MATLAB程序设计.ppt

第第3章章 MATLAB程序设计程序设计3.1 M文件文件3.2 程序控制结构程序控制结构3.3 函数文件函数文件3.4 程序举例程序举例3.5 程序调试程序调试MATLAB虽然是一种科学计算语言，但具有C等计算机高级语言的语言特征，可以很方便的实现程序控制。利用该程序控制功能，可以将有关MATLAB的命令变成程序存储在一个文件里（该文件成为M文件），在运行该文件，MATLAB 将自动依次执行M文件中的各条命令，直至全部执行完毕。这就使MATLAB的程序设计。3.1 M文件文件3.1.1 M文件概述文件概述用用MATLAB语言编写的程序，称为语言编写的程序，称为M文件文件。M文件是由若干文件是由若干MATLAB命令组合在一齐构成命令组合在一齐构成的，它可以完成某些操作，也可以实现某些算法。的，它可以完成某些操作，也可以实现某些算法。M文件可以根据调用方式的不同分为两类：文件可以根据调用方式的不同分为两类：命令文件命令文件(Script File)和和函数文件函数文件(Function File)。（由于它们的扩展名均为（由于它们的扩展名均为m，故成为，故成为m文件）。文件）。命令文件命令文件(脚本文件脚本文件)和和函数文件的区别函数文件的区别1命令文件无输入参数，也不返回参数；函数文件可以有参数，也可以返回参数；2命令文件对工作空间中的变量进行操作，且文件中的所有命令的执行结果也完全返回到工作空间。函数文件中的变量在该函数执行完毕后将被删除。3只要在命令窗口中出入命令文件的名字该文件既可执行；而函数文件必须以汗溼调用的方式来调用。例例3-1 分别建立命令文件和函数文件，将华氏温度分别建立命令文件和函数文件，将华氏温度f转换为摄氏温度转换为摄氏温度c。程序程序1：首先在首先在M M文件编辑器文件编辑器中建立命令文件并以文件名中建立命令文件并以文件名f2c.mf2c.m存盘。存盘。在在M M文件编辑器文件编辑器中输入下面三个命令中输入下面三个命令clear;%清除工作空间中的变量清除工作空间中的变量f=input(Input Fahrenheit temperature：)c=5*(f-32)/9然后在然后在MATLAB的命令窗口中输入的命令窗口中输入f2c，将会执行该，将会执行该命令文件，执行情况为：命令文件，执行情况为：Input Fahrenheit temperature：73c=22.7778在在M M文件编辑器文件编辑器中输入下面三个命令中输入下面三个命令在命令窗口中输入在命令窗口中输入f2c，将会执行该命令文件，将会执行该命令文件程序程序2：首先首先在在M M文件编辑器文件编辑器中中建立函数文件建立函数文件f2c1.m。function c=f2c1(f)c=5*(f-32)/9然后在然后在MATLAB的命令窗口调用该函数文件。的命令窗口调用该函数文件。clear;y=input(Input Fahrenheit temperature：);x=f2c1(y)输出情况为：输出情况为：Input Fahrenheit temperature：70c=21.1111x=21.1111在在M M文件编辑器文件编辑器中中建立函数文件建立函数文件f2c1.m。在在MATLAB的命令窗口调用该函数文件的命令窗口调用该函数文件3.1.2 M文件的建立与打开文件的建立与打开 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。提供的文本编辑器。1建立新的建立新的M文件文件 为建立新的为建立新的M文件，启动文件，启动MATLAB文本编辑器有文本编辑器有3种方法：种方法：(1)菜单操作。从菜单操作。从MATLAB主窗口的主窗口的File菜单中选菜单中选择择New菜单项，再选择菜单项，再选择M-file命令，屏幕上将出现命令，屏幕上将出现MATLAB 文本编辑器窗口。文本编辑器窗口。(2)命令操作。在命令操作。在MATLAB命令窗口输入命令命令窗口输入命令edit，启动，启动MATLAB文本编辑器后，输入文本编辑器后，输入M文件的内文件的内容并存盘。容并存盘。(3)命令按钮操作。单击命令按钮操作。单击MATLAB主窗口工具栏主窗口工具栏上的上的New M-File命令按钮，启动命令按钮，启动MATLAB文本编文本编辑器后，输入辑器后，输入M文件的内容并存盘。文件的内容并存盘。建立新的建立新的M文件文件2打开已有的打开已有的M文件文件 打开已有的打开已有的M文件，也有文件，也有3种方法：种方法：(1)菜单操作。从菜单操作。从MATLAB主窗口的主窗口的File菜菜单中选择单中选择Open命令，则屏幕出现命令，则屏幕出现Open对话对话框，在框，在Open对话框中选中所需打开的对话框中选中所需打开的M文文件。在文档窗口可以对打开的件。在文档窗口可以对打开的M文件进行编文件进行编辑修改，编辑完成后将辑修改，编辑完成后，将M文件存盘。