MATLAB8.X程序設(shè)計及典型應(yīng)用第三章

第三章M文件初步前面的章節(jié)介紹了如何在MATLAB操作桌面完成運算，適合于指令條數(shù)不太多的情況。如果用戶需要用到多條指令或者需要經(jīng)常這些指令，則采用編寫程序的方式完成起來會更方便。MATLAB為用戶專門提供了M文件，可以讓用戶自行將指令寫成程序，存儲為文件后運行完成相應(yīng)的工作。M文件簡介M文件分為腳本文件(ScriptFile，標(biāo)識為)和函數(shù)文件(FunctionFile，標(biāo)識為)兩種形式，它們的擴展名都是.m。腳本文件的效果等同于將指令逐條輸入指令窗執(zhí)行，因此，腳本文件在執(zhí)行時，用戶可以查看或者調(diào)用工作空間中的變量。函數(shù)文件則需要通過輸入宗量和輸出宗量來傳遞信息，如果沒有特別設(shè)置，函數(shù)文件猶如一個暗箱，函數(shù)文件中的中間變量在工作空間是看不見的，并隨著函數(shù)文件執(zhí)行結(jié)束而擦除。MATLAB強大的科學(xué)技術(shù)資源來自于MATLAB內(nèi)部儲存了豐富的函數(shù)文件，日益豐富的函數(shù)文件資源也是MATLAB版本升級的基礎(chǔ)。 本章主要內(nèi)容包括：M文件的分類及其編寫入門MATLAB中不同流程控制語句及其使用技巧不同類型函數(shù)文件的創(chuàng)建及其調(diào)試本章將系統(tǒng)介紹M文件的種類、函數(shù)文件的構(gòu)造，以及MATLAB程序的跟蹤調(diào)試。M文件簡介3.1M文件入門M文件是個文本文件，可以用任何編輯程序來建立和編輯，一般最常用且最方便的是使用MATLAB提供的文件編輯器(MATLABEditor/Debugger)。缺省情況下，M文件編輯器不隨MATLAB的啟動而開啟，只有編寫M文件才能啟動。為建立新的M文件，啟動MATLAB文件編輯器有3種方法3.1.1M文件的建立（1）命令按鈕操作鼠標(biāo)左鍵單擊MATLAB主窗口工具欄上的NewScript命令按鈕，則會出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的MATLAB函數(shù)文件編輯窗口（2）菜單操作從MATLAB主窗口中選擇File→New→Script，出現(xiàn)MATLAB腳本文件編輯窗口；如果希望新建函數(shù)文件，則選擇File→New→Function，則出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的MATLAB函數(shù)文件編輯調(diào)試窗口。（3）命令操作：在MATLAB命令窗口執(zhí)行指令edit，MATLAB將啟動新建圖3.1的腳本文件編輯窗口。3.1.2M文件編寫初步本節(jié)將通過編寫腳本文件和函數(shù)文件執(zhí)行相同的運算。通過這兩個文件，用戶可以初步了解腳本文件和函數(shù)文件。對于其中涉及的語言結(jié)構(gòu)，文章后面將有詳細介紹。【例3-1】編寫一個腳本文件，計算編寫腳本文件的步驟：（1）啟動M文件編輯調(diào)試器，建立新的腳本文件。（2）編寫程序并保存在腳本文件空白處輸入指令：%腳本文件示例clearn=20;sum=0;fork=1:nsum=sum+k;endsum指令輸入完畢后保存該文件：單擊M文件編輯調(diào)試器工具條上的保存圖標(biāo),便出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的文件保存對話框。