第五章MATLAB程序設計課件

第五章MATLAB程序設計5.1M文件5.2運算符5.3循環(huán)結構5.4選擇結構5.5程序設計的有關問題5.1M文件MATLAB軟件的使用有兩種常用方式：人機直接交互的命令行操作方式MATLAB作為一種高級“數學演算和圖視器”M文件的編程工作方式MATLAB作為一種高級計算機程序語言，不僅可以象C，F(xiàn)ORTRAN等語言一樣進行程序設計，而且由于其本身的特點，更具有語言簡單、可讀性強、調試容易、調用方便等其它語言無法比擬的優(yōu)點。5.1M文件為了編寫、運行、調試和修改MATLAB程序的方便，可以把程序中的命令寫入一個文本文件，當用戶輸入運行這個程序的指令時，程序中的命令就由MATLAB按順序逐條執(zhí)行。MATLAB可以識別的文本文件稱為M文件，它可以用適當的文本編輯器創(chuàng)建，但其擴展名必須是“m”。即M文件的文件名應為：***.m。M文件有兩種形式：(1)命令式(Script)(2)函數式(Function)(1)命令式M文件

命令式M文件就是一個MATLAB命令的集合，即將一組相關的MATLAB命令編輯在同一個文本文件中，將此文件保存在指定的文件夾中。運行時只需在命令窗口輸入文件名，MATLAB就會自動按順序執(zhí)行文件中的命令。這樣就解決了在命令窗口逐條運行多條命令的麻煩，也可以避免作許多重復性的工作。命令式M文件在運行中可以調用MATLAB工作空間(WorkSpace)的所有數據(變量)，而且所產生的變量均一直保存在工作空間中，直到用戶清除為止(全局變量)。例5.1建立命令文件將給定矩陣a,b的值互換。在M文本編輯器窗口輸入如下命令：c=a;a=b;b=c;a,b并以文件名exam1.m保存在MATLAB\work文件夾中。在MATLAB命令窗口輸入并運行a=1:8;b=[11,12,13,14;15,16,17,18];exam1a=1112131415161718b=12345678(2)函數式M文件

為了實現(xiàn)計算中的參數傳遞，需要用到函數式M文件。大多數函數式M文件有返回值。MATLAB中的絕大多數功能函數(命令)都是由函數式M文件實現(xiàn)的。使用MATLAB函數時，MATLAB根據用戶通過有效途徑傳遞給它的輸入變量，計算出所要求解的結果。然后，把這些結果按要求返回給用戶。(2)函數式M文件

函數式M文件執(zhí)行之后，除最后返回值之外，不保留任何中間過程。即函數式M文件所定義的變量僅在函數內部起作用(局部變量)，并隨文件調用(執(zhí)行)的結束而被清除。由MATLAB函數執(zhí)行的命令，以及由這些命令所創(chuàng)建的中間變量，都是隱含的。所有可見的東西只是輸入和輸出，也就是說函數可以看成是一個黑箱，把一些數據送進去，經過加工處理，把結果送出來。函數式M文件的結構函數式M文件一般由五部分構成函數定義行(必須在文本的第一行)H1行(可省略，如果有，其位置必須在函數定義行的下一行)函數幫助文本(可省略，如果有，其位置必須緊隨H1行)注釋(可省略，如果有，其位置一般在函數幫助文本下，與函數幫助文本隔一行)函數體注意

函數式M文件的第一行，即函數定義行，其格式必須為function[輸出變量]=函數名(輸入變量)保存函數式M文件時，文件名應與函數名相同。H1行的內容可由MATLAB命令lookfor搜索到，因此該行應該提供函數的重要信息。H1行和函數幫助文本可由help命令顯示。例5.2編寫函數式M文件求半徑為r的圓的面積和周長function[x,y]=cir(r)函數定義行%CIRareaandperimeterofacircleH1行函數幫助文本函數體x=pi*r^2;y=2*pi*r;%Withoneoutputargument,x=cir(r)%istheareaxofacircleofradiir.%Withtwooutputargument,[x,y]=cir(r)%areareaxandperimeteryofacircle%ofradiir.%r：圓半徑a：圓面積p：圓周長%2004年9月編注釋將此函數文件以文件名cir存入matlab\work文件夾中，然后在MATLAB命令窗口調用該函數例如運行如下命令x=cir(10)[y,z]=cir(5)x=314.1593y=78.5398z=31.4159helpcirCIRareaandperimeterofacircleWithoneoutputargument,x=cir(r)istheareaofacircleofradiir.Withtwooutputargument,[x,y]=cir(r)areareaxandperimeteryofacircleofradiir.r：圓半徑a：圓面積p：圓周長H1行函數幫助文本5.2運算符

