MATALB8.5基礎(chǔ)與實(shí)踐教程(第2版)第2章程序結(jié)構(gòu)、函數(shù)運(yùn)算及繪圖

2.1程序結(jié)構(gòu)2.1.1if條件分支結(jié)構(gòu)2.1.2循環(huán)結(jié)構(gòu)2.1.3switch開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)2.1.4結(jié)構(gòu)內(nèi)部的流程控制2.2MATLAB基本數(shù)學(xué)函數(shù)及運(yùn)算2.2.1三角函數(shù)2.2.2取整運(yùn)算函數(shù)2.2.3數(shù)的運(yùn)算函數(shù)2.2.4多項(xiàng)式及函數(shù)運(yùn)算2.3自定義函數(shù)的編輯方法2.3.1利用M文件編寫(xiě)自定義函數(shù)2.3.2利用命令語(yǔ)句建立函數(shù)2.4基本繪圖函數(shù)及其操作2.4.1圖形窗口的打開(kāi)和設(shè)置2.4.2二維圖形的基本繪制方法2.4.3三維圖形的基本繪制方法第2章

程序結(jié)構(gòu)、函數(shù)運(yùn)算及繪圖2.1程序結(jié)構(gòu)MATLAB的程序結(jié)構(gòu)一般可分為順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)和分支結(jié)構(gòu)等。通常情況MATLAB程序是按編程語(yǔ)句的先后順序逐句解讀并執(zhí)行，即以順序方式運(yùn)行。當(dāng)需要重復(fù)運(yùn)算或在邏輯條件下運(yùn)行時(shí)，則需要采用循環(huán)或分支形式的程序結(jié)構(gòu)。2.1.1if條件分支結(jié)構(gòu)

2.1.2循環(huán)結(jié)構(gòu)

循環(huán)結(jié)構(gòu)分無(wú)條件循環(huán)和條件循環(huán)兩種情況。1.無(wú)條件循環(huán)結(jié)構(gòu)格式：

fori=m:k:n%生成數(shù)組向量(序列)i,作為循環(huán)次數(shù)和參數(shù)

語(yǔ)句1%循環(huán)體

…

end%結(jié)束循環(huán),即i>=n時(shí)則結(jié)束循環(huán)

2.條件循環(huán)結(jié)構(gòu)格式：

while邏輯或關(guān)系式

%條件為真則執(zhí)行下面的循環(huán)體

語(yǔ)句1%循環(huán)體

…

end%直到條件變?yōu)榧俳Y(jié)束本次循環(huán)2.1.3switch開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)switch表達(dá)式

case條件表達(dá)式1語(yǔ)句集1case條件表達(dá)式2

語(yǔ)句集2...otherwise

語(yǔ)句集nend2.1.4結(jié)構(gòu)內(nèi)部的流程控制1、continue命令。通常被用于for和while循環(huán)體中，與if一起使用，當(dāng)if條件成立則終止本次循環(huán)，去執(zhí)行(即繼續(xù))下一輪的循環(huán)。2、break命令。該命令能使包括break命令在內(nèi)的最內(nèi)層的for,while或if語(yǔ)句的終止。與if一同使用，當(dāng)if條件為真時(shí)，break使程序跳出循環(huán)體,即強(qiáng)行結(jié)束循環(huán)。用break可隨時(shí)結(jié)束循環(huán)而不必等待循環(huán)的自然結(jié)束。（參考例2-7）。3、return命令。該命令用來(lái)結(jié)束當(dāng)前正在運(yùn)行的函數(shù)，使其所在的函數(shù)程序結(jié)束運(yùn)行，并返回到調(diào)用該函數(shù)程序的位置。（參考例2-8）。4、pause命令。該命令使程序暫停運(yùn)行，等待用戶(hù)按下任意鍵后再繼續(xù)運(yùn)行。命令pause(n)可設(shè)定暫停時(shí)間n秒。5、input命令。該命令提示用戶(hù)從鍵盤(pán)輸入數(shù)字、字符串或表達(dá)式，輸入完成并回車(chē)后，程序才能繼續(xù)執(zhí)行。使用格式可參考例1-16、2-1和例2-4。2.2MATLAB基本數(shù)學(xué)函數(shù)及運(yùn)算MATLAB提供了大量?jī)?nèi)建的數(shù)學(xué)函數(shù)。除了如數(shù)學(xué)手冊(cè)上常有的基本函數(shù)外，大量的應(yīng)用型函數(shù)幾乎涵蓋了目前數(shù)學(xué)和其它科學(xué)計(jì)算所需的子程序。這些子程序均是以標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)的形式給出，使用時(shí)只需給出函數(shù)所要求的參數(shù)后即可直接調(diào)用。用戶(hù)也可以通過(guò)M文件編程來(lái)自建函數(shù)實(shí)現(xiàn)共享。以下按數(shù)學(xué)分類(lèi)給出一些常用的基本函數(shù)。2.2.1三角函數(shù)

