第3章MATLAB編程

1、第3章MATLAB程序設(shè)計(jì) 【本章學(xué)習(xí)目標(biāo)】 掌握建立和執(zhí)行M文件的方法。 掌握利用if語(yǔ)句、switch語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)選擇結(jié)構(gòu)的方法。 掌握利用for語(yǔ)句、while語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)的方法。 熟悉利用向量運(yùn)算來(lái)代替循環(huán)操作的方法。 掌握定義和調(diào)用MATLAB函數(shù)的方法。3.1 M文件 交互式的命令執(zhí)行方式 M文件的程序執(zhí)行方式3.1.1 M文件的建立與打開(kāi)1建立新的M文件（1）命令按鈕操作。（2）菜單操作。（3）命令操作。2打開(kāi)已有的M文件 3.1.2 M文件的分類(lèi)M文件可以根據(jù)調(diào)用方式的不同分為兩類(lèi)：命令文件（Script File）和函數(shù)文件（Function File）。（1）命令文件沒(méi)有輸

2、入?yún)?shù)，也不返回輸出參數(shù)，而函數(shù)文件可以帶輸入?yún)?shù)，也可返回輸出參數(shù)。（2）命令文件對(duì)MATLAB工作空間中的變量進(jìn)行操作，文件中所有命令的執(zhí)行結(jié)果也完全返回到工作空間中，而函數(shù)文件中定義的變量為局部變量，當(dāng)函數(shù)文件執(zhí)行完畢時(shí)，這些變量被清除。（3）命令文件可以直接運(yùn)行，在MATLAB命令窗口輸入命令文件的名字，就會(huì)順序執(zhí)行命令文件中的命令，而函數(shù)文件不能直接運(yùn)行，而要以函數(shù)調(diào)用的方式來(lái)調(diào)用它?！纠?.1】建立一個(gè)M文件，其功能是：用兩個(gè)實(shí)變量R、M生成復(fù)變量RM，然后運(yùn)行該M文件。程序1：建立一個(gè)命令文件。建立命令文件setcomp.mclear;R=1,2,3;4,5,6;M=11,12,

3、13;14,15,16;RM=R+i*M然后在MATLAB的命令窗口中輸入setcomp，將會(huì)執(zhí)行該命令文件，輸出為RM = 1.0000 +11.0000i 2.0000 +12.0000i 3.0000 +13.0000i 4.0000 +14.0000i 5.0000 +15.0000i 6.0000 +16.0000i3.2 程序控制結(jié)構(gòu)3.2.1 順序結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu)是指按照程序中語(yǔ)句的排列順序依次執(zhí)行，一般涉及數(shù)據(jù)的輸入、數(shù)據(jù)的計(jì)算或處理、數(shù)據(jù)的輸出等內(nèi)容。1數(shù)據(jù)的輸入從鍵盤(pán)輸入數(shù)據(jù)，則可以使用input函數(shù)來(lái)進(jìn)行，該函數(shù)的調(diào)用格式為A=input（提示信息，選項(xiàng)）；其中，“提示信息”

4、為一個(gè)字符串，用于提示用戶(hù)輸入什么樣的數(shù)據(jù)。例如，從鍵盤(pán)輸入A矩陣，可以采用下面的命令來(lái)完成：A=input（輸入A矩陣:);如果在input函數(shù)調(diào)用時(shí)采用s選項(xiàng)，則允許用戶(hù)輸入一個(gè)字符串。例如，想輸入一個(gè)人的姓名，可采用命令：xm=input（Whats your name?,s);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)，其調(diào)用格式為disp（輸出項(xiàng)）其中，輸出項(xiàng)既可以為字符串，也可以為矩陣。例如：A=Hello,World!;disp（A)【例3.2】求一元二次方程ax2 + bx+ c = 0的根。由于MATLAB能進(jìn)行復(fù)數(shù)運(yùn)算，所以不需要判斷方程的判別式，而直

5、接根據(jù)求根公式求根。程序如下：a=input(a=?);b=input(b=?);c=input(c=?);d=b*b-4*a*c;x=(-b+sqrt(d)/(2*a),(-b-sqrt(d)/(2*a);disp(x1=,num2str(x(1),x2=,num2str(x(2);3程序的暫停當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，為了查看程序的中間結(jié)果或者觀看輸出的圖形，有時(shí)需要暫停程序的執(zhí)行。這時(shí)可以使用pause函數(shù)，其調(diào)用格式為pause（延遲秒數(shù))如果省略延遲時(shí)間，則將暫停程序，直到用戶(hù)按任一鍵后程序繼續(xù)執(zhí)行。若要強(qiáng)行中止程序的運(yùn)行可使用Ctrl+C組合鍵。3.2.2 選擇結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)是根據(jù)給定的條件成立

