 ff(2) ans = 0.5000 ff(8) ans = 0.9894 ff(16) a

12、ns = 4,2020/8/6,25,采用plot(x,ff(x)绘分段函数图。 x1=-2:0.01:0; x2=0.5:0.01:5; x3=5.01:0.01:10; x4=10.01:0.01:12; plot(x1,ff(x1) hold on plot(x2,ff(x2) hold on plot(x3,ff(x3) hold on plot(x4,ff(x4) grid on,2020/8/6,26,程序结果,2020/8/6,27,MATLAB中的选择语句switch-case-otherwise，是特别让熟悉C等高级语言的用户方便地编写M文件而专门添加的。switch-cas

13、e-otherwise语句的通用格式如下： swith expression case value1 statements1； . case valuen statementsn； otherwise statements； end,2、switch-case-otherwise分支语句,2020/8/6,28,其中，switch-expression给出了开关条件，当有case-expression与之匹配时，就执行其后的语句，如果没有case-expression与之匹配，就执行otherwise后面的语句。在执行过程中，只有一个case命令被执行，当执行完命令后，程序就跳出分支结构，执行

14、end下面的语句。 例：fm.m,2020/8/6,29,程序结果, fm(0) ans = 20 fm(1) ans = 40 fm(2) ans = 60 fm(3) ans = 80 fm(5) ans = 100,2020/8/6,30,工程实例,问题描述：向上斜抛的小球，具有如下的运动模型，仿真小球的运动轨迹。 例：ball.m,2020/8/6,31,程序结果, ball Enter the initial velocity:20 Range versus angle theta: 0 0.0000 5 7.0732 10 13.9316 15 20.3666 20 26.1828

15、 25 31.2034 30 35.2760 35 38.2767 40 40.1144,2020/8/6,32,45 40.7332 50 40.1144 55 38.2767 60 35.2760 65 31.2034 70 26.1828 75 20.3666 80 13.9316 85 7.0732 90 0.0000 Max ranges is 40.7332 at 45 degrees.,2020/8/6,33,图形结果,2020/8/6,34,7.3 程序流控制,在许多程序设计语言中，经常要碰到提前终止循环、跳出程序、显示出错信息等，此时就需要用到控制程序流的命令。在MATLAB

16、中，同样有这样的程序控制流命令。 下面逐一介绍MATLAB中的程序流的控制命令。,2020/8/6,35,1、continue命令,continue命令经常与for或while语句一起使用，其作用是结束本次循环，即跳过循环体中下面尚未执行的语句，接着进行下一次是否执行循环的判断。 注：当条件满足时，continue语句才被调用，跳出后面的语句，循环继续，条件不满足则继续执行后面的程序。 例：continue1.m,2020/8/6,36,程序结果, continue1 3 5 7 9 11 4 6 8 10 12 5 7 9 11 13 6 8 10 12 14 7 9 11 13 15 8

17、10 12 14 16 9 11 13 15 17 10 12 14 16 18 11 13 15 17 19 12 14 16 18 20,2020/8/6,37,2、break命令,break命令也经常与for或while等语句一起使用，其作用是终止本次循环，跳出最内层的循环。使用break命令可以不必等到循环的自然结束，而是根据条件，强制退出循环。这在很多情况下是必须的。 注：当条件满足时， break语句才被调用，系统将在循环尚未结束时跳出当前循环，条件不满足则继续执行后面的程序。 例：jitu.m,2020/8/6,38,程序结果, jitu The number of chicke

18、n is 22. The number of rabbit is 14.,2020/8/6,39,3、return命令,return命令能使当前正在运行的函数正常退出，并返回调用它的函数，继续运行。 这个语句经常用于函数的末尾，以正常结束函数的运行。当然，也可用于函数的其他地方，对某些条件进行判断，如果条件不符合要求，调用return语句终止当前运行，并返回调用它的函数或环境。 实际上，MATLAB中此语句的作用与其他的程序设计语言中的作用相同。 例：dreturn.m,2020/8/6,40,程序实例, dreturn(2) ans = 5 dreturn( ) ans = 5 dretur

19、n() ans = 1,2020/8/6,41,4、echo语句,通常在MATLAB中执行M文件时，在命令窗口是看不到执行过程的。但在特殊情况下，比如需要对M文件演示时，要求M文件的每条命令都要显示出来，此时用echo命令就可以实现这样的操作。 对于脚本式M文件与函数式M文件，echo命令略有不同。对于脚本式M文件，可以用以下方式来实现： echo on %显示其后所有执行的命令文件的指令 echo off %不显示其后所有执行的命令文件的指令 echo %在上述两种情况下进行切换 对于函数式M文件，可以用以下方式来实现： echo filename on %使filename指定的M文件的执

20、行指令显示出来 echo filename off %使filename指定的M文件的执行指令不显示出来 echo on all %其后的所有M文件的执行指令显示,2020/8/6,42,5、error语句,在进行程序设计时，许多情况下有错误出现，此时如果能把错误信息显示出来，那样就会使用户了解到是什么原因引起错误，以采取适合的方式防止错误的再次发生。MATLAB中的error(错误信息?就用于实现上述功能。此命令能显示错误信息并终止当前函数的运行，将控制信息返回到键盘。 该指令用来指示出错信息并终止当前函数的运行。 error(message) 类似的是warning，区别是warning之

21、后程序继续运行。,2020/8/6,43,6、try.catch语句,try.catch语句的作用与上面的error语句类似，是用于对异常进行处理的命令。把有可能引起异常的语句放在try控制块中，这样当try控制块中statement语句引起异常时，catch控制块就可以捕获它，并针对不同的错误类型，进行不同的处理。它与C+程序设计语言中的try.catch命令作用一样。try.catch命令的调用格式如下： try (commands1), catch (commands2), end 组命令1总被执行，当执行出现错误时，catch控制块就可捕获它，执行组命令2，针对不同错误类型进行不同的处

