Matlab程序設(shè)計(jì)第4章

1、第4章 Matlab程序設(shè)計(jì) Mtatlab程序設(shè)計(jì)既有傳統(tǒng)高級語言的特征，又有自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在Matlab程序設(shè)計(jì)時，充分利用Matlab數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可以使程序結(jié)構(gòu)簡單、編程效率高。本章介紹有關(guān)Matlab程序控制結(jié)構(gòu)以及程序設(shè)計(jì)的基本方法。Matlab在執(zhí)行命令時，一種交互的命令執(zhí)行方式，在命令窗口逐條輸入指令，執(zhí)行時Matlab逐條解釋執(zhí)行。這種方式雖然簡單、直觀，但速度慢，執(zhí)行過程不保留，當(dāng)某些操作需要反復(fù)進(jìn)行時，更使人感到不便。另一種M文件的程序執(zhí)行方式，是將有關(guān)命令變成程序存儲在一個文件中（M文件）當(dāng)需要運(yùn)行時，直接調(diào)用運(yùn)行，運(yùn)行時Matlab就自動依次執(zhí)行該文件中的命令4.

2、1 M文件一、M文件的分類通常，M文件可分為兩大類這里通過一個例題加以說明 這兩種Matlab程序代碼所編寫的文件通常都是以“.m”為擴(kuò)展名，因此都統(tǒng)稱為M文件。M函數(shù)文件是Matlab的主流。Matalb本身的一系列工具箱的內(nèi)部函數(shù)就是Matlab的開發(fā)者設(shè)計(jì)的一些M函數(shù)，提供給我們使用。 我們也可以根據(jù)我們的需要，開發(fā)設(shè)計(jì)我們自己需要M函數(shù)在區(qū)間-6，6中的圖形例: 用matlab編寫一M文件和M函數(shù)繪制以下函數(shù)圖形x=-6:0.1:6;leng=length(x);for m=1:leng; if x(m)=0 y(m)=sin(x(m); elseif x(m)=3 y(m)=x(m)

3、; else y(m)=-x(m)+6; endendplot(x,y);grid用M文件形式編寫程序x=-6:0.1:6;leng=length(x);y=;for m=1:leng; if x(m)=0 y=y,sin(x(m); elseif x(m)=3 y=y,x(m); else y=y,-x(m)+6; endendplot(x,y);grid方法三：x=-6:0.1:6;y=(x=0&x3).*(-x+6);plot(x,y),grid on2、M函數(shù)的形式編寫程序function y=demofile(x)leng=length(x);for m=1:leng if x(m)

4、=0 y(m)=sin(x(m); elseif x(m)=3 y(m)=x(m); else y(m)=-x(m)+6 endend 編寫好該程序，保存時Matlab自動以demofile為函數(shù)名存入內(nèi)存。當(dāng)需要運(yùn)行該程序時在Matlab命令窗口鍵入function y=demofile1(x)y=(x=0&x3).*(-x+6);plot(x,y),grid onx=-6:0.1:6;y=demofile(x); %自動調(diào)用demofile.mplot(x,y);grid從例題中我們看到了，M函數(shù)和M腳本的不同，這里主要介紹M函數(shù)的基本格式M函數(shù)文件基本格式： 函數(shù)聲明行 H1行（用%開頭

5、的注釋行） 在線幫助文本（用%開頭） 編寫和修改記錄（用%開頭） 函數(shù)體x=-6:0.1:6;y=demofile1(x); 例：用M腳本文件和M函數(shù)文件兩方式，編寫二階系統(tǒng)時間響應(yīng)曲線%M腳本文件程序%Ex0401 二階系統(tǒng)時域曲線%畫阻尼系數(shù)為0.3的曲線t=0:0.1:20;y1=1-1/sqrt(1-0.32)*exp(-0.3*t).*sin(sqrt(1-0.32)*t+acos(0.3);plot(t,y1,r)M腳本文件function y=Ex0402(zeta)% 二階系統(tǒng)時域曲線%Ex0402 %zeta 阻尼系數(shù)%y 時域響應(yīng)%copyright 2009-3-4t=0

