計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)-1-語言基礎(chǔ)

第一章Matlab編程基礎(chǔ)1.1常量，變量和數(shù)據(jù)類型1.2數(shù)據(jù)的輸出與輸入1.3函數(shù)和過程1.4程序流程控制1.5圖形與可視化1.1常量，變量和數(shù)據(jù)類型一變量不用定義，分為局部和全局變量(用global定義)二數(shù)組（array)MATLAB所用處理變量，都是以數(shù)組方式存儲(chǔ)：包括標(biāo)量（scalar)，向量（vector），矩陣（matrix），字符串（string)，單元數(shù)組(cellarray)，結(jié)構(gòu)體（structure)，對(duì)象（object)。三數(shù)組的存儲(chǔ)方式

按列方式存儲(chǔ)1.1常量，變量和數(shù)據(jù)類型例1-1>>a=[‘house’;’floor’;’porch’]a=housefloorporch注意：字符串長度相同；英文狀態(tài)下輸入。多維數(shù)組，邏輯數(shù)組，空數(shù)組向量，矩陣和多維數(shù)組標(biāo)量：單一值表征的量；向量：由標(biāo)量的一組有序集合表示的量；數(shù)組：是元素的一維或多維排列，包含一維數(shù)組x(i),二維數(shù)組x(i,j)和多維數(shù)組x(I,j,k,…)1.1常量，變量和數(shù)據(jù)類型1.1常量，變量和數(shù)據(jù)類型向量與矩陣的操作：（1）元素操作對(duì)于t=[135;246]的矩陣

t(2,1)%顯示一個(gè)元素

t(2,1)=7%替換一個(gè)元素（2）形成新矩陣

t1=[t;t](3)矩陣的轉(zhuǎn)陣用（’）（4）行列操作

p1=t1(:,2)%全部第二列的元素

p2=t1(3,:)%全部第三行元素定義數(shù)組的常用命令rand%產(chǎn)生元素為均勻分布的隨機(jī)數(shù)數(shù)組randn%產(chǎn)生元素為正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)數(shù)組eye%產(chǎn)生二維對(duì)角元為1，其余為0的數(shù)組ones%產(chǎn)生元素全為1的數(shù)組zeros%產(chǎn)生元素全為0的數(shù)組diag%產(chǎn)生二維對(duì)角數(shù)組magic%產(chǎn)生二維魔方數(shù)組meshgrid%產(chǎn)生平面的網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)據(jù)1.1常量，變量和數(shù)據(jù)類型二維數(shù)組的信息獲取length%矩陣最長維數(shù)的長度ndims%矩陣的維數(shù)numel%元素的個(gè)數(shù)size%每一維的長度例1-2A=rand(3,5)a=length(A)b=ndims(A)c=numel(A)[m,n]=size(A)1.1常量，變量和數(shù)據(jù)類型

四數(shù)據(jù)的類型字符型和字符竄數(shù)值型整型，包括8位，16位以及32位。單/雙精度浮點(diǎn)型以及雙精度復(fù)數(shù)矩陣雙精度復(fù)數(shù)矩單元數(shù)組函數(shù)句柄陣，表示位m*n數(shù)組可以用來保存函數(shù)的所有信息，以便調(diào)用1.1常量，變量和數(shù)據(jù)類型1.2數(shù)據(jù)的輸出與輸入一數(shù)據(jù)的輸出

Save命令：可以將工作環(huán)境的幾個(gè)或全部變量保存到文件中。例：

>>a=[1,2]b=[345]c=[-1068]savefile1為了便于讀取，可以將文件存為文本文件（”.txt”)Savefile4.txt–ascii(注意，有空格）savefile='test.mat';p=rand(1,10);q=ones(10);save(savefile,'p','q')1.2數(shù)據(jù)的輸出與輸入Save命令格式用fprintf函數(shù)可以按格式將數(shù)據(jù)輸出至屏幕或?qū)懜袷交瘮?shù)據(jù)到文件中。>>x=35;y=68.3;string=‘results:’;fprintf(‘\t%s\tx=%5d,\ty=%8.2f’,string,x,y)用Disp（）函數(shù)將結(jié)果輸?shù)狡聊簧?.2數(shù)據(jù)的輸出與輸入1.2數(shù)據(jù)的輸出與輸入數(shù)據(jù)的輸入

