重慶工商大學(xué)數(shù)學(xué)模型與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課件第05講 程序設(shè)計(jì)

1、 第05講 MATLAB程序設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化主要內(nèi)容1、M文件2、matlab控制流3、matlab程序調(diào)試5.1 M文件 1、MATLAB的M文件有兩種（腳本文件和函數(shù)文件）腳本文件：將原來(lái)要在MATLAB環(huán)境直接輸入的語(yǔ)句， 放在一個(gè)以.m為后綴的文件中。函數(shù)文件：它的第一行必須是函數(shù)定義行， 用來(lái)標(biāo)示其與腳本文件的不同， 也存在.m文件中。 5.1 M文件腳本文件的特點(diǎn)：1.)它是一串按用戶意圖排列而成的（包括控制流 向指令在內(nèi)的）MATLAB指令集合。2.） 腳本文件運(yùn)行后，所產(chǎn)生的所有變量都駐留在 MATLAB基本空間（workspace）中。只要用戶 不使用clear指令加以

2、清除，且MATLAB指令窗不 關(guān)閉，就可非常方便地從工作區(qū)中查詢當(dāng)前某個(gè)變 量的計(jì)算情況。 5.1 M文件函數(shù)文件的構(gòu)成（由5個(gè)部分組成）（1）函數(shù)定義行（腳本文件無(wú)需定義行） 位于函數(shù)文件的首行，以MATLAB關(guān)鍵字function開頭，函數(shù)名以及函數(shù)的輸入輸出變量都在這一行定義。 function f,g=fname(x,y);（2）函數(shù)信息說(shuō)明行（H1） 緊隨函數(shù)定義行之后的以%開頭的注釋行的第一行。H1行包括：大寫體的函數(shù)文件名； 運(yùn)用關(guān)鍵詞簡(jiǎn)要描述的函數(shù)功能。H1行作用： 供help幫助使用（3）函數(shù)幫助文本 H1行及其之后的連續(xù)以%開頭的所有注釋行構(gòu)成整個(gè)在線 幫助文本。 通常包括

3、：函數(shù)輸入輸出變量含義 函數(shù)調(diào)用格式的說(shuō)明 5.1 M文件（4）函數(shù)體 是指完成指定功能的MATLAB指令集合，它接收輸入變量，進(jìn)行程序流控制，得到輸出變量?？烧{(diào)用任何可用的MATLAB提供的函數(shù)和用戶自己定義的函數(shù)。（5）注釋 是指在函數(shù)體中對(duì)某些程序行所進(jìn)行的注釋。以%標(biāo)注，可以出現(xiàn)在函數(shù)體的任何需要的地方。舉例演示注釋行function b= mean(a)%MEAN Average or mean value. %For vectors, MEAN(a) is the mean value of a%For matrix, MEAN(a) is the row vector%conta

4、ining the mean value of each columnm,n=size(a) ; %The dimension of matrics aif m=1 m=n; end b= sum(a)/m; 函數(shù)定義行H1行幫助行函數(shù)體m,n=size(a) ； %The dimension of matrics Xif m=1 m=n; end b= sum(a)/m 腳本文件腳本文件和函數(shù)文件的比較5.1 M文件2、 函數(shù)工作空間每當(dāng)函數(shù)文件運(yùn)行時(shí)，matlab會(huì)為它開辟一個(gè)臨時(shí)工作空間稱之為函數(shù)工作空間。說(shuō)明：1、函數(shù)工作空間相對(duì)于基本工作空間是獨(dú)立的、臨時(shí)的2、函數(shù)工作空間隨具體函數(shù)

