第6章 MATLAB程序設計.ppt

1、第6章 MATLAB程序設計,MATLAB有兩種常用的工作方式， 交互式命令行操作方式， M文件的編程工作方式,6.1 M文件,M文件有兩種形式：腳本文件（Script File）和函數(shù)文件（Function File）。腳本文件通常用于執(zhí)行一系列簡單的MATLAB命令，運行時只需輸入文件名字，MATLAB就會自動按順序執(zhí)行文件中的命令；函數(shù)文件和腳本文件不同，它可以接受參數(shù)，也可以返回參數(shù)，在一般情況下，用戶不能靠單獨鍵入其文件名來運行函數(shù)文件，而必須由其他語句來調(diào)用，MATLAB的大多數(shù)應用程序都是由函數(shù)文件的形式給出的。,6.1.1 局部變量與全局變量,函數(shù)文件所定義的變量是局部變量，這

2、些變量獨立于其他函數(shù)的局部變量和工作空間的變量，即只能在該函數(shù)的工作空間引用，而不能在其它函數(shù)工作空間和命令工作空間引用。,如果某些變量定義成全局變量，就可以在整個MATLAB工作空間進行存取和修改，以實現(xiàn)共享。因此，定義全局變量是函數(shù)間傳遞信息的一種手段。 用命令global定義全局變量，其格式為： global A B C 習慣上我們可以將全局變量定義為大寫字母。,6.1.2 M文件的編輯與運行,新建文件： 單擊MATLAB的主界面的工具欄上的圖標； 在命令窗口輸入命令edit建立新文件，或輸入命令edit filename， 利用MATLAB主界面的File|New子菜單，再從右拉菜單中

3、選擇“M-file”項；,打開文件： 編輯文件： 保存文件,運行文件,l 在命令窗口輸入要運行的文件名即可開始運行，需要注意的是，在運行前，一定要先保存文件，否則運行的是保存前的程序。 l 如果在編輯器中完成編輯后需要直接運行，可以選擇編輯器的Debug|Save and Run選項（如果文件已經(jīng)保存過，該選頂則變?yōu)镽un）。 按F5鍵則保存程序并直接運行；如果是新建M文件，則彈出“保存文件”對話框，用戶保存文件后直接運行。,6.1.3 腳本文件,腳本文件是M文件中最簡單的一種，不需要輸入輸出參數(shù)，用命令語句可以控制MATLAB命令工作空間的所有數(shù)據(jù)。在運行過程中，產(chǎn)生的所有變量均是命令工作空

4、間變量，這些變量一旦生成，就一直保存在內(nèi)存空間中，除非用戶運行clear命令將它們清除。,運行一個腳本文件等價于從命令窗口中順序運行文件里的命令。由于腳本文件只是一串命令的集合，因此只需像在命令窗口中輸入命令那樣，依次將命令編輯在腳本文件中即可。,例6. 1 編程計算向量元素的平均值。 % average_1.m 計算向量元素的平均值 x=input(輸入向量：x=); m,n =size(x); %判斷輸入量的大小 if(m=1)|(n=1)| (m=1) %判斷輸入量的大小 if(m=1)|(n=1)| (m=1) %計算向量x所有元素的平均值, z=1:99; average_2(z)

5、ans = 50,通常函數(shù)文件由以下幾個基本部分組成： （1）函數(shù)定義行：函數(shù)定義行由關鍵字function引導，指明這是一個函數(shù)文件，并定義函數(shù)名、輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)，函數(shù)定義行必須為文件的第一個可執(zhí)行語句，函數(shù)名與文件名相同，可以是MATLAB中任何合法的字符。 函數(shù)文件可以帶有多個輸入和輸出參數(shù)，如： function x,y,z=sphere(theta,phi,rho) 也可以沒有輸出參數(shù)，如： function printresults(x),（2）H1行：H1行就是幫助文本的第一行，是函數(shù)定義行下的第一個注釋行，是供lookfor查詢時使用的。一般來說為了充分利用MATLAB的搜

6、索功能，在編制M文件時，應在H1行中盡可能多地包含該函數(shù)的特征信息。由于在搜索路徑上包含average的函數(shù)很多，因此用lookfor average可能會查詢到多個有關的命令。如： lookfor average_2 average_2.m: % 函數(shù)average_2(x)用以計算向量元素的平均值。,（3）幫助文本：在函數(shù)定義行后面，連續(xù)的注釋行不僅可以起到解釋與提示作用，更重要的是為用戶自己的函數(shù)文件建立在線查詢信息，以供help命令在線查詢時使用。如： help average_2 函數(shù)average_2(x)用以計算向量元素的平均值。 輸入?yún)?shù)x為輸入向量，輸出參數(shù)y為計算的平均值。