利用M文件產(chǎn)生數(shù)據(jù)

用Load命令從Mat文件或文本文件直接讀入>>clearloadfile1whos用fscanf函數(shù)用提示輸入函數(shù)input>>t=input(‘vectoroftemperature(0C)=‘)數(shù)據(jù)型文件的輸入以及輸出（ME_1_1.m）data1=load('6-0.txt');data2=load('6-3.txt');%facbriateingthetimeserierspointsdatat=linspace(0,10,20000);plot(datat,data1)figureplot(datat,data2)fid=fopen('10-1-3.txt','w')fprintf(fid,'%6.2f\n',data1(:))status=fclose(fid);fid=fopen('10-1-4.txt','w')fprintf(fid,'%6.2f\n',data2(:))status=fclose(fid);1.2數(shù)據(jù)的輸出與輸入1.3邏輯判斷及流程控制

a=2+2==4a=(2+2==4)a=(3<4)a=(4<3)a=(3<=4)a=(4<=3)a=(4>3)a=(3>4)等于a=1a=1小于a=1a=0小于等于a=1a=0大于a=1a=0a=(4>=3)a=(3>=4)a=(3~=4)A=magic(6)rem(A,3)p=(rem(A,3)==0)lp=find(p)'大于等于a=1a=0不等于a=1魔方矩陣，每行、每列、對(duì)角線的元素之和=(n3+n)/2A整除3，求余數(shù)余數(shù)為0，是真，即整除找出p矩陣中不為零元素的序號(hào)，矩陣元素是按列排序號(hào)的。1.關(guān)系運(yùn)算A=magic(6)A=351626192433272123253192222720828331710153053412141643629131811rem(A,3)ans=210210021021102102210210021021102102p=(rem(A,3)==0)p=001001100100010010001001100100010010lp=find(p)'lp=2591213162023273031341.3邏輯判斷及流程控制

矩陣元素的序號(hào)排法：

n×m陣中下標(biāo)為(j,k)的元素序號(hào)為l=(k-1)*n+j1.3邏輯判斷及流程控制

數(shù)學(xué)及邏輯運(yùn)算符號(hào)邏輯字符檢查

位運(yùn)算

集合運(yùn)算

1.3邏輯判斷及流程控制

（1）if語句if(表達(dá)式)語句組A，endif(表達(dá)式1)語句組A，else語句組B，endif(表達(dá)式1)語句組A，elseif(表達(dá)式2)語句組B，else語句組C，end1.4流程控制語句

n=input('n='),ifrem(n,2)==0a='even',elsea='odd',end

n=7a=odd;n=8a=evenn=[]a=odd

n=input('n='),ifisempty(n)==1a='empty',

elseifrem(n,2)==0a='even',elsea='odd',end

n=[]a=empty

輸入數(shù)n，判斷奇偶性。如果用戶沒有鍵入數(shù)就回車，程序會(huì)判斷為odd。修改為用戶無輸入時(shí)程序自動(dòng)中止。1.4流程控制語句（2）while語句

while(表達(dá)式)語句組A，end

y=1;while1+y>1,y1=yy=y/2;end,y1y1=2.2204e-016求MATLAB相對(duì)精度，y不斷減小，直至MATLAB分不出1+y與1的差別為止。

1.4流程控制語句（3）

for語句

fork=初值：增量：終值語句組A，end

將語句組A反復(fù)執(zhí)行N次，每次執(zhí)行時(shí)程序中的k值不同。

N=1+（終值-初值）/增量用for語句求三角函數(shù)表forx=0:0.1:pi/4disp([x,sin(x),cos(x),tan(x)]),end運(yùn)行結(jié)果

xsin(x)cos(x)tan(x)

00101/10839/84041195/12011499/149401/5209/1052295/301374/18453/10409/13841647/1724275/8892/5368/9452882/31291777/42031/2501/10451699/1936820/15013/51153/2042430/521979/14317/10947/1470992/1297486/577