5、文件的調(diào)用而產(chǎn)生，隨調(diào)用結(jié)束而刪除3、函數(shù)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的所有中間變量都存放在函數(shù)工作空間中4、函數(shù)執(zhí)行完成后，臨時(shí)函數(shù)空間及所有的中間變量即被清除 5.1 M文件3、 函數(shù)的輸入、輸出變量相同點(diǎn)： MATLAB中，函數(shù)的輸入、輸出變量的含義與C語(yǔ)言的函數(shù)相同。異同點(diǎn)： 實(shí)際調(diào)用時(shí)，所用的輸入、輸出變量的個(gè)數(shù)可以少于原定義函數(shù)的變量的個(gè)數(shù)。5.1 M文件4、 局部變量和全局變量局部變量： 是存在于函數(shù)工作空間內(nèi)部的中間變量，產(chǎn)生于函數(shù)的運(yùn)行過(guò)程中，影響范圍僅限于該函數(shù)本身。全局變量： 通過(guò)globle指令定義的變量，可以同時(shí)由幾個(gè)不同的函數(shù)工作空間以及基本工作空間共享。 全局變量應(yīng)用示例.func

6、tion f=wadd(x,y)globle alpha betaf=alpha*x+beta*y;global alpha betaalpha=1;beta=2;s=wadd(1,2)在命令窗口中輸入: 5.1 M文件5、 主函數(shù)和子函數(shù)說(shuō)明： 1、與c語(yǔ)言相似，matlab中也可以定義子函數(shù)， 來(lái)擴(kuò)充函數(shù)的功能2、子函數(shù)只能被主函數(shù)或同一主函數(shù)下的其它子函數(shù)所調(diào)用定義： 在函數(shù)文件中題頭定義的函數(shù)被稱為 主函數(shù) 函數(shù)體內(nèi)定義的其它函數(shù)均被視為 子函數(shù)function c=testarg(a,b)c=test1(a,b)*test2(a,b);function c=test1(a,b) c=

7、a+b;function c=test2(a,b) c=a-b;%主函數(shù)%子函數(shù)1%子函數(shù)2 5.2 matlab控制流matlab提供了五種控制程序流的結(jié)構(gòu)： for 循環(huán)結(jié)構(gòu) while 循環(huán)結(jié)構(gòu) if-else-end分支結(jié)構(gòu) switch-case 結(jié)構(gòu) try-catch 結(jié)構(gòu)條件控制語(yǔ)句 5.2 matlab控制流1.if-else-end分支結(jié)構(gòu)，條件控制語(yǔ)句。 （1）單分支 if expression commands end 如果表達(dá)式expression為真，執(zhí)行組命令commands,否則跳過(guò)該組命令。例： 假設(shè)定義mn的矩陣A。下面的語(yǔ)句是判斷 矩陣A的第1列元素是否為

8、0，若全為0,則從 矩陣A中刪除第1列。 if A(:,1)=0 m,n=size(A); A=A(1:m,2:n);end 5.2 matlab控制流（2）雙分支if expression 判決條件 commands1 表達(dá)式為真時(shí)，執(zhí)行命令commands1else commands2 表達(dá)式為假時(shí)，執(zhí)行命令commands2end5.2 matlab控制流判決表達(dá)式2（3）多分支 if expression1 commands1 elseif expression2 commands2 else commandsk end判決表達(dá)式1表達(dá)式1為真，執(zhí)行commands1,結(jié)束此結(jié)構(gòu)表達(dá)式

9、1為假，而表達(dá)2為真， 執(zhí)行commands2,結(jié)束此結(jié)構(gòu)當(dāng)前面所有表達(dá)式均為假時(shí)，執(zhí)行該組命令說(shuō)明：表達(dá)式為空時(shí)，MATLAB認(rèn)為表達(dá)式為假。例：if n0 disp(input n must be positive.) elseif n=0 disp(n=0) elseif rem(n,2)=0 disp(n是2的整數(shù)倍) else disp(其它情況) end 5.2 matlab控制流2.switch-case結(jié)構(gòu)，條件控制語(yǔ)句switch ex case test1 commands1 case test2 commands2 case testk commandsk otherwi

