第三章 Matlab程序設計.ppt

1、第三章 MATLAB程序設計,3.1 M文件,3.2 程序控制結構（本章重點）,3.3 函數(shù)文件（本章重點）,3.4 程序舉例（參見教材）,3.5 程序調(diào)試,3.1 M文件,3.1.1 M文件概述,包含Matlab程序代碼的文件稱為M文件，其擴展名為m。,如想靈活應用Matlab去解決實際問題，充分調(diào)用Matlab的科學技術資源，就需要編輯m文件。,M文件不能在命令窗口建立，但可使用任何文本編輯器編輯。,M文件是ASCII碼文本文件，執(zhí)行程序時逐行解釋運行程序，Matlab是解釋性的編程語言。,M文件可以根據(jù)調(diào)用方式的不同分為兩類：命令文件(Script File)和函數(shù)文件(Function

2、 File)。,1、命令文件,標準的ASCII文本文件；,包含一系列Matlab函數(shù)和命令（如同在命令窗口輸入的一樣）；,命令按順序解釋執(zhí)行。,命令文件的特點：,1）命令文件由兩部分組成：注釋部分和程序主體,注釋，綠色字,執(zhí)行的主體,2）結構簡單，沒有輸入輸出參數(shù)，只是一些函數(shù)和命令的組合，類似于DOS下的批處理文件；,3）可直接運行：在命令窗口輸入命令文件名，就會按順序執(zhí)行命令主體部分的命令，本例最終的結果為繪圖：,4）命令文件對工作空間中的變量進行操作，文件中建立的變量及執(zhí)行結果也返回到工作空間中，且這些變量在腳本執(zhí)行完后仍保存在工作空間中，可繼續(xù)對其進行操作，直到使用clear命令清除它

3、們或Matlab命令窗口關閉為止。,2、函數(shù)文件,函數(shù)申明行,幫助文本,函數(shù)主體（代碼）,從形式上看，與命令文件不同。函數(shù)文件的第一行總是由關鍵字function引導的函數(shù)申明行，且函數(shù)接受輸入?yún)?shù)，返回輸出參數(shù)。,從運行上看，與命令文件不同。函數(shù)文件運行時，Matlab為它開辟一個臨時的函數(shù)工作空間，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，都隱含其中。當文件執(zhí)行完畢，該臨時工作空間及其中的變量立即被清除。所有可見的東西是輸入和輸出。,3.1.2 M文件的建立與打開,M文件是文本文件，可以用任何文本編輯器建立和編輯。但常用且最為方便的是使用Matlab提供的M文件編輯/調(diào)試器。,具體

4、創(chuàng)建方法：,1）在Matlab主界面的菜單欄點擊：FileNewM-File,2）在Matlab命令窗口輸入命令：edit, edit,M文件編輯/調(diào)試器,3）命令按鈕操作。單擊MATLAB主窗口工具欄上的New M-File命令按鈕,3.2 程序控制結構,3.2.1 順序結構,數(shù)據(jù)的輸入,input命令提示用戶從鍵盤輸入數(shù)值、字符串、表達式。,input命令的調(diào)用格式： A=input（提示信息） A=input（提示信息，s）允許用戶輸入字符串, a=input(a=?) a=?2 a = 2, a=input(a=?) a=?in ? Error using = input Undefi

5、ned function or variable in., a=input(a=?,s) a=?in a = in,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),disp命令的調(diào)用格式： disp(輸出項) 其中輸出項既可以為字符串，也可以為矩陣。,3、程序的暫停,pause命令可以在程序運行時暫停程序的執(zhí)行。若要強行中止程序的運行可使用Ctrl+C命令。,pause命令的調(diào)用格式： pause(延遲秒數(shù)) 如果省略延遲時間，直接使用pause，程序?qū)和?，直至用戶按任意鍵后程序才繼續(xù)運行。,3.2.2 選擇結構,1、ifelseend語句,基本格式：（三種）,if 表