在文件保存對話框中選定目錄，鍵入程序的文件名（如exm3_1）,單擊保存即可；或者從M文件編輯調(diào)試器窗口中選擇File→Save或者SaveAs也可以保存。保存完畢后原來的未命名(Untitled)M文件立即顯示輸入的文件名和路徑?！纠?-1】編寫一個腳本文件，計算（3）運行腳本文件設(shè)置腳本文件exm3_1.m所在目錄為當(dāng)前目錄，或者讓該目錄處于MATLAB的檢索路徑上，在指令窗中輸入文件名exm3_1并運行。>>exm3_1sum=210【說明】：運行M文件的操作方法有很多，最常用的方法有：（1）在指令窗中運行M文件，M文件不帶擴展名。（2）在當(dāng)前目錄窗中，用鼠標(biāo)右鍵單擊待運行文件，再從引出的現(xiàn)場菜單中選擇【Run】即可。在M文件編輯器中，注釋部分可以采用漢字，并總可以獲得準(zhǔn)確顯示。當(dāng)使用M文件便器調(diào)試器保存文件時，不必寫出文件的擴展名?！纠?-1】編寫一個腳本文件，計算【例3-2】運用M函數(shù)文件編寫例3-1中的求和計算，要求n為任意自然數(shù)。編寫函數(shù)文件的步驟：（1）啟動M函數(shù)文件編輯調(diào)試器，建立新的函數(shù)文件。（2）編寫程序并保存將輸入宗量(inputargs)、輸出宗量(outputargs)和函數(shù)名等處做相應(yīng)修改保存該函數(shù)文件，文件名為exm3_2。（2）運行函數(shù)文件在MATLAB指令窗中輸入指令并運行：>>sum=exm3_2(20)sum=210所得結(jié)果與上題相同?！纠?-2】運用M函數(shù)文件編寫例3-1中的求和計算，要求n為任意自然數(shù)。說明：在指令窗中執(zhí)行函數(shù)文件時必須事前在工作空間中產(chǎn)生輸入宗量的值，或者直接將輸入宗量的值鍵入函數(shù)名后面的小括號中。用戶如果像執(zhí)行腳本文件一樣執(zhí)行函數(shù)文件，即僅鍵入exm3_2，則MATLAB將提示出錯。函數(shù)文件在保存時，MATLAB將函數(shù)名默認(rèn)為文件名，建議用戶不要隨意修改。一旦函數(shù)文件的文件名和函數(shù)名不一致時，MATLAB將以函數(shù)文件的文件名為準(zhǔn)來執(zhí)行。用戶可以通過在腳本文件中使用交互式輸入指令input()，達到和函數(shù)文件相似的執(zhí)行效果。建議用戶將腳本文件exm3_1中的語句"n=20"修改為"n=input('n=?');"，重新運行后觀察其執(zhí)行情況。3.2MATLAB流程控制結(jié)構(gòu)MATLAB為用戶提供了4種流程控制結(jié)構(gòu)：條件結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、開關(guān)結(jié)構(gòu)和試探結(jié)構(gòu)。用戶可以根據(jù)某些判斷結(jié)果來控制程序流的執(zhí)行次序。與其他程序語言相比，除了試探結(jié)構(gòu)為MATLAB所特有外，其他結(jié)構(gòu)和用法都十分相似，因此本節(jié)只結(jié)合MATLAB特點對這幾種流程控制結(jié)構(gòu)做簡要說明。3.2.1if條件結(jié)構(gòu)If條件結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)分支結(jié)構(gòu)程序的最常用的一種語句，能夠?qū)崿F(xiàn)單分支、雙分支和多分支結(jié)構(gòu)。

