Matlab 綜合輔導(dǎo)與指南

M文件函數(shù)使用MATLAB函數(shù)時(shí)，例如inv,abs,angle和sqrt，MATLAB獲取傳遞給它的變量，利用所給的輸入，計(jì)算所要求的結(jié)果。然后，把這些結(jié)果返回。由函數(shù)執(zhí)行的命令，以及由這些命令所創(chuàng)建的中間變量，都是隱含的。所有可見的東西是輸入和輸出，也就是說函數(shù)是一個(gè)黑箱。這些屬性使得函數(shù)成為強(qiáng)有力的工具，用以計(jì)算命令。這些命令包括在求解一些大的問題時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)的有用的數(shù)學(xué)函數(shù)或命令序列。由于這個(gè)強(qiáng)大的功能，MATLAB提供了一個(gè)創(chuàng)建用戶函數(shù)的結(jié)構(gòu)，并以M文件的文本形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)上。MATLAB函數(shù)fliplr是一個(gè)M文件函數(shù)良好的例子。 functiony=fliplr(x) %FLIPLR Flipmatrixintheleft/rightdirection. % FLIPLR(X)returnsXwithrowpreservedandcolumnsflipped % intheleft/rightdirection. % % X=123becomes321 % 456654 % % SeealsoFLIPUD,ROT90. % Copyright(c)1984-94byTheMathWorks,Inc. [m,n]=size(x); y=x(:,n:-1:1);一個(gè)函數(shù)M文件與腳本文件類似之處在于它們都是一個(gè)有.m擴(kuò)展名的文本文件。如同腳本M文件一樣，函數(shù)M文件不進(jìn)入命令窗口，而是由文本編輯器所創(chuàng)建的外部文本文件。一個(gè)函數(shù)的M文件與腳本文件在通信方面是不同的。函數(shù)與MATLAB工作空間之間的通信，只通過傳遞給它的變量和通過它所創(chuàng)建的輸出變量。在函數(shù)內(nèi)中間變量不出現(xiàn)在MATLAB工作空間，或與MATLAB工作空間不交互。正如上面的例子所看到的，一個(gè)函數(shù)的M文件的第一行把M文件定義為一個(gè)函數(shù)，并指定它的名字。它與文件名相同，但沒有.m擴(kuò)展名。它也定義了它的輸入和輸出變量。接下來的注釋行是所展示的文本，它與幫助命令：?helpfliplr相對(duì)應(yīng)。第一行幫助行稱為H1行，是由lookfor命令所搜索的行。最后，M文件的其余部分包含了MATLAB創(chuàng)建輸出變量的命令。8.1規(guī)則和屬性M文件函數(shù)必須遵循以下特定的規(guī)則。除此之外，它們有許多的重要屬性。包括：1.函數(shù)名和文件名必須相同。例如，函數(shù)fliplr存儲(chǔ)在名為fliplr.m文件中。2.MATLAB頭一次執(zhí)行一個(gè)M文件函數(shù)時(shí)，它打開相應(yīng)的文本文件并將命令編輯成存儲(chǔ)器的內(nèi)部表示，以加速執(zhí)行以后所有的調(diào)用。如果函數(shù)包含了對(duì)其它M文件函數(shù)的引用，它們也同樣被編譯到存儲(chǔ)器。普通的腳本M文件不被編譯，即使它們是從函數(shù)M文件內(nèi)調(diào)用；打開腳本M文件，調(diào)用一次就逐行進(jìn)行注釋。3.在函數(shù)M文件中，到第一個(gè)非注釋行為止的注釋行是幫助文本。當(dāng)需要幫助時(shí)，返回該文本。例如，?helpfliplr返回上述前八行注釋。4.第一行幫助行，名為H1行，是由lookfor命令搜索的行。5.函數(shù)可以有零個(gè)或更多個(gè)輸入?yún)⒘?。函?shù)可以有零個(gè)或更多個(gè)輸出參量。6.函數(shù)可以按少于函數(shù)M文件中所規(guī)定的輸入和輸出變量進(jìn)行調(diào)用，但不能用多于函數(shù)M文件中所規(guī)定的輸入和輸出變量數(shù)目。