1.4流程控制語句

列出構(gòu)成Hilbert矩陣的程序formatrat顯示形式是分?jǐn)?shù)近似

n=input('n='),formatratfori=1:n,forj=1:n,h(i,j)=1/(i+j-1);end,end,hn=5h=11/21/31/41/51/21/31/41/51/61/31/41/51/61/71/41/51/61/71/81/51/61/71/81/9

增加可讀性formatrat,n=input(‘n=’)fori=1:nforj=1:n,h(i,j)=1/(i+j-1);endendh

在if，for，while與表達(dá)式之間留空格，在表達(dá)式與語句組之間必須用空格或逗號(hào)分隔，必須用逗號(hào)或分號(hào)分隔end和else。

break是中止循環(huán)的命令，在多重循環(huán)中，break只能使程序跳出包含它的最內(nèi)部的那個(gè)循環(huán)。1.4流程控制語句（4）switch語句

switch-case-otherwiseswitch表達(dá)式（標(biāo)量或字符串）case值1語句組ACase值2語句組B…….Otherwise語句組Nend

當(dāng)表達(dá)式的值（或字符串）與某case語句中的值（或字符串）相同時(shí)，它就執(zhí)行該case語句后的語句組，然后跳到終點(diǎn)的end。

case語句可以有N-1個(gè)，如果沒有任何一個(gè)case值能與表達(dá)式值相符，則執(zhí)行otherwise后面的語句組N。1.4流程控制語句n=input('n='),switchmod(n,2),case1,a='奇',case0,a='偶',otherwise,a='空',endn=5a=奇n=input('n='),switchrem(n,2),case1,a='奇',case0,a='偶',otherwise,a='空',endn=8a=偶判斷輸入數(shù)n的奇、偶、空的程序mod（x，m）x整除m取正余數(shù)，rem（a，b）a整除b，求余數(shù)n=負(fù)數(shù)n=-5a=奇n=-8a=偶1.4流程控制語句1．直角坐標(biāo)中的兩維曲線（1）plot(y)--輸入一個(gè)數(shù)組的情況（2）Plot(x,y)--輸入兩個(gè)數(shù)組的情況1.5基本繪圖方法2．線型、點(diǎn)型和顏色3．多條曲線的繪制有四種方法在一張圖上顯示多條曲線（1）用plot(t,[y1,y2,…])命令1.5基本繪圖方法（2）用hold命令（4）用plotyy命令

（3）在plot后使用多輸入變量1.5基本繪圖方法4.屏幕控制和其他二維繪圖（1）圖形屏幕控制命令圖形屏幕可以開、關(guān)，可以開幾個(gè)圖形窗，可以在一個(gè)圖形窗內(nèi)華幾幅分圖，每幅分圖可以用不同坐標(biāo)。1.5基本繪圖方法通用圖形函數(shù)（graphics）(h)1.5基本繪圖方法subplot(2,2,1),stem(t,y);title('stem(t,y)')subplot(2,2,2),stairs(t,y);title('stairs(t,y)')subplot(2,2,3),bar(t,y);title('bar(t,y)')subplot(2,2,4),fill(t,y,'r');title('fill(t,y,''r'')')1.5基本繪圖方法t=0:.2:2*pi;y=exp(-0.5*t).*sin(5*t+1);subplot(1,1,1)loglogsemilogxsemilogypolar(theta,rho)取消子圖繪出以log10-log10為坐標(biāo)刻度的對(duì)數(shù)圖使用半對(duì)數(shù)刻度繪圖，x軸為log10刻度，y軸為線性刻度。使用半對(duì)數(shù)刻度繪圖，y軸為log10刻度，x軸為線性刻度。極坐標(biāo)繪圖，角度theta為一個(gè)坐標(biāo)，單位是弧度，另一坐標(biāo)是矢徑rho。1.5基本繪圖方法二維圖形函數(shù)庫1.5基本繪圖方法（4）坐標(biāo)比例和尺寸的設(shè)定—axis命令1.5基本繪圖方法v=axisaxis('equal')axis('square')v=01015.三維曲線和曲面