單分支結(jié)構(gòu)的形式：if邏輯表達式

指令語句組

end雙分支結(jié)構(gòu)的形式：if邏輯表達式指令語句組1else

指令語句組2end多分支結(jié)構(gòu)的形式：if邏輯表達式1

指令語句組1elseif邏輯表達式2

指令語句組2

……elseif邏輯表達式n

指令語句組nelse

指令語句組n+1end3.2.1if條件結(jié)構(gòu)【說明】：在單分支結(jié)構(gòu)中，當(dāng)邏輯表達式為“邏輯真”（非0）時，則執(zhí)行相應(yīng)的指令語句組，否則，則跳過該指令組。對于雙分支結(jié)構(gòu)，當(dāng)邏輯表達式為“邏輯真”時，則執(zhí)行指令語句組1，否則，執(zhí)行指令語句組2；多分支結(jié)構(gòu)中，MATLAB將依次判斷邏輯表達式是否為“邏輯真”，當(dāng)前面所有的邏輯表達式都為“邏輯假”（0）時，MATLAB執(zhí)行指令語句組n+1，并結(jié)束該結(jié)構(gòu)。3.2.1if條件結(jié)構(gòu)邏輯表達式的形式大致有兩種：一種是以標(biāo)量或者數(shù)組形式；另一種是由多個邏輯表達式進行關(guān)系運算的形式。當(dāng)形式為數(shù)組時，只有當(dāng)數(shù)組中的所有元素都為“邏輯真”時，MATLAB才會執(zhí)行對應(yīng)條件的語句。后者的關(guān)系運算主要為“與（&）”“或（|）”運算。【例3-3】求分段函數(shù)的值。編寫文件名為exm3_3的腳本文件：clearx=input('請輸入x=?');ifx>=0&x<=1y=2*sqrt(x)elseifx>1y=1+x+log(x)elsedisp('Nodefination')end在指令窗中執(zhí)行文件exm3_3.m，運行結(jié)果為：請輸入x=?用戶將需要計算的數(shù)值送給MATLAB,這里以x=6為例：請輸入x=?6y=

8.7918【例3-3】求分段函數(shù)的值。MATLAB從5.0版本開始，提供了switch-case開關(guān)結(jié)構(gòu)，調(diào)用格式為：

switch開關(guān)表達式

case表達式1指令語句組1

case表達式2指令語句組2

……

case表達式n指令語句組n

otherwise指令語句組n+1

end3.2.1switch-case開關(guān)結(jié)構(gòu)【說明】:<1>開關(guān)結(jié)構(gòu)在運行時，MATLAB將開關(guān)表達式的值依次和各個case后面的表達式進行比較，如果是“邏輯真”，將執(zhí)行相應(yīng)的指令語句，如果是“邏輯假”，則取下一個case后面的表達式比較。如果所有case后面表達式都與開關(guān)表達式的值不相等，則執(zhí)行otherwise后面的指令語句組。<2>開關(guān)表達式形式有兩種：一種是標(biāo)量；另外一種為字符串。對于字符串形式，MATLAB在比較時將調(diào)用函數(shù)strcmp(),得出字符串比較的邏輯輸出值，MATLAB根據(jù)該邏輯值的真假來判斷是否執(zhí)行該case后面的語句?！纠?-4】switch-case開關(guān)結(jié)構(gòu)實例：通過鍵盤輸入百分制成績，輸出成績的等級，其中90~100分等級為A，80~89分等級為B，70~79分等級為C，60~69分等級為D，60分以下等級為E。編寫文件名為exm3_4的腳本文件：n=input('請輸入百分制成績n=?');ifn<0|n>100disp('輸入有誤，請重新輸入百分制成績')elset=fix(n/10);%fix()為截斷取整函數(shù)switchtcase{9,10}disp('A')case8disp('B')case7disp('C')case6disp('D')otherwisedisp('E')endend【例3-4】switch-case開關(guān)結(jié)構(gòu)實例：在指令窗中執(zhí)行文件exm3_4.m，并以n=86分為例，運行結(jié)果為：請輸入百分制成績n=?86B【例3-4】switch-case開關(guān)結(jié)構(gòu)實例：【例3-5】求分段函數(shù)的值編寫文件名為exm3_5的腳本文件：clearx=input('請輸入x的值：');switch1casex<=1&x~=-3y=sqrt(1+x^2)/log(3)casex>2y=(x+log10(7))/exp(1)otherwisey=x/piend注意：程序中switch后面的1為邏輯1，表示條件永真。該題為三分支結(jié)構(gòu)問題，可以用if條件結(jié)構(gòu)來編寫。方法一：利用switch-case開關(guān)結(jié)構(gòu):方法二：利用if條件結(jié)構(gòu)clearx=input('請輸入x的值：');ifx<=1&x~=-3y=sqrt(1+x^2)/log(3)elseifx>2y=(x+log10(7))/exp(1)elsey=x/piend3.2.3try試探結(jié)構(gòu)MATLAB從5.2版本開始添加了這一新的結(jié)構(gòu)，其一般格式如下：