MATLAB給出了常用的三角函數(shù)、反三角函數(shù)、雙曲函數(shù)等函數(shù)命令。2.2.2取整運(yùn)算函數(shù)

用于對(duì)數(shù)值進(jìn)行不同方式的取整，如四舍五入、取最大整數(shù)（向右?。?、取數(shù)的最小整數(shù)（向左?。┑?。見(jiàn)表2-2。2.2.3數(shù)的運(yùn)算函數(shù)用于對(duì)數(shù)值進(jìn)行各種運(yùn)算，如求絕對(duì)值或模值、最大數(shù)或最小數(shù)、求和運(yùn)算等。2.2.4多項(xiàng)式及函數(shù)運(yùn)算

多項(xiàng)式函數(shù)是常見(jiàn)的函數(shù)形式之一,任何函數(shù)或曲線(xiàn)都可以用多項(xiàng)式函數(shù)來(lái)逼近,因此在工程實(shí)踐中,多項(xiàng)式函數(shù)的運(yùn)算具有廣泛的實(shí)用意義。2.3自定義函數(shù)的編輯方法 MATLAB提供了豐富的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)函數(shù)和專(zhuān)用的基本函數(shù)，稱(chēng)為內(nèi)建函數(shù)，如sin,cos,log,factor等，單用戶(hù)也可以針對(duì)不同的用途和目的來(lái)定義和構(gòu)建具有特定功能的子程序，稱(chēng)為自定義函數(shù)或自建函數(shù)。在章節(jié)1.1.6中提及過(guò)的M-file除了可以用來(lái)撰寫(xiě)程序文件外，還有另一個(gè)重要的用途，就是可以用來(lái)編輯自定義函數(shù)文件。這樣的文件稱(chēng)為M函數(shù)文件。將自定義的函數(shù)文件以函數(shù)名加擴(kuò)展名.m進(jìn)行保存后，就可以和內(nèi)建函數(shù)命令一樣被重復(fù)調(diào)用和共享。2.3.1利用M文件編寫(xiě)自定義函數(shù)首先通過(guò)File/New/M-File，打開(kāi)一個(gè)M文件編輯窗。MATLAB除了對(duì)自定義函數(shù)有特定的格式要求外，一個(gè)易于使用且可讀性好的自建函數(shù)應(yīng)具有如下格式形式：

%函數(shù)的整體說(shuō)明

function[返回參數(shù)列表]=函數(shù)名(函數(shù)變量列表)%注釋部分：函數(shù)功能、參數(shù)和變量、版權(quán)作者版本日期等說(shuō)明。參數(shù)和變量的檢驗(yàn)和提示

函數(shù)功能語(yǔ)句集圖2-3內(nèi)建函數(shù)linspace的源程序2.3.1利用M文件編寫(xiě)自定義函數(shù)2.3.2利用命令語(yǔ)句建立函數(shù)1.用syms建立符號(hào)及符號(hào)函數(shù)例2-25符號(hào)函數(shù)的建立與調(diào)用。1）單變量函數(shù)>>symsxy%定義函數(shù)及變量為符號(hào)型y=2*x^2+7*x;%建立函數(shù)表達(dá)式>>x=40;y=subs(y,x)%給定x，求yy=602.用sym(‘函數(shù)式’)建立符號(hào)函數(shù)>>y=sym('2*x^2+7*x')%建立函數(shù)表達(dá)式>>x=3;y=subs(y,x)%給定x，求yy=393.用inline(‘函數(shù)式’,’變量1’,’變量2’,…,’變量n’)建立函數(shù)

inline()稱(chēng)為內(nèi)聯(lián)函數(shù)命令，其中帶有單引號(hào)的變量列表‘變量i’,i=1,2,…,n被定義為符號(hào)變量。變量列表缺省時(shí)，則變量未定義，此時(shí)可進(jìn)行函數(shù)運(yùn)算但不能進(jìn)行變量運(yùn)算。