（1）空間曲線繪制-plot3

plot3(x,y,z,'s')z=0:0.1:4*pi;x=cos(z);y=sin(z);plot3(x,y,z,'r')繪制空間曲線，s是線型顏色符（2）空間曲面的繪制meshsurf直線--連接相鄰的點(diǎn)構(gòu)成三維曲面小平面--連接相鄰的點(diǎn)構(gòu)成三維曲面1.5基本繪圖方法sinc(r)=sin(r)/rx=-8:0.5:8;y=x';X=ones(size(y))*x;Y=y*ones(size(x));R=sqrt(X.*X+Y.*Y);z=sin(R)./R;mesh(z),pauseR=sqrt(X.*X+Y.*Y)+eps;z=sin(R)./R;figure(2),mesh(z)R=abs(X)+abs(Y)+eps;z1=sin(R)./R;figure(3),surf(z1)

r是X-Y平面上的向徑，繪制sin(r)/r函數(shù)的立體圖。

X、Y方向各有33個(gè)樣本點(diǎn)，size多維矩陣的各維長度。共建立33*33=1089個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)矩陣X和Y，形成33*33網(wǎng)格的矩陣；

R表示數(shù)據(jù)點(diǎn)到原點(diǎn)的距離。在R=0（原點(diǎn)）處出現(xiàn)0/0運(yùn)算，得NaN結(jié)果。eps浮點(diǎn)數(shù)相對(duì)精度，消除NaN。abs(X)+abs(Y)稱為一范數(shù)1.5基本繪圖方法（3）其他三維繪圖命令1.5基本繪圖方法subplot(2,2,1),R=sqrt(X.^2+Y.*Y);z=sin(R)./R;meshc(z),pausetitle('meshc(z),shadingflat'),shadingflatSubplot(2,2,2),R=sqrt(X.^2+Y.*Y)+eps;z=sin(R)./R;mesh(z),pausetitle('meshz(z),shadinginterp'),shadinginterpsubplot(2,2,3),R=abs(X)+abs(Y)+eps;z1=sin(R)./R;surfc(z1),pausetitle('surfc(z1),shadingflat'),shadingflat,%colormp(gray)subplot(2,2,4),surfc(z1),view(20,0);rotate3dtitle('surfc(z1),view(20,0)')1.5基本繪圖方法6.特殊圖形和動(dòng)畫1.5基本繪圖方法特殊圖形和動(dòng)畫（graphics）(u)1.5基本繪圖方法1.5基本繪圖方法7.彩色、光照和圖像作業(yè)二維直角坐標(biāo)繪圖練習(xí)，已知t=0:.2:2*pi;y=exp(-0.5*t).*sin(5*t+1);要求：（1）在同一張圖上畫四個(gè)小圖，分別采用：stem,stairs,bar,fill;(2)對(duì)圖進(jìn)行標(biāo)注，分別采用title,gtext,legend(3)對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行設(shè)定ME_1_exM文件是文本文件，擴(kuò)展名*.m。(example.m)可以用任何編輯器來建立，可直接閱讀。MATLAB程序可直接調(diào)用M文件并執(zhí)行。M文件分為兩種：一種是主程序，為用戶解決特定的問題編制的；一種是子程序，函數(shù)文件，必須由其他M文件來調(diào)用，函數(shù)文件可以遞歸調(diào)用（自己調(diào)用自己）。MATLAB軟件的大部分功能是來自其建立的函數(shù)集。1．主程序文件主程序文件格式特征：（1）用clear、closeall等語句開始，清除原有的變量和圖形。注釋行以%號(hào)開始，增加可讀性。MATLAB不執(zhí)行%號(hào)后面的任何內(nèi)容。在鍵入“help文件名example.m”時(shí)，屏幕會(huì)顯示以%號(hào)起始的行的內(nèi)容，注釋可以是漢字的。1.6M文件、M函數(shù)及程序調(diào)試（2）程序的主體全局變量：在子程序中和主程序中共用的變量。應(yīng)在程序的起始部分注明。全局變量語句：global變量名1變量名2……程序必須用半角英文字母和符號(hào)編制（包括標(biāo)點(diǎn)符號(hào)），只有%號(hào)后面的注釋可以用中文。要注意流程控制語句的縮進(jìn)及與end的對(duì)應(yīng)關(guān)系。選項(xiàng)可以自動(dòng)對(duì)程序進(jìn)行縮進(jìn)排版。元素之間用逗號(hào)、空格分開。不同行以分號(hào)隔開。語句結(jié)尾用回車或逗號(hào)，會(huì)顯示結(jié)果，如果不想顯示結(jié)果，用分號(hào)。