7、 非向量輸入將導致錯誤,（4）函數(shù)體：函數(shù)體包含了全部的用于完成計算及給輸出參數(shù)賦值等工作的語句，這些語句可以是調(diào)用函數(shù)、流程控制、交互式輸入/輸出、計算、賦值、注釋和空行。 （5）注釋：以%起始到行尾結束的部分為注釋部分，MATLAB的注釋可以放置在程序的任何位置，可以單獨占一行，也可以在一個語句之后，如： %非向量輸入將導致錯誤 m,n=size(x);%判斷輸入量的大小,6.1.5 函數(shù)調(diào)用,調(diào)用函數(shù)文件的一般格式為： 輸出參數(shù)表=函數(shù)名(輸入?yún)?shù)表) 調(diào)用函數(shù)時應注意： （1）當調(diào)用一個函數(shù)時，輸入和輸出參數(shù)的順序應與函數(shù)定義時的一致，其數(shù)目可以按少于函數(shù)文件中所規(guī)定的輸入和輸出參數(shù)調(diào)

8、用函數(shù)，但不能使用多于函數(shù)文件所規(guī)定的輸入和輸出參數(shù)數(shù)目。例如： x,y=sin(pi) y=linspace(2),（2）在編寫函數(shù)文件調(diào)用時常通過nargin、nargout函數(shù)來設置缺省輸入?yún)?shù)，并決定用戶所希望的輸出參數(shù)。函數(shù)nargin可以檢測函數(shù)被調(diào)用時用戶指定的輸入?yún)?shù)個數(shù)；函數(shù)nargout可以檢測函數(shù)被調(diào)用時用戶指定的輸出參數(shù)個數(shù)。在函數(shù)文件中通過nargin、nargout函數(shù)，可以適應函數(shù)被調(diào)用時，用戶輸入和輸出參數(shù)數(shù)目少于函數(shù)文件中function語句所規(guī)定數(shù)目的情況，以決定采用何種缺省輸入?yún)?shù)和用戶所希望的輸出參數(shù)。,function y = linspace(d1,

9、 d2, n) %LINSPACE Linearly spaced vector. if nargin = 2 n = 100; end n = double(n); y = d1+(0:n-2)*(d2-d1)/(floor(n)-1) d2;,（3）當函數(shù)有一個以上輸出參數(shù)時，輸出參數(shù)包含在方括號內(nèi)。例如，m,n=size(x)。注意：m,n在左邊表示函數(shù)的兩個輸出參數(shù)m和n；不要把它和m,n在等號右邊的情況混淆，如y=m,n表示數(shù)組y由數(shù)組m和n所組成。 （4）當函數(shù)有一個或多個輸出參數(shù)，但調(diào)用時未指定輸出參數(shù)，則不給輸出變量賦任何值。,function t=toc % TOC Read

10、 the stopwatch timer. Global TICTOC If nargout1 elapsed_time=etime(clock,TICTOC) else t=etime(clock,TICTOC); end,如果用戶調(diào)用toc時不指定輸出參數(shù)t，例如： tic toc elapsed_time = 4.0160 函數(shù)在命令窗口顯示函數(shù)工作空間變量elapsed_time的值，但在MATLAB命令工作空間里不給輸出參數(shù)t賦任何值，也不創(chuàng)建變量t。,如果如果用戶調(diào)用toc時指定輸出參數(shù)t，例如： tic out=toc out = 2.8140 則以變量out的形式返回到命令窗口

11、，并在MATLAB命令工作空間里創(chuàng)建變量out。,（5）函數(shù)有自己的獨立工作空間，它與MATLAB的工作空間分開。除非使用全局變量，函數(shù)內(nèi)變量與MATLAB其它工作空間之間唯一的聯(lián)系是函數(shù)的輸入和輸出參數(shù)。如果函數(shù)任一輸入?yún)?shù)值發(fā)生變化，其變化僅在函數(shù)內(nèi)出現(xiàn)，不影響MATLAB其它工作空間的變量。函數(shù)內(nèi)所創(chuàng)建的變量只駐留在該函數(shù)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。因此，從一個調(diào)用到另一個調(diào)用，在函數(shù)工作空間以變量存儲信息是不可能的。,（6）在MATLAB其它工作空間重新定義預定義的變量（例如pi），它不會延伸到函數(shù)的工作空間；反之亦然，即在函數(shù)內(nèi)重新定義預定義的變量不會延伸到M

