第四章MATLAB編程基礎(chǔ)

第四章MATLAB編程基礎(chǔ)

4.1概述4.2流程控制4.3腳本文件4.4函數(shù)文件4.5M文件調(diào)試4.6M文件性能分析

4.1概述

MALTLAB的函數(shù)主要有兩類：

（1）內(nèi)建函數(shù)：由MATLAB的內(nèi)核提供的，能夠完成基本的運(yùn)算，例如三角函數(shù)、矩陣運(yùn)算的函數(shù)等。（2）函數(shù)文件：既包括C語言開發(fā)的MEX函數(shù)文件，又包含了M函數(shù)文件。

為了方便編輯M文件，MATLAB提供了一個(gè)編輯器，叫做meditor，是系統(tǒng)默認(rèn)的M文件編輯器。運(yùn)行meditor方法:1.>>edit2.File——New——M-file3.單擊工具欄上4.2流程控制

使用結(jié)構(gòu)化的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)方法可以使設(shè)計(jì)的程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性強(qiáng)，能夠提高應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)效率，增強(qiáng)程序的可維護(hù)性。結(jié)構(gòu)化的程序主要有三種基本的程序結(jié)構(gòu)：1）順序結(jié)構(gòu)：程序語句的簡(jiǎn)單羅列，由上至下執(zhí)行2）選擇結(jié)構(gòu)：依據(jù)判斷條件的結(jié)果選擇某一種方法解決某一個(gè)問題。3）循環(huán)結(jié)構(gòu)：程序中某一條語句或多條語句重復(fù)多次運(yùn)行結(jié)構(gòu)。

1.選擇結(jié)構(gòu)（1）if語句基本語法結(jié)構(gòu)有三種：a.if（關(guān)系運(yùn)算表達(dá)式）c.if（關(guān)系運(yùn)算表達(dá)式a）MATLAB語句MATLAB語句Aendelseif（表達(dá)式b）b.if（關(guān)系運(yùn)算表達(dá)式）MATLAB語句BMATLAB語句Aelse（表達(dá)式c）else.MATLAB語句B.end.end(2)Switch語句語法：switch（表達(dá)式）case常量表達(dá)式a：MATLAB語句Acase常量表達(dá)式b：MATLAB語句B

...case常量表達(dá)式m：MATLAB語句Motherwise：MATLAB語句Nend注意：c語言中，每個(gè)case后必須有break，否則依次執(zhí)行符合條件語句后的每一個(gè)case分支。MATLAB中，僅執(zhí)行符合條件的那個(gè)case分支。2.循環(huán)語句

（1）while語句語法：while（表達(dá)式）MATLAB語句end（2）for語句語法：forindex＝start：increment：endMATLAB語句end

例：分別使用while和for求解

解：使用while語句使用for語句i=1;sum=0sum=0;while(i<=1000)fori=1:1000sum=sum+1;sum=sum+1i=i+1;endendstr=[‘計(jì)算結(jié)果為：’,num2str(sum)];disp(str)注意:for循環(huán)使用了行向量方式控制索引值(即變量)的初始值和增量值,進(jìn)行循環(huán)運(yùn)算.

3.break語句和continue語句

break語句作用:在執(zhí)行循環(huán)體時(shí),強(qiáng)迫終止并退出當(dāng)前循環(huán).continue語句作用:中斷本次循環(huán),跳轉(zhuǎn)到判斷條件語句處,繼續(xù)下一次的循環(huán).注意:在程序中使用break和continue語句改變程序的流程不是好的編程習(xí)慣,所以在編程時(shí),盡量不使用上述兩語句.4.提高運(yùn)算性能

(1)向量化運(yùn)算:不要使用循環(huán)結(jié)構(gòu)操作矩陣的元素,應(yīng)直接使用矩陣元素的索引或者矩陣運(yùn)算的函數(shù).盡量將使用while循環(huán)或者for循環(huán)的語句結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成等價(jià)的向量或者矩陣運(yùn)算,以提高程序的運(yùn)算速度.(2)預(yù)分配存儲(chǔ)空間:為了提高執(zhí)行,減少存儲(chǔ)空間的浪費(fèi).不同的數(shù)據(jù)類型有不同的內(nèi)存預(yù)分配函數(shù)(3)MATLAB加速器：改善循環(huán)運(yùn)行效率。

數(shù)據(jù)類型函數(shù)

例子數(shù)值數(shù)組zerosY=zeros(1:1000)元胞數(shù)組cellY=cell(2,3)Y{1,3}=zeros(1:1000)Y{2,3}=‘string’結(jié)構(gòu)數(shù)組struct,repmatY=repmat(struct(field,value),2,3)4.3腳本文件1.概念：

所謂腳本文件：就是由一系列的MATLAB指令和命令組成的純文本格式的M文件。執(zhí)行：文件中的指令或者命令按照出現(xiàn)在腳本文件中的順序依次執(zhí)行。特點(diǎn)：沒有輸入?yún)?shù)，沒有輸出參數(shù)2.腳本文件中常用的MATLAB指令指令說明pause暫停當(dāng)前M文件的運(yùn)行，按任意鍵繼續(xù)input等待用戶輸入keyboard暫停當(dāng)前M文件的運(yùn)行，并將程序控制權(quán)交給MATLAB命令行，可按回車鍵或輸入‘return’命令返回，M文件繼續(xù)運(yùn)行return返回當(dāng)前的函數(shù)或者命令行4.4函數(shù)文件1.基本結(jié)構(gòu)：（1）函數(shù)定義行：以關(guān)鍵字function開頭如：functiony=average(x)（2）在線幫助：注釋行的第一行，最好用英語寫（3）注釋行：以％開頭的（4）M語言代碼注意：M文件名稱最好和函數(shù)名稱保持一致，若不一致，則調(diào)用函數(shù)的時(shí)候需要使用文件名稱而非函數(shù)名稱。2.輸入輸出參數(shù)

