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1、第3章 MATLAB程序设计,3.1 M文件 3.2 数据的输入输出 3.3 选择结构 3.4 循环结构 3.5 函数文件 3.6 全局变量和局部变量,目录,3.1 M文件编程,M文件的功能和特点 MATLAB是解释性语言 语法简单 调试容易 人机交互性强 开放性、可扩展性强,3.1.1 M文件的建立与编辑 1.建立新的M文件 (1)菜单操作：MATLAB命令窗口的File菜单 New菜单项 M-file命令。 (2)命令操作：在MATLAB命令窗口输入命令 edit。 (3)命令按钮操作：单击MATLAB命令窗口工具栏上的“新建”命令按钮。 2. 编辑已有的M文件,3.1.2 M文件的分类
2、分类：命令文件(Script File/脚本文件)和函数文件(Function File)。 1。命令文件 有效指令的集合，以文件名直接调用运行。 若要一次执行大量的MATLAB命令，可将这些命令存放於一个后缀为m的文件，并在 MATLAB提示号下键入此文件名即可。,命令文件,对于一些比较简单的问题 ，在指令窗中直接输入指令计算. 对于复杂计算，采用命令文件最为合适. MATLAB只是按文件所写的指令执行. M命令文件的特点是： 命令文件的构成比较简单，只是一串按用户意图排列而成的（包括控制流向指令在内的）MATLAB指令集合 M文件中定义的变量为全局变量.命令文件运行后 ，所产生的所有变量都
3、驻留在 MATLAB基本工作空间（Base workspace）中。只要用户不使用清除指令（clear）， MATLAB指令窗不关闭，这些变量将一直保存在基本工作空间中,例3.1 建立一个命令文件将变量a,b的值互换，然后运行该命令文件。 首先建立命令文件并以文件名exch.m存盘： clear; a=1:10; b=11,12,13,14;15,16,17,18; c=a;a=b;b=c; a b 然后在MATLAB的命令窗口中输入exch，将会执行该命令文件。,目录,函数文件,与命令文件不同 ，函数文件犹如一个“黑箱”，把一些数据送进并经加工处理，再把结果送出来. MATLAB提供的函数指
4、令大部分都是由函数文件定义的.,用M文件自定义函数，开头为: function yname = fname(xname) yname: 因变量名，fname: 函数名，xname：自变量名. 文件名为fname，即与函数名相同.,例3.2 建立一个函数文件将变量a,b的值互换，然后在命令窗口调用该函数文件。 首先建立函数文件fexch.m： function a,b=fexch(a,b) % exch c=a;a=b;b=c; 然后在MATLAB的命令窗口调用该函数文件： clear; x=1:10; y=11,12,13,14;15,16,17,18; x,y=fexch(x,y),目录,由
5、上例可以看出函数文件的一般格式为：,function 输出表函数名（输入表） 函数体,函数文件的第一行必须是以关键字function开始，表明该文件是函数文件输入表是以逗号相分隔的形参输出表是函数的返回值如果返回值只有一个方括号可以省略；如果返回值不止一个，输出表中的各个变量要以逗号隔开,标准的函数文件基本结构。 （1）函数定义行（关键字function） functionout1,out2, = filename(in1,in2,) 输入和输出（返回）的参数个数分别由nargin和nargout两个MATLAB保留的变量来给出。 （2）第一行帮助行，即H1行以（%）开头，作为lookfor指
6、令搜索的行，可以使程式易於了解与管理。特别要说明的是，第一注解行通常用来简短说明此M档案的功能，以便lookfor能以关键字比对的方式来找出此M档案。 举例来说，fexch.m的第一注解行包含exch这个字，因此如果键入lookfor exch，MATLAB即可列出所有在第一注解行包含exch的M档案，因而fexch.m也会被列名在内。,（3）函数体说明及有关注解,以（%）开头，用以说明函数的作用及有关内容 （4）函数体语句 函数体内使用的除返回和输入变量这些在function语句中直接引用的变量以外的所有变量都是局部变量，即在该函数返回之后，这些变量会自动在MATLAB的工作空间中清除掉。如
7、果希望这些中间变量成为在整个程序中都起作用的变量，则可以将它们设置为全局变量,例3.3 建立一个自变量为m, n的函数，用其构造mn矩阵，其元素随机取均匀分布在09中的整数： function a=randint(m,n) a=floor(10*rand(m,n); 以上两句存为M文件randint.m. 用法： A=randint(2,3) %z则A为23矩阵，其元素为随机取自09中的整数. 函数M文件中的变量为局部变量，要想在Command Window 或其他M文件中可调用，必须在这些地方把此变量说明为global: 例如，global a; 注意，M文件必须存放在MATLAB的搜索路径
8、中才可被调用.,3.2 数据的输入输出,3.2.1 input函数 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) Whats your name?xiaowei xm = xiaowei,目录,3.2.2 disp函数 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。 注意：用disp函数显示矩阵时将不显示矩阵的名字，而且其格式更紧密，且不留任何
9、没有意义的空行。,目录,例3.4 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),目录,disp(x) 显示x的内容，与x 的区别是：前者仅显示x的内容，后者多个“x=“.,a=? 3 b=? 4 c=? 9 x1=-0.66667+1.5986i,x2=-0.66667-1.5986i,3.2.3 pause函数 其调用格