1．算術運算符（略）2．關系運算符<小于<=小于等于>大于>=大于等于==等于~=不等于關系運算法則關系運算符可以比較兩個同型矩陣，關系運算的結果生成一個同型的0-1矩陣。兩矩陣相應元素比較結果為真時，結果矩陣對應位置生成1，否則為0。注：關系運算也適用于矩陣與數量。

例5.3A=[123;456;789]B=5*ones(3)P=A<=B,Q=A>BR=A==B,S=A~=BR=000010000A=123B=555456555789555P=A<=BQ=A>BP=111110000Q=000001111R=A==BS=A~=BS=1111011113．邏輯運算符

邏輯運算符包括三種

&(and)，|(or)，~(not)邏輯運算可以進行同型矩陣或一個矩陣的運算，運算的結果生成一個同型的0-1矩陣。&(and)兩同型矩陣，相同位置元素都非0時，結果矩陣相應位置為1，否則為0；|(or)兩同型矩陣，相同位置元素不全為0時，結果矩陣相應位置為1，否則為0；~(not)對一個矩陣，元素非0時，結果矩陣相應位置為0，否則為1。R=001100A=120B=-100034010P=A&BQ=A|BP=100010Q=110011R=~AS=~BS=011101例5.4邏輯運算的例子A=[1,2,0;0,3,4],B=[-1,0,0;0,1,0]P=A&B,Q=A|B,R=~A,S=~B在一個表達式中，算術運算符優(yōu)先級最高，其次是關系運算符，最低級別是邏輯運算符。圓括號可以改變其順序。注意

例如x1=1&5<6-4x1=0x2=1&(5<6)-4x3=(1&5)<6-4x4=((1&5)<6)-4x2=1x3=1x4=-35.3循環(huán)結構在實際問題中，經常會遇到有規(guī)律的重復運算，或在程序中對某些語句進行重復執(zhí)行，這就需要用到循環(huán)語句。在循環(huán)語句中，每循環(huán)一次，就必須作出判斷，是繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行還是終止執(zhí)行跳出循環(huán)，這個判斷的依據稱為循環(huán)的終止條件。MATLAB語言提供了兩種循環(huán)方式：for循環(huán)和while循環(huán)5.3.1for循環(huán)for循環(huán)的特點是它的循環(huán)判斷條件通常是對循環(huán)次數的判斷。即一般情況下，for循環(huán)語句的循環(huán)次數是已知的。格式：

for

k=a:s:b

循環(huán)體語句

end其中k是循環(huán)變量，a、b和s分別是循環(huán)的初始值、終止值的限制值和步長(s=1時可以省略)程序運行時，首先將a的值賦給k，執(zhí)行循環(huán)體語句。執(zhí)行完一次循環(huán)之后，k自增一個s值，然后判斷k的值是否介于a和b之間，如果滿足仍然執(zhí)行循環(huán)體，直至不滿足為止。此時將結束for語句的執(zhí)行，而繼續(xù)執(zhí)行end語句的后續(xù)語句。例5.5求前100個自然數和的程序n=100;a=0;%定義初始值fork=1:n%定義循環(huán)變量a=a+k;%循環(huán)變量累加enda%輸出結果a=5050例5.6求數列n2+3n前10項構成的向量n=10;a=[];%定義初始值fork=1:n%定義循環(huán)變量a(k)=k^2+2*k;%計算a的第k個分量enda%輸出結果a=3815243548638099120a=zeros(1,10);注意在編制計算程序時應盡量避免過多使用循環(huán)語句，以提高程序運行速度。例如前面的程序可以用下面的程序代替

n=100;k=1:n;a=sum(k)a=5050為了測定程序運行所用的時間，可以啟動秒表定時器tic,toc格式：ticMATLAB程序toc5.3.2while