try指令語句組1

catch指令語句組2

end【說明】：試探結(jié)構(gòu)首先試探性地執(zhí)行指令語句組1，如果在此語句組執(zhí)行過程中出現(xiàn)錯誤，則將錯誤信息賦給保留的lasterr變量，并放棄這組語句，轉(zhuǎn)而執(zhí)行語句組2中的語句。若語句組2執(zhí)行過程中又出現(xiàn)錯誤，MATLAB將終止該結(jié)構(gòu)?！纠?-6】對3階魔方陣的行進行引用，當(dāng)行下標(biāo)超出魔方陣的最大行數(shù)時改為對最后一行的引用，并顯示出錯警告信息。3.2.3try試探結(jié)構(gòu)編寫文件名為exm3_6的腳本文件：N=input('提取魔方陣的第N行元素，其中N=?');A=magic(3);%執(zhí)行函數(shù)magic()產(chǎn)生3×3魔方矩陣tryA_N=A(N,:)%取A的第N行catchA_end=A(end,:)%取A的最后一行end3.2.3try試探結(jié)構(gòu)在指令窗中執(zhí)行文件exm3_6.m，并以N=6為例，運行結(jié)果為：取魔法陣的第N行，其中N=?6A_end=492ans=AttemptedtoaccessA(6,:);indexoutofboundsbecausesize(A)=[3,3].3.2.4for循環(huán)結(jié)構(gòu)for語句是一種基本的實現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)的語句，能夠以確定的次數(shù)執(zhí)行某一段程序。for語句的格式如下：

for循環(huán)變量=表達式循環(huán)體指令語句組

end【說明】“表達式”可以是MATLAB指令產(chǎn)生的數(shù)組，也可以是任意給定的一個數(shù)組。循環(huán)變量從“表達式”中的第一個數(shù)值（或第一列數(shù)組）一直循環(huán)到“表達式”的最后一個數(shù)值（或最后一列數(shù)組）?！纠?-7】運用for…end循環(huán)結(jié)構(gòu)計算的值，（其中m=100）運用for…end循環(huán)結(jié)構(gòu)計算，編寫文件名為exm3_7的腳本文件：cleary=0;forn=0:100y=y+1/(2^n+1);endY在指令窗中執(zhí)行文件exm3_7.m，運行結(jié)果為：y=1.2645a=0+eps;%利用極小數(shù)代替0，避免計算時出錯b=3;n=1000;h=(b-a)/n;x=a:h:b;y=0;f=log(x)./(2*x.^2+1);fori=1:ns(i)=(f(i)+f(i+1))*h/2;%計算細分后梯形的面積

y=y+s(i);%迭代法endy【例3-8】運用循環(huán)結(jié)構(gòu)計算積分在指令窗中執(zhí)行該文件，運行結(jié)果為：y=-0.7730【例3-8】一個三位整數(shù)各位數(shù)字的立方和等于該數(shù)本身，則稱該數(shù)為水仙花數(shù)。運用for…end循環(huán)結(jié)構(gòu)輸出全部水仙花數(shù)。clearform=[100:999]m1=fix(m/100);%求m的百位數(shù)字,函數(shù)fix()功能為截斷取整

m2=rem(fix(m/10),10);%求m的十位數(shù)字,rem()為求余函數(shù)

m3=rem(m,10);%求m的個位數(shù)字

ifm==m1*m1*m1+m2*m2*m2+m3*m3*m3disp(m)endend運行結(jié)果為：

1533703714073.2.5while循環(huán)結(jié)構(gòu)

while結(jié)構(gòu)是MATLAB語言實現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)的另一種基本方式，以不定的次數(shù)重復(fù)執(zhí)行某一段程序。