6、達式 執(zhí)行語句 end,第一種：,if 表達式 執(zhí)行語句1 else 執(zhí)行語句2 end,第二種：,是,否,if 表達式1 執(zhí)行語句1 elseif 表達式2 執(zhí)行語句2 . . . else 執(zhí)行語句n end,第三種：,多分支,if語句執(zhí)行過程,1）判斷表達式緊跟在關鍵字if后面，使得它可以首先被計算；,2）根據(jù)判斷表達式的計算結果進行判斷，結果為0判斷為假，結果為1判斷為真；,3）若判斷為真，則執(zhí)行其后的執(zhí)行語句；否則跳過，不予執(zhí)行。,例：編寫M函數(shù)，計算函數(shù)值。,if x1 y=x,elseif x=1 case 1 disp(You are a student.); otherwis

7、e disp(We are all students); end,num = 1 You are a student.,3.2.3 循環(huán)結構,for循環(huán),for循環(huán)允許一組命令以固定的和預定的次數(shù)重復。其基本格式：,for 循環(huán)變量 = Array 循環(huán)體 end,for循環(huán)的執(zhí)行過程：,for和end語句之間的循環(huán)體語句按數(shù)組中的每一列執(zhí)行一次。,在每一次迭代中，循環(huán)變量i被指定為數(shù)組的下一列，即在第n次循環(huán)中，i=Array(:, n)。,說明：, for i=1:10 x(i)=sin(i*pi/10); end x x = Columns 1 through 8 0.3090 0.58

8、78 0.8090 0.9511 1.0000 0.9511 0.8090 0.5878 Columns 9 through 10 0.3090 0.0000,例3-10 寫出下列程序的執(zhí)行結果。 s=0; data=12 13 14;15 16 17;18 19 20;21 22 23; for k=data s=s+k; end disp(s);,執(zhí)行結果: 39 48 57 66,在實際MATLAB編程中，采用循環(huán)語句會降低其執(zhí)行速度，當有一個等效的數(shù)組方法來解給定的問題時，應避免用For循環(huán)。,說明：,例3-9 已知 ，當n=100時，求y的值。 程序如下： y=0; n=100; f

9、or i=1:n y=y+1/(2*i-1); end y,上程序通常由下面的程序來代替： n=100; i=1:2:2*n-1; y=sum(1./i); y,while循環(huán),while循環(huán)的基本格式：,while 表達式 循環(huán)體 end,表達式一般由邏輯運算、關系運算以及一般運算組成，以判斷循環(huán)的進行和停止；,表達式的值可以是標量或數(shù)組。表達式的值的所有元素為真（非0），繼續(xù)循環(huán)；直到表達式值的所有元素為0，循環(huán)停止。,while循環(huán)的執(zhí)行過程：,例：求出從1到多少的自然數(shù)的和大于或等于100。,sum=0; i=0; while sum100 i=i+1; sum=sum+i; end,

10、i = 14 sum = 105,3、break語句和continue語句,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。, for i=1:10 x(i)=sin(i*pi/10); if i=5,break,end end x x = 0.3090 0.5878 0.8090 0.9511 1.0000,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3-12 求100，200之間第一個能被21整除的整數(shù)。 for n=100:200 if rem(

11、n,21)=0 continue end break end n,n= 105,4、循環(huán)的嵌套,例：求1！+2！+3！+ +5！,sum=0; for i=1:1:5 pdr=1; for j=1:1:i pdr=pdr*j; end sum=sum+pdr; end,內(nèi)循環(huán)，計算i的階乘,外循環(huán),sum = 153,3.3 函數(shù)文件,3.3.1 函數(shù)文件的基本結構,函數(shù)申明行：,位于函數(shù)文件的首行，用關鍵字function開頭，函數(shù)名以及輸 入輸出參數(shù)都在這一行被定義。,function y = flipud ( x ),函數(shù)名,輸入?yún)?shù),輸出參數(shù),其中以function開頭的一行為引導行，

12、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。,注釋說明部分：,可通過help命令查詢到。,函數(shù)主體（代碼）：,包括進行運算和賦值操作的所有Matlab程序代碼，其中可以有流程控制、交互輸入輸出、計算、賦值、注釋，還可包括函數(shù)調(diào)用和對腳本文件的調(diào)用。,在函數(shù)文件的組成部分中，申明行是一個Matlab函數(shù)所必需的，其它各部分則不是必需的（可以沒有）；,編寫代碼時要養(yǎng)成良好的注釋習慣，以方便自己和其它用戶調(diào)用；,說明：,3.3.2 函數(shù)調(diào)用,1、Matlab中調(diào)用函數(shù)的常用形式：,輸出參數(shù)1