如果輸入和輸出變量數(shù)目多于函數(shù)M文件中function語句一開始所規(guī)定的數(shù)目，則調(diào)用時(shí)自動(dòng)返回一個(gè)錯(cuò)誤。7.當(dāng)函數(shù)有一個(gè)以上輸出變量時(shí)，輸出變量包含在括號(hào)內(nèi)。例如，[V,D]=eig(A)。不要把這個(gè)句法與等號(hào)右邊的[V,D]相混淆。右邊的[V,D]是由數(shù)組V和D所組成。8.當(dāng)調(diào)用一個(gè)函數(shù)時(shí)，所用的輸入和輸出的參量的數(shù)目，在函數(shù)內(nèi)是規(guī)定好的。函數(shù)工作空間變量nargin包含輸入?yún)⒘總€(gè)數(shù)；函數(shù)工作空間變量nargout包含輸出參量個(gè)數(shù)。事實(shí)上，這些變量常用來設(shè)置缺省輸入變量，并決定用戶所希望的輸出變量。例如，考慮MATLAB函數(shù)linspace： functiony=linspace(d1,d2,n) %LINSPACELinearlyspacedvector. % LINSPACE(x1,x2)generatesarowvectorof100linearly % equallyspacedpointsbetweenx1andx2. % LINSPACE(x1,x2,N)generatesNpointsbetweenx1andx2. % % SeealsoLOGSPACE,:. % Copyright(c)1984-94byTheMathWorks,Inc. ifnargin==2 n=100; end y=[d1+(0:n-2)*(d2-d1)/(n-1)d2];這里，如果用戶只用兩個(gè)輸入?yún)⒘空{(diào)用linspace，例如linspace(0,10)，linspace產(chǎn)生100個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。相反，如果輸入?yún)⒘康膫€(gè)數(shù)是3，例如，linspace(0,10,50)，第三個(gè)參量決定數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。可用一個(gè)或兩個(gè)輸出參量調(diào)用的函數(shù)的一個(gè)例子是MATLAB函數(shù)size。盡管這個(gè)函數(shù)不是一個(gè)M文件函數(shù)(它是一個(gè)內(nèi)置函數(shù))，size函數(shù)的幫助文本說明了它的輸出參量的選擇。 SIZE Matrixdimensions. D=SIZE(X),forM-by-NmatrixX,returnsthetwo-element rowvectorD=[M,N]containingthenumberofrowsandcolumns inthematrix. [M,N]=SIZE(X)returnsthenumberofrowsandcolumns inseparateoutputvariables.如果函數(shù)僅用一個(gè)輸出參量調(diào)用，就返回一個(gè)二元素的行，它包含行數(shù)和列數(shù)。相反，如果出現(xiàn)兩個(gè)輸出參量，size分別返回行和列。在M文件函數(shù)里，變量nargout可用來檢驗(yàn)輸出參量的個(gè)數(shù)，并按要求修正輸出變量的創(chuàng)建。9.當(dāng)一個(gè)函數(shù)說明一個(gè)或多個(gè)輸出變量，但沒有要求輸出時(shí)，就簡單地不給輸出變量賦任何值。MATLAB函數(shù)toc闡明了這個(gè)屬性。 functiont=toc %TOC Readthestopwatchtimer. % TOC,byitself,printstheelapsedtimesinceTICwasused. % t=TOC;savestheelapsedtimeint,insteadofprintingitout. % % SeealsoTIC,ETIME,CLOCK,CPUTIME. % Copyright(c)1984-94byTheMathWorks,Inc. %TOCusesETIMEandthevalueofCLOCKsavedbyTIC. globalTICTOC ifnargout<1 elapsed_time=etime(clock,TICTOC) else t=etime(clock,TICTOC); end如果用戶用不以輸出參量調(diào)用toc，例如，?toc，就不指定輸出變量t的值，函數(shù)在命令窗口顯示函數(shù)工作空間變量elapsed_time，但在MATLAB工作空間里不創(chuàng)建變量。