第3章_Matlab程序設(shè)計_part2

1、3.3 M文件3.3.13.3.1 M M文件概述文件概述Matlab作為一種高級計算語言，不僅可以如前幾章那樣，以一種人機交互的命令行方式工作，還可以像Basic, Fortran, C 等其它高級語言一樣進行程序設(shè)計。用用MATLABMATLAB語言編寫的程序，稱為語言編寫的程序，稱為M M文件文件。 M文件的分類1）命令式：命令式M文件（簡稱命令文件，也稱為腳本式M文件，腳本文件）就是命令(或語句)的簡簡單疊加單疊加（不存在輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)的問題）?？稍诿畲翱谥苯虞斎胛募\行。當運行命令式 M文件時，MATLAB就會自動按順序執(zhí)行文件中的語句（或命令），這樣就可以避免在命令窗口運行

2、許多命令的麻煩和重復(fù)性工作，也便于修改。2 2）函數(shù)式：函數(shù)式M文件（簡稱函數(shù)文件）用來定義函數(shù),主要解決參數(shù)傳遞和函數(shù)調(diào)用問題，它的第一條語句以function語句為引導(dǎo)。3.3.2 M文件的創(chuàng)建與打開M文件是一個文本文件，可以用任何編輯程序來建立和編輯。最常用的是利用Matlab提供的M文件編輯器。1. 1. 建立新的建立新的M M文件文件為建立新的文件，啟動M文件編輯器的方法有三種：1）菜單方式。從Matlab主窗口中選擇File-New-M-file命令，出現(xiàn)M文件編輯器窗口。2）命令方式：在命令窗口輸入edit命令。3）命令按鈕方式：單擊Matlab主窗口工具欄上的New M-fil

3、e命令按鈕。例：繪制y=sin(x)在區(qū)間 內(nèi)的圖形。方式1. 交互的命令行工作方式: 直接在命令窗口輸入命令:x=linspace(0,2*pi, 101);y=sin(x);plot(x,y);方式2. M文件方式（程序方式）: 按照前面三種方式之一啟動M文件編輯器,依次輸入以上三條語句，保存文件（不妨將文件命名為test1.m）注意： 我們建立的M文件是命令式M文件（或簡稱為命令文件）。2 , 0命令文件的運行：在命令窗口中輸入該M文件名（test1），或者選擇M文件編輯器窗口中debug菜單下的run子菜單運行該命令文件，就會順序執(zhí)行該命令文件中的語句（或命令）。關(guān)于函數(shù)的定義格式、調(diào)

4、用格式、參數(shù)傳遞及有關(guān)的問題我們將在后面專門介紹。2. 打開已有的文件打開已有的文件有多種方法：1) 在當前目錄窗口當前目錄窗口選中要打開的文件，雙擊鼠標左鍵。2)菜單方式：從Matlab主窗口中選擇File-Open子菜單，則屏幕出現(xiàn)“Open”對話框，選擇所需打開的M文件。3)命令按鈕方式：單擊Matlab主窗口工具欄上的Open file命令按鈕。4)命令方式：在命令窗口輸入命令edit edit 文件名文件名例：修改test1.m, 改為繪制 的圖形。方法：打開文件test1.m，將語句y=sin(x)修改為y=exp(-0.5*x).*sin(x)， 保存文件，然后運行該命令文件即可

5、。)sin(5 . 0 xeyx3.3.3 輸入輸出語句1.1. inputinput 函數(shù)函數(shù) 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)。 例如: R=input(input the value of radius); 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，想輸入一個人的姓名，可采用命令： xm=input(Whats your name? ,s)例3-11 建立一個命令文件，實現(xiàn)數(shù)組a的平方運算和a中各個元素的平方。程序：a=input(a=? );x=a2y=a.2運行以上程序：1) 輸入一個

6、標量：例如輸入，觀察運行結(jié)果.2) 輸入一個方陣：例如輸入1 2;3 4，觀察運行結(jié)果3)輸入一個行向量：例如輸入1,2,3,4 ，觀察運行結(jié)果）還可以輸入 ones(2), eye(2), etc.2. disp 和 display函數(shù) 調(diào)用格式為: disp(X) 或 display(X) 其中X既可以為字符串，也可以為矩陣。 注意：用disp函數(shù)顯示矩陣時將不顯示矩陣的名字，而且其格式更緊密，且不留任何沒有意義的空行。例 建立一個命令文件，實現(xiàn)以下功能：輸入數(shù)值型矩陣a，求a中所有元素的最大值、最小值、所有元素的和與乘積。程序如下：a=input(輸入矩陣a= )maxval=max(a

7、(:); minval=min(a(:);sum_a=sum(a(:); pro_a=prod(a(:);display(The max value is , num2str(maxval), The min value is, num2str(minval), The sum is , num2str(sum_a), The production is ,num2str(pro_a)運行以上程序，每次輸入不同的值，觀察運行結(jié)果。1) 輸入標量：例如2) 輸入向量：例如1 2 3 4 5或1:5或linspace(1,5,5)3) 輸入矩陣：例如1 2 3;4 5 6 或 rand(3) 3.