2.3.2利用命令語(yǔ)句建立函數(shù)2.4基本繪圖函數(shù)及其操作

MATLAB不僅具有強(qiáng)大的計(jì)算功能，還具有非常好的數(shù)據(jù)可視化功能，幾乎可以滿(mǎn)足一般科學(xué)計(jì)算中所需的圖形繪制與交互功能。如二維平面曲線(xiàn)、三維空間曲線(xiàn)和曲面等靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示等。也可以實(shí)現(xiàn)不同坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換和圖形繪制。2.4.1圖形窗口的打開(kāi)和設(shè)置打開(kāi)圖形窗口有兩種命令格式：1.figure或figure(m)命令figure可創(chuàng)建一個(gè)按自然順序進(jìn)行編號(hào)的圖形窗口，而figure(m)則創(chuàng)建一個(gè)指定圖形編號(hào)為m的圖形窗口。2.subplot(n,m,k)或subplotnmk在一個(gè)圖形窗口中設(shè)置n行m列（n×m）個(gè)子圖形窗口并選定第k個(gè)子窗口作為當(dāng)前繪圖窗口。2.4.2二維圖形的基本繪制方法在設(shè)定了圖形窗口后，以后的繪圖命令會(huì)在該圖形窗口中進(jìn)行繪圖。線(xiàn)性坐標(biāo)繪圖函數(shù)命令plot()是最常用的二維繪圖命令格式。以下介紹plot()的用法。1.繪制一條曲線(xiàn)

繪制曲線(xiàn)y(x)的一般格式為:plot(x,y,'colorlinemarker')2.繪制多條曲線(xiàn)

3.圖形參數(shù)的設(shè)置

圖形參數(shù)包括圖形、坐標(biāo)及其標(biāo)題與標(biāo)識(shí)等參數(shù)，可對(duì)圖形線(xiàn)型、顏色、說(shuō)明、坐標(biāo)比例及其標(biāo)識(shí)等特征進(jìn)行設(shè)置和修改。但不能對(duì)由繪圖命令繪制的曲線(xiàn)形狀做任何改動(dòng)。圖形及標(biāo)識(shí)設(shè)置坐標(biāo)參數(shù)設(shè)置在圖形窗口中進(jìn)行參數(shù)設(shè)置2.4.2二維圖形的基本繪制方法4.其他二維繪圖格式

除了上述最基本的繪圖格式外，其它類(lèi)型的常用二維繪圖格式如表2-8所示。2.4.2二維圖形的基本繪制方法5.二維動(dòng)畫(huà)圖形制作MATLAB支持電影動(dòng)畫(huà)制作和放映，即預(yù)先將圖形制作好，放在圖形緩沖區(qū)中，再一幀一幀地播放。制作函數(shù)命令格式有：m=moviein(n)

創(chuàng)建具有n列的矩陣m，用于存放n

幀畫(huà)面，每一列對(duì)應(yīng)一幀圖像。m(i)=getframe將plot()等圖形命令函數(shù)制作的第I

幅圖作為第i幀畫(huà)面以列的形式保存在矩陣m中。movie(m,k,fps)

影片播放函數(shù)。以每秒fps幀放映矩陣m中的畫(huà)面k遍。缺省時(shí)為movie(m)。2.4.2二維圖形的基本繪制方法2.4.3三維圖形的基本繪制方法1.三維曲線(xiàn)繪制二維曲線(xiàn)繪圖命令plot()可以擴(kuò)展到三維曲線(xiàn)的繪制，命令格式為：

plot3(x,y,z,'colorlinemarker')plot3(x1,y1,z1,'color1line1marker1',x2,y2,z2,'color2line2marker2',…)其中'colorlinemarker'的設(shè)置與二維圖形時(shí)的情況相同。2.4.3三維圖形的基本繪制方法2.三維觀察視角的設(shè)置三維圖的空間觀察點(diǎn)的視角方位關(guān)系如圖2-22所示。默認(rèn)情況下，觀察點(diǎn)的視角方位為：方位角α=-37.5o，仰角β=30o。用戶(hù)可以用命令view(α,β)進(jìn)行設(shè)定。3.三維曲面繪制

已知二元函數(shù)z=f(x,y)，繪制以x