相反，如果toc是以?out=toc調(diào)用，則按變量out將消逝的時(shí)間返回到命令窗口。10.函數(shù)有它們自己的專用工作空間，它與MATLAB的工作空間分開。函數(shù)內(nèi)變量與MATLAB工作空間之間唯一的聯(lián)系是函數(shù)的輸入和輸出變量。如果函數(shù)任一輸入變量值發(fā)生變化，其變化僅在函數(shù)內(nèi)出現(xiàn)，不影響MATLAB工作空間的變量。函數(shù)內(nèi)所創(chuàng)建的變量只駐留在函數(shù)的工作空間，而且只在函數(shù)執(zhí)行期間臨時(shí)存在，以后就消失。因此，從一個(gè)調(diào)用到下一個(gè)調(diào)用，在函數(shù)工作空間變量存儲(chǔ)信息是不可能的。(然而，如下所述，使用全局變量就提供這個(gè)特征。)11.如果一個(gè)預(yù)定的變量，例如，pi，在MATLAB工作空間重新定義，它不會(huì)延伸到函數(shù)的工作空間。逆向有同樣的屬性，即函數(shù)內(nèi)的重新定義變量不會(huì)延伸到MATLAB的工作空間中。12.當(dāng)調(diào)用一個(gè)函數(shù)時(shí)，輸入變量不會(huì)拷貝到函數(shù)的工作空間，但使它們的值在函數(shù)內(nèi)可讀。然而，改變輸入變量內(nèi)的任何值，那么數(shù)組就拷貝到函數(shù)工作空間。進(jìn)而，按缺省，如果輸出變量與輸入變量相同，例如，函數(shù)x=fun(x,y,z)中的x，那么就將它拷貝到函數(shù)的工作空間。因此，為了節(jié)約存儲(chǔ)和增加速度，最好是從大數(shù)組中抽取元素，然后對(duì)它們作修正，而不是使整個(gè)數(shù)組拷貝到函數(shù)的工作空間。13.如果變量說明是全局的,函數(shù)可以與其它函數(shù)、MATLAB工作空間和遞歸調(diào)用本身共享變量。為了在函數(shù)內(nèi)或MATLAB工作空間中訪問全局變量，在每一個(gè)所希望的工作空間，變量必須說明是全局的。全局變量使用的例子可以在MATLAB函數(shù)tic和toc中看到，它們合在一起工作如一個(gè)跑表。 functiontic %TIC Startastopwatchtimer. % Thesequenceofcommands % TIC % anystuff % TOC % printsthetimerequiredforthestuff. % % SeealsoTOC,CLOCK,ETIME,CPUTIME. % Copyright(c)1984-94byTheMathWorks,Inc. %TICsimplystoresCLOCKinaglobalvariable. globalTICTOC TICTOC=clock; functiont=toc %TOC Readthestopwatchtimer. % TOC,byitself,printstheelapsedtimesinceTICwasused. % t=TOC;savestheelapsedtimeint,insteadofprintingitout. % % SeealsoTIC,ETIME,CLOCK,CPUTIME. % Copyright(c)1984-94byTheMathWorks,Inc. %TOCusesETIMEandthevalueofCLOCKsavedbyTIC. globalTICTOC ifnargout<1 elapsed_time=etime(clock,TICTOC) else t=etime(clock,TICTOC); end在函數(shù)tic中，變量TICTOC說明為全局的，因此它的值由調(diào)用函數(shù)clock來設(shè)定。