6、或不成立，分別執(zhí)行不同的語(yǔ)句。1if語(yǔ)句（1）單分支if語(yǔ)句：if 條件 語(yǔ)句塊end當(dāng)條件成立時(shí)，則執(zhí)行語(yǔ)句組，執(zhí)行完之后繼續(xù)執(zhí)行if語(yǔ)句的后繼語(yǔ)句，若條件不成立，則直接執(zhí)行if語(yǔ)句的后繼語(yǔ)句。（2）雙分支if語(yǔ)句：if 條件 語(yǔ)句塊1else 語(yǔ)句塊2end當(dāng)條件成立時(shí)，執(zhí)行語(yǔ)句組1，否則執(zhí)行語(yǔ)句組2，語(yǔ)句組1或語(yǔ)句組2執(zhí)行后，再執(zhí)行if語(yǔ)句的后繼語(yǔ)句?！纠?.3】計(jì)算分段函數(shù) ：程序如下：x=input(請(qǐng)輸入x的值:);if x=A & c=a& c=0& c=9 disp(str2num(c)2);else disp(c);end2switch語(yǔ)句switch

7、語(yǔ)句根據(jù)表達(dá)式的取值不同，分別執(zhí)行不同的語(yǔ)句，其語(yǔ)句格式為switch 表達(dá)式 case 結(jié)果表1 語(yǔ)句塊1 case 結(jié)果表2 語(yǔ)句塊2 case 結(jié)果表n 語(yǔ)句塊n otherwise 語(yǔ)句塊n+1 end 圖2.3 switch語(yǔ)句的執(zhí)行過(guò)程switch子句后面的表達(dá)式應(yīng)為一個(gè)標(biāo)量或一個(gè)字符串，case子句后面的結(jié)果不僅可以為一個(gè)標(biāo)量或一個(gè)字符串，而且還可以為一個(gè)將多個(gè)結(jié)果用大括號(hào)括起來(lái)的單元數(shù)據(jù)（Cell）。如果case子句后面的結(jié)果為一個(gè)單元數(shù)據(jù)，則表達(dá)式的值等于該單元數(shù)據(jù)中的某個(gè)元素時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)的語(yǔ)句組。 【例3.5】將例3.4改用switch語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)。c=input(請(qǐng)輸入一個(gè)字

8、符：,s);cc=abs(c);switch(cc) case num2cell(abs(A):abs(Z) disp(lower(c); case num2cell(abs(a):abs(z) disp(upper(c); case num2cell(abs(0):abs(9) disp(abs(c)-abs(0)2); otherwise disp(c);endnum2cell函數(shù)是將數(shù)值矩陣轉(zhuǎn)化為單元矩陣，num2cell（1:5）等價(jià)于1,2,3,4,5。3try語(yǔ)句try語(yǔ)句是一種試探性執(zhí)行語(yǔ)句，為開(kāi)發(fā)人員提供了一種捕獲錯(cuò)誤的機(jī)制，其語(yǔ)句格式為try 語(yǔ)句塊1catch 語(yǔ)句塊2en

9、dtry語(yǔ)句先試探性執(zhí)行語(yǔ)句塊1，如果語(yǔ)句塊1在執(zhí)行過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，則將錯(cuò)誤信息賦給保留的lasterr變量，并轉(zhuǎn)去執(zhí)行語(yǔ)句塊2?！纠?.6】矩陣乘法運(yùn)算要求兩矩陣的維數(shù)相容，否則會(huì)出錯(cuò)。先求兩矩陣的乘積，若出錯(cuò)，則自動(dòng)轉(zhuǎn)去求兩矩陣的點(diǎn)乘。A=input(請(qǐng)輸入A矩陣：);B=input(請(qǐng)輸入B矩陣：);lasterr(); %清除原有的錯(cuò)誤信息try C=A*B;catch C=A.*B;endCdisp(lasterr) %顯示出錯(cuò)原因3.2.3 循環(huán)結(jié)構(gòu)循環(huán)是指按照給定的條件，重復(fù)執(zhí)行指定的語(yǔ)句。1for語(yǔ)句圖3.4 for語(yǔ)句執(zhí)行過(guò)程for語(yǔ)句的格式為for 循環(huán)變量=表達(dá)式1:表達(dá)

10、式2:表達(dá)式3 循環(huán)體語(yǔ)句end其中，表達(dá)式1的值為循環(huán)變量的初值，表達(dá)式2的值為步長(zhǎng)，表達(dá)式3的值為循環(huán)變量的終值。步長(zhǎng)為1時(shí)，表達(dá)式2可以省略。【例3.7】一個(gè)3位整數(shù)各位數(shù)字的立方和等于該數(shù)本身則稱(chēng)該數(shù)為水仙花數(shù)。輸出全部水仙花數(shù)。程序如下：shu=; %用于存放結(jié)果，先賦空值for m=100:999 m1=fix(m/100); %求m的百位數(shù)字 m2=rem(fix(m/10),10); %求m的十位數(shù)字 m3=rem(m,10); %求m的個(gè)位數(shù)字 if m=m1*m1*m1+m2*m2*m2+m3*m3*m3 shu=shu,m; %存入結(jié)果 endendshufor語(yǔ)句的循環(huán)

