第04章++MATLAB程序設計

第4章MATLAB

程序設計陳文靜主要內(nèi)容M文件的建立、分類程序控制結構函數(shù)的設計（參數(shù)控制，注釋等）程序的調(diào)試（包括函數(shù)文件的調(diào)試）程序按照矩陣規(guī)則進行優(yōu)化4.1M文件M文件：由代碼（指令）組成，在MATLAB系統(tǒng)中解釋運行。M文件的后綴名為M。

M文件的分類

(1)命令式文件（腳本script）。(2)函數(shù)式文件（function）。4.1M文件兩類文件的區(qū)別命令式文件沒有輸入輸出參量，函數(shù)式文件帶帶參數(shù)。命令式文件運行中可以調(diào)用工作空間的數(shù)據(jù)，運行中產(chǎn)生的所有變量為全局變量。函數(shù)式文件不能調(diào)用工作空間的數(shù)據(jù)，運行中產(chǎn)生的所有變量為局部變量。命令式文件可以直接運行，函數(shù)式文件不能，只能調(diào)用。4.1M文件函數(shù)式文件（function）的構成

函數(shù)式文件（function）的構成function[w1,w2]=set_filter_w(I,kk)%設置濾波窗ifnargin<2kk=1;end……4.1M文件M文件的建立與打開可用任何文本編輯程序來建立和編輯常用matlab提供的編輯器建立/打開的方式：

a、主菜單

b、運行edit命令

c、命令按鈕，Newscript4.1M文件4.2程序控制結構三種程序控制結構順序結構選擇結構循環(huán)結構4.2程序控制結構順序結構指按照程序中語句的排列順序依次運行，直道程序的最后一句。一般涉及數(shù)據(jù)的輸入、數(shù)據(jù)的計算或處理、數(shù)據(jù)的輸出等。Clearall;clc;closeall;input(prompt)strResponse=input(prompt,'s')disp(x)4.2程序控制結構name='Alice';age=12;str=sprintf('%swillbe%dthisyear.',name,age);disp(str);A='Alice';age=12;str=fprintf('%swillbe%dthisyear.\n',name,age);Alicewillbe12thisyear.4.2程序控制結構Matlab與日期和時間有關的函數(shù)calendarX=clockY=todayT=tictocetimenowdate

datenumpausepause(3)延時3秒ctrl+c(終止程序運行）順序結構實例例：求一元二次方程ax2+bx+c=0的根，其中a,b,c的值由鍵盤輸入。

a=input(‘a(chǎn)=?’);b=input(‘b=?’);c=input(‘c=?’);x1=(-b+sqrt(b.^2-4*a*c))/(2*a);x2=(-b-sqrt(b.^2-4*a*c))/(2*a);

disp([‘x1=‘,num2str(x1),‘x2=‘,num2str(x2)])或p=[abc];x＝roots(p)4.2程序控制結構三種程序控制結構順序結構選擇結構循環(huán)結構4.2程序控制結構if結構1）單分支If結構2）雙分支If結構if-else-end3）多分支If結構If…elseif…else…endswith結構

try結構

選擇結構4.2程序控制結構1）單分支ifif條件語句組

end

if結構2）雙分支ifif條件語句組1else語句組2end3）多分支ifif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：計算分段函數(shù)：例：多分支條件語句例、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，其它為原樣輸出。disp(abs(c)-abs(‘0’))switch語句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nend4.2程序控制結構選擇結構switch語句switch表達式

case表達式1

語句組1case{表達式2,表達式3,…表達式m}

語句組2….otherwise

語句nend4.2程序控制結構選擇結構4.2程序控制結構…switch(result)case52disp('resultis52')case{53,78}disp('resultis52or78')End例使用switch語句判斷鍵盤輸入值并做出相應提示。例使用switch語句對顧客購買的商品進行打折銷售try語句try

語句組1catch

語句組2end例、矩陣乘法的規(guī)則，先求兩矩陣的乘積，若出錯則自動轉去求兩矩陣的點積。A=[1,2,3;4,5,6];B=[7,8,9;10,11,12];tryC=A*B;catchC=A.*B;end4.2程序控制結構試探結構Errorusing*Innermatrixdimensionsmustagree.

4.2程序控制結構三種程序控制結構順序結構選擇結構循環(huán)結構循環(huán)結構硬循環(huán)語句(for……end)條件循環(huán)語句(while…….end)4.2程序控制結構

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例、利用循環(huán)語句生成方波A，要求方波序列長度為100，方波個數(shù)為10個。A0=[0,0,0,0,0,1,1,1,1,1];A=[];fori=1:10A=[AA0];endfor循環(huán)結構[B1,B]=meshgrid(A0);C=reshape(B,1,100);for循環(huán)結構Fori=valArray…endfors=[1,5,8,17]disp(s)end15817a=[1,3,5,7];>>fori=as(i)=i;ends=1030507例：輸出100~999之間的水仙花數(shù)例：編寫程序，求Fibnacci數(shù)列各項求：n=input(‘n=‘);

y=0;fori=1:ny=y+1/i.^2;enddisp(y)n=input(‘n=‘);

x=1:n;y=1./i.^2sum(y)disp(y)例：求定積分設求例：求定積分設求quad(fun,a,b)>>F=@(x)exp(-0.5*x).*sin(x+pi/6);>>Q=quad(F,0,3*pi)Q=0.9008條件循環(huán)語句(while-end)當--就—