22、理。可用lasterr函数查询出错原因。 注意try和catch控制块中的语句之间用逗号隔开。 例：chucuo.m,2020/8/6,44,程序结果, chucuo a_end = 4 9 2 ans = Attempted to access a(4,:); index out of bounds because size(a)=3,3.,2020/8/6,45,7、input语句,input命令用来提示用户从键盘输入数据、字符串或表达式，并接受输入值。 r=input(prompt)在屏幕上显示提示信息prompt，等待用户输入，并将值赋给r，直接回车则输出空矩阵。 r=input(pr

23、ompt,s)返回的字符串作为文本变量而不作为变量名或者数值。 例：test.m,2020/8/6,46,程序结果, test Do you want more?Y/NY:Y you have selected the first character test Do you want more?Y/NY:N you have selected the second one test Do you want more?Y/NY:s you have selected the second one,2020/8/6,47,8、pause命令,pause命令用于暂时终止程序的运行，等待用户按任意键继

24、续进行。 pause暂停M文件的执行，按任意键继续 pause(n)终止程序n秒，n是任意实数 pause on允许后面的pause命令起作用 pause off使后面的pause命令不起作用 例：pause1.m,2020/8/6,48,7.4 脚本文件,脚本文件只是逐条的解释文件中的程序条，与命令窗口直接输入一样，只是它具有了存储能力，且可以方便的多次运行该程序段，在命令窗口中只需输入存储的文件名即可，且存储的文件名没有特殊要求。脚本文件中可以调用函数，只需调用函数名即可。,2020/8/6,49,7.5 函数文件,函数的格式必须加function，并且M文件的存储名必须与函数名相同。一般

25、函数都有输入和输出。,2020/8/6,50,谢谢！,2020/8/6,51,huitu0.m,x=-pi:0.01:pi; y=cos(x); plot(x,y); grid on,返回,2020/8/6,52,huitu.m,function f=huitu(a,b,c) x=-pi:0.01:pi; f=a*sin(b*x+c); plot(x,f); grid on,返回,2020/8/6,53,jizhi.m,x=-pi:0.01:pi; y=sin(x)+sin(2*x)-cos(3*x); h=plot(x,y); x=get(h,XData); y=get(h,YData);

26、imin=find(min(y)=y); imax=find(max(y)=y); hold on text(x(imin),y(imin),minimum=,num2str(y(imin); text(x(imax),y(imax),maximum=,num2str(y(imax); grid on plot(x(imin),y(imin),o) plot(x(imax),y(imax),*),返回,2020/8/6,54,for1.m,for n=1:10 x(n)=exp(n/5)+cos(n*pi/5); end x,返回,2020/8/6,55,specmat.m,function

27、A=specmat(n) A=ones(n); for r=1:n for c=1:n if r1 end end end end,返回,2020/8/6,56,while1.m,n=1; a=0; while n10 a=a+log(n)/n; n=n+1; end a,返回,2020/8/6,57,for2.m,sum1=0; sum2=0; n=input(Enter the number of the points:); if n2 disp(At least 2 values must be entered.); else for i=1:n x=input(Enter the va

28、lue:); sum1=sum1+x; sum2=sum2+x2; end xvar=sum1/n; std_dev=sqrt(n*sum2-sum12)/(n*(n-1); fprintf(The mean of this data set is:%fn,xvar); fprintf(The standard deviation is:%fn,std_dev); fprintf(The number of data is:%dn,n); end,返回,2020/8/6,58,while2.m,n=0; sum1=0; sum2=0; x=input(Enter the first value

29、:); while x=0 n=n+1; sum1=sum1+x; sum2=sum2+x2; x=input(Enter the first value:); end xvar=sum1/n; std_dev=sqrt(n*sum2-sum12)/(n*(n-1); fprintf(The mean of this data set is:%fn,xvar); fprintf(The standard deviation is:%fn,std_dev); fprintf(The number of data is:%dn,n);,返回,2020/8/6,59,ff.m,function y=

30、ff(x) if x10 y=x./4; end,返回,2020/8/6,60,fm.m,function f=fm(n) switch n case 0 f=20; case 1 f=40; case 2 f=60; case 3 f=80; otherwise f=100; end,返回,2020/8/6,61,ball.m,conv=pi/180; g=-9.82; v0=input(Enter the initial velocity:); range=zeros(1,91); %计算最大的水平距离。 for i=1:91 theta=i-1; vx0=v0*cos(theta*con

31、v); vy0=v0*sin(theta*conv); maxtime=-2*vy0/g; range(i)=vx0*maxtime; end,2020/8/6,62,%显示计算水平距离的列表。 fprintf(Range versus angle theta:n); for i=1:5:91 theta=i-1; fprintf(%2d %8.4fn,theta,range(i); end %计算最大的角度和水平距离。 maxrange index=max(range); maxangle=index-1; fprintf(n Max ranges is %8.4f at %2d degre

32、es.n,maxrange,maxangle);,2020/8/6,63,%绘制轨迹图形。 for i=5:10:80 theta=i; vx0=v0*cos(theta*conv); vy0=v0*sin(theta*conv); maxtime=-2*vy0/g; %计算小球轨迹的x,y坐标数值。 x=zeros(1,21); y=zeros(1,21); for j=1:21 time=(j-1)*maxtime/20; x(j)=vx0*time; y(j)=vy0*time+0.5*g*time2; end plot(x,y,g) if i=5 hold on; end end,2020/8/6,64,%添加图形的