文件存盘。(2)命令操作。在命令操作。在MATLAB命令窗口输入命命令窗口输入命令：令：edit 文件名，则打开指定的文件名，则打开指定的M文件。文件。(3)命令按钮操作。单击命令按钮操作。单击MATLAB主窗口工主窗口工具栏上的具栏上的Open File命令按钮，再从弹出的命令按钮，再从弹出的对话框中选择所需打开的对话框中选择所需打开的M文件。文件。3.2 程序控制结构程序控制结构程序分为程序分为3中结构：中结构：顺序结构、选择结构、循环结构顺序结构、选择结构、循环结构3.2.1 顺序结构顺序结构是按照程序中语句的排列顺序由第一句依次执行至最后一句。是按照程序中语句的排列顺序由第一句依次执行至最后一句。1数据的输入数据的输入从键盘输入数据，则可以使用从键盘输入数据，则可以使用input函数来进行，该函数的调用函数来进行，该函数的调用格式为：格式为：A=input(提示信息，选项提示信息，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。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。如果在如果在input函数调用时采用函数调用时采用s选项，则允许用户输入一个字选项，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：符串。例如，想输入一个人的姓名，可采用命令：xm=input(Whats your name?s);2数据的输出数据的输出 MATLAB提供的命令窗口输出函提供的命令窗口输出函数主要有数主要有disp函数，其调用格式为函数，其调用格式为 disp(输出项输出项)其中输出项既可以为字符串，也可其中输出项既可以为字符串，也可以为矩阵。以为矩阵。注意：用注意：用disp函数显示矩阵时将不显函数显示矩阵时将不显示矩阵的名字或示矩阵的名字或ans=，而且输出，而且输出格式更加紧凑，见下图格式更加紧凑，见下图 例例3-2 输入输入x,y的值，并将它们的值互换后的值，并将它们的值互换后输出。输出。程序如下：程序如下：x=input(Input x please.);y=input(Input y please.);z=x;x=y;y=z;disp(x);disp(y);结果见下图结果见下图例例3-3 求一元二次方程求一元二次方程ax2+bx+c=0的根。的根。程序如下：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);建立名为roots1的命令文件在命令窗中输入roots13程序的暂停程序的暂停 暂停程序的执行可以使用暂停程序的执行可以使用pause函数，函数，其调用格式为其调用格式为：pause(延迟秒数延迟秒数)如果省略延迟时间，直接使用如果省略延迟时间，直接使用pause，则将暂停程序，直到用户按任一键后则将暂停程序，直到用户按任一键后程序继续执行。程序继续执行。若要强行中止程序的运行可使用若要强行中止程序的运行可使用Ctrl+C命令。命令。3.2.2 选择结构（必须由选择结构（必须由End语句结束）语句结束）是根据给定的条件成立或不成立，分别执行是根据给定的条件成立或不成立，分别执行不同的语句。常用的有不同的语句。常用的有if,switch,try语句语句1if语句语句 在在MATLAB中，中，if语句有语句有3种格式。种格式。(1)单分支单分支if语句：语句：if 条件条件 语句组语句组 end当条件成立时，则执行语句组，执行完之后当条件成立时，则执行语句组，执行完之后继续执行继续执行if语句的后继语句，若条件不成立，语句的后继语句，若条件不成立，则直接执行则直接执行if语句的后继语句。语句的后继语句。(2)双分支双分支if语句语句（完整条件句（完整条件句）if 条件条件 语句组语句组1 else 语句组语句组2 end 当条件成立时，执行语句组当条件成立时，执行语句组1，否则执行语，否则执行语句组句组2，语句组，语句组1或语句组或语句组2执行后，再执行执行后，再执行if语句的后继语句。语句的后继语句。例例3-4 计算分段函数的值。计算分段函数的值。程序如下：程序如下：x=input(请输入请输入x的值的值:);if x=A&c=a&c=0&c=9 disp(abs(c)-abs(0);else disp(c);end条件1条件2条件m语句组1语句组2语句组m语句组n不成立不成立不成立成立成立成立多分支if语句的执行过程2switch语句语句 switch语句根据表达式的取值不同，分别执行不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：同的语句，其语句格式为：switch 表达式表达式 case 表达式表达式1 语句组语句组1 case 表达式表达式2 语句组语句组2 case 表达式表达式m 语句组语句组m otherwise 语句组语句组n end求表达式的值KK=值1？