6、:0.1:20;y1=1-1/sqrt(1-zeta2)*exp(-zeta*t).*sin(sqrt(1-zeta2)*t+acos(zeta);plot(t,y1,r)M函數(shù)文件第一行一定為函數(shù)聲明行H1行（用%開頭的注釋行）一般在空一行進(jìn)行作編寫和修改記錄（用%開頭）可在命令窗口輸入help和lookfor命令查看幫助信息 help Ex0402 二階系統(tǒng)時域曲線 Ex0402 zeta 阻尼系數(shù) y 時域響應(yīng) copyright 2009-3-4 lookfor 階系統(tǒng)時域曲線Ex0402.m: % 二階系統(tǒng)時域曲線help命令顯示M文件的第一個連續(xù)注釋快lookfor命令顯示第一行注

7、釋，lookfor命令的查找必須是Matlab搜索路徑上的文件 Matlab的腳本文件（script File）比較簡單，當(dāng)需要在命令窗口運(yùn)行大量的命令時，直接從命令窗口輸入比較麻煩，可以打開M文件編輯器，將這組命令存放在腳本文件中，運(yùn)行時只要輸入腳本文件名，Matlab就會自動執(zhí)行該文件。例：在M文件編輯/調(diào)試器窗口中編寫M腳本文件繪制二階系統(tǒng)的多條時域曲線，（1）單擊Matlab桌面上的 圖標(biāo)打開M文件編輯器（2）將命令全部寫入M編輯器中，在第一行加入注釋“%Ex0403 二階系統(tǒng)時域曲線”,保存文件為Ex0403.m%Ex0403 二階系統(tǒng)時域曲線t=0:0.1:20;y1=1-1/sq

8、rt(1-0.32)*exp(-0.3*t).*sin(sqrt(1-0.32)*t+acos(0.3);plot(t,y1,r)hold ony2=1-1/sqrt(1-0.72)*exp(-0.7*t).*sin(sqrt(1-0.72)*t+acos(0.7);plot(t,y2,g)y3=1-exp(-t).*(1+t);plot(t,y3,b) 選擇M文件編輯器選單“Debug/Save and Run”，就可以觀察運(yùn)行結(jié)果3、M文件的建立與打開M文件建立與打開各3種方法4.2 程序控制結(jié)構(gòu)Matlab的程序控制結(jié)構(gòu)有4種：順序結(jié)構(gòu)；選擇結(jié)構(gòu)；循環(huán)結(jié)構(gòu)。任何復(fù)雜的程序都可以有著3種基

9、本結(jié)構(gòu)構(gòu)成。一、順序結(jié)構(gòu) 順序結(jié)構(gòu)是指按照程序中語句的排列順序依次執(zhí)行，直到程序的最后一個語句。這也是最簡單的一種程序結(jié)構(gòu)。一般涉及數(shù)據(jù)的輸入、數(shù)據(jù)的計(jì)算或處理、數(shù)據(jù)的輸出等內(nèi)容。1、數(shù)據(jù)的輸入從鍵盤輸入數(shù)據(jù)，則可使用input函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，其格式： A=input(提示信息，選項(xiàng))；其中：提示信息-為字符串，用于提示用戶 輸入什么樣的數(shù)據(jù)A=input(輸入A矩陣:) %提示輸入A矩陣2、數(shù)據(jù)的輸出 Matlab提供的命令窗口輸出函數(shù)主要有disp函數(shù)，其調(diào)用格式為：disp(輸出項(xiàng))其中：輸出項(xiàng)-既可以是字符串、也 可以是矩陣?yán)纾篈=Helio,Tom; disp(A)輸出結(jié)果：Hello

10、,Tom例如：A=1 2 3;4 5 6;7 8 9; disp(A)輸出結(jié)果： 1 2 3 4 5 6 7 8 9例：求解一元二次方程 a=input(a=?);b=input(b=?);c=input(c=?);d=b2-a*4*c;x=(-b+sqrt(d)/(2*a),(-b-sqrt(d)/(2*a);disp(x1=,num2str(x(1),x2=,num2str(x(2)a=?4b=?78c=?54x1=-0.7188 x2=-18.7812輸出結(jié)果：a=?23b=?-6c=?51x1=0.13043+1.4834i x2=0.13043-1.4834iMatlab中程序暫停函