10、se commandsend ex為一標(biāo)量或字符串當(dāng)ex等于test1時(shí)，執(zhí)行組命令1，然后跳出該結(jié)構(gòu)當(dāng)ex等于testk時(shí)，執(zhí)行組命令k，然后跳出該結(jié)構(gòu)當(dāng)表達(dá)式不等于前面所有的檢測(cè)值時(shí)，則執(zhí)行該組命令檢測(cè)擲一次骰子所得的點(diǎn)數(shù)是單數(shù)還是雙數(shù)function dicetest(result)switch result case 1,3,5 disp(odd number of eye) case 2,4,6 disp(even number of eye) otherwise disp(what kind of dice do you have?)end 說(shuō)明：case后的檢測(cè)值可以是標(biāo)量、字符

11、串和元胞數(shù)組 若檢測(cè)值是元胞數(shù)組，matlab將表達(dá)式的值和元胞數(shù)組 中的所有值進(jìn)行比較，只要元胞數(shù)組中有一個(gè)元素與表 達(dá)式的值相等，則認(rèn)為比較結(jié)果為真。 5.2 matlab控制流3. try-catch 結(jié)構(gòu)，條件控制語(yǔ)句try commands1catch commands2end執(zhí)行commands1，若正確，則跳出此結(jié)構(gòu)若執(zhí)行commands1時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，則執(zhí)行commands2N=4;A=rand(3);try A_N=A(N,:) catch A_end=A(end,:) endlasterr顯示最新出錯(cuò)信息，并終止程序%如果取A(N,:)出錯(cuò)，則改取A的最后一行5.2 matl

12、ab控制流4.指定重復(fù)次數(shù)的循環(huán)語(yǔ)句for variable=expression statementsend說(shuō)明：在for和variable之間需要有一個(gè)空格。這里的variable 是循環(huán)變量名。在表達(dá)式中給出循環(huán)的初始值、步長(zhǎng)和終值。功能：這個(gè)命令就是反復(fù)執(zhí)行一條語(yǔ)句或一組語(yǔ)句，而執(zhí)行的次數(shù)已預(yù)先定義好。以end結(jié)束這組語(yǔ)句 5.2 matlab控制流5.不指定重復(fù)次數(shù)的循環(huán)語(yǔ)句 說(shuō)明： 無(wú)論是for循環(huán)還是while循環(huán)均可用break語(yǔ)句終止循環(huán)。while expression commandsend功能：只要邏輯表達(dá)式為真， while命令將反復(fù)執(zhí)行程序語(yǔ)句。舉例： 在區(qū)間2 ,

13、0.75 內(nèi)，步長(zhǎng)為0.25， 對(duì)函數(shù)y=f(x) = 1 + 1 /x求值，并列表。將所得x值和y值分別存入向量r和s中，并列表顯示。r=;s=;for x=-2.0:0.25:-0.75; y=1+1/x; r=r x; s=s y;end r;svar=1 2 3 4 5 6 -1 7 8 0 ;a=;k=1;while var(k) if var(k)=-1 break; end a=a var(k).2; k=k+1;end disp(a) 例題開講不必等到循環(huán)自然結(jié)束，當(dāng)在循環(huán)體內(nèi)執(zhí)行到該語(yǔ)句時(shí),程序?qū)⑻鲅h(huán),繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)語(yǔ)句的下一語(yǔ)句.continue控制跳過(guò)循環(huán)體中的某些語(yǔ)句

14、,當(dāng)在循環(huán)體內(nèi)執(zhí)行到該語(yǔ)句時(shí),程序?qū)⑻^(guò)循環(huán)體中所有剩下的語(yǔ)句,繼續(xù)執(zhí)行下一次循環(huán)求:100,200之間第一個(gè)能被21整除的整數(shù)?for n=100:200 if rem(n,21)=0 continue end breakendn 5.2 matlab控制流控制流的其它常用指令：1、利用input函數(shù)輸入?yún)?shù)，并可同時(shí)顯示出提示信息 利用disp函數(shù),可向命令窗口輸出信息2、利用keyboard函數(shù)進(jìn)入鍵盤主控狀態(tài)， 直接修改或輸入變量；3、 pause error和warning指令5.2 matlab控制流1.用 input ( ) 函數(shù)輸入?yún)?shù)(1)當(dāng)輸入?yún)?shù)是數(shù)值時(shí)： y=input