while循環(huán)結(jié)構(gòu)的一般形式如下：

while邏輯表達式指令語句組

end執(zhí)行時，只要邏輯表達式為“邏輯真”（非0），就執(zhí)行指令語句組，執(zhí)行后再返回到while引導(dǎo)的邏輯表達式處，繼續(xù)判斷；如果邏輯表達式為“邏輯假”（0），則跳出循環(huán)。通常，邏輯表達式的值為一個標(biāo)量，但數(shù)組也同樣有效。如果邏輯表達式的值為數(shù)組，要求數(shù)組的所有元素都為“邏輯真”（非0），MATLAB才會執(zhí)行循環(huán)體中的指令語句組。如果邏輯表達式為“空”，MATLAB則認(rèn)為表達式的值為邏輯假，不執(zhí)行循環(huán)體語句指令組。clearval=input('Enteranumber(endin0):');sum=0;cnt=0;while(val~=0)sum=sum+val;cnt=cnt+1;val=input('Enteranumber(endin0):');endif(cnt>0)summean=sum/cntend用戶可以在指令窗中執(zhí)行該文件，將數(shù)字逐個輸入并獲得運行結(jié)果?！纠?-9】運用while…end循環(huán)結(jié)構(gòu)實例：從鍵盤輸入若干個數(shù)，當(dāng)輸入為0時結(jié)束輸入。求這些數(shù)的平均值和它們的和。與循環(huán)語句有關(guān)的語句還有break和continue語句，它們一般和if語句配合使用。break語句用于終止循環(huán)的執(zhí)行，當(dāng)在循環(huán)體內(nèi)執(zhí)行到該語句時，程序?qū)⑻鲈撗h(huán)；continue語句控制跳過循環(huán)體內(nèi)的某些語句，當(dāng)在循環(huán)體內(nèi)執(zhí)行到該語句時，程序?qū)⑻^本次循環(huán)，繼續(xù)下一次循環(huán)。【例3-10】求[200,300]間第一個能被18整除的整數(shù)。

編寫文件名為exm3_10的腳本文件：clearforn=200:300ifrem(n,18)~=0continueendbreakendn在指令窗中執(zhí)行文件exm3_10.m，運行結(jié)果為：

n=

2163.2.6控制程序流的其他常用指令MATLAB中有幾個指令能夠使用戶所編輯的程序具有交互性，使用這些指令有助于用戶對程序做調(diào)試。1.input()和keyboard(1)input()指令input()指令常用格式為：v=input('message')v=input('message','s')input()指令將MATLAB的“控制權(quán)”暫時交給用戶。當(dāng)用戶通過鍵盤從指令窗中輸入數(shù)據(jù)并執(zhí)行后，所輸入的內(nèi)容被保存在變量v中，同時“控制權(quán)”被交還給MATLAB。message為顯示在指令窗中的字符串，用戶在指令窗中通過該提示給變量v賦值。第一種格式中，用戶可以輸入數(shù)值、字符串、元胞等各種形式的數(shù)據(jù)形式，變量v保持原來數(shù)據(jù)形式不變；第二種格式中無論用戶輸入什么類型的數(shù)據(jù)形式，變量v總是被看做是字符串。(2)keyboard指令當(dāng)程序遇到該指令時，MATLAB將“控制權(quán)”交給用戶，用戶從鍵盤上輸入各種MATLAB指令。當(dāng)用戶執(zhí)行指令return時，“控制權(quán)”交還給MATLAB。2.disp()指令和echo指令disp()指令的常用格式為：disp(a)：顯示變量a的結(jié)果，無須在指令窗中顯示字符a。echo指令控制函數(shù)文件程序是否需要在屏幕上顯示：當(dāng)MATLAB執(zhí)行程序中遇到echoon指令時，會顯示當(dāng)前執(zhí)行的程序內(nèi)容；echooff為解除echoon指令。3.pause指令pause指令的格式為：pause：暫停執(zhí)行程序，等待用戶按任意鍵繼續(xù)執(zhí)行程序。pause(n)：暫停n秒后，繼續(xù)執(zhí)行程序。3.2.6控制程序流的其他常用指令4.警示指令當(dāng)程序執(zhí)行中出現(xiàn)錯誤時，利用警示指令可以了解出錯情況。常用的警示指令有：lasterr：顯示MATLAB自動判斷的最新出錯原因，終止運行程序。lastwarn：顯示MATLAB自動判斷的最新出錯原因，繼續(xù)運行程序。warning('message')：顯示警告信息message，繼續(xù)運行程序。error('message')：顯示警告信息message，終止運行程序。errortrap：出錯后，是否繼續(xù)運行程序的切換開關(guān)。3.2.6控制程序流的其他常用指令3.2.7加快MATLAB程序運行速度的技巧由于MATLAB語言為解釋性語言，因此，較其他語言來說，MATLAB語言運行速度不太理想，因此，提高MATLAB程序運行效率就顯得尤為重要。本文通過一個例題給用戶一個具體的體會?！纠?-11】提高MATLAB代碼運行效率實例：采用不同編程方法計算1‐100000的平方根，比較運行時間。編寫文件名為exm3_11的腳本文件：

