第4章 MATLAB程序流程控制

第4章MATLAB程序流程控制4.1M文件4.2程序控制結(jié)構(gòu)4.3函數(shù)文件4.4特殊形式的函數(shù)4.5程序調(diào)試與優(yōu)化4.1.1M文件的建立與打開M文件是一個文本文件，它可以用任何編輯程序來建立和編輯，而一般常用且最為方便的是使用MATLAB提供的文本編輯器。1．建立新的M文件為建立新的M文件，啟動MATLAB編輯器有3種方法。①在MATLAB主窗口選擇“主頁”選項卡，在“文件”命令組中單擊“新建腳本”命令按鈕。4.1M文件②在MATLAB命令行窗口輸入命令：edit文件名啟動MATLAB編輯器后，輸入M文件的內(nèi)容并存盤。③在命令歷史窗口選中一些命令（按住Ctrl可同時選擇多條命令），然后從右鍵快捷菜單中選擇“創(chuàng)建腳本”命令，將會啟動MATLAB編輯器，并在編輯區(qū)中加入所選中的命令。2．打開已有的M文件打開已有的M文件，也有3種方法：

(1)菜單操作。在MATLAB主窗口選擇“主頁”選項卡，在“文件”命令組中單擊“打開”命令按鈕，再從彈出的下拉菜單中選擇“打開”命令，從“打開”對話框中選擇所需打開的M文件。

(2)命令操作。在MATLAB命令窗口輸入命令：edit文件名，則打開指定的M文件。

(3)命令按鈕操作。單擊MATLAB主窗口工具欄上的OpenFile命令按鈕，再從彈出的對話框中選擇所需打開的M文件。4.1.2M文件的分類用MATLAB語言編寫的程序，稱為M文件。M文件可以根據(jù)調(diào)用方式的不同分為兩類：腳本文件(ScriptFile)和函數(shù)文件(FunctionFile)。腳本文件和函數(shù)文件的主要區(qū)別如下：①腳本文件沒有輸入?yún)?shù)，也不返回輸出參數(shù)，而函數(shù)文件可以帶輸入?yún)?shù)，也可返回輸出參數(shù)。②腳本文件對MATLAB工作空間中的變量進行操作，文件中所有命令的執(zhí)行結(jié)果也完全返回到工作空間中，而函數(shù)文件中定義的變量為局部變量，當函數(shù)文件執(zhí)行完畢時，這些變量被清除。③腳本文件可以直接運行，在MATLAB命令行窗口輸入腳本文件的名字，就會順序執(zhí)行腳本文件中的命令，而函數(shù)文件不能直接運行，而要以函數(shù)調(diào)用的方式來調(diào)用它。例4-1建立一個命令文件將變量a,b的值互換，然后運行該命令文件。程序1：首先建立命令文件并以文件名exch.m存盤：clear;a=1:10;b=[11,12,13,14;15,16,17,18];c=a;a=b;b=c;ab然后在MATLAB的命令窗口中輸入exch，將會執(zhí)行該命令文件。

程序2：首先建立函數(shù)文件fexch.m：function[a,b]=exch(a,b)c=a;a=b;b=c;然后在MATLAB的命令窗口調(diào)用該函數(shù)文件：clear;x=1:10;y=[11,12,13,14;15,16,17,18];[x,y]=fexch(x,y)4.2程序控制結(jié)構(gòu)

4.2.1順序結(jié)構(gòu)1．數(shù)據(jù)的輸入從鍵盤輸入數(shù)據(jù)，則可以使用input函數(shù)來進行，該函數(shù)的調(diào)用格式為：

A=input(提示信息，選項)；其中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)。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：xm=input('What''syourname?','s');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)其中輸出項既可以為字符串，也可以為矩陣。例4-2求一元二次方程ax2+bx+c=0的根。程序如下：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))]);3．程序的暫停暫停程序的執(zhí)行可以使用pause函數(shù)，其調(diào)用格式為：

pause(延遲秒數(shù))

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。若要強行中止程序的運行可使用Ctrl+C命令。4.2.2選擇結(jié)構(gòu)1．if語句在MATLAB中，if語句有3種格式。

