第5章MATLAB程序設(shè)計

第五章程序設(shè)計5.1M文件5.2數(shù)據(jù)的輸入輸出5.3選擇結(jié)構(gòu)5.4循環(huán)結(jié)構(gòu)5.5函數(shù)文件5.6全局變量和局部變量補充程序設(shè)計注意事項：1)良好的代碼習(xí)慣；(1)變量名的定義簡單易懂；(2)程序結(jié)構(gòu)流程清晰；(3)詳細的注釋；2)與其它高級語言區(qū)別：(1)交互式語言，解釋性語言；(2)矩陣運算的思想；(3)…號表示續(xù)行；3)編程積累(1)在實踐中積累(2)注重交流5.1M文件1)概念:用戶把要實現(xiàn)的命令寫在一個以m文件作為擴展名的文件中，然后由系統(tǒng)進行解釋，運行出結(jié)果。2)格式:函數(shù)式M文件和腳本式M文件。(1)函數(shù)式M文件：第1句以Function語句作為引導(dǎo)；(2)腳本式M文件：命令的簡單疊加，與批處理文件類似。5.1.1基本概念(3)相同之處：以m文件作為擴展名的文本文件，都不進入命令窗口，而是由文本編輯器來創(chuàng)建外部文本文件；(4)不同之處：函數(shù)式M文件和腳本式M文件與MATLAB在通信方面不同；腳本式M文件運行產(chǎn)生的所有變量都是全局變量；而函數(shù)式M文件的所有變量除特別聲明外，均是局部變量；在MATLAB中的M文件絕大多數(shù)是函數(shù)式M文件。5.1.2M文件的建立與編輯1.建立新M文件:(1)菜單操作:MATLAB命令窗口的File菜單→New菜單項→M-file命令。(2)命令操作：輸入命令edit。(3)命令按鈕操作：單擊命令窗口工具欄上的“新建”2.編輯已有M文件：?。∽⒁猓嚎稍谄渌谋经h(huán)境下編輯。

例5.1建立一個腳本文件將變量a,b的值互換，然后運行該腳本文件。1）首先建立腳本文件并以文件名exch.m存盤：clear;a=1:10;b=[11,12,15,14;15,16,17,18];c=a;a=b;b=c;ab2）然后，在MATLAB的命令窗口中輸入exch，將會執(zhí)行該腳本文件。

例5.2建立一個函數(shù)文件將變量a,b的值互換，然后在命令窗口調(diào)用該函數(shù)文件。1）首先建立函數(shù)文件fexch.m：

function[a,b]=exch(a,b)c=a;a=b;b=c;2）然后在命令窗口調(diào)用該函數(shù)文件：clear;x=1:10;y=[11,12,15,14;15,16,17,18];[x,y]=fexch(x,y)5.1.3M文件性能剖析MATLAB提供的程序評述器可以記錄程序中每一步的運行時間；評述（profile）文件是提高文件運行的一種方法。5.2數(shù)據(jù)的輸入輸出5.2.1input函數(shù)1)調(diào)用格式為:A=input(提示信息,選項);2)說明:(1)提示信息為一個字符串，用于提示用戶輸入什么樣的數(shù)據(jù)。(2)如果在input函數(shù)調(diào)用時采用's'選項，則允許用戶輸入一個字符串。例如:想輸入一個人的姓名，采用命令：

xm=input('What''syourname?','s')5.2.2disp函數(shù)1)調(diào)用格式:disp(輸出項)2)說明：輸出項既可以為字符串，也可以為矩陣。注意：用disp函數(shù)顯示矩陣時將不顯示矩陣的名字，而且其格式更緊密，且不留任何沒有意義的空行。

例5.3求一元二次方程ax2+bx+c=0的根。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))]);

5.2.3pause函數(shù)1)調(diào)用格式：pause(延遲秒數(shù))2)說明：(1)如果省略延遲時間，直接使用pause，則將暫停程序，直到用戶按任一鍵后程序繼續(xù)執(zhí)行;(2)若要強行中止程序的運行可使用Ctrl+C命令。5.3選擇結(jié)構(gòu)5.3.1if語句(3種格式)1.單分支if語句1)語句格式：

if條件語句組

end2)說明：當條件成立時，則執(zhí)行語句組，執(zhí)行完之后繼續(xù)執(zhí)行if語句的后繼語句，若條件不成立，則直接執(zhí)行if語句的后繼語句。