clear

nm=100000;

%循環(huán)變量為標(biāo)量時，顯示運行時間

tic%打開定時器

forn=1:nm%循環(huán)變量為標(biāo)量

a(n)=sqrt(n);

endt1=toc%顯示定時器的時間

%循環(huán)變量為向量時，顯示運行時間

clearain

tic;

in=[1:nm];

forn=in%循環(huán)變量為向量

a(n)=sqrt(n);

end

t2=toc3.2.7加快MATLAB程序運行速度的技巧

%向量化編程代替循環(huán)結(jié)構(gòu)后的運行時間

clearain

tic;in=[1:nm];

a=sqrt(in);

t4=toc

%向量化編程代替循環(huán)結(jié)構(gòu)，且對輸出變量a進行預(yù)定義后的運行時間

clearain

tic

in=[1:nm];

a=zeros(1,nm);

a=sqrt(in);

t5=toc3.2.7加快MATLAB程序運行速度的技巧在指令窗中執(zhí)行文件exm3_9.m，運行結(jié)果為：

t1=

75.9691

t2=

76.7798

t3=

0.2133

t4=

0.0273

t5=

0.04073.2.7加快MATLAB程序運行速度的技巧【說明】在循環(huán)結(jié)構(gòu)中，對輸出變量進行預(yù)定義可以大大縮短程序運行的時間，因此，為了提高MATLAB的執(zhí)行效率，在循環(huán)語句之前盡量對向量或者矩陣進行預(yù)定義。但對于向量化編程，這種情況往往不見效。在實際的MATLAB編程中，采用循環(huán)語句會降低程序的執(zhí)行速度。為了得到高效代碼，應(yīng)盡量提高代碼的向量化程度，即運用“向量化編程”，避免使用循環(huán)結(jié)構(gòu)。合理安排多重循環(huán)的次序，盡量較少外循環(huán)的次序，可以顯著提高程序的運行速度。在不同的計算機上運算時間可能各不相同，但其快慢的次序不變。3.3腳本文件和函數(shù)文件對于較為簡單的問題，從指令窗中直接輸入指令進行計算是非常簡單的事情，但當(dāng)完成一個計算需要許多條指令，或者需要對相同指令進行多次重復(fù)操作時，直接從指令窗中輸入指令已經(jīng)不太合適，此時，采用腳本文件是最佳選擇。腳本文件是由MATLAB支持的指令組成。執(zhí)行時只需要在指令窗中輸入文件名并運行，或者單擊MATLAB操作桌面工具條上的圖標(biāo)，打開該腳本文件，鼠標(biāo)右擊引出現(xiàn)場菜單。選中菜單【run】即可；再者可以在打開的腳本文件工具條中點擊圖標(biāo)運行。腳本文件的功能非常強大。它允許用戶自由編寫復(fù)雜的程序，仔細檢查和修改。不會因為用戶的一個無意操作而導(dǎo)致MATLAB盲目執(zhí)行。腳本文件允許用戶調(diào)用各種已經(jīng)存在的函數(shù)文件，是一個非常有用的工具。3.3.1腳本文件腳本文件的構(gòu)成比較簡單，其特點為：它只是一串按照用戶意圖排列而成的MATLAB指令集合。腳本文件只對MATLAB工作空間中的變量進行處理，并且文件中所有指令執(zhí)行結(jié)果也都駐留在MATLAB基本工作空間(BaseWorkspace)中。只要用戶不使用指令cleas加以清除，且MATLAB指令窗不關(guān)閉，則產(chǎn)生的變量將一直保存在基本工作空間中，供用戶查看或者與其他腳本文件共享。3.3.1腳本文件3.3.2函數(shù)文件函數(shù)文件是MATLAB工作的基石，MATLAB的科學(xué)技術(shù)資源來自于MATLAB后臺諸多的函數(shù)文件，MATLAB不斷升級的版本其功能的擴展也正基于添加更多更新功能的函數(shù)文件。1函數(shù)文件的特點與腳本文件相同，函數(shù)文件也是以擴展名".m"作為后綴。因此，從文件的名稱上是不能區(qū)分腳本文件和函數(shù)文件。但與腳本文件相比，函數(shù)文件更像是一個“暗箱”。從外部只能看到傳輸給它的輸入變量和送出來的輸出變量，其內(nèi)部運行是不可見的。