Matlab程序设计.ppt

MatlabMatlab程序设计与应用程序设计与应用程序设计与应用程序设计与应用Matlab Programming&Its ApplicationMatlab Programming&Its Application第四章第四章 MatlabMatlab程序设计程序设计TONG Xiao-zhong信息物理工程学院4.1M文件4.2程序控制结构4.3函数文件4.4程序调试4.5 程序设计优化本章内容：本章内容：5/23/202414.1 M4.1 M文件文件如何开始编辑程序editedit程序后缀为m5/23/20242两种m文件脚本Script和函数function.m文件脚本程序函数程序参数没有输入参数，也不返回参数可以接受参数，也可以返回参数数据处理的数据即为命令区的数据函数里面的变量为局部变量，但也可以设外部变量应用经常用于一连串费时的指令上扩充Matlab函数库，以及特殊应用上表：两种表：两种m m文件的比较文件的比较5/23/20243Matlab脚本程序的基本结构prog1.m 脚本程序范例，画出花瓣angle=-pi:0.01:pi;dp(1,:)=sin(10*angle).2;polar(angle,dp(1,:);5/23/20244脚本程序可调用Matlab工作域内所有数据，且产生的变量均为全局变量以引导的是注释行，不可执行运行此程序前，要将此m文件放在当前目录5/23/20245Matlab函数程序的基本结构comp.m 函数程序范例function y=comp(x)%comp(x):comp(x)=(x+10)2*x;z=x+10;y=z.2*x;return y%函数结束并返回y 5/23/20246函数程序定义的局部变量仅在内部有效文件名与函数名对应help命令可查看该m文件第一块连续的注释应在第一块连续注释中包含函数的特征信息5/23/20247函数设计中可以接受不同数目,类型参数function out=arg_adjust(a,b,c)%本函数用以示例输入不同数目参数的设计if(nargin=1)out=a;elseif(nargin=2)out=(a.2+b.2);elseif(nargin=3)out=(a*b*c)/2;end5/23/20248参数与变量局部变量与全局变量变量名称开头必须是一个英文字母，后可接字母、数字和下划线变量名区分大小写变量默认为局部变量，global申明全局变量5/23/202494.2 流程控制Matlab提供四种基本流程控制表：四种基本流程控制功能表：四种基本流程控制功能关键字关键字功能功能if,else,elseif根据逻辑条件执行一系列运算switch,case,otherwise根据条件值选择执行项目while根据逻辑条件决定循环次数for执行固定次数的循环5/23/202410选择语句if 判断表达式 执行语句endif 判断表达式 执行语句else 执行语句endif 判断表达式一 执行语句块一elseif 判断表达式二 执行语句块二elseif 判断表达式三 执行语句块三else 执行语句块四end5/23/202411 If If语句语句 if语句称为条件执行语句。其关键字包括if、else、elseif和end。格式之一格式之一：if 表达式表达式 语句组语句组A end其工作流程如图所示。注注意意：语句中的end是决不可少的，没有它，在逻辑表达式为0时，就找不到继续执行程序的入口。5/23/202412 格式之二：格式之二：if 表达式表达式 语句组语句组A else 语句组语句组B end其工作流程如图所示。5/23/202413 格式之三：格式之三：if 表达式表达式1 语句组语句组A elseif 表达式表达式2 语句组语句组B else 语句组语句组C end工作流程原理如图所示。5/23/202414选择语句else部分可以是复合语句或其他控制语句if语句嵌套时，if和else必须对应else子句中嵌套if时，形成elseif结构，可实现多路选择结构5/23/202415分支语句switch 分支条件（数值或字符串）case 数值(或字符串)条件一 执行语句一 case 数值(或字符串)条件二 执行语句二 otherwise 执行语句Nend5/23/202416分支语句R=input(Who are you?)switch R case Mike display(Have a nice day,Mike!)case Rose display(You look good,Rose.)case Jerry display(Long time no see,Jerry)otherwise display(Nice to meet you.)end5/23/202417分支语句Matlab的switch无C语言的breakMatlab只执行第一个检验成功的caseC语言检验全部case5/23/202418循环语句for循环（对循环次数的判断）例：例：for i=1:5for i=1:5 for j=1:6 for j=1:6 a(i,j)=1/(i+j-1);a(i,j)=1/(i+j-1);end endendendfor 计数器初始值：增量：终止值 指令end5/23/202419循环语句for循环一定以end结束，中间的都认为是循环内容避免用i,j作循环变量名，它们是虚数单位循环语句中的分号；可屏蔽中间结果输出循环语句锯齿形对齐，易读for循环效率不如向量运算的高5/23/202420循环语句练习：使用for循环语句实现计算n!function result=factorial(n)%using for loopif(n=0)returnelse result=1;for i=1:1:n result=result*i;endend5/23/202421循环语句 例 已知求y的表达式，当n=100时，求y的值。