2.雙分支if語句1)語句格式：

if條件語句組1else

語句組2end2)說明：當條件成立時，執(zhí)行語句組1，否則執(zhí)行語句組2，語句組1或語句組2執(zhí)行后，再執(zhí)行if語句的后繼語句。

例5.4計算分段函數(shù)值x=input('請輸入x的值:');ifx==10y=cos(x+1)+sqrt(x*x+1);elsey=x*sqrt(x+sqrt(x));end

3.多分支if語句1)語句格式：

if條件1

語句組1elseif條件2

語句組2……elseif條件m

語句組melse

語句組m+1end例5.5輸入一個字符:若為大寫字母，則輸出其后繼字符;若為小寫字母，則輸出其前導(dǎo)字符;若為數(shù)字字符則輸出其對應(yīng)的數(shù)值;若為其他字符則原樣輸出。c=input('請輸入一個字符','s');ifc>='A'&c<='Z'disp(setstr(abs(c)+1));elseifc>='a'&c<='z'disp(setstr(abs(c)-1));elseifc>='0'&c<='9'disp(abs(c)-abs('0'));elsedisp(c);end

5.3.2switch語句語句格式：

switch表達式

case表達式1

語句組1case表達式2

語句組2……case表達式m

語句組motherwise

語句組m+1end

例5.6某商場對顧客所購買的商品實行打折銷售，已知打折標準，求所售商品的實際銷售價格。price=input('請輸入商品價格');switchfix(price/100)case{0,1}rate=0;case{2,5,4}rate=5/100;casenum2cell(5:9)rate=5/100;casenum2cell(10:24)rate=8/100;casenum2cell(25:49)rate=10/100;otherwiserate=14/100;endprice=price*(1-rate)

5.3.3try語句1)語句格式：

try

語句組1catch

語句組2end2)說明：try語句先試探性執(zhí)行語句組1，如果語句組1在執(zhí)行過程中出現(xiàn)錯誤，則將錯誤信息賦給保留的lasterr變量，并轉(zhuǎn)去執(zhí)行語句組2。這種試探性執(zhí)行語句是其他高級語言所沒有的。

例5.7矩陣乘法運算要求兩矩陣的維數(shù)相容，否則會出錯。先求兩矩陣的乘積，若出錯，則自動轉(zhuǎn)去求兩矩陣的點乘。A=[1,2,5;4,5,6];B=[7,8,9;10,11,12];tryC=A*B;catchC=A.*B;endClasterr%顯示出錯原因5.4循環(huán)結(jié)構(gòu)5.4.1for語句1)語句格式：

for循環(huán)變量=表達式1:表達式2:表達式5

循環(huán)體語句

end2)說明：(1)首先計算三個表達式的值；(2)再將表達式1的值賦給循環(huán)變量，如果此時循環(huán)變量的值介于表達式1和表達式5的值之間，則執(zhí)行循環(huán)體語句，否則結(jié)束循環(huán)的執(zhí)行。執(zhí)行完一次循環(huán)之后，循環(huán)變量自增一個表達式2的值;(3)然后再判斷循環(huán)變量的值是否介于表達式1和表達式5之間,如果滿足仍然執(zhí)行循環(huán)體，直至不滿足為止。這時將結(jié)束for語句的執(zhí)行，而繼續(xù)執(zhí)行for語句后面的語句。例5.8已知求y的表達式，當n=100時,求y的值。程序如下：y=0;n=100;fori=1:ny=y+1/i/i;endy在實際MATLAB編程中，為提高程序的執(zhí)行速度，常用向量運算來代替循環(huán)操作：

n=100;i=1:n;f=1./i.^2;y=sum(f)

例5.9求定積分程序如下：a=0;b=3*pi;n=1000;h=(b-a)/n;x=a:h:b;f=exp(-0.5*x).*sin(x+pi/6);fori=1:ns(i)=(f(i)+f(i+1))*h/2ends=sum(s)事實上，MATLAB提供了有關(guān)數(shù)值積分的標準函數(shù)，實際應(yīng)用中可直接調(diào)用這些函數(shù)求數(shù)值積分。

注意：for語句更一般的格式：

for循環(huán)變量=矩陣表達式循環(huán)體語句

end

說明：執(zhí)行過程是依次將矩陣的各列元素賦給循環(huán)變量，然后執(zhí)行循環(huán)體語句，直至各列元素處理完畢。實際上，“表達式1:表達式2:表達式5”是一個僅為一行的矩陣(行向量)，因而列向量是單個數(shù)據(jù)。