（3）M文件的文件名、路徑名不能用中文，要按MATLAB的標(biāo)識(shí)符編制，因?yàn)镸文件也就是MATLAB的調(diào)用命令。在MATLAB的命令窗鍵入程序的M文件名后，系統(tǒng)就開始執(zhí)行M文件中的程序。1.6M文件、M函數(shù)及程序調(diào)試[例1]列出一個(gè)求fibonnaci數(shù)的程序，它是一個(gè)數(shù)列，從[1，1]開始，由數(shù)列的最后兩個(gè)元素之和生成新的元素，依次遞推。%計(jì)算fibonnaci數(shù)的M文件clear,closeallN=input('輸入最大數(shù)值范圍N=')f=[1,1];i=1;%變量的初始化whilef(i)+f(i+1)<N%循環(huán)條件檢驗(yàn)f(i+2)=f(i+1)+f(i);i=i+1;%求fibonnaci數(shù)的算式endf,plot(f)%顯示和繪圖輸入最大數(shù)值范圍N=20N=20f=11235813將程序以文件名fibon.m存入一MATLAB搜索目錄下，在MATLAB命令窗中鍵入fibon，即可執(zhí)行。1.6M文件、M函數(shù)及程序調(diào)試[例2]求素?cái)?shù)的程序。只能被自身和1除凈的數(shù)。%求素?cái)?shù)(primenumber)的程序clear,closeallN=input('N='),x=2:N;foru=2:sqrt(N)n=find(rem(x,u)==0&x~=u);x(n)=[];end,xN=44x=2357111317192329313741431.6M文件、M函數(shù)及程序調(diào)試人機(jī)交互命令：·echoon(off)

在執(zhí)行M文件每行程序前先顯示其內(nèi)容。·pause(n)

程序執(zhí)行到此，暫停n秒，再繼續(xù)。·keyboard程序執(zhí)行到此暫停，在屏幕上顯示字符K，用戶可以在命令窗進(jìn)行任何操作，鍵入字符串return，恢復(fù)運(yùn)行原來的程序?！nput(‘提示符’)程序執(zhí)行到此暫停，屏幕顯示引號(hào)中的字符串，要求用戶輸入數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)輸入后，程序繼續(xù)運(yùn)行。·^c(control-c)

強(qiáng)行停止程序運(yùn)行的命令?！enu

用來產(chǎn)生人際交互的備選擇菜單的命令。1.6M文件、M函數(shù)及程序調(diào)試2．函數(shù)文件

[例3]函數(shù)文件mean.mfunctiony=mean(x)

%文件的第一條語句定義了函數(shù)名、輸入變?cè)拜敵鲎冊(cè)?。（這條語句可以區(qū)分程序文件和函數(shù)文件）輸入變?cè)⑤敵鲎冊(cè)梢杂腥舾蓚€(gè)，必須在第一條語句中列出。%MEAN求平均值。對(duì)于向量，mean(x)返回該向量x中各元素的平均值%對(duì)于矩陣，mean(x)是一個(gè)包含各列元素平均值的行向量[m,n]=size(x);

%變量m，n和y都是函數(shù)mean的局部變量，當(dāng)mean文件執(zhí)行完畢，這些變量值會(huì)自動(dòng)消失，不保存在工作空間中。如果在執(zhí)行該文件前，工作空間中已有同名的變量，系統(tǒng)會(huì)把兩者看作各自無關(guān)的變量。如果希望將兩者看作同一變量，則必須在主程序和子程序中都加入global語句，對(duì)此共同變量進(jìn)行聲明。