8、 pause3. pause命令命令格式：pause 暫停程序的執(zhí)行，等待用戶按任意鍵后再繼續(xù)運行 pause(n) 等待n秒后繼續(xù)運行pause on 表示其后的pause命令起作用pause off 表示其后的pause命令不起作用pause query 查詢當前pause命令的狀態(tài)3.4 分支結(jié)構(gòu)（選擇結(jié)構(gòu)）3.4.13.4.1 if if 語句語句在MATLAB中，if語句有3種格式。1. 1. 單分支單分支ifif語句語句語句格式為： if if 條件表達式條件表達式 語句組語句組 endend 當條件表達式的值為真（非零）時，則執(zhí)行if和end之間的語句組；否則，（不執(zhí)行if和en

9、d之間的語句組），直接執(zhí)行if語句的后繼語句（end后面的語句）。 2. 雙分支雙分支if if語句語句語句格式為： if if 條件表達式條件表達式 語句組語句組1 1 else else 語句組語句組2 2 end end 當條件表達式非零時，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（end后面的語句）。例3-12 計算分段函數(shù) 的值程序如下：x=input(please input x:);if x=A & c=a& c=0& c=9 disp(str2num(c)2);else disp(c);end練習 輸入x的值，

10、求以下分段函數(shù)的值練習 輸入x的值，求以下分段函數(shù)的值otherwisexxxy11112104410065062xxxxxxxy3.4.2 switch-case結(jié)構(gòu)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 switch 表達式表達式 case case 表達式表達式1 1 語句塊語句塊1 1 case case 表達式表達式2 2 語句塊語句塊2 2 case case 表達式表達式n n 語句塊語句塊n n otherwise otherwise 語句塊語句塊n+1n+1 end endswitch子句后面的表達式應(yīng)為一個標量或一個字符串，ca

11、se子句后面的表達式不僅可以為一個標量或一個字符串，而且還可以是一個將多個值（標量或字符串）用大括號括起來的單元數(shù)據(jù)（Cell）。如果case子句后面的表達式為一個單元數(shù)據(jù)，則表達式的值等于該單元數(shù)據(jù)中的某個元素時，執(zhí)行相應(yīng)的語句組。switch語句的執(zhí)行過程 例3-14 通過鍵盤輸入百分制成績，輸出對應(yīng)的等級（A: 90100, B: 8089,C:7079,D:6069,E: 60)程序如下：n=input(n=);if n100 display(Error!);else i=fix(n/10); switch i case 9,10 display(A) case 8 display(B

12、) case 7 display(C) case 6 display(D) otherwise display(E)end %switchend % if例：判斷用戶選擇的是哪種插值方法（bilinear, cubic或nearest）method = input(Input method: (bilinear,cubic or nearest), s) switch lower(method) case linear,bilinear disp(Method is linear) case cubic disp(Method is cubic) case nearest disp(Metho

13、d is nearest) otherwise disp(Unknown method.)End練習：利用if-elseif-else結(jié)構(gòu)重寫以上兩個程序。3.4.3 try-catch結(jié)構(gòu)Matlab從5.3版本開始提供了一種新的試探式語句結(jié)構(gòu)。其一般格式為：try try 語句組語句組catchcatch 語句組語句組endend執(zhí)行時，首先試探性地執(zhí)行語句組。如果在執(zhí)行語句組的過程中出錯，則將錯誤信息賦給Matlab預(yù)定義變量lasterr后轉(zhuǎn)去執(zhí)行語句組（如果執(zhí)行語句組時也出錯，將終止程序的執(zhí)行）。例矩陣乘法運算要求兩矩陣的維數(shù)相容，否則會出錯。創(chuàng)建一個命令文件，先求兩矩陣的乘積，若出

14、錯，則自動轉(zhuǎn)去求兩矩陣的點乘。A=input(請輸入A矩陣：)B=input(請輸入B矩陣：)lasterr(); %清除原有的錯誤信息try C=A*B;catch C=A.*B;endCdisp(lasterr) %顯示出錯原因運行程序，觀察程序的執(zhí)行結(jié)果。輸入矩陣A：1 2 3;4 5 6輸入矩陣B ：7 8 9;10 11 12運行結(jié)果：（略）再運行一次，輸入矩陣A：1 2 3;4 5 6輸入矩陣B ：1 2;3 4;5 6運行結(jié)果：（略）例采用單下標方式對n階魔方陣的元素進行引用。當下標超出元素個數(shù)（最大單下標）時，改為引用最后一個元素，并顯示出錯警告信息。程序如下：n=input(

15、輸入魔方矩陣的階數(shù):); A=magic(n)index=input(輸入單下標:)try a=A(index)catch a=A(end) lasterrend練習： 用if語句來完成本題。 3.5 循環(huán)結(jié)構(gòu)Matlab中循環(huán)語句有兩種：for語句和while語句。3.5.1 for語句for 語句的一般格式：for for 循環(huán)變量循環(huán)變量= =數(shù)組數(shù)組 循環(huán)體語句循環(huán)體語句endend數(shù)組為向量或矩陣。執(zhí)行時依次將數(shù)組的各列賦值給循環(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 建立命令文件,輸入以下程序，分析執(zhí)行過程A=input(A=)sumA=0;for x=A sumA=s