11、數(shù)的調(diào)用格式pause(延時秒數(shù)) 若省去延時秒數(shù)，直到用戶按任意鍵程序繼續(xù)執(zhí)行，按Ctrl+C強(qiáng)行中止程序的執(zhí)行2、選擇結(jié)構(gòu) 選擇結(jié)構(gòu)是根據(jù)給定條件成立或不成立，分別執(zhí)行不同的語句。Matlab中用于選擇結(jié)構(gòu)的語句有if語句；switch語句；try語句。1）if語句Matlab中，if語句有3種格式格式：if 條件 語句組 end單分支if語句雙分支if語句格式：if 條件 語句組1 else 語句組2 end多分支if語句格式：if 條件1 語句組1 elseif 條件2 語句組2 elseif 條件m 語句組m else 語句組n end條件1條件2條件m語句組1語句組2語句組m語句組

12、n成立成立成立不成立不成立不成立多分支if語句的執(zhí)行過程結(jié)構(gòu)框圖例如：計(jì)算分段函數(shù)運(yùn)用單分支if語句編程x=input(請輸入的值); y=cos(x+1)+sqrt(x*x+1); if x=10 y=x*sqrt(x+sqrt(x);endy運(yùn)用雙分支if語句編程x=input(請輸入的值);if x=10 y=cos(x+1)+sqrt(x*x+1); else y=x*sqrt(x+sqrt(x);endyx=input(請輸入的值);if x=10 y=x*sqrt(x+sqrt(x);else y=cos(x+1)+sqrt(x*x+1); endy例如：利用if結(jié)構(gòu)計(jì)算二階系統(tǒng)的

13、時域響應(yīng)，根據(jù)阻尼系數(shù)0zeta0)&(zeta *Inner matrix dimensions must agree.輸出結(jié)果2、循環(huán)結(jié)構(gòu) 循環(huán)是指按照給定的條件，重復(fù)執(zhí)行指定的語句，這是十分重要的一種程序結(jié)構(gòu)。Matlab提供了兩種實(shí)現(xiàn)循環(huán)的結(jié)構(gòu)語句for語句；while語句For語句（步長的默認(rèn)值為1）格式： for 循環(huán)變量=循環(huán)初值：步長：終值 循環(huán)體語句 end分別求循環(huán)的初值、步長、終值將循環(huán)的初值賦給循環(huán)變量ii在是否在初值和終值之間循環(huán)體語句i增加1個步長是否例如：一個3位整數(shù)，其各位數(shù)字的立方和等于該數(shù)本身則稱為水仙花數(shù)，求出100999之間的全部水仙花數(shù)。for m=1

14、00:999; m1=fix(m/100); %求m的百位數(shù)字，fix向零方向取整P30 m2=rem(fix(m/10),10); %求m的十位數(shù)字 m3=rem(m,10); %求m的個位數(shù)字 if m=m1*m1*m1+m2*m2*m2+m3*m3*m3 disp(m) endendMatlab程序 例：求1+3+5+100的值% 數(shù)組求和sm=0;for n=1:2:100; sm=sm+n;endsm程序分析：循環(huán)變量為n，n對應(yīng)為向量1:2:100,循環(huán)次數(shù)為向量1:2:100的列數(shù)，每次循環(huán)n取一個元素%用Matlab函數(shù)求和x=1:2:100s=sum(x)while語句格式：

15、while （條件） 循環(huán)體語句 end條件循環(huán)體語句不成立成立循環(huán)過程圖例如：從鍵盤輸入若干個數(shù)，當(dāng)輸入0時結(jié)束運(yùn)算，求這些數(shù)的平均值和它們的和Matlab程序sm=0;n=0;x=input(Enter a number (end in 0):);while(x=0) sm=sm+x; n=n+1; x=input(Enter a number (end in 0):);endif (n0) sm mean=sm/nend 例：利用while循環(huán)，求1+3+5+100的值%Ex0404 利用while循環(huán)求1+3+5+100的值sm=0;n=1;while n=100 sm=sm+n n=