函數(shù)文件的第一個可執(zhí)行指令總是以"function"引導(dǎo)的“函數(shù)說明行(FunctionDeclarationLine)”。該行還列出函數(shù)的輸入變量(input_args)和輸出變量(output_args)。有時函數(shù)的輸入變量可能不只是一個或者沒有。輸出變量也可能是不只是一個或者沒有。與腳本文件不同，函數(shù)文件在運行時，MATLAB會為它開辟一個臨時工作空間(ContextWorkspace)，稱為函數(shù)工作空間(FunctionWorkspace)，函數(shù)文件中除了輸入輸出宗量外的中間變量都存放在函數(shù)工作空間中。當(dāng)函數(shù)文件的最后一條指令執(zhí)行完畢，或者遇到return指令時，函數(shù)工作空間及其所有的中間變量被立即刪除。函數(shù)工作空間相對于基本工作空間來說是獨立的，它隨函數(shù)文件的被調(diào)用而產(chǎn)生，隨函數(shù)調(diào)用的結(jié)束而刪除。在MATLAB整個運行期間可以產(chǎn)生任意多個函數(shù)工作空間。函數(shù)文件執(zhí)行中發(fā)生對某個腳本文件的調(diào)用，那么該腳本文件運行產(chǎn)生的所有變量都存放在函數(shù)臨時工作空間中，而不是存放在基本工作空間。1函數(shù)文件的特點2函數(shù)文件的結(jié)構(gòu)典型的函數(shù)文件格式如下：

Function[輸出變量]=函數(shù)名（輸入變量）函數(shù)注釋行函數(shù)體語句【例3-12】編寫函數(shù)文件產(chǎn)生擴展希爾伯特矩陣，要求:(1)檢測輸入輸出宗量的個數(shù)，如果有錯誤，則給出相關(guān)信息。(2)如果用戶只提供一個輸入宗量，則產(chǎn)生希爾伯特方陣。如果用戶沒有要求輸出宗量，則顯示產(chǎn)生矩陣的結(jié)果。(3)文件中給出合適的幫助信息，包括函數(shù)的基本功能、調(diào)用方法以及參數(shù)說明。（注：希爾伯特矩陣中的元素為，其中分別為該元素的行下標(biāo)和列下標(biāo)。普通意義上的希爾伯特矩陣為方陣，MATLAB創(chuàng)建n×n希爾伯特矩陣的指令為hilb(n)。本例創(chuàng)建m×n的廣義希爾伯特矩陣）。編寫文件名為gyhilb的函數(shù)文件：functionb=gyhilb(m,n)%GYHILBproduceageneralizedhilbertmatrix%b=gyhilb(m,n)生成一個（m×n）廣義希爾伯特矩陣%b=gyhilb(n)生成一個（n×n）希爾伯特方陣%gyhilb(m,n)只顯示生成的矩陣結(jié)果而不輸出矩陣名ifnargin==1n=m;elseifnargin==0error('請給輸入宗量賦值')elseifnargin>2error('輸入宗量太多')endifnargout>1error('輸出宗量太多')end【例3-12】編寫函數(shù)文件產(chǎn)生擴展希爾伯特矩陣a=zeros(m,n);%預(yù)定義變量ifn==ma=hilb(n);elsefork=1:mforl=1:na(k,l)=1/(k+l+1);endendendifnargout==1b=a;elseifnargout==0disp(a)endend【例3-12】編寫函數(shù)文件產(chǎn)生擴展希爾伯特矩陣在指令窗中執(zhí)行>>b=gyhilb(3,2)b=0.33330.25000.25000.20000.20000.1667>>gyhilb(4,5)0.33330.25000.20000.16670.14290.25000.20000.16670.14290.12500.20000.16670.14290.12500.11110.16670.14290.12500.11110.1000>>b=gyhilb(4)b=1.00000.50000.33330.25000.50000.33330.25000.20000.33330.25000.20000.1667