13、,輸出參數(shù)2,=函數(shù)名(輸入?yún)?shù)1,輸入?yún)?shù)2,),說明：函數(shù)調(diào)用過程中，輸入輸出參數(shù)的順序和個數(shù)必須與函數(shù)定義中的一致，即要注意實際參數(shù)和形式參數(shù)的對應。,例：利用函數(shù)文件，實現(xiàn)直角坐標（x,y）到極坐標（r,）的轉(zhuǎn)換。,function r,theta=tran(x,y) r=sqrt(x2+y2); theta=atan(y/x);,函數(shù)文件tran.m, x=3; y=4; r,theta=tran(x,y) r = 5 theta = 0.9273,函數(shù)調(diào)用,2、函數(shù)調(diào)用可以嵌套，即一個函數(shù)可以調(diào)用別的函數(shù)，還可以調(diào)用它自身（遞歸調(diào)用）。,function iforgot(n) if

14、 nargin=0 n=20; end if n1 disp(I will remember to do my homework.) iforgot(n-1) else disp(Maybe NOT!) end,一個函數(shù)遞歸調(diào)用的例子：iforgot。, iforgot(10) I will remember to do my homework. I will remember to do my homework. I will remember to do my homework. I will remember to do my homework. I will remember to d

15、o my homework. I will remember to do my homework. I will remember to do my homework. I will remember to do my homework. I will remember to do my homework. Maybe NOT!,函數(shù)調(diào)用,3.3.3 函數(shù)參數(shù)的可調(diào)性,調(diào)用一個函數(shù)時，所用輸入輸出參數(shù)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)?shù)個數(shù)；函數(shù)工作空間變量nargout包含輸出參數(shù)個數(shù)。常用這兩個變量來設置缺省輸入變量，并決定用戶所希望的輸出變量。,funct

16、ion y=linspace(d1,d2,n) if nargin=2 n=100; end y=d1+(0:n-2)*(d2-d1)/(n-1)d2;,函數(shù)參數(shù)的傳遞具有可調(diào)性，通過變量nargin和nargout來實現(xiàn),3.3.4 全局變量與局部變量,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) 行期間臨時存在，以后就消失，稱為局部變量。不能從其它函數(shù) 和Matlab工作空間訪問這些變量，因此，從一個調(diào)用到下一個調(diào) 用，利用局部變量存儲信息是不可能的。,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

17、訪問全局變量，在每一個所希 望的工作空間，變量必須申明是全局的:,global 變量名1 變量名2 ,聲明格式：,例3-18 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)加權相加。 function f=wadd(x,y) global ALPHA BETA f=ALPHA*x+BETA*y; 在命令窗口中輸入： global ALPHA BETA ALPHA=1; BETA=2; s=wadd(1,2),s= 5,實際編程中，應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，能反映它本身的含義，并有選擇地以首次出 現(xiàn)的M文件的名字開頭。,因為全局變量的值一旦在一個地方被改變，在其它使用該變量的函數(shù)中都將改變，這樣有可能會出現(xiàn)不可預見的情況。,3.4 程序舉例（參見教材）,3.5 程序調(diào)試,編寫M文件時的錯誤（bug）類型：,語法錯誤（Syntax）,語法錯誤是指變量名、函數(shù)名的誤寫，標點符號的缺、漏以及函數(shù)調(diào)用格式、數(shù)據(jù)類型不符合定義等。這類錯誤通常能在運行時發(fā)現(xiàn)，這時Matlab會中止M文件的執(zhí)行并給出相應的錯誤原因及所在行、列號。,運行錯誤（Run-time）,運行錯誤是由算法本身引起的，發(fā)生在程序運行過程中。相對于語法錯誤而言，運行錯誤較難處理，尤其是M函數(shù)文件，它一旦停止運行，其中間變量會被刪除一空