Ifm==1M=n;end%處理單行向量y=sum(x)/m1.6M文件、M函數(shù)及程序調(diào)試MATLAB語言的函數(shù)的基本結(jié)構(gòu)function[返回變量表]=函數(shù)名（輸入變量表）注釋說明語句，由%引導(dǎo)輸入，返回變量格式檢測(cè)函數(shù)體語句nargin,nargout,varargin,varargout函數(shù)文件是用來定義子程序的。與主程序文件的主要區(qū)別有3點(diǎn)：（1）由function起頭，后面跟的函數(shù)名，函數(shù)名必須與文件名相同。（2）由輸入輸出變?cè)ㄗ兞浚梢赃M(jìn)行變量傳遞。（3）除非用global聲明，程序中的變量均為局部變量，不保存在工作空間中。1.6M文件、M函數(shù)及程序調(diào)試z=magic(7)mean(z)%對(duì)輸入變?cè)獂賦值，應(yīng)把x代換成主程序中的已知變量。假如它是一個(gè)已知向量或矩陣Z，可以寫成mean（Z），該變量Z通過變?cè)鎿Q傳遞給mean函數(shù)后，在子程序內(nèi)，它就變成了局部變量x。z=30394811019283847791827294668172635375141625343645131524334244421233241433122231404921120ans=252525252525251.6M文件、M函數(shù)及程序調(diào)試[例4]多輸入變量函數(shù)logspace，用于生成等比分割的數(shù)組。functiony=logspace(d1,d2,n)%LOGSPACE對(duì)數(shù)均分?jǐn)?shù)組%LOGSPACE（d1,d2）在10d1與10d2之間生成長度為50的對(duì)數(shù)均分?jǐn)?shù)組%如果d2為pi，則這些點(diǎn)在10d1和pi之間%LOGSPACE（d1,d2，n）生成的數(shù)組長度為n，n的默認(rèn)值為50ifnargin==2n=50;end%輸入變?cè)治黾皀的默認(rèn)值設(shè)置ifd2==pid2=log10(pi);end%d2為pi時(shí)的設(shè)置y=(10).^[d1+(0:n-2)*(d2-d1)/(n-1),d2];%將結(jié)果返回到輸出變?cè)囟ㄗ兞縩argin表示輸入變?cè)臄?shù)目。nargout表示輸出變?cè)獢?shù)目的變量。MATLAB常常根據(jù)nargin和nargout的數(shù)目不同而調(diào)用不同的程序段，從而體現(xiàn)它的智能作用。1.6M文件、M函數(shù)及程序調(diào)試一程序調(diào)試方法

1.1程序錯(cuò)誤：（1）語法錯(cuò)誤；（2）運(yùn)行錯(cuò)誤；（3）邏輯錯(cuò)誤；

1.2debug菜單

1.3breakpoint菜單

1.4設(shè)置/刪除斷點(diǎn)方法

1.5在斷點(diǎn)處檢查程序1.6M文件、M函數(shù)及程序調(diào)試1.6運(yùn)行程序選定部分1.7單步執(zhí)行1.8繞過部分代碼1.9運(yùn)行到光標(biāo)處二程序框架

2.1程序的定義

2.2主程序

2.3程序內(nèi)部函數(shù)1.6M文件、M函數(shù)及程序調(diào)試程序調(diào)試主程序不需要專門的調(diào)試命令，需要用調(diào)試命令的主要是函數(shù)程序。因?yàn)楹瘮?shù)程序出錯(cuò)停機(jī)時(shí)，變量不能保存，無現(xiàn)場(chǎng)記錄。會(huì)給調(diào)試帶來很大困難，解決方法：（1）把某些分號(hào)改為逗號(hào)，使中間結(jié)果能顯示在屏幕上，作為查錯(cuò)依據(jù)。（2）在子程序中適當(dāng)部位加keyboard命令。系統(tǒng)會(huì)暫停，等待用戶鍵入命令。這是子程序的變量還存在于工作空間中，可以對(duì)它們進(jìn)行檢查。（3）將函數(shù)文件的第一行加%號(hào)，成為程序文件，進(jìn)行初步調(diào)試。第一行中的輸入變?cè)筛挠胕nput或賦值語句來輸入，