10、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。 若要强行中止程序的运行可使用Ctrl+C命令。,目录,MATLAB流程控制 循环语句 for, while 条件转移 if end, if elseif else end 开关语句 switch case 注释语句 % 中断语句 break 暂停语句 pause 回显语句 echo on/off,3.3 选择结构,3.3.1 if语句 在MATLAB中，if语句有3种格式。 1.单分支if语句 语句格式为： 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
11、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。,目录,2.双分支if语句 语句格式为： 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。,目录,例3.4计算分段函数值,目录,程序如下：, x=input(请输入x的值:); if x=10 y=cos(x+1)+sqrt(x*x+1); else y=x*sqrt(x+sqrt(x); end y 请输入x的值:,y = 47.1893,12,3.多分支if语句 语句格式为： if 条件1 语句组1 elseif 条件2 语
12、句组2 elseif 条件m 语句组m else 语句组m+1 end,目录,例3.5 输入一个字符，若为大写字母，则输出其后继字符，若为小写字母，则输出其前导字符，若为数字字符则输出其对应的数值，若为其他字符则原样输出。,目录,c=input(请输入一个字符,s); if c=A end,程序如下：,3.3.2开关结构:switch语句 其语句格式为：,目录,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m+1 end,例3.6 某商场对顾客所购买的商品实行打折销售， 已知打折标准为： 商品价格小于2
13、00元时，折扣率为0; 商品价格大于或等于200元且小于500时，折扣率为0.03; 商品价格大于或等于500且小于1000元时，折扣率为0.05; 商品价格大于或等于1000且小于2500元时，折扣率为0.08; 商品价格大于或等于2500且小于5000元时，折扣率为0.1; 商品价格大于或等于5000元时，折扣率为0.14; 求所售商品的实际销售价格。,目录,程序如下,price=input(请输入商品价格); switch fix(price/100) case 0,1 rate=0; case 2,3,4 rate=3/100; case num2cell(5:9) rate=5/10
14、0; case num2cell(10:24) rate=8/100; case num2cell(25:49) rate=10/100; otherwise rate=14/100; end price=price*(1-rate),请输入商品价格890 price = 845.5000,3.3.3 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。这种试探性执行语句是其他高级语言所没有的。,目录,例3.7 矩阵乘法运算要求两矩阵的维数相容，
15、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.*B; end C lasterr %显示出错原因,目录,C = 7 16 27 40 55 72 ans = Error using = * Inner matrix dimensions must agree.,3.4 循环结构,3.4.1 for语句 基本格式 for 循环变量起始值：步长：终止值 循环体 end 步长缺省值为1，可以在正实数或负实数范围内任意指定。对于正数，循环变量的值大于终止值时，循环
16、结束；对于负数，循环变量的值小于终止值时，循环结束。循环结构可以嵌套使用。,目录,for i=1:5 for j=1:5 a(i,j)=1/(i+j-1); end end a= 1.0000 0.5000 0.3333 0.2500 0.2000 0.5000 0.3333 0.2500 0.2000 0.1667 0.3333 0.2500 0.2000 0.1667 0.1429 0.2500 0.2000 0.1667 0.1429 0.1250 0.2000 0.1667 0.1429 0.1250 0.1111,例3.8 已知求y的表达式， 当n=100时，求y的值。,目录,在实际
17、MATLAB编程中，为提高程序的执行速度，常用向量运算来代替循环操作： n=100; i=1:n; f=1./i.2; y=sum(f),程序如下： y=0;n=100; for i=1:n y=y+1/i/i; end y,y = 2047/1252,例3.9 求定积分 。 程序如下： a=0;b=3*pi;n=1000; h=(b-a)/n; x=a:h:b; f=exp(-0.5*x).*sin(x+pi/6); for i=1:n s(i)= (f(i)+f(i+1)*h/2; end s=sum(s),目录,事实上，MATLAB提供了有关数值积分的标准函数，实际应用中可直接调用这些函
18、数求数值积分。,s = 754/837,for语句更一般的格式：,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。实际上，“表达式1:表达式2:表达式3”是一个仅为一行的矩阵(行向量)，因而列向量是单个数据。,目录,例3.10 已知5个学生4门功课的成绩，求每名学生的总成绩。 程序如下： s=0; a=65,76,56,78;98,83,74,85;76,67,78,79;98,58,42,73;67,89,76,87 for k=a s=s+k; end disp(s);,目录,a = 65 76 56