16、umA+x;end sumA請分別輸入以下數(shù)據(jù)，觀察程序的運行結(jié)果，分析程序的功能：1) 1 2 3;4 5 62) 1 2 3 4 5 63) 1;2;3說明：本題可以用sum函數(shù)來改寫（留作練習）。for語句最常用的形式格式：for for 循環(huán)變量循環(huán)變量= =表達式表達式1 1：表達式：表達式2 2：表達式：表達式3 3 循環(huán)體語句循環(huán)體語句endend其中，表達式1為循環(huán)變量的初值，表達式2的值為步長，表達式3的值為循環(huán)變量的終值。當步長為1時，表達式2可以省略。執(zhí)行過程例3-18求 ，其中，n=10.程序如下：y=0;for k=1:10 y=y+1/2k;endy說明：若用sum

17、函數(shù)，本題可改寫為：K=1:10; x=1./2.K; y=sum(x) nkk121或者：n=10; k=1; term=1/2; y=term;for i=2:n term=term/2; y=y+term;endy 練習已知y= ,求y的值程序如下：n=100;y=0;for i=1:n y=y+(-1)(i+1)/i;endy思考：本題不用循環(huán)如何實現(xiàn)？（利用sum函數(shù)）10014131211或者：n=100; i=1; sig=1; y=1;for i=2:n sig=-sig; y=y+sig/i;endy 練習分別用循環(huán)語句和sum函數(shù)兩種方法求解以下兩題：(1)求(2)編寫程序

18、，計算的值（用input語句輸入n的值）100131nny) 12(7531ny例3-19 設(shè) , 求 分析：為計算定積分我們將積分區(qū)間a,b分成n等分，則第i個分點為第i個小區(qū)間為 ，于是，當n充分大時6sin6cos)(xxxf20)(dxxfsbadxxf)(,1iixx1,.,1,) 1(ninabhhiaxihxfxfdxxfiixxii2)()()(11hxfxfdxxfdxxfniiinixxbaii1112)()()()(1（梯形公式）程序如下：a=0;b=2*pi;n=1000; h=(b-a)/n;x=a:h:b; %或x=linspace(a,b,n+1); f=cos(

19、x-pi/6).*sin(x+pi/6);y=0;for i=1:n s(i)=(f(i)+f(i+1)/2*h; y=y+s(i);endy思考本題不用循環(huán)如何實現(xiàn)？ 練習 編寫程序，求定積分3021dxxxs例3-20 求100,200之間第一個能被13整除的整數(shù)。程序如下：for n=100:200 if rem(n,13)=0 break; endendn思考：不用循環(huán)，如何實現(xiàn)相同的功能？（提示：利用find函數(shù)）例3-22 一個整數(shù)各位數(shù)字的立方和等于這個數(shù)本身，則稱該數(shù)為水仙花數(shù)。輸出全部三位的水仙花數(shù)。程序如下：for m=100:999 m1=fix(m/100); %求m的

20、百位數(shù) r1=rem(m,100); %m的后兩位 m0=fix(r1/10); %m的十位數(shù) m3=rem(r1,10) %m的個位數(shù) if m13+m23+m33=m display(m) endend 循環(huán)的嵌套例3-24 編程：輸入n，輸出n階Hilert矩陣說明：Hilbert矩陣的第i行第 j列元素為程序如下：N=input(N=); format rat ; H=zeros(N);for i=1:N for j=1:N H(i,j)=1/(i+j-1); endendH11,jihji例 設(shè)x,y,z均為正整數(shù)，下列不定方程組共有多少組解？求出它的所有正整數(shù)解。分析：根據(jù)題意，

21、， 我們用枚舉法求解程序：n=0; solutions=;for x=1:18 for y=1:18 z=20-x-y; 40016202520zyxzyx18,1zyx if z0 & 25*x+20*y+16*z=400 solutions =solutions; x,y,z; n=n+1; end %if end % for yend % for x display(方程共有 num2str(n) 組解)disp(solutions)3.5.2 while語句while語句的一般格式為： while while 條件表達式條件表達式 循環(huán)體語句循環(huán)體語句 endend 其執(zhí)行過程為：若條件表達式為真（非零），則執(zhí)行循環(huán)體語句，否則，跳出循環(huán)。每次執(zhí)行循環(huán)體語句后，重新判斷條件表達式是否為真（如果為真，則繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)體語句，否則跳出循環(huán)）。重復(fù)以上過程，直至條件表達式為假(零）時，跳出循環(huán)。 break和continue命令另外，在執(zhí)行循環(huán)體語句時，當執(zhí)行到break 命令時，也跳出for循環(huán)或while 循環(huán)（注意：只跳出break所在的一層循環(huán)）。如果在循環(huán)體語句中遇到continue 語句，則停止執(zhí)行剩余的循環(huán)體語句，轉(zhuǎn)到下一次循環(huán)的開始執(zhí)行（對于for語句，則