12、ATLAB的其它工作空間中。 （7）如果變量說明是全局的，函數(shù)可以與其它函數(shù)、MATLAB命令工作空間和遞歸調(diào)用本身共享變量。為了在函數(shù)內(nèi)或MATLAB命令工作空間中訪問全局變量，全局變量在每一個所希望的工作空間都必須說明。,（8）全局變量可以為編程帶來某些方便，但卻破壞了函數(shù)對變量的封裝，所以在實際編程中，無論什么時候都應盡量避免使用全局變量。如果一定要用全局變量，建議全局變量名要長、采用大寫字母，并有選擇地以首次出現(xiàn)的M文件的名字開頭，使全局變量之間不必要的互作用減至最小。 （9）MATLAB以搜尋腳本文件的同樣方式搜尋函數(shù)文件。例如，輸入cow，MATLAB首先認為cow是一個變量；如果

13、它不是，那么MATLAB認為它是一個內(nèi)置函數(shù)；如果還不是，MATLAB檢查當前cow.m的目錄或文件夾；如果仍然不是，MATLAB就檢查cow.m在MATLAB搜尋路徑上的所有目錄或文件夾。,（10）從函數(shù)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命令工作空間。從函數(shù)文件內(nèi)調(diào)用的腳本文件不必調(diào)到內(nèi)存進行編譯，函數(shù)每調(diào)用一次，它們就被打開和解釋。因此，從函數(shù)文件內(nèi)調(diào)用腳本文件減慢了函數(shù)的執(zhí)行。 （11）當函數(shù)文件到達文件終點，或者碰到返回命令return，就結束執(zhí)行和返回。return命令提供了一種結束函數(shù)的簡單方法，而不必到達文件的終點。,6.2 MAT

14、LAB的程序控制結構,作為一種程序設計語言，MATLAB語言和其他的程序設計語言一樣，除了按正常順序執(zhí)行的程序結構外，還提供了各種控制程序流程的語句，如循環(huán)語句、條件語句、開關語句等?？刂屏鞒虡O其重要，通過對流程控制語句的組合使用，可以實現(xiàn)多種復雜功能的程序設計，經(jīng)常出現(xiàn)在M文件中。,6.2.1 循環(huán)結構,在MATLAB中實現(xiàn)循環(huán)結構的語句有兩種：for循環(huán)語句和while循環(huán)語句,1. 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。For循環(huán)的一般形式是： for 循環(huán)控制變量=表達式1:表達式2:表達式3 語句 end 在for循環(huán)語句中，循環(huán)體內(nèi)不能出現(xiàn)對循環(huán)控制變量的重

15、新設置，否則將會出錯；for循環(huán)允許嵌套使用。,例6. 3 求的值。 s=0; for n=1:10 s=s+n; end s,例6. 4 在區(qū)間2 ,0.75 內(nèi)，以步長0.25，對函數(shù)y=f(x) = 1+1/x求值，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; s,使用for循環(huán)語句值得注意的是： （1）for循環(huán)不能用循環(huán)內(nèi)重新給循環(huán)變量賦值來終止。例如： x=0; for n=1:4 x =x+1 n=5; end,（2）for循環(huán)的循環(huán)變量= 表達式1:表達式2:表達式3，其實為一行向量，

16、例如：1:2:10= 0 2 4 6 8 10，它還可以是數(shù)組，其更一般的形式為： for 循環(huán)控制變量 = 數(shù)組表達式 語句 end,例6. 5 用for循環(huán)求行向量-2,5,3,6,-2各元素之和。 a=-2,5,3,6,-2; s=0; k=0; for n=a n%顯示每一次循環(huán)變量的值 k=k+1;%記錄循環(huán)次數(shù) s=s+n;%計算行向量a各元素之和 end k,s%顯示總的循環(huán)次數(shù)和計算結果,例6. 6 觀察下列程序的運行結果。 data=3 9 45 6; 7 16 -1 5 k=0; for n=data n%顯示每一次循環(huán)變量的值 k=k+1;%記錄循環(huán)次數(shù) x=n(1)-n

17、(2) end k,從例6.46.6的結果，大家可以看出，當循環(huán)變量為m1 m2 mn維數(shù)組x時，for循環(huán)的總循環(huán)次數(shù)為m2 mn，第i次循環(huán)時循環(huán)變量n的值為列向量x(i, j,k)，j、k分別為第2n維的下標，從1m2,1mn依次變化。,（3）for循環(huán)可嵌套使用。,例6. 8 以for循環(huán)求1！+2！+10!的值。 s=0; for i=1:10 p=1; for j=1:i p=p*j; end s=s+p; end s,4）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)。 例6. 9 比較下面兩段程序的執(zhí)行情況。 （a）for n=1:10 x(n)=sin(n*pi/