以后在函數(shù)toc中，變量TICTOC也說明為全局的，讓toc訪問存儲(chǔ)在TICTOC中的值。利用這個(gè)值，toc計(jì)算自執(zhí)行函數(shù)tic以來消逝的時(shí)間。值得注意的是，變量TICTOC存在于tic和toc的工作空間，而不在MATLAB工作空間。14.實(shí)際編程中，無論什么時(shí)候應(yīng)盡量避免使用全局變量。要是用了全局變量，建議全局變量名要長，它包含所有的大寫字母，并有選擇地以首次出現(xiàn)的M文件的名字開頭。如果遵循建議，則在全局變量之間不必要的互作用減至最小。例如，如果另一函數(shù)或MATLAB工作空間說明TICTOC為全局的，那么它的值在該函數(shù)或MATLAB工作空間內(nèi)可被改變，而函數(shù)toc會(huì)得到不同的、可能是無意義的結(jié)果。15.MATLAB以搜尋腳本文件的同樣方式搜尋函數(shù)M文件。例如，輸入?cow，MATLAB首先認(rèn)為cow是一個(gè)變量。如果它不是，那么MATLAB認(rèn)為它是一個(gè)內(nèi)置函數(shù)。如果還不是，MATLAB檢查當(dāng)前cow.m的目錄或文件夾。如果它不存在，MATLAB就檢查cow.m在MATLAB搜尋路徑上的所有目錄或文件夾。如需要更多的信息，請(qǐng)參閱本書的2.10節(jié)或MATLAB用戶指南中“MATLAB搜尋路徑”。16.從函數(shù)M文件內(nèi)可以調(diào)用腳本文件。在這種情況下，腳本文件查看函數(shù)工作空間，不查看MATLAB工作空間。從函數(shù)M文件內(nèi)調(diào)用的腳本文件不必用調(diào)用函數(shù)編譯到內(nèi)存。函數(shù)每調(diào)用一次，它們就被打開和解釋。因此，從函數(shù)M文件內(nèi)調(diào)用腳本文件減慢了函數(shù)的執(zhí)行。17.函數(shù)可以遞歸調(diào)用。即M文件函數(shù)能調(diào)用它們本身。例如，考慮一個(gè)傻函數(shù)iforgot： functioniforgot(n) %IFORGOTRecursiveFunctionCallExample %Copyright(c)1996byPrentice-Hall,Inc ifnargin==0,n=20;end ifn>1 disp('Iwillremembertodomyhomework.') iforgot(n-1) else disp('MaybeNOT!') end調(diào)用這個(gè)函數(shù)產(chǎn)生 ?iforgot(10) Iwillremembertodomyhomework. Iwillremembertodomyhomework. Iwillremembertodomyhomework. Iwillremembertodomyhomework. Iwillremembertodomyhomework. Iwillremembertodomyhomework. Iwillremembertodomyhomework. Iwillremembertodomyhomework. Iwillremembertodomyhomework. MaybeNOT!遞歸調(diào)用函數(shù)功能在許多應(yīng)用場合是有用的。在編制要遞歸調(diào)用的函數(shù)時(shí)，必須確保會(huì)終止，否則MATLAB會(huì)陷入死循環(huán)。最后，在一個(gè)遞歸函數(shù)內(nèi)，如果變量說明是全局的，則該全局變量對(duì)以后所有函數(shù)調(diào)用是可用的。在這個(gè)意義下，全局變量變成靜態(tài)的，并在函數(shù)調(diào)用之間不會(huì)消失。18.當(dāng)函數(shù)M文件到達(dá)M文件終點(diǎn)，或者碰到返回命令return，就結(jié)束執(zhí)行和返回。return命令提供了一種結(jié)束一個(gè)函數(shù)的簡單方法，而不必到達(dá)文件的終點(diǎn)。19.MATLAB函數(shù)error在命令窗口顯示一個(gè)字符串，放棄函數(shù)執(zhí)行，把控制權(quán)返回給鍵盤。