循環(huán)while循環(huán)的判斷控制一般是一個邏輯判斷語句，通常用于循環(huán)次數是未知的情況。格式：

while

關系表達式循環(huán)體語句

end關系表達式的值為1(真)時，語句被反復執(zhí)行，直至關系表達式的值為0(假)時終止，跳出循環(huán)執(zhí)行end的后續(xù)語句。例5.7求使2n>1000的最小正整數n輸入并運行如下程序k=1;while2^k<=1000k=k+1;endkk=10注意在設計多重循環(huán)時，要注意內、外循環(huán)之間的關系以及各語句放置的位置，不要搞錯。例5.8求5階方陣A=(aij),其中aij=i2+j2解：輸入并運行如下程序forn=1:5

form=5:-1:1 A(n,m)=n^2+m^2;

end

end

AA=25101726581320291013182534172025324126293441505.4選擇結構5.4.1if語句在MATLAB中，if語句有3種格式1.單分支if語句格式：當關系表達式的值為1(真)時，則執(zhí)行語句組，執(zhí)行完之后繼續(xù)執(zhí)行end的后繼語句，若關系表達式的值為0(假)時，則直接執(zhí)行end的后繼語句。if

關系表達式語句組

end例5.9編寫程序判斷一個給定矩陣A的第1列元素是否全為0，若全為0，則從矩陣A中刪除第1列。解：編寫如下程序：if

A(:,1)==0A=A(:,2:length(A))end如果A=[023;056],運行結果為A=2356

2.雙分支if語句格式：

if

關系表達式語句組1

else語句組2

end當關系表達式的值為1(真)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end的后繼語句。例5.10判定給定整數N的奇偶性輸入并運行如下的程序：ifrem(N,2)==0

'Nisaeven.'else

'Nisaodd.'end如果N是偶數，輸出字符串：ans=Nisaeven.如果N是奇數，輸出字符串：ans=Nisaodd.

3.多分支if語句格式：if關系表達式1語句體1elseif關系表達式2語句體2······elseif關系表達式n語句體nelse語句體n+1end

如果關系表達式j(j=1,2,…,n)為真，則執(zhí)行語句j，然后執(zhí)行end的后續(xù)語句；如果if和elseif后所有的關系表達式都為假時，則執(zhí)行語句n+1，然后執(zhí)行end的后續(xù)語句。例5.11復雜條件語句的例子給定整數N，輸入并運行如下的程序：ifN<0

'Nisanegativenumber.'elseifN==0

'N=0'elseifrem(N,2)==0

'Nisapositiveeven.'else

'Nisapositiveodd.'end5.4.2break語句break語句的作用是導致for,while等循環(huán)語句的人為終止(不必等待循環(huán)自然結束)。如果一個循環(huán)語句內包含break語句時，則該循環(huán)語句內部應設置是否執(zhí)行break語句的條件語句。若執(zhí)行break語句，程序將跳出該循環(huán)。break語句一般與if語句配合使用。對于多重循環(huán)，break語句僅對本層循環(huán)起作用。例5.12

雞兔同籠問題求解程序h=input('inputthenumberofheadh=');f=input('inputthenumberoffeetf=');fork=0:h

if2*k+4*(h-k)==fbreakendendji=k,tu=h-k5.5程序設計的有關問題5.5.1

兩種M文件的比較命令式M文件與函數式M文件形式上的差別就是有無函數定義行，即函數式M文件去掉函數定義行就轉變?yōu)槊钍組文件。命令式M文件與函數式M文件本質的差別是：命令式M文件的所有變量都是全局變量，函數式M文件的中間變量都是局部變量。

例5.12雞兔同籠問題求解的比較

命令式M文件h=input('h=');f=input('f=');fork=0:h

if2*k+4*(h-k)==f

break

endendj=k,t=h-k函數式M文件function[j,t]=jth(h,f)fork=0:h

if2*k+4*(h-k)==f

break

endendj=k；t=h-k；運行結果比較函數式M文件clear[j,t]=jth(36,100)j=22t=14whoYourvari