第3章MATLAB程序设计

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1、单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,第,3,章,MATLAB,程序设计,,3.1 M,文件,,3.2,程序控制结构,,3.3,函数文件,,3.4,程序举例,,3.5,程序调试,,3.1 M,文件,,3.1.1 M,文件概述,,用,MATLAB,语言编写的程序，称为,M,文件。,M,文件可以根据调用方式的不同分为两类：命令文件,(Script File),和函数文件,(Function File),。,,例,3-1,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,。,,程序,1,：,,首先建立命令文件并以文件

2、名,f2c.m,存盘。,,clear; %,清除工作空间中的变量,,f=,input('Input,Fahrenheit temperature,：,');,,c=5*(f-32)/9,,然后在,MATLAB,的命令窗口中输入,f2c,，将会执行该命令文件，执行情况为：,,Input Fahrenheit temperature,：,73,,c =,,22.7778,,程序,2,：,,首先建立函数文件,f2c.m,。,,function c=f2c(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('

3、Input,Fahrenheit temperature,：,');,,x=f2c(y),,输出情况为：,,Input Fahrenheit temperature,：,70,,c =,,21.1111,,x =,,21.1111,,3.1.2 M,文件的建立与打开,,,M,文件是一个文本文件，它可以用任何编辑程序来建立和编辑，而一般常用且最为方便的是使用,MATLAB,提供的文本编辑器。,,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。从,MATLAB,主窗口的,File,菜单中选择,New,菜单项，再选择,M-fi

4、le,命令，屏幕上将出现,MATLAB,文本编辑器窗口。,,,(2),命令操作。在,MATLAB,命令窗口输入命令,edit,，启动,MATLAB,文本编辑器后，输入,M,文件的内容并存盘。,,,(3),命令按钮操作。单击,MATLAB,主窗口工具栏上的,New M-File,命令按钮，启动,MATLAB,文本编辑器后，输入,M,文件的内容并存盘。,,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。从,MATLAB,主窗口的,File,菜单中选择,Open,命令，则屏幕出现,Open,对话框，在,Open,对话框中选中所需打开的,M,文件。在文档窗

5、口可以对打开的,M,文件进行编辑修改，编辑完成后，将,M,文件存盘。,,,(2),命令操作。在,MATLAB,命令窗口输入命令：,edit,文件名，则打开指定的,M,文件。,,,(3),命令按钮操作。单击,MATLAB,主窗口工具栏上的,Open File,命令按钮，再从弹出的对话框中选择所需打开的,M,文件。,,3.2,程序控制结构,,3.2.1,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，该函数的调用格式为：,,,A=input(,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,函数调用时采用

6、,'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''s,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。,,例,3-2,输入,x,y,的值，并将它们的值互换后输出。,,程序如下：,,,x=,input('Input,x please.');,,y=,input('Input,y please.');,,z=x;,,x=y;,,y=z;,,,disp(x,);,,,dis

7、p(y,);,,例,3-3,求一元二次方程,ax2 +,bx+c,=0,的根。,,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))]);,,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

8、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。,,3.2.2,选择结构,,1,．,if,语句,,在,MATLAB,中，,if,语句有,3,种格式。,,,(1),单分支,if,语句：,,if,条件,,语句组,,,end,,当条件成立时，则执行语句组，执行完之后继续执行,if,语句的后继语句，若条件不成立，则直接执行,if,语句的后继语句。,,,(2),双分支,if,语句：,,if,条件,,语句组,1,,else,,,语句组,2,,end,,,当条件成立时，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,if,语句的后继语句。

9、,,例,3-4,计算分段函数的值。,,程序如下：,,x=input(',请输入,x,的值,:');,,if x<=0,,y= (x+sqrt(pi))/exp(2);,,else,,y=log(x+sqrt(1+x*x))/2;,,end,,Y,,,(3),多分支,if,语句：,,if,条件,1,,,语句组,1,,,elseif,,条件,2,,,语句组,2,,……,,,elseif,,条件,m,,,语句组,m,,else,,,语句组,n,,end,,语句用于实现多分支选择结构。,,例,3-5,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；若为数字字符

10、则输出其对应的数值，若为其他字符则原样输出。,,c=input(',请输入一个字符,','s');,,if c>='A' & c<='Z',,,disp(setstr(abs(c)+abs('a')-abs('A,')));,,elseif,c>='a'& c<='z',,,disp(setstr(abs(c,)-,abs('a')+abs('A,')));,,elseif,c>='0'& c<='9',,disp(abs(c)-abs('0'));,,else,,,disp(c,);,,end,,2,．,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

11、句格式为：,,,switch,表达式,,,case,表达式,1,,,语句组,1,,case,表达式,2,,,语句组,2,,……,,case,表达式,m,,,语句组,m,,otherwise,,,语句组,n,,end,,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。,,例,3-6,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