例5.10已知5個學(xué)生4門功課的成績，求每名學(xué)生的總成績。s=0;a=[65,76,56,78;98,85,74,85;76,67,78,79;98,58,42,75;67,89,76,87];fork=as=s+k;Enddisp(s');

5.4.2while語句1)格式：

while(條件)

循環(huán)體語句

end2)說明：(1)執(zhí)行過程：若條件成立,則執(zhí)行循環(huán)體語句，執(zhí)行后再判斷條件是否成立,如果不成立則跳出循環(huán);(2)與循環(huán)結(jié)構(gòu)相關(guān)的還有一個break語句，當在循環(huán)體內(nèi)執(zhí)行到該語句時，程序?qū)⑻鲅h(huán)。該語句一般與if語句配合使用。

例5.11已知求y的表達式,當n=100時,求y的值。y=0;i=1;while1f=1/i/i;y=y+f;ifi==100break;endi=i+1;endy

5.4.3循環(huán)嵌套1)如果一個循環(huán)結(jié)構(gòu)的循環(huán)體又包括一個循環(huán)結(jié)構(gòu)，就稱為循環(huán)的嵌套，或稱為多重循環(huán)結(jié)構(gòu)。2)要特別注意內(nèi)、外循環(huán)之間的關(guān)系，以及各語句放置的位置，不要搞錯。3)可跳出循環(huán)的指令有break和continue

在執(zhí)行keyboard指令后需要返回正在執(zhí)行程序的指令是return。

例5.12用篩選法求某自然數(shù)范圍內(nèi)的全部素數(shù)。程序如下：m=input('m=');p=2:m;fori=2:sqrt(m)n=find(rem(p,i)==0&p~=i);p(n)=[];endp5.5函數(shù)文件5.5.1函數(shù)文件的基本結(jié)構(gòu)1)函數(shù)文件由function語句引導(dǎo);2)基本結(jié)構(gòu)：function輸出形參表=函數(shù)名(輸入形參表)

注釋說明部分函數(shù)體語句(1)函數(shù)文件名:函數(shù)文件名與函數(shù)名可以不相同;當兩者不同時，MATLAB將忽略函數(shù)名而確認函數(shù)文件名，故調(diào)用時使用函數(shù)文件名。(2)注釋說明部分：①緊隨函數(shù)文件引導(dǎo)行之后以%開頭的第一注釋行；②第一注釋行及之后連續(xù)的注釋行；③與在線幫助文本相隔一空行的注釋行。3)說明：

例5.13編寫函數(shù)文件求半徑為r的圓的面積和周長。function[s,p]=fcircle(r)%CIRCLEcalculatetheareaandperimeterofacircleofradilr%r圓半徑

%s圓面積

%p圓周長

s=pi*r*r;p=2*pi*r;

將以上函數(shù)文件以文件名fcircle.m存入c:\matlab\work下，然后在MATLAB命令窗口調(diào)用該函數(shù)：

[s,p]=fcircle(10)5.6全局變量和局部變量1）定義:命令global；2）說明：函數(shù)文件的內(nèi)部變量是局部的，與其他函數(shù)文件及MATLAB工作空間相互隔離。例5.17全局變量應(yīng)用示例1）先建立函數(shù)文件wadd.m，該函數(shù)將輸入的參數(shù)加權(quán)相加。

functionf=wadd(x,y)globalALPHABETAf=ALPHA*x+BETA*y;2）在命令窗口中輸入：

globalALPHABETAALPHA=1;BETA=2;s=wadd(1,2)補充：1、Matlab預(yù)定義變量Inf和nargin的含義分別是無窮大、函數(shù)輸入總量數(shù)。2、eps是機器閾值：比2小的最大數(shù)是2-eps；比2大的最小數(shù)是2+eps；