16、n+2end Matlab程序程序分析：可見whileend循環(huán)的循環(huán)次數(shù)由表達(dá)式來決定，當(dāng)n=101時停止循環(huán)3、流程控制語句在程序執(zhí)行中，有一些可以控制程序流程的命令，下面主要介紹 break continue return pause keyboard input break語句 break語句用于終止for循環(huán)和while循環(huán)的執(zhí)行。當(dāng)遇到break時，則退出循環(huán)體，繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)體外的下一個語句。在嵌套循環(huán)中，break往往存在于內(nèi)層的循環(huán)中例：用if與break命令結(jié)合，停止while循環(huán)，計(jì)算1+3+5+100的值，當(dāng)和大于1000時終止計(jì)算%Ex0405 用break終止whil

17、e循環(huán)sm=0;n=1;while n=100 if sm1000 sm=sm+n n=n+2else breakendend 程序分析：whileend循環(huán)結(jié)構(gòu)嵌套ifelseend分支結(jié)構(gòu)，當(dāng)sm為1024時跳出while循環(huán)，終止運(yùn)算例：輸出100到150之間的第一個能被7整除的整數(shù)%E0408for n=100:120 if rem(n,7)=0 continue end break %得到第一個數(shù)后就終止循環(huán)endn continue語句 continue命令用于結(jié)束本次for或while循環(huán)，與break命令不同的是continue指結(jié)束本次循環(huán)而繼續(xù)進(jìn)行下次循環(huán)例：將if命令與c

18、ontinue命令結(jié)合，計(jì)算1100種所有素?cái)?shù)的和，判斷是否為素?cái)?shù)是將100以內(nèi)的每個數(shù)都被2 整除，不能被整除的就是素?cái)?shù)%Ex0406 用continue終止for循環(huán)sm=2;ss=0;y=2;for n=3:100 for m=2:fix(sqrt(n) if mod(n,m)=0 ss=1; %能被整除就用ss=1表示 break; %能被整除就跳出內(nèi)循環(huán) else ss=0; %不能被整除就用ss=0表示 end end if ss=1 continue; %能被整除就跳出本次循環(huán) end sm=sm+n; %100以內(nèi)的素?cái)?shù)之和 y=y,n; %所有的素?cái)?shù)endsm程序分析：fix

19、(sqrt(n)是將 取整；本程序?yàn)殡p重循環(huán)，兩個for循環(huán)嵌套還嵌套一個if結(jié)構(gòu)；當(dāng)mod(n,m)=0時就用break跳出判斷是否是素?cái)?shù)的內(nèi)循環(huán)，并繼續(xù)用continue跳出求素?cái)?shù)和的循環(huán)而繼續(xù)下依次外循環(huán)例：把100到120之間的能被7整除的整數(shù)輸出%Ex4047 for n=100:120 if rem(n,7)=0 %rem為求余數(shù)函數(shù)，判斷能否被7整除 continue %把不能被7整除的數(shù)去掉，判斷下個數(shù) end n %輸出能被7整除的數(shù)end程序分析：在for循環(huán)和while循環(huán)中，當(dāng)出現(xiàn)continue語句時，則跳出循環(huán)體所有剩余的語句，繼續(xù)下一個循環(huán)。在嵌套循環(huán)中，cont

20、inue控制執(zhí)行本循環(huán)中的下一次循環(huán)。例2：已知學(xué)生的名字和百分制分?jǐn)?shù)。要求根據(jù)學(xué)生的分?jǐn)?shù)分別采用“滿分”、“優(yōu)秀”、“良好”、“及格”、“不及格”表示學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。程序分析：本例使用了胞元數(shù)組。胞元數(shù)組的不同胞元允許放置不同類型的數(shù)據(jù)對每個胞元賦值時，被賦的值必須放置在“花括號”內(nèi)clear;%定義分?jǐn)?shù)段：滿分（100），優(yōu)秀（90-99），良好（80-89），及格（60-79），不及格（ global t whoYour variables are:t whos Name Size Bytes Class t 1x201 1608 double array (global)Grand t