(1)單分支if語句：if條件語句組

end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：

if條件語句組1else

語句組2end

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4-3計算分段函數(shù)。程序如下：x=input('請輸入x的值:');ifx==10y=cos(x+1)+sqrt(x*x+1);elsey=x*sqrt(x+sqrt(x));endy(3)多分支if語句：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nend例4-4輸入一個字符，若為大寫字母，則輸出其對應的小寫字母；若為小寫字母，則輸出其對應的大寫字母；若為數(shù)字字符則輸出其對應的數(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)+abs('a')-abs('A')));elseifc>='a'&c<='z'disp(setstr(abs(c)-abs('a')+abs('A')));elseifc>='0'&c<='9'disp(abs(c)-abs('0'));elsedisp(c);end2．switch語句

switch語句根據(jù)表達式的取值不同，分別執(zhí)行不同的語句，其語句格式為：

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nend當表達式的值等于表達式1的值時，執(zhí)行語句組1，當表達式的值等于表達式2的值時，執(zhí)行語句組2，…，當表達式的值等于表達式m的值時，執(zhí)行語句組m，當表達式的值不等于case所列的表達式的值時，執(zhí)行語句組n。當任意一個分支的語句執(zhí)行完后，直接執(zhí)行switch語句的下一句。例4-5某商場對顧客所購買的商品實行打折銷售，標準如下(商品價格用price來表示)：

price<200沒有折扣

200≤price<5003%折扣

500≤price<10005%折扣

1000≤price<25008%折扣

2500≤price<500010%折扣5000≤price14%折扣輸入所售商品的價格，求其實際銷售價格。price=input('請輸入商品價格');switchfix(price/100)case{0,1}%價格小于200rate=0;case{2,3,4}%價格大于等于200但小于500rate=3/100;casenum2cell(5:9)%價格大于等于500但小于1000rate=5/100;casenum2cell(10:24)%價格大于等于1000但小于2500rate=8/100;casenum2cell(25:49)%價格大于等于2500但小于5000rate=10/100;otherwise%價格大于等于5000rate=14/100;endprice=price*(1-rate)%輸出商品實際銷售價格3．try語句語句格式為：try

語句組1catch

語句組2endtry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。例4-6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=[1,2,3;4,5,6];B=[7,8,9;10,11,12];tryC=A*B;catchC=A.*B;endClasterr%顯示出錯原因4.2.3循環(huán)結(jié)構(gòu)1．for語句for語句的格式為：for循環(huán)變量=表達式1:表達式2:表達式3

循環(huán)體語句

end其中，“表達式1:表達式2:表達式3”是一個冒號表達式，將產(chǎn)生一個行向量，3個表達式分別代表初值、步長和終值。步長為1時，表達式2可以省略。例4-7一個三位整數(shù)各位數(shù)字的立方和等于該數(shù)本身則稱該數(shù)為水仙花數(shù)。輸出全部水仙花數(shù)。程序如下：form=100:999m1=fix(m/100);%求m的百位數(shù)字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ifm==m1*m1*m1+m2*m2*m2+m3*m3*m3disp(m)endend例4-8已知當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，采用循環(huán)語句會降低其執(zhí)行速度，所以前面的程序通常由下面的程序來代替：n=100;i=1:n;f=1./i.^2;y=sum(f)例4-9設，求s=以梯形法為例，程序如下：a=0;b=3*pi;n=1000;h=(b-a)/n;x=a;s=0;f0=exp(-0.5*x)*sin(x+pi/6);fori=1:nx=x+h;f1=exp(-0.5*x)*sin(x+pi/6);s=s+(f0+f1)*h/2;f0=f1;endsfor語句更一般的格式為：

for循環(huán)變量=矩陣表達式循環(huán)體語句

end

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。

例4-10寫出下列程序的執(zhí)行結(jié)果。

s=0;a=[12,13,14;15,16,17;18,19,20;21,22,23];fork=as=s+k;enddisp(s');2．while語句

while語句的一般格式為：

while(條件)

循環(huán)體語句

end

其執(zhí)行過程為：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)。例4-11從鍵盤輸入若干個數(shù)，當輸入0時結(jié)束輸入，求這些數(shù)的平均值和它們之和。程序如下：sum=0;n=0;val=input('Enteranumber(endin0):');while(val~=0)sum=sum+val;n=n+1;val=input('Enteranumber(endin0):');endif(n>0)summean=sum/nend例4-12根據(jù)矩陣指數(shù)的冪級數(shù)展開式求矩陣指數(shù)。程序如下：X=input('EnterX:');E=zeros(size(X));F=eye(size(X));n=1;whilenorm(F,1)>0E=E+F;F=F*X/n;n=n+1;endEexpm(X)

3．break語句和continue語句與循環(huán)結(jié)構(gòu)相關(guān)的語句還有break語句和continue語句。它們一般與if語句配合使用。

break語句用于終止循環(huán)的執(zhí)行。當在循環(huán)體內(nèi)執(zhí)行到該語句時，程序?qū)⑻鲅h(huán)，繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)語句的下一語句。