alpha(v)：對面、塊、象三種圖形對象的透明度加以控制；控制濃淡的函數(shù)shading函數(shù)；Matlab預(yù)定義變量realmin和eps的含義分別是最小正實數(shù)、機器零閾值；NaN是非數(shù)，inf+NaN？0/0+1？inf-inf？inf/inf？編程綜合練習(xí)指令閱讀有指令如下：clearsymswXtuvxyk=sym('4')A=sin(x)+k+u*w*v則findsym(A,1),findsym(A,2),findsym(A)三條指令的執(zhí)行結(jié)果分別是什么？編程綜合練習(xí)findsym(A,1)xfindsym(A,2)x,wfindsym(A)u,v,w,x編程綜合練習(xí)程序閱讀clearx=1:4y=linspace(1,2,2)[X,Y]=meshgrid(x,y)則如下三個指令的運算結(jié)果分別是什么？X+YX*(Y)'X.*Y編程綜合練習(xí)X+Yans=23453456X*(Y)'ans=10201020X.*Yans=12342468編程綜合練習(xí)指令閱讀如下指令執(zhí)行后q1、q2、q3、q4、q5、q6的值分別是什么？cleara=1;b=2;c=3;d=4;Mn=[a,b;c,d]Mc='[a,b;c,d]'Ms=sym(Mc)q1=size(Mn)q2=size(Mc)q3=size(Ms)q4=class(Mn)q5=class(Mc)q6=class(Ms)編程綜合練習(xí)指令閱讀q1=22q2=19q3=22q4=doubleq5=charq6=symclearA=zeros(2,4)A(:)=2:2:16q1=A(2,4)q2=A(5)q3=A(end-3)運算結(jié)束后，q1、q2、q3的結(jié)果分別是什么？q1=22q2=19q3=22clearA=zeros(2,6);A(:)=1:12;q1=A(2,4);q2=A(8);q3=A(:,[1,3]);運算結(jié)束后，A、q1、q2、q3、q4、q5、q6的結(jié)果分別是什么clearA=1:9B=10-Ar0=(A<6)r1=(A==B)則執(zhí)行后A、B、r0、r1的運算結(jié)果分別是什么？？？上機clearx=(2:5)-3y=find(x>2)請寫出x、y的計算結(jié)果clear>>symsabtuvxy>>A=[a+b*x,sin(t)+u;x*exp(-t),log(y)+v]則findsym(A,1),findsym(A,2),findsym(A)三條指令的執(zhí)行結(jié)果分別是什么編程綜合練習(xí)如下指令執(zhí)行后，數(shù)組A、變量q1、q2的值分別是什么？clearA=reshape(1:19,1,7)A(:,[1,2])=[]q1=all(A(A>10))q2=any(A(A<12))使用Matlab函數(shù)plot繪制一個圓（圓心處x、y都是0，半徑為2），要求：a、圖形有標題（標題為圓的直徑）；b、圓為紅色細實線；c、縱橫坐標軸等長刻度；d、對坐標軸進行標注，橫軸標注“X”，縱軸標注“Y”；e、在圓心或其附近繪制一個十字符，并用向上箭頭指向圓心并標明“圓心”二字。參考程序：clear;clf;x=(-2:0.05:2);y1=(4-x.^2).^(0.5);y2=-(4-x.^2).^(0.5);plot(x,y1,'-r');

holdon;plot(x,y2,'-r');axisequal;title('4');

xlabel('X');ylabel('Y');plot(0,0,'+');

c_s{1}='\uparrow';c_s{2}='圓心';text(0,-0.25,c_s);holdoff給定某函數(shù)，在[0,10]內(nèi)繪制此函數(shù)的曲線。采樣間隔可取0.05。要求：1)使用藍色虛點線；2)加圖形標題“測試”；3）添加X、Y軸說明，分別為“t”和“y”；4）在t=5處繪制一個紅色米字符，并繪制一向上箭頭指向該米字符，并標注“中點”。編制滿足如下要求的程序：程序啟動后進入循環(huán)，提示用戶輸入一個整數(shù)（假設(shè)用戶輸入正確整數(shù)而非其它字符），若數(shù)字超過26或小于0，輸出“不是字母”；若數(shù)字在26以內(nèi)，則按照字母表順序輸出該數(shù)字對應(yīng)的小寫字母，并等待2秒后進入下一個循環(huán)，若用戶輸入數(shù)字“0”，則退出程序；當程序連續(xù)輸出5個以上字母后，也可以退出程序；不論何時程序退出，推出前都要提示用戶按任意鍵退出，用戶按鍵后方可結(jié)束程序。clear;clc;zmb='abcdefghijklmnopqrstuvwxyz';zmnum=0;while(1)sz=input('請輸入一個數(shù)字:');if(sz==0)sc='按任意鍵退出！'pause;return;endif