12、用,price,来表示,),：,,,price<200,没有折扣,,,200≤price<500 3%,折扣,,,500≤price<1000 5%,折扣,,,1000≤price<2500 8%,折扣,,,2500≤price<5000 10%,折扣,,5000≤price 14%,折扣,,输入所售商品的价格，求其实际销售价格。,,,程序如下：,,price=input(',请输入商品价格,');,,switch fix(price/100),,case {0,1} %,价格小于,200,,rate=0;,,case {2

13、,3,4} %,价格大于等于,200,但小于,500,,rate=3/100;,,case num2cell(5:9) %,价格大于等于,500,但小于,1000,,rate=5/100;,,case num2cell(10:24) %,价格大于等于,1000,但小于,2500,,rate=8/100;,,case num2cell(25:49) %,价格大于等于,2500,但小于,5000,,rate=10/100;,,otherwise %,价格大于等于,5000,,rate=14/100;,,end,,pric

14、e=,price,*(1-rate) %,输出商品实际销售价格,,3,．,try,语句,,语句格式为：,,try,,,语句组,1,,catch,,,语句组,2,,end,,try,语句先试探性执行语句组,1,，如果语句组,1,在执行过程中出现错误，则将错误信息赋给保留的,lasterr,变量，并转去执行语句组,2,。,,例,3-7,矩阵乘法运算要求两矩阵的维数相容，否则会出错。先求两矩阵的乘积，若出错，则自动转去求两矩阵的点乘。,,程序如下：,,A=[1,2,3;4,5,6]; B=[7,8,9;10,11,12];,,try,,C=A*B;,,catch,,C=A.

15、*B;,,end,,C,,lasterr,%,显示出错原因,,3.2.3,循环结构,,1,．,for,语句,,for,语句的格式为：,,for,循环变量,=,表达式,1:,表达式,2:,表达式,3,,,循环体语句,,,end,,其中表达式,1,的值为循环变量的初值，表达式,2,的值为步长，表达式,3,的值为循环变量的终值。步长为,1,时，表达式,2,可以省略。,,例,3-8,一个三位整数各位数字的立方和等于该数本身则称该数为水仙花数。输出全部水仙花数。,,程序如下：,,for m=100:999,,m1=fix(m/100); %,求,m,的百位数字,,m2=rem(fix

16、(m/10),10); %,求,m,的十位数字,,m3=rem(m,10); %,求,m,的个位数字,,if m==m1*,m1,*m1+m2*m2*m2+m3*m3*,m3,,disp(m,),,end,,end,,例,3-9,已知 ，当,n=100,时，求,y,的值。,,程序如下：,,y=0;,,n=100;,,for i=1:n,,y=y+1/(2*i-1);,,end,,y,,,在实际,MATLAB,编程中，采用循环语句会降低其执行速度，所以前面的程序通常由下面的程序来代替：,,n=100;,,i=1:2:2*n-1;,,y=sum(1./i);,,y,,f

17、or,语句更一般的格式为：,,,for,循环变量,=,矩阵表达式,,循环体语句,,,end,,,执行过程是依次将矩阵的各列元素赋给循环变量，然后执行循环体语句，直至各列元素处理完毕。,,,例,3-10,写出下列程序的执行结果。,,,s=0;,,a=[12,13,14;15,16,17;18,19,20;21,22,23];,,for k=a,,s=,s+k,;,,end,,,disp(s,');,,2,．,while,语句,,,while,语句的一般格式为：,,,while (,条件,),,,循环体语句,,,end,,,其执行过程为：若条件成立，则执行循环体语句，执行后再判断条件是否成立，如果

18、不成立则跳出循环。,,,例,3-11,从键盘输入若干个数，当输入,0,时结束输入，求这些数的平均值和它们之和。,,程序如下：,,sum=0;,,cnt,=0;,,val,=,input('Enter,a number (end in 0):');,,while (,val,~=0),,sum=,sum+val,;,,,cnt,=cnt+1;,,,val,=,input('Enter,a number (end in 0):');,,end,,if (,cnt,> 0),,sum,,mean=sum/,cnt,,end,,3,．,break,语句和,continue,语句,,与循环结构相关的语句

19、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，继续执行循环语句的下一语句。,,continue,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，程序将跳过循环体中所有剩下的语句，继续下一次循环。,,例,3-12,求,[100,，,200],之间第一个能被,21,整除的整数。,,程序如下：,,for n=100:200,,if rem(n,21)~=0,,continue,,end,,break,,end,,n,,4,．循环的嵌套,,如果一个循环结构的循环体又包括一

20、个循环结构，就称为循环的嵌套，或称为多重循环结构。,,例,3-13,若一个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,,,3.3,函数文件,,3.3.1,函数文件的基本结构,,函数文件由,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

21、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出参数。当输出形参多于一个时，则应该用方括号括起来。,,例,3-14,编写函数文件求半径为,r,的圆的面积和周长。,,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,,%s,圆面积,,%p,圆周长,,%2004,年,7,月,30,日编,,s=pi*r*r;,,p