K=值2？K=值m？语句组nswich语句的下一句语句组1语句组2语句组m是是是否swich语句的执行过程否否当表达式的值等于表达式当表达式的值等于表达式1的值时，的值时，执行语句组执行语句组1，当表达式的值等于，当表达式的值等于表达式表达式2的值时，执行语句组的值时，执行语句组2，当表达式的值等于表达式，当表达式的值等于表达式m的值的值时，执行语句组时，执行语句组m，当表达式的值，当表达式的值不等于不等于case所列的表达式的值时，所列的表达式的值时，执行语句组执行语句组n。当任意一个分支的。当任意一个分支的语句执行完后，直接执行语句执行完后，直接执行switch语语句的下一句。句的下一句。例例3-6 某商场对顾客所购买的商品实行打折某商场对顾客所购买的商品实行打折销售，标准如下销售，标准如下(商品价格用商品价格用price来表示来表示)：price200 没有折扣没有折扣 200price500 3%折扣折扣 500price1000 5%折扣折扣 1000price2500 8%折扣折扣 2500price 0)sum mean=sum/cnt%求平均值求平均值end3break语句和语句和continue语句语句 与循环结构相关的语句还有与循环结构相关的语句还有break语句和语句和continue语句。它们一般与语句。它们一般与if语句配合使用。语句配合使用。break语句用于语句用于终止循环终止循环的执行。当在循环体的执行。当在循环体内执行到该语句时，程序将跳出循环，继内执行到该语句时，程序将跳出循环，继续执行循环语句的下一语句。续执行循环语句的下一语句。continue语句语句控制跳过循环体中的某些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，继续下一次过循环体中所有剩下的语句，继续下一次循环。循环。例例3-12 求求100，200之间第一个能被之间第一个能被21整除的整数。整除的整数。程序如下：程序如下：for n=100:200if rem(n,21)=0%利用利用rem函数（求余数）求出函数（求余数）求出n/21的余数的余数 continue%当执行到该语句时，程序将跳过循环体中所有剩下的语当执行到该语句时，程序将跳过循环体中所有剩下的语 句，继续下一次循环句，继续下一次循环。endbreak%执行到该语句时，程序将跳出循环，继续执行循环执行到该语句时，程序将跳出循环，继续执行循环 语句的下一语句。语句的下一语句。endn4循环的嵌套循环的嵌套 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循环的嵌套，或称为多重循环结构。例例3-13 若一个数等于它的各个真因子之和，则称该数为完若一个数等于它的各个真因子之和，则称该数为完数，如数，如6=1+2+3，所以，所以6是完数。求是完数。求1,500之间的全部完数。之间的全部完数。for m=1:500s=0;for k=1:m/2 if rem(m,k)=0 s=s+k;end end if m=s disp(m);endend 3.3 函数文件函数文件函数文件是另一种形式的函数文件是另一种形式的M文件，每一个函数文件都用文件，每一个函数文件都用来定义某一个函数。来定义某一个函数。3.3.1 函数文件的基本结构函数文件的基本结构 函数文件由函数文件由function语句引导，其基本结构为：语句引导，其基本结构为：function 输出形参表输出形参表=函数名函数名(输入形参表输入形参表)注释说明部分注释说明部分 函数体语句函数体语句以以functionfunction开头的一行为引导行，表示该开头的一行为引导行，表示该M M文件是一个函数文件。文件是一个函数文件。函数名的命名规则与变量名相同；函数名的命名规则与变量名相同；函数名应与函数文件名一致。函数名应与函数文件名一致。输入形参为函数的输入参数，输入形参为函数的输入参数，输出形参为函数的输出参数。输出形参为函数的输出参数。输出形参两个以上时用方括号括起来，一个不括输出形参两个以上时用方括号括起来，一个不括当输出形参多于一个时，则应该用方括号括起来。当输出形参多于一个时，则应该用方括号括起来。注视说明语句用注视说明语句用%引导，不参与命令的执行，可以省略。引导，不参与命令的执行，可以省略。说明：（1）关于函数文件名称函数文件名称通常由函数名再加上扩展名.m组成，函数文件名与函数名也可以不同。当两者不同时matlab将忽略函数名而确认函数文件名。建议最好把文件名和函数名统一，以免出错。（2）关于注释说明部分。注释说明包括3部分内容：紧随函数文件引导行之后以%开头的第一注释行。这一行一般包括大写的函数文件名和函数功能简要描述，供lookfor关键词查询和help在线帮助。