15、(the value of y is:); f=input(frequency is : );在指令窗的工作區(qū)中會(huì)顯示提示信息5.2 matlab控制流(2)當(dāng)直接輸入字符串變量時(shí): 需要用s選項(xiàng)對(duì)其進(jìn)行類型說(shuō)明。 y=input(methods:，s);說(shuō)明： 這里的input函數(shù)與c語(yǔ)言中的不同. 它不需要對(duì)輸入?yún)?shù)的類型進(jìn)行說(shuō)明. 如：%f,%d.x=input(請(qǐng)輸入x的值:);if x=10 y=cos(x+1)+sqrt(x*x+1);else y=x*sqrt(x+sqrt(x);endydisp(y)5.2 matlab控制流2.鍵盤控制 keyboard 說(shuō)明：1、遇到key

16、board時(shí)，將“控制權(quán)”交給鍵盤，用戶可以從 鍵盤輸入各種matlab指令。2、僅當(dāng)用戶輸入return指令后，“控制權(quán)”才交還給程序keyboardm,n=size(x);if m=1 m=n; endy = sum(x)/m 5.2 matlab控制流3、pause、error和warning指令pausepause(n)暫停執(zhí)行文件，等待用戶按任意鍵后繼續(xù)暫停執(zhí)行文件n秒，在繼續(xù)執(zhí)行t=0:2*pi/99:2*pi;x=1.15*cos(t);y=3.25*sin(t); plot(x,y),axis normal,grid on,title(Normal and Grid on)di

17、sp( 以上是軸的通常設(shè)置。)disp(按任意鍵繼續(xù)！下面是X-Y軸刻度等長(zhǎng)度設(shè)置情況。)pauseplot(x,y),axis equal,grid on,title(Equal) 5.2 matlab控制流error(message)lasterrwarning(message) lastwarn顯示出錯(cuò)信息message,并終止程序顯示matlab自動(dòng)判斷的最新出錯(cuò)原因,并終止程序顯示警告信息message,程序繼續(xù)運(yùn)行顯示matlab自動(dòng)給出的最新警告信息,并繼續(xù)運(yùn)行N=4;A=rand(3);try A_N=A(N,:);catch A_end=A(end,:);endlasterr

18、lastwarn5.3 程序的調(diào)試 所謂的程序調(diào)試，就是指當(dāng)發(fā)現(xiàn)你所編制的程序無(wú)法得到你所期望的結(jié)果時(shí)，所進(jìn)行的錯(cuò)誤修正。一般情況下的程序錯(cuò)誤可以分為兩類（1）格式錯(cuò)誤 這類錯(cuò)誤比較容易定位和檢查。（2）運(yùn)行錯(cuò)誤 這類錯(cuò)誤通常是因?yàn)檫壿嫽蛩惴ㄉ嫌袉?wèn)題而導(dǎo)致的錯(cuò)誤，這類問(wèn)題比較不容易找到。5.3 程序的調(diào)試錯(cuò)誤的識(shí)別：將程序每一步執(zhí)行的結(jié)果輸出到命令窗口，以檢查運(yùn)行的結(jié)果；實(shí)現(xiàn)方法：將程序中屏蔽輸出的“；”去掉。在m文件中可能發(fā)生錯(cuò)誤的地方加入keyboard，讓MATLAB程序暫停來(lái)檢查相關(guān)的信息。 注釋掉函數(shù)的定義行，將其轉(zhuǎn)換成腳本文件， 對(duì)其中的信息進(jìn)行觀測(cè)。用MATLAB提供的調(diào)試器debugger來(lái)檢查錯(cuò)誤。5.3 程序的調(diào)試 下面我們介紹如何利用調(diào)試器（debugger）進(jìn)行MATLAB的程序調(diào)試。