程序如下：y=0;n=100;for i=1:n y=y+1/i/i;end y 为提高程序的执行速度，常用向量运算向量运算来代替循环操作：n=100;i=1:n;f=1./i.2;y=sum(f)效率更高效率更高5/23/202422循环语句while循环（对逻辑条件判断）例：例：n=1;m=9;a=0;n=1;m=9;a=0;while nmwhile nm a=a+n*m;a=a+nm;n=n+1;n=n+1;m=m-2;m=m-2;endend运算指令while 循环条件 指令end5/23/202423while语句为条件循环语句，循环执行一组语句，执行次数不确定，而是决定于一些逻辑条件。其关键字包括while、end、break等。基本调用格式：while 表达式表达式 语句语句A end5/23/202424循环语句练习：使用while循环语句实现计算n!function result=factorial(n)%using while loopif(n=0)result=1;else result=1;i=1;while in i=i+1;result=result*i;endend5/23/2024254.3 函数文件函数文件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 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。5/23/202426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。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。5/23/202427例：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=factor(n)if nm_file_name(回回车)?Undefined function or variable m_file_name.可能出可能出错原因：原因：1.程序文件名程序文件名错2.大小大小写写错3m文件不在搜索路文件不在搜索路径径中中改正改正对策：策：1.核核对文件名文件名2.检查大小大小写写，统一命名一命名风格格3.拷拷贝到或包含路到或包含路径径5/23/202430常见错误二：操作符错 operator (回回车)?operator|missing operator,comma,or semi-colon.可能出可能出错原因：原因：1.错用或漏用操作符，不恰用或漏用操作符，不恰当当的逗的逗号号、分、分号号等等2.运运行程序文件，但加了后行程序文件，但加了后缀.m，Matlab认为是是变量量运运算算改正改正对策：策：1.检查操作符操作符2.去掉文件名后去掉文件名后缀5/23/202431例：矩阵阶数不符的情况A=1,2;3,4;B=1,2,3;4,5,6;7,8,9;A*B?Error using =*Inner matrix dimension must agree.5/23/202432其他常用调试方法将每步执行结果输出到命令窗口，检查中间结果去除屏蔽输出的 ;号注意变量的值的变化5/23/202433其他常用调试方法逐部分注释可疑代码如何快速注释大段代码？5/23/202434尽量使用Matlab已有函数使用经测试过的功能程序MathWorks网站FileExchange5/23/2024354.5 程序设计优化 例 已知求y的表达式，当n=100时，求y的值。程序如下：y=0;n=100;for i=1:n y=y+1/i/i;end y 为提高程序的执行速度，常用向量运算向量运算来代替循环操作：n=100;i=1:n;f=1./i.2;y=sum(f)效率更高效率更高使用向量操作5/23/202436数据预定义Matlab中不必预先定义越界赋值时，系统额外操作预估变量最大维数function y=test1for i=1:50 y(i)=det(pascal(i);endfunction y=test2y=zeros(50,1);for i=1:50y(i)=det(pascal(i);end test2运行时间显著少于test1。使用cputime函数分析两种方式的优劣。5/23/202437发挥MATLAB的最高性能加速代码的常用技巧 vhttp:/ 矩阵存储管理 vhttp:/ 5/23/202438数据的取舍与保留数据的取舍与保留1向向0方向取整数函数方向取整数函数fix格式：格式：I=fix(X)返回X中每个元素的最靠近零的整数。若X为复数，则分别对X的实部和虚部取整。2向向-方向取整数函数方向取整数函数floor格式：格式：I=floor(X)返回X中每个元素的最靠近该元素的最小整数。若X为复数，则分别对X的实部和虚部取最小整。3向向-方向取整数函数方向取整数函数ceil格式：格式：I=ceil(X)返回X中每个元素的最靠近该元素的最大整数。若X为复数，则分别对X的实部和虚部取最大整数。4四舍五入取整数函数四舍五入取整数函数round格式：格式：I=round(X)返回X中每个元素的最靠近该元素的整数。若X为复数，则分别对X的实部和虚部取整数。5/23/2024395模数余函数模数余函数mod格式：格式：M=mod(X，Y)返回X关于Y的余数。6除后余数函数除后余数函数rem格式：格式：M=rem(X，Y)功能：返回X关于Y的余数。7符号函数符号函数sign格式：格式：s=sign(X)如果X大于零，则返回1；如果X等于零，则返回0；如果X小于零，则返回-1。如果X为复数，则算法为：SIGN(X)=X./ABS(X)。5/23/202440练习：练习：用/411/3+1/5-1/7求的近似值，直到某一项绝对值小于106为止.n=1e+20;y=0;for i=1:n y=y-(-1)i/(2*i-1);if(1/i)=1e-6)y=y-(-1)m/(2*m-1);m=m+1;endy=y*4 5/23/202441