21、otal is 201 elements using 1608 bytes三、函數(shù)參數(shù) Matlab的函數(shù)調(diào)用過程實(shí)際上就是參數(shù)傳遞的過程。 1、函數(shù)調(diào)用格式輸出參數(shù)1，輸出參數(shù)2，=函數(shù)名（輸入?yún)?shù)1，輸入?yún)?shù)2，）2、參數(shù)傳遞的規(guī)則 在Matlab中，函數(shù)具有自己的工作空間，函數(shù)內(nèi)變量與外界（包括其他函數(shù)和工作空間）的唯一聯(lián)系就是通過函數(shù)的輸入、輸出參數(shù)，輸入?yún)?shù)在函數(shù)中的任何變化，都僅在函數(shù)內(nèi)進(jìn)行，不會傳遞出去。function Ex0414()%Ex0414 參數(shù)傳遞繪制二階系統(tǒng)時域響應(yīng)z1=0.3;t1 y1=Ex0415(z1);plot(t1,y1)hold onz1=0.5;t

22、2 y2=Ex0415(z1);plot(t2,y2)z1=0.707;t3 y3=Ex0415(z1);plot(t3,y3)function t,y=Ex0415(zeta)%子函數(shù)，繪制二階系統(tǒng)時域響應(yīng)曲線t=0:0.1:20;y=1-1/sqrt(1-zeta2)*exp(-zeta*t).*sin(sqrt(1-zeta2)*t+acos(zeta);例如：使用輸入輸出參數(shù)來實(shí)現(xiàn)參數(shù)傳遞，繪制二階系統(tǒng)時域響應(yīng)曲線繪制程序分析：主函數(shù)Ex0414調(diào)用子函數(shù)Ex0415，子函數(shù)中的zeta為輸入函數(shù)，函數(shù)調(diào)用時將z1傳遞給子函數(shù)的zeta，子函數(shù)計(jì)算后將輸出參數(shù)t和y回傳給主函數(shù)t1，y

23、1；主函數(shù)調(diào)用子函數(shù)三次，后面2次參數(shù)的傳遞也是同樣的。3、函數(shù)參數(shù)的個數(shù)Matlab函數(shù)的調(diào)用有一個與其它語言不同特點(diǎn)：函數(shù)的輸入、輸出參數(shù)數(shù)目都可以變化，用戶可以根據(jù)參數(shù)的個數(shù)來編程。（1）nargin和nargout變量 在Matlab中有兩個特殊的變量nargin和nargout，函數(shù)的輸入、輸出個數(shù)可以通過nargin和nargout獲得， nargin用于獲得輸入?yún)?shù)的個數(shù)， nargout用于獲得輸出參數(shù)的個數(shù)格式 nargin %在函數(shù)體中獲取實(shí)際輸入變量的個數(shù) nargout %在函數(shù)體中獲取實(shí)際輸出變量的個數(shù) nargin(fun) %在函數(shù)體外獲取定義的輸入?yún)?shù)個數(shù) na

24、rgout (fun) %在函數(shù)體外獲取定義的輸出參數(shù)個數(shù)例如：計(jì)算兩個數(shù)的和，根據(jù)輸入的參數(shù)個數(shù)使用不同的運(yùn)算表達(dá)式在命令窗口調(diào)用Ex0416函數(shù)，分別使用2個、1個和無輸入?yún)?shù)觀察結(jié)果。此例計(jì)算輸入?yún)?shù)不能大于2functionsm,n=Ex0416(x,y)%Ex0416 參數(shù)個數(shù)可變，計(jì)算x和y的和if nargin=1 sm=x; % 輸入一個參數(shù)就計(jì)算與0的和elseif nargin=0 sm=0; %無輸入?yún)?shù)就輸出0else sm=x+y; %輸入的是兩參數(shù)就計(jì)算和endn=nargin;x=8;y=9;sm,n=Ex0416(x,y)functionsm,n=Ex0417(