結構while條件循環(huán)體語句

endWhile循環(huán)結構條件循環(huán)體語句YNWhile循環(huán)例：求階乘大于或等于99^99的最小整數(shù)。N=1;while(prod(1:N)<99^99)N=N+1;endm=1;while(sum(1:N)<=10000)m=m+1;end>>mm=141求：

例：從鍵盤輸入若干個數(shù)，當輸入0時，結束。求這些數(shù)的和與平均值While循環(huán)例break用于終止循環(huán)的執(zhí)行，即程序將跳出循環(huán)。continue

控制跳出循環(huán)體中的某些語句，即跳過循環(huán)體中所有剩下的語句，繼續(xù)下一次循環(huán)。例、求[100,200]之間第一個能被21整除的數(shù)forn=100:200ifrem(n,21)~=0continueendbreakend終止循環(huán)forn=100:200ifrem(n,21)==0breakendendx=100:200;a=find(rem(x,21)==0,1);x(a)return使正在執(zhí)行的函數(shù)正常退出?？梢杂糜谡：蛷娭平Y束函數(shù)的運行例、求[100,200]之間第一個能被21整除的數(shù)forn=100:200ifrem(n,21)==0returnendend[x,y]=meshgrid(1:256);z=2-((x-128).^2+(y-128).^2)/128^2;mesh(z);

a=z;a(a<=1)=NaN;[M,N]=size(a);fori=1:Mforj=1:Nifa(i,j)<=1a(i,j)=NaN;endendend循環(huán)的嵌套例：找出1：100之間的全部素數(shù)clearallclcN=100;p=2:N;fori=2:sqrt(N)n=find(rem(p,i)==0&p~=i);p(n)=[];enddisp(p)例：找出1：100之間的全部素數(shù)寫出下列程序的輸出結果s=0;a=[12,13,14;15,16,17;181920;21,22,23]fork=aforj=1:4ifrem(k(j),2)~=0s=s+k(j);endendends=108第三節(jié)函數(shù)文件函數(shù)文件的基本結構Function[輸出參量]=函數(shù)名（輸入?yún)⒘?

注釋說明函數(shù)體語句說明：1、函數(shù)調(diào)用時，不是函數(shù)名而是函數(shù)文件名。2、注釋用%開頭，第一注釋行及之后的連續(xù)行3、return

函數(shù)文件的基本結構Function[輸出參量]=函數(shù)名（輸入?yún)⒘?

注釋說明函數(shù)體語句說明：1、函數(shù)調(diào)用時，不是函數(shù)名而是函數(shù)文件名。2、注釋用%開頭，第一注釋行及之后的連續(xù)行3、return第三節(jié)函數(shù)文件

函數(shù)調(diào)用：普通調(diào)用[輸出參量]=函數(shù)名（輸入?yún)⒘?function[rho,theta]=tran(x,y)rho=sqrt(x*x+y*y);theta=atan(y/x);調(diào)用：

[rho,the]=tran(x,y);第三節(jié)函數(shù)文件functionA=myhilb(m,n)ifnargout>1,error(‘Toomanyoutputargument’);endifnargin==1,n=m;elseifnargin==0|nargin>2,error(‘wrongnumberofinputargument’);endfori=1:mforj=1:nA(i,j)=1/(i+j-1);endend第三節(jié)函數(shù)文件調(diào)用：

A=myhilb(3,4);

函數(shù)調(diào)用：嵌套調(diào)用函數(shù)可以嵌套調(diào)用，如遞歸例、利用函數(shù)的遞歸調(diào)用，求n的階乘。functionf=myfactor(n)ifn<=1f=1;elsef=myfactor(n-1)*n;end第三節(jié)函數(shù)文件函數(shù)調(diào)用舉例用for循環(huán)編程實現(xiàn)對行向量進行任意重新排列。建立函數(shù)：myrndprm調(diào)用myrndprm>>x=1:10;>>y=myrndprm(x)y=46513278910