19、78 98 83 74 85 76 67 78 79 98 58 42 73 67 89 76 87 275 340 300 271 319,3.4.2 while语句 while语句一般用于不能事先确定循环次数的情况 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，如果不成立则跳出循环(如图3.5所示)。,目录,While循环和for循环的区别在于，while循环结构的循环体被执行的次数不是确定的，而for结构中循环体的执行次数是确定的。,例 用循环求解,例 用循环求解 最小的 m,用while循环
20、语句编写一个计算1000以内的Fibonacci数： f=1 1; i=1; while f(i)+f(i+1)1000 f(i+2)=f(i)+f(i+1); i=i+1; end f= 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610 987,例3.11 产生一个长度为的调和数列。 程序如下： X=zeros(1,6); i=1; while i=6 X(i)=1/i; i=i+1; end format rat %使用分数表示数值 disp(X),目录,Columns 1 through 5 1 1/2 1/3 1/4 1/5 Column 6 1/6
21、,与循环结构相关的还有一个break语句，当在循环体内执行到该语句时，程序将跳出循环。该语句一般与if语句配合使用。 例3.12 用while语句实现例3.8。 程序如下： y=0; i=1; while 1 f=1/i/i; y=y+f; if i=100 break; end i=i+1; end y,目录,3.4.3 循环的嵌套 如果一个循环结构的循环体又包括一个循环结构，就称为循环的嵌套，或称为多重循环结构。可以按照嵌套层数，分别叫做二重循环、三重循环等。处于内部的循环叫作内循环，处于外部的循环叫作外循环。 在设计多重循环时，要特别注意内、外循环之间的关系，以及各语句放置的位置，不要搞
22、错。,目录,例3.13 用筛选法求某自然数范围内的全部素数。 程序如下： m=input(m=); p=2:m; for i=2:sqrt(m) n=find(rem(p,i)=0 end p,目录,m=100 p = Columns 1 through 5 2 3 5 7 11 Columns 6 through 10 13 17 19 23 29 Columns 11 through 15 31 37 41 43 47 Columns 16 through 20 53 59 61 67 71 Columns 21 through 25 73 79 83 89 97,3.5 函数文件,3.5
23、.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 函数体语句,目录,说明： (1)关于函数文件名: 函数文件名与函数名也可以不相同。当两者不同时，MATLAB将忽略函数名而确认函数文件名，因此调用时使用函数文件名。 (2)关于注释说明部分。注释说明包括三部分内容：紧随函数文件引导行之后以%开头的第一注释行。第一注释行及之后连续的注释行。与在线帮助文本相隔一空行的注释行。 (3)关于return语句。执行到该语句就结束函数的执行，程序流程转至调用该函数的位置。通常，在函数文件中也可不使用return语句
24、，这时在被调函数执行完成后自动返回。,目录,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 %2001年7月30日编 s=pi*r*r; p=2*pi*r; 将以上函数文件以文件名fcircle.m存入c:matlabr11work下，然后在MATLAB命令窗口调用该函数： s,p=fcircle(10),目录,s = 13823/44 p = 7100/1
25、13,3.5.2 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) 例3.15 利用函数文件，实现直角坐标(x,y)与极坐标(,)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,目录,例3.16 利用函数的递归调用，求n！。 递归调用函数文件factor.
26、m： function f=factor(n) if n=1 f=1; else f=factor(n-1)*n; end 在命令文件main2.m中调用函数文件factor.m求s=1!+2!+3!+4!+5!。,目录,n=input(Please input n=:); s=0; for i=1:n nfa=factor(i); s=s+nfa; end s, main2 Please input n=:5 s = 153,3.5.3 函数所传递参数的可调性 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
27、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。,目录,例3.17 nargin用法示例。 函数文件examp.m： function fout=examp(a,b,c) if nargin=1 fout=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),目录, mydemo ans = 1 2 3 ans = 2 4 6 ans = 21,3.6 全局变量和局部变量,全局变量用命令global定义。函数文件的内部变量是局部的，与其他函数文件及MATLAB工作空间相互隔离。 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 ALPHA 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),目录,s = 5,