continue語句控制跳過循環(huán)體中的某些語句。當在循環(huán)體內(nèi)執(zhí)行到該語句時，程序?qū)⑻^循環(huán)體中所有剩下的語句，繼續(xù)下一次循環(huán)。例4-13求[100，200]之間第一個能被21整除的整數(shù)。程序如下：forn=100:200ifrem(n,21)~=0continueendbreakendn4．循環(huán)的嵌套如果一個循環(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)。例4-14若一個數(shù)等于它的各個真因子之和，則稱該數(shù)為完數(shù)，如6=1+2+3，所以6是完數(shù)。求[1,500]之間的全部完數(shù)。form=1:500s=0;fork=1:m/2ifrem(m,k)==0s=s+k;endendifm==sdisp(m);endend例4-15用篩選法求某自然數(shù)范圍內(nèi)的全部素數(shù)。m=input('m=');p=1:m;p(1)=0;fori=2:sqrt(m)forj=2*i:i:mp(j)=0;endendn=find(p~=0);p(n)4.3函數(shù)文件4.3.1函數(shù)文件的基本結(jié)構(gòu)函數(shù)文件由function語句引導，其基本結(jié)構(gòu)為：

function輸出形參表=函數(shù)名(輸入形參表)

注釋說明部分函數(shù)體語句其中以function開頭的一行為引導行，表示該M文件是一個函數(shù)文件。函數(shù)名的命名規(guī)則與變量名相同。輸入形參為函數(shù)的輸入?yún)?shù)，輸出形參為函數(shù)的輸出參數(shù)。當輸出形參多于一個時，則應該用方括號括起來。例4-16編寫函數(shù)文件求半徑為r的圓的面積和周長。函數(shù)文件如下：function[s,p]=fcircle(r)%CIRCLEcalculatetheareaandperimeterofacircleofradiir%r圓半徑%s圓面積%p圓周長%2006年2月30日編s=pi*r*r;p=2*pi*r;4.3.2函數(shù)調(diào)用1.函數(shù)調(diào)用的一般格式是：

[輸出實參表]=函數(shù)名(輸入實參表)

要注意的是，函數(shù)調(diào)用時各實參出現(xiàn)的順序、個數(shù)，應與函數(shù)定義時形參的順序、個數(shù)一致，否則會出錯。函數(shù)調(diào)用時，先將實參傳遞給相應的形參，從而實現(xiàn)參數(shù)傳遞，然后再執(zhí)行函數(shù)的功能。例4-17利用函數(shù)文件，實現(xiàn)直角坐標(x,y)與極坐標(ρ,θ)之間的轉(zhuǎn)換。函數(shù)文件tran.m：function[rho,theta]=tran(x,y)rho=sqrt(x*x+y*y);theta=atan(y/x);

調(diào)用tran.m的命令文件main1.m：x=input('Pleaseinputx=:');y=input('Pleaseinputy=:');[rho,the]=tran(x,y);rhothe2．函數(shù)的遞歸調(diào)用在MATLAB中，函數(shù)可以嵌套調(diào)用，即一個函數(shù)可以調(diào)用別的函數(shù)，甚至調(diào)用它自身。一個函數(shù)調(diào)用它自身稱為函數(shù)的遞歸調(diào)用。例4-18利用函數(shù)的遞歸調(diào)用，求n！。

n!本身就是以遞歸的形式定義的：顯然，求n!需要求(n-1)!，這時可采用遞歸調(diào)用。遞歸調(diào)用函數(shù)文件factor.m如下：functionf=factor(n)ifn<=1f=1;elsef=factor(n-1)*n;%遞歸調(diào)用求(n-1)!end例4-19任意排列問題。MATLAB提供的函數(shù)randperm(n)，可以產(chǎn)生一個從整數(shù)1到整數(shù)n的任意排列。編寫一個函數(shù)來實現(xiàn)randperm(n)函數(shù)的功能，即給出一個由任意數(shù)組成的行向量，然后產(chǎn)生這個行向量元素的任意排列。4.3.3函數(shù)參數(shù)的可調(diào)性在調(diào)用函數(shù)時，MATLAB用兩個永久變量nargin和nargout分別記錄調(diào)用該函數(shù)時的輸入實參和輸出實參的個數(shù)。只要在函數(shù)文件中包含這兩個變量，就可以準確地知道該函數(shù)文件被調(diào)用時的輸入輸出參數(shù)個數(shù)，從而決定函數(shù)如何進行處理。例4-20nargin用法示例。函數(shù)文件examp.m：functionfout=charray(a,b,c)ifnargin==1fout=a;elseifnargin==2fout=a+b;elseifnargin==3fout=(a*b*c)/2;end命令文件mydemo.m：x=[1:3];y=[1;2;3];examp(x)examp(x,y')examp(x,y,3)4.3.4全局變量與局部變量函數(shù)文件中的變量是局部的，即在一個函數(shù)文件中定義的變量不能被另一個函數(shù)文件引用。如果在若干函數(shù)中都把某一變量定義為全局變量，那么這些函數(shù)將共用這個變量，作用域是整個工作空間，即全程有效。全局變量用global命令定義，格式為：global變量名例4-21全局變量應用示例。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;在命令窗口中輸入：globalALPHABETAALP