22、=2*pi*r;,,3.3.2,函数调用,,函数调用的一般格式是：,,,[,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,3-15,利用函数文件，实现直角坐标,(,x,y,),与极坐标,(,ρ,θ,),之间的转换。,,函数文件,tran.m,：,,function [,rho,theta,]=,tran(x,y,),,rho,=,sqrt(x,*,x+y,*y);,,theta=,atan(y/x,);,,,调

23、用,tran.m,的命令文件,main1.m,：,,x=,input('Please,input x=:');,,y=,input('Please,input y=:');,,[,rho,the,]=,tran(x,y,);,,rho,,the,,,在,MATLAB,中，函数可以嵌套调用，即一个函数可以调用别的函数，甚至调用它自身。一个函数调用它自身称为函数的递归调用。,,例,3-16,利用函数的递归调用，求,n,！。,,,n!,本身就是以递归的形式定义的：,,显然，求,n!,需要求,(n-1)!,，这时可采用递归调用。递归调用函数文件,factor.m,如下：,,function f=,fa

24、ctor(n,),,if n<=1,,f=1;,,else,,f=factor(n-1)*n; %,递归调用求,(n-1)!,,end,,3.3.3,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,3-17,nargin,用法示例。,,函数文件,examp.m,：,,function,fout,=,charray(a,b,c,),,if,nargin,==1,,,fout

25、,=a;,,elseif,,nargin,==2,,,fout,=,a+b,;,,elseif,,nargin,==3,,,fout,=(a*b*c)/2;,,end,,,命令文件,mydemo.m,：,,x=[1:3];,,y=[1;2;3];,,examp(x,),,examp(x,y,'),,examp(x,y,3),,3.3.4,全局变量与局部变量,,全局变量用,global,命令定义，格式为：,,global,变量名,,例,3-18,全局变量应用示例。,,先建立函数文件,wadd.m,，该函数将输入的参数加权相加。,,function f=,wadd(x,y,),,global AL

26、PHA BETA,,f=ALPHA*,x+BETA,*y;,,,在命令窗口中输入：,,global ALPHA BETA,,ALPHA=1;,,BETA=2;,,s=wadd(1,2),,3.4,程序举例,,例,3-19,猜数游戏。首先由计算机产生,[1,100],之间的随机整数，然后由用户猜测所产生的随机数。根据用户猜测的情况给出不同提示，如猜测的数大于产生的数，则显示“,High”,，小于则显示“,Low”,，等于则显示“,You won”,，同时退出游戏。用户最多可以猜,7,次。,,例,3-20,用筛选法求某自然数范围内的全部素数。,,素数是大于,1,，且除了,1,和它本身以外，不能被其

27、他任何整数所整除的整数。用筛选法求素数的基本思想是：要找出,2~m,之间的全部素数，首先在,2~m,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数的倍数，剩下的数都是素数。,,例,3-21,设，求,s=,。,,求函数,f(x,),在,[,a,b,],上的定积分，其几何意义就是求曲线,y=,f(x,),与直线,x=a,，,x=b,，,y=0,所围成的曲边梯形的面积。为了求得曲边梯形面积，先将积分区间,[,a,b,],分成,n,等分，每个区间的宽度为,h=(,b-a)/n,，对

28、应地将曲边梯形分成,n,等分，每个小部分即是一个小曲边梯形。近似求出每个小曲边梯形面积，然后将,n,个小曲边梯形的面积加起来，就得到总面积，即定积分的近似值。近似地求每个小曲边梯形的面积，常用的方法有：矩形法、梯形法以及辛普生法等。,,例,3-22 Fibonacci,数列定义如下：,,f,1,=1,,f,2,=1,,f,n,=f,n-1,+f,n-2,(n>2),,求,Fibonacci,数列的第,20,项。,,,例,3-23,根据矩阵指数的幂级数展开式求矩阵指数。,,3.5,程序调试,,3.5.1,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，另一类是运行时的错误。语法

29、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。,,程序运行时的错误是指程序的运行结果有错误，这类错误也称为程序逻辑错误。,,3.5.2,调试器,,1,．,Debug,菜单项,,该菜单项用于程序调试，需要与,Breakpoints,菜单项配合使用。,,2,．,Breakpoints,菜单项,,该菜单项共有,6,个菜单命令，前两个是用于在程序中设置和清除断点的，后,4,个是设置停止条件的，用于临时停止,M,文件的执行，并给用户一个检查局部变量的机会，相当于在,M,文件指定的行号前加入了一个,keyboard,命令。,,,3.5.3,调试命令,,除了采用调试器调试程序外，,MATLAB,还提供了一些命令用于程序调试。命令的功能和调试器菜单命令类似，具体使用方法请读者查询,MATLAB,帮助文档。,,