25、varargin)%Ex0417 使用可變量vararginif nargin=0 %當(dāng)沒有輸入變量時的輸出0 sm=0; disp(No input )elseif nargin=1 %當(dāng)輸入變量為1個時，輸出該數(shù) sm=varargin1 else n=nargin; sm=0; for m=1:n sm=vararginm+sm endendn=nargin;例如：計(jì)算所有輸入變量的和程序說明：n為輸入?yún)?shù)的個數(shù)，sm為求和結(jié)果x=7;y=9;z=10;sm,n=Ex0417(x,y,z)4.4 程序調(diào)試 程序調(diào)試是程序設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，也是程序設(shè)計(jì)人員必須掌握的一種技能。Matlab提

26、供了相應(yīng)的程序調(diào)試功能。一、程序調(diào)試概述一般來說程序錯誤有兩類 語法錯誤：語法錯誤包括詞法和文法 運(yùn)行錯誤：是指程序運(yùn)行結(jié)果錯誤，又稱邏輯錯誤Matlab均能夠檢查出大部分的語法和文法錯誤，給出相應(yīng)的錯誤信息，并標(biāo)出錯誤在程序中的具體所在的行號。A=87;B=9.3;C=A+*B;例如：執(zhí)行后系統(tǒng)將給出? Error: File: C:MATLAB6p5workd3.m Line: 3 Column: 5Expected a variable, function, or constant, found *. Matlab對邏輯錯誤是無能為力的，不會給出任何錯誤信息，此時只能通過一些調(diào)試手段來發(fā)

27、現(xiàn)問題，最常見的辦法是通過獲取中間結(jié)果的方式來得到錯誤發(fā)生在程序的具體位置的信息二、matlab調(diào)試菜單 Matlab的M文件編輯器除了能夠編輯和修改文件外，還能對程序進(jìn)行調(diào)試。通過調(diào)試菜單（Debug)，可以查看和修改函數(shù)工作空間的變量，從而準(zhǔn)確的找出邏輯錯誤。通過調(diào)試菜單設(shè)置斷點(diǎn)可以使程序運(yùn)行到某一行暫停或逐行運(yùn)行幫助我們查找錯誤。1、控制單步運(yùn)行（Debug菜單）書中的Debug菜單圖Matlab7.1Matlab6.5Debug菜單中命令有 Step：單步運(yùn)行。每單擊一次，程序運(yùn)行一次，但不進(jìn)入函數(shù)；Step In：單步運(yùn)行。遇到函數(shù)時進(jìn)入函數(shù)內(nèi)，仍單步運(yùn)行Step Out：停止單步運(yùn)

28、行。如果是在函數(shù)中，跳出函數(shù)，如果不在函數(shù)中，直接運(yùn)行到下一個斷點(diǎn)處。Save and Run：儲存文件開始運(yùn)行。如果文件是已經(jīng)儲存過的，該選項(xiàng)變?yōu)镽un，Go Until Cursor：直接運(yùn)行到光標(biāo)所在的位置。 控制單步運(yùn)行菜單命令共有5個，在程序運(yùn)行之前，僅有Save and Run命令是激活的。只有當(dāng)程序中設(shè)置了斷點(diǎn)，且程序停止在第一個斷點(diǎn)處時其他菜單命令才被激活。2、斷點(diǎn)操作（Breakpoints 菜單）斷點(diǎn)設(shè)置操作命令有5個 Set/Clear Breakpoint：設(shè)置或清除斷點(diǎn)Set/Modify Conditional Breakpoint：設(shè)置或修改條件斷點(diǎn)。條件斷點(diǎn)可以使程序執(zhí)行到滿足一定條件時停止。Enable/Dsable Breakpoint：使斷點(diǎn)有效或無效。 Clear Breakpoint in All Files：清除所有斷點(diǎn)Stop If Errors / Warnings：在程序執(zhí)行出現(xiàn)錯誤或警告時，停止程序運(yùn)行，進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)。例如：下圖所示的編輯窗口，有一程序時設(shè)置斷點(diǎn)來控制程序執(zhí)行Matlab7.1將此項(xiàng)歸入Debu