18、10); end x （b）n=1:10; x=sin(n*pi/10),（5）為了得到更快的速度，在for循環(huán)（while循環(huán)）被執(zhí)行之前，應預先分配數(shù)組。如例6.9（a），在for循環(huán)內(nèi)每執(zhí)行一次命令，變量x的大小增加1，迫使MATLAB每進行一次循環(huán)都要花費時間對x分配更多的內(nèi)存。為了省去這個步驟，可以在例6.9（a）程序的首行加入： x=zeros(1,10); %為x分配內(nèi)存單元,2. while循環(huán),for循環(huán)的循環(huán)次數(shù)往往是固定的，而while循環(huán)可不定循環(huán)次數(shù)，其一般形式為： while 關系表達式 語句 end 只要在表達式里的所有元素為真，就執(zhí)行while和end 語句之間

19、的“語句”。通常，表達式的求值給出一個標量值，但數(shù)組值也同樣有效。在數(shù)組情況下，所得到數(shù)組的所有元素必須都為真。,例6. 10 分析下列程序的功能。 num=0; EPS=1; while (1+EPS)1 EPS=EPS/2; num=num+1; end num=num-1 EPS=2*EPS,注意：for循環(huán)的循環(huán)變量為m1 m2 mn維數(shù)組，循環(huán)次數(shù)在一開始就由數(shù)組確定為m2 mn，所以在循環(huán)體內(nèi)并不能通過改變循環(huán)控制變量的值終止循環(huán)；而while循環(huán)是先執(zhí)行循環(huán)體內(nèi)的語句，再判斷循環(huán)的條件是否成立，在循環(huán)體內(nèi)可以通過改變循環(huán)控制變量的值終止循環(huán)。,6.2.2 選擇結構,很多情況下，需

20、要根據(jù)不同的條件執(zhí)行不同的語句，在編程語言里，是通過選擇結構實現(xiàn)的。MATLAB的選擇結構語句有if語句、switch語句和try語句。,1. if語句,if語句的一般結構是： if 表達式 語句1 else 語句2 end,例6. 11 以for循環(huán)求容差變量eps。 EPS=1; for n=1:100 EPS=EPS/2; if (1+EPS)=1 EPS=EPS*2 break end end num = n -1,if語句可以嵌套使用，其結構形式為： if 表達式1 語句1 else If表達式2 語句2 else if 表達式n 語句n else 語句n+1 end end end

21、,if 表達式1 語句1 elseif 表達式2 語句2 elseif 表達式n 語句n else 語句n+1 end,試用for語句和if語句創(chuàng)建下列矩陣：,A= ; for k=1:5 for j=1:5 if k=j A(k,k)=5; elseif abs(k-j)=1 A(k,j)=1; else A(k,j)=0; end end end A,2. switch語句,switch語句的一般結構是： switch 表達式 case 表達式1 語句1 case 表達式2 語句2 . . case 表達式n 語句n otherwise 語句n+1 end,例6. 13 試用switch語

22、句完成卷面成績score的轉換： （1）score 90分，優(yōu)；（2）90score 80分，良；（3）80score 70分，中；（4）70score 60分，及格；（5）60score，不及格。,score=input(請輸入卷面成績：score=); switch fix(score/10) case 9 grade=優(yōu) case 8 grade=良 case 7 grade=中 case 6 grade=及格 otherwise grade=不及格 end,3. try語句,try語句是MATLAB特有的語句，其一般結構是： try 語句1 catch 語句2 end 它先試探性地執(zhí)行

23、語句1，如果出錯，則將錯誤信息存入系統(tǒng)保留變量lasterr中，然后再執(zhí)行語句2；如果不出錯，則轉向執(zhí)行end后面的語句。此語句可以提高程序的容錯能力，增加編程的靈活性。,例6. 14 已知某圖像文件名為pic，但不知其存儲格式為.bmp還是.jpg，試編程正確讀取該圖像文件。 try picture=imread(pic.bmp,bmp); filename=pic.bmp; catch picture=imread(pic.jpg,jpg); filename=pic.jpg; end filename,6.2.3 程序流的控制,1. break語句 終止本層for或while循環(huán)，跳轉到本層循環(huán)結束語句end的下一條語句。 2. return語句 終止被調(diào)用函數(shù)的運行，返回到調(diào)用函數(shù)。,3. pause語句 其調(diào)用格式有： （1）pause：暫停程序運行，按任意鍵繼續(xù)； （2）pause(n)：程序暫停運行n秒后繼續(xù)； （3）pause on/off：