第一注释行及之后连续的注释行，通常包括函数输入输出参数的含义及调用格式说明信息，构成全部在线帮助文件在线帮助文本相隔一空行的注释行，包括函数文件编写和修改的信息，如作者，修改日期，版本等内容，用于软件档案管理。（3）关于return语句，如果在函数文件中插入return语句，则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，在函数文件中也可以不用return语句，这时在被调用函数执行完成后自动返回。例例3-14 编写函数文件求半径为编写函数文件求半径为r的圆的面积和周长。的圆的面积和周长。函数文件如下：函数文件如下：function s,p=fcircle(r)%函数名为函数名为fcircle r为输入形参为输入形参%CIRCLE calculate the area and perimeter of a circle of radii r%r 圆半径圆半径%s 圆面积圆面积%p 圆周长圆周长%2004年年7月月30日编日编s=pi*r2;p=2*pi*r;3.3.2 函数调用函数调用函数调用的一般格式是（函数调用的一般格式是（在命令窗口中输入在命令窗口中输入）输出输出实参实参表表=函数名函数名(输入输入实参实参表表)要注意的是，要注意的是，函数调用时各函数调用时各实参实参出现的顺出现的顺序、个数，应与函数定义时序、个数，应与函数定义时形参形参的顺序、的顺序、个数一致，否则会出错。个数一致，否则会出错。函数调用时，先函数调用时，先将实参传递给相应的形参，从而实现参数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。传递，然后再执行函数的功能。例例3-15 利用函数文件，实现直角坐标利用函数文件，实现直角坐标(x,y)与极坐标与极坐标(,)之间的转换。之间的转换。函数文件名为函数文件名为tran.m：function rho,theta=tran(x,y)rho=sqrt(x*x+y*y);theta=atan(y/x);调用调用tran.m的命令文件的命令文件main.m：x=input(Please input x=:);y=input(Please input y=:);rho,the=tran(x,y);rhothe 在在MATLAB中，函数可以嵌套调用，即一个函数可中，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。自身称为函数的递归调用。例例3-16 利用函数的递归调用，求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：本身就是以递归的形式定义的：显然，求显然，求n!需要求需要求(n-1)!，这时可采用递归调，这时可采用递归调用。递归调用函数文件用。递归调用函数文件factor.m如下：如下：function f=factor(n)if n2)求求Fibonacci数列的第数列的第20项。项。例例3-23 根据矩阵指数的幂级数展开式求根据矩阵指数的幂级数展开式求矩阵指数。矩阵指数。3.5 程序调试程序调试3.5.1 程序调试概述程序调试概述一般来说，应用程序的错误有两类，一类是一般来说，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。语法语法错误，另一类是运行时的错误。语法错误包括词法或文法的错误，例如函数名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。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。误，这类错误也称为程序逻辑错误。3.5.2 调试器调试器1Debug菜单项菜单项该菜单项用于程序调试，需要与该菜单项用于程序调试，需要与Breakpoints菜单项配合使用。菜单项配合使用。2Breakpoints菜单项菜单项该菜单项共有该菜单项共有6个菜单命令，前两个是用于在个菜单命令，前两个是用于在程序中设置和清除断点的，后程序中设置和清除断点的，后4个是设置停个是设置停止条件的，用于临时停止止条件的，用于临时停止M文件的执行，并文件的执行，并给用户一个检查局部变量的机会，相当于给用户一个检查局部变量的机会，相当于在在M文件指定的行号前加入了一个文件指定的行号前加入了一个keyboard命令。命令。3.5.3 调试命令调试命令 除了采用调试器调试程序外，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类似，具体使用方法请读者查询MATLAB帮助文档。帮助文档。此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！