這個(gè)函數(shù)對(duì)提示函數(shù)使用不當(dāng)很有用，如在以下文件片段中： iflength(val)>1 error('VALmustbeascalar.') end這里，如果變量val不是一個(gè)標(biāo)量，error顯示消息字符串，把控制權(quán)返回給命令窗口和鍵盤。20.當(dāng)一個(gè)函數(shù)的輸入?yún)⒘康膫€(gè)數(shù)超出了規(guī)定的范圍，MATLAB函數(shù)nargchk提供了統(tǒng)一的響應(yīng)。函數(shù)nargchk給定為： functionmsg=nargchk(low,high,number) %NARGCHKChecknumberofinputarguments. % Returnerrormessageifnotbetweenlowandhigh. % Ifitis,returnemptymatrix. % Copyright(c)1984-94byTheMathWorks,Inc. msg=[]; if(number<low) msg='Notenoughinputarguments.'; elseif(number>high) msg='Toomanyinputarguments.'; end下列的文件片段表明了在一個(gè)M文件函數(shù)內(nèi)的典型用法：error(nargchk(nargin,2,5))如上所示，如果nargin的值小于2，函數(shù)error象前面描述的那樣進(jìn)行處理，nargchk返回字符串‘沒有足夠的輸入?yún)⒘俊！?。如果nargin的值大于5，函數(shù)error執(zhí)行處理，nargchk返回字符串‘太多輸入?yún)⒘?。’。如果nargin是在2和5之間，函數(shù)error簡單地將控制傳遞給下一個(gè)語句，nargchk返回一個(gè)空字符串。也就是說，當(dāng)它的輸入?yún)⒘繛榭?，error函數(shù)什么也不做。21.當(dāng)MATLAB運(yùn)行時(shí)，它緩存了(caches)存儲(chǔ)在Toolbox子目錄和Toolbox目錄內(nèi)的所有子目錄中所有的M文件的名字和位置。這使MATLAB很快地找到和執(zhí)行函數(shù)M文件。也使得命令lookfor工作更快。被緩存的M文件函數(shù)當(dāng)作是只讀的。如果執(zhí)行這些函數(shù)，以后又發(fā)生變化，MATLAB將只執(zhí)行以前編譯到內(nèi)存的函數(shù)，不管已改變的M文件。而且，在MATLAB執(zhí)行后，如果M文件被加到Toolbox目錄中，那么它們將不出現(xiàn)在緩存里，因此不可利用。所以，在M文件函數(shù)的使用中，最好把它們存儲(chǔ)在Toolbox目錄外，或許最好存儲(chǔ)在MATLAB目錄下，直至它們被認(rèn)為是完備的(complete)。當(dāng)它們是完備時(shí)，就將它們移到一個(gè)只讀的Toolbox目錄或文件夾的子目錄內(nèi)。最后，要確保MATLAB搜索路徑改變，以確認(rèn)它們的存在。22.在Toolbox目錄外，MATLAB跟蹤M文件的修改日期。所以，當(dāng)遇到一個(gè)以前編譯到內(nèi)存的M文件函數(shù)時(shí)，MATLAB把已編譯的M文件的修改日期與在磁盤上的M文件比較。如果日期是相同的，MATLAB執(zhí)行已編譯的M文件。相反，如果在磁盤上的M文件是新的，MATLAB清除以前已編譯的M文件，且編譯這個(gè)新的和修改過的M文件。23.M文件的緩存過程按MATLAB版本而稍有不同。例如，MATLAB4.2c在Macintosh機(jī)上同樣可以緩存當(dāng)前的目錄，因?yàn)檫@是第一個(gè)所搜索的磁盤位置。這個(gè)MATLAB版本也允許有選擇地將整個(gè)MATLAB搜索路徑緩存，并把高速緩存信息存儲(chǔ)在一個(gè)文件中。這樣，使MATLAB引導(dǎo)更快，尋找和編譯所有函數(shù)M文件更快。退出緩存，不檢測已修改的或已增加的M文件。當(dāng)新的M文件加到一個(gè)緩存區(qū)時(shí)，只有當(dāng)高速緩存由命令?path刷新時(shí)，MATLAB才能找到它們；另一方面，當(dāng)修改緩存的M文件時(shí)，只有當(dāng)以前編譯過的版本由clea