11、變量可以是一個(gè)列向量。for語(yǔ)句更一般的格式為for 循環(huán)變量=矩陣表達(dá)式 循環(huán)體語(yǔ)句end執(zhí)行過(guò)程是依次將矩陣的各列元素賦給循環(huán)變量，然后執(zhí)行循環(huán)體語(yǔ)句，直至各列元素處理完畢?！纠?.9】寫(xiě)出下列程序的執(zhí)行結(jié)果。s=0;a=12,13,14;15,16,17;18,19,20;21,22,23;for k=a s=s+k;enddisp(s);該程序的功能是求矩陣各行元素之和，執(zhí)行結(jié)果是： 39 48 57 662while語(yǔ)句while語(yǔ)句的一般格式為while(條件) 循環(huán)體語(yǔ)句end【例3.10】求使 最小的n。程序如下：y=0;n=0;while (y1 & n1) | (m

12、=1 & n=1) error(Input must be a vector)ends=sum(v); %求向量和m=s/length(v); %求向量平均值將以上函數(shù)文件以文件名fvector.m存盤(pán)，然后在MATLAB命令窗口調(diào)用該函數(shù)：s,p=fvector(1:10)（2）注釋說(shuō)明包括如下3部分內(nèi)容。緊隨函數(shù)文件引導(dǎo)行之后以%開(kāi)頭的第一注釋行。這一行一般包括大寫(xiě)的函數(shù)文件名和函數(shù)功能簡(jiǎn)要描述，供lookfor關(guān)鍵詞查詢(xún)和help在線幫助用。第一注釋行及之后連續(xù)的注釋行。通常包括函數(shù)輸入輸出參數(shù)的含義及調(diào)用格式說(shuō)明等信息，構(gòu)成全部在線幫助文本。與在線幫助文本相隔一空行的注釋行。包

13、括函數(shù)文件編寫(xiě)和修改的信息，如作者、修改日期、版本等內(nèi)容，用于軟件檔案管理。采用help命令或lookfor命令可以顯示出注釋說(shuō)明部分的內(nèi)容，其功能和一般MATLAB函數(shù)的幫助信息是一致的。利用help命令可查詢(xún)fvector函數(shù)的注釋說(shuō)明：help fvector再用lookfor命令在第一注釋行查詢(xún)指定的關(guān)鍵詞：lookfor fvector（3）如果在函數(shù)文件中插入了return語(yǔ)句，則執(zhí)行到該語(yǔ)句就結(jié)束函數(shù)的執(zhí)行，程序流程轉(zhuǎn)至調(diào)用該函數(shù)的位置。3.3.2 函數(shù)調(diào)用函數(shù)調(diào)用的一般格式為輸出實(shí)參表=函數(shù)名(輸入實(shí)參表)函數(shù)調(diào)用時(shí)各實(shí)參出現(xiàn)的順序、個(gè)數(shù)，應(yīng)與函數(shù)定義時(shí)形參的順序、個(gè)數(shù)一致，否

14、則會(huì)出錯(cuò)。函數(shù)調(diào)用時(shí)，先將實(shí)參傳遞給相應(yīng)的形參，從而實(shí)現(xiàn)參數(shù)傳遞，然后再執(zhí)行函數(shù)的功能?！纠?.14】利用函數(shù)文件，實(shí)現(xiàn)直角坐標(biāo)（x，y）與極坐標(biāo)（，）之間的轉(zhuǎn)換。函數(shù)文件tran.m：function rho,theta=tran(x,y)rho=sqrt(x*x+y*y);theta=atan2(y,x);調(diào)用tran.m的命令文件main1.m：x=input(Please input x=:);y=input(Please input y=:);rho,the=tran(x,y);rhothe【例3.15】利用函數(shù)的遞歸調(diào)用，求n！。n!本身就是以遞歸的形式定義的：顯然，求n!需要求（

15、n1)!，這時(shí)可采用遞歸調(diào)用。遞歸調(diào)用函數(shù)文件factor.m如下：function f=factor(n)if n，利用命令操作方式來(lái)實(shí)現(xiàn)程序調(diào)試。3.4.2 MATLAB調(diào)試菜單1控制單步運(yùn)行（1）Step：?jiǎn)尾竭\(yùn)行。每單擊一次，程序運(yùn)行一次，但不進(jìn)入函數(shù)。（2）Step In：?jiǎn)尾竭\(yùn)行。遇到函數(shù)時(shí)進(jìn)入函數(shù)內(nèi)，仍單步運(yùn)行。（3）Step Out：停止單步運(yùn)行。如果是在函數(shù)中，跳出函數(shù)；如果不在函數(shù)中，直接運(yùn)行到下一個(gè)斷點(diǎn)處。（4）Go Until Cursor：直接運(yùn)行到光標(biāo)所在的位置。2斷點(diǎn)操作（1）Set/Clear Breakpoint：設(shè)置或清除斷點(diǎn)。（2）Set/Modify Conditional Breakpoint：設(shè)置或修改條件斷