特點(diǎn)：定義這些輸入輸出參數(shù)時(shí)，不需要指出變量的類型，MATLAB默認(rèn)這些參數(shù)為雙精度類型。在定義M函數(shù)文件的時(shí)候，可以不指明輸入輸出參數(shù)的個(gè)數(shù)，可以通過varargin函數(shù)和varargout函數(shù)來編寫程序來完成參數(shù)的確定。function[out1,out2]=example1(a,b,varargin)function[I,j,varargout]=example2(x1,y1,x2,y2,flag)若需要判斷輸入，輸出參數(shù)的個(gè)數(shù)需要使用nargin函數(shù)和nargout函數(shù)。3.子函數(shù)和私有函數(shù)

(1)子函數(shù)：如果在同一個(gè)M函數(shù)文件中包含了多個(gè)函數(shù)，那么將出現(xiàn)在文件中的第一個(gè)M函數(shù)稱為主函數(shù)(primaryfunction)，其余的函數(shù)稱為子函數(shù)(subfunction)。注意：a、子函數(shù)沒有在線幫助；b、子函數(shù)作用范圍有限，只能被那些在定義了子函數(shù)的M文件中定義的函數(shù)調(diào)用。(2)私有函數(shù)：被放置在名稱為private的子目錄中的函數(shù)。創(chuàng)建：將需要設(shè)置為私有的函數(shù)拷貝到一個(gè)private子目錄中。注意：a、私有函數(shù)只能被那些位于private子目錄的上一層目錄中的函數(shù)調(diào)用。b、同名的函數(shù)中，私有函數(shù)優(yōu)先執(zhí)行。4.局部變量和全局變量(1)局部變量：在M函數(shù)內(nèi)部聲明并使用的變量。這些變量?jī)H能在函數(shù)調(diào)用執(zhí)行期間被使用，一旦函數(shù)結(jié)束運(yùn)行，則這些變量占用的內(nèi)存空間就自動(dòng)被釋放，變量的數(shù)值就不存在了。(2)全局變量：由關(guān)鍵字global聲明的變量。MATLAB將全局變量保存在特殊的工作空間進(jìn)行統(tǒng)一維護(hù)、管理。(3)保留變量：由關(guān)鍵字persistent聲明的變量這類變量在函數(shù)退出的時(shí)候不被釋放，保留上次退出的值。相當(dāng)于C語言中的static函數(shù)。(4)isglobal命令：用來測(cè)試本地變量與全局工作區(qū)中的變量是否由聯(lián)系，若沒有，則返回值為0。5.函數(shù)執(zhí)行規(guī)則

MATLAB解釋器解析命令按照一定的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行：首先判斷輸入的命令是否為變量；若不是內(nèi)存的變量，判斷是否為MATLAB內(nèi)建函數(shù)；若不是內(nèi)建函數(shù)，則判斷是否為子函數(shù)。若不是子函數(shù)，則判斷是否為私有函數(shù)。若不是私有函數(shù)，則判斷是否為MATLAB搜索路徑中所包含的某個(gè)文件或函數(shù)。若在同一個(gè)路徑下發(fā)現(xiàn)同名的三種類型的文件MEX文件、P代碼文件和M代碼文件，則優(yōu)先執(zhí)行MEX文件，其次是P代碼文件，最后執(zhí)行M文件。注意：MATLAB內(nèi)存中的變量比函數(shù)具有較高的優(yōu)先級(jí)。4.5M文件調(diào)試

一般地來說，應(yīng)用程序的錯(cuò)誤有兩類：一是語法錯(cuò)誤，另一類是運(yùn)行時(shí)的錯(cuò)誤。 M文件是一種解釋型語言，語法錯(cuò)誤和運(yùn)行時(shí)的錯(cuò)誤都只有在運(yùn)行過程中才能發(fā)現(xiàn)，所以程序的調(diào)試往往是在程序無法得到正確結(jié)果時(shí)進(jìn)行程序修正的唯一手段。當(dāng)程序運(yùn)行過程中發(fā)生了錯(cuò)誤或者警告，則程序運(yùn)行中斷，進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)?？梢栽O(shè)置斷點(diǎn)來進(jìn)行調(diào)試。

MATLAB也提供了一些指令用于進(jìn)行M文件的調(diào)試。指令說明dbclear清除已經(jīng)設(shè)置好的斷點(diǎn)dbcont繼續(xù)執(zhí)行dbdown/dbup修改當(dāng)前工作空間的上、下文關(guān)系dbquit退出調(diào)試狀態(tài)dbstack顯示當(dāng)前堆棧的狀態(tài)dbstatus顯示所有的已經(jīng)設(shè)置的斷點(diǎn)dbstep執(zhí)行應(yīng)用程序的一行或者多行代碼dbstop設(shè)置斷點(diǎn)dbtype顯示M文件代碼和相應(yīng)的行號(hào)6.M文件性能分析

使用M文件性能分析器有兩種方法：一是通過命令行，二是通過圖形用戶界面。打開圖形用戶界面方法：a.>>profviewb.Start—MATLAB—Profiler

填入要測(cè)試的文件后，單擊“StartProfiling”按鈕，則性能分析器通過運(yùn)行指定的指令得出程序運(yùn)行消耗的時(shí)間，并給出一個(gè)簡(jiǎn)要的總結(jié)。profile函數(shù)的使用方法：語法說明profile