函數(shù)參數(shù)的可調(diào)性

nargin:numberoffunctioninputarguments

nargout:numberoffunctionoutputarguments

全局變量與局部變量

global變量名子函數(shù)私有函數(shù)

private目錄下嵌套函數(shù)第三節(jié)函數(shù)文件nargin和nargout

調(diào)節(jié)輸入和輸出參數(shù)，一個函數(shù)可完成多種功能。functionfout=charry(a,b,c);Ifnargin==1fout=a;elseifnargin==2fout=a+b;elseifnargin==3fout=(a*b*c)/2;end函數(shù)參數(shù)的可調(diào)性global變量名缺點：破壞了函數(shù)對變量的封裝，降低了程序的可讀性。functionf=wadd(x,y)globalalphabetaf=alpha*x+beta*y;運行時

globalalphabetaalpha=1;beta=2;s=wadd(1,2);全局變量與局部變量子函數(shù)(subfunction)一個M文件可以包括多個函數(shù)第一個出現(xiàn)的主函數(shù)，其它的為子函數(shù)主函數(shù)可以在M文件的外部調(diào)用子函數(shù)只能被主函數(shù)和同一個M文件中的其它子函數(shù)調(diào)用因此，主函數(shù)必須在最上方，子函數(shù)的排列順序可以任意子函數(shù)function[avg,med]=mystate(u)n=length(u);avg=mean(u,n);med=median(u,n);functiona=mean(v,n)a=sum(v)/n;functionm=median(v,n)w=sort(v);ifrem(n,2)==1m=w((n+1)/2);elsem=(w(n/2)+w(n/2+1))/2;end嵌套函數(shù)嵌套：在函數(shù)內(nèi)部定義其它函數(shù)嵌套函數(shù)必須用end結尾functiontestfunclc;x=5;y=testfun1(x);functionz=testfun1(x)z=2*x;endyend1.語法錯誤2.邏輯錯誤（編程失誤）調(diào)式方法：（1）命令行，單獨運行部分命令，根據(jù)結果判斷。（2）設置斷點來判斷（3）

return的靈活應用第四節(jié)程序調(diào)試

1.語法錯誤

能很好判斷或檢查出語法錯誤

2.邏輯錯誤（編程失誤）

matlab基本不能檢查到邏輯錯誤第四節(jié)程序調(diào)試2.邏輯錯誤（編程失誤）（1）命令行，單獨運行部分命令，根據(jù)結果判斷。（2）設置斷點來判斷_debug

k>>變量名，查看。變量的鼠標觀測法（3）利用鍵盤控制，如命令pause\keyboard\return第四節(jié)程序調(diào)試Debug詳解Debug工具欄中部分子項的功能1、step

執(zhí)行M文件的當前行，即單步執(zhí)行2、stepin

如果當前行調(diào)用了另外一個函數(shù)，則深入被調(diào)用的函數(shù)內(nèi)部執(zhí)行3、stepout

在當前函數(shù)內(nèi)部，完成剩余行的執(zhí)行，并退出函數(shù)4、continue

完成當前M文件的運行5、exitdebugmodemy_demo_func(1:64)4.3.5子函數(shù)4.3.5子函數(shù)第一步第二步第三步第四步第五步1.代碼運行的計時方法整段程序代碼的計時計算tic與toc之間的時間。也可以用etime(t1,t2)

計算t1,t2之間的時間差來完成上述功能。也可以用cputime變量來完成上述功能。五、程序的優(yōu)化設計1.代碼運行的計時方法整段程序代碼的計時計算tic與toc之間的時間。

tic……toc五、程序的優(yōu)化設計1.代碼運行的計時方法也可以用etime(t1,t2)

計算t1,t2之間的時間差來完成上述功能。t=clock;fft(x);etime(clock,t)五、程序的優(yōu)化設計1.代碼運行的計時方法也可以用cputime變量來完成上述功能。

t=cputime;your_operation;cputime-t五、程序的優(yōu)化設計編程技巧（1）盡量避免使用循環(huán)。盡量使用向量化的運算。多重循環(huán)，次數(shù)多的循環(huán)在內(nèi)。（2）矩陣維數(shù)預先定義。（3）優(yōu)先考慮內(nèi)置函數(shù)。（4）算法的優(yōu)化。作業(yè)1、編寫函數(shù)，應用cos(x)的麥克勞林展開式，計算cos(x)的值，并將計算結果于matlab自帶的cos函數(shù)進行比較。提示采用while…end條件循環(huán)。2、產(chǎn)生20個隨機整數(shù)，輸出其中小于平均值的偶數(shù)。3、按照循環(huán)結構計算s＝1＋2＋22＋…2n4、編寫函數(shù)文件，用于求兩個矩陣的乘積和點積，要求若能同時進行矩陣乘和點積，則輸出兩個值。例，產(chǎn)生方波A，要求方波序列長度為100，方波個數(shù)為10個。

A=[0,0,0,0,0,1,1,1,1,1];B=[A,A,A,A,A,A,A,A,A,A];或[B1,B]=meshgrid(A);C=reshape(B,1,100);

在matlab中，矩陣元素按列存儲，即首先存儲矩陣的第一列元素，然后存儲第二列，…，reshape只是改變原矩陣的行數(shù)和列數(shù)，不改變矩陣個數(shù)及原來的存儲結構練習1.從鍵盤上輸入4位數(shù)，按照下列規(guī)則加密輸出：每位數(shù)字都加上7，然后用和除以1