0.25000.20000.16670.1429【例3-12】編寫函數(shù)文件產(chǎn)生擴展希爾伯特矩陣【說明】從結(jié)構(gòu)上看，函數(shù)文件比腳本文件多一個“函數(shù)申明行”，其余各部分相同。如果函數(shù)文件只有一個輸出變量時，可以省略函數(shù)行輸出宗量的中括號。建議用戶將第一條注釋用英文表達，便于MATLAB的關(guān)鍵詞檢索。MATLAB的函數(shù)文件不僅可以被用戶在指令窗里調(diào)用，還可以被其自身調(diào)用，即可以實現(xiàn)遞歸調(diào)用?！纠?-13】編寫函數(shù)文件計算n!，其中n自然數(shù)。functionf=ffactor(n)%FFACTORCalculaten!%nn為自然數(shù)ifnargin~=1error('輸入變量個數(shù)太多')endifnargout>1error('輸出變量個數(shù)太多')endifabs(n-floor(n))>eps|n<0%判斷n是不是自然數(shù)，如果不是

error('輸入變量n應(yīng)為自然數(shù)')endifn>1f=ffactor(n-1)*n;elsef=1;endend編寫文件名為factor的函數(shù)文件：在指令窗中執(zhí)行：>>f=ffactor(20)f=2.4329e+018或者用戶編寫文件名為exm3_13的腳本文件：fori=1:10f(i)=ffactor(i);endf在指令窗中執(zhí)行該腳本文件，可以同時計算1到10各個自然數(shù)的階乘：>>exm3_13f=Columns1through7126241207205040Columns8through10403203628803628800【例3-13】編寫函數(shù)文件計算n!，其中n自然數(shù)。采用遞歸結(jié)構(gòu)編寫的程序簡潔明了，但執(zhí)行時費時太多，建議用戶盡量少用遞歸式編程。3.3.3局部變量和全局變量用MATLAB語言編寫的文件有腳本文件和函數(shù)文件之分，在文件執(zhí)行過程中，如果沒有特別聲明，腳本文件運行后產(chǎn)生的變量存放在基本工作空間，函數(shù)文件運行過程中產(chǎn)生的變量存放于函數(shù)工作空間。1.局部變量(LocalVariables)由于函數(shù)工作空間中的變量其影響范圍只是局限在自身函數(shù)工作空間內(nèi)，一旦該函數(shù)文件運行結(jié)束，它們將自動被刪除。由于其在空間上的局限性，這一類型的變量稱為局部變量。

2.全局變量(GlobalVariables)MATLAB允許幾個不同的函數(shù)空間以及基本工作空間共享一個變量，被共享的變量稱為全局變量。全局變量是用MATLAB提供的global指令來設(shè)置的，格式如下：globalXYZ其中X,Y,Z為希望定義的全局變量，中間用空格隔開。每個希望共享全局變量的函數(shù)或MATLAB基本工作空間，必須逐個用global指令對具體變量加以專門定義。沒采用global指令定義的函數(shù)或基本工作空間，將無權(quán)使用全局變量。如果某個函數(shù)的執(zhí)行使全局變量的內(nèi)容發(fā)生變化，那么其他函數(shù)空間以及基本工作空間中的同名變量也就隨之變化。除非與全局變量聯(lián)系的所有工作空間都被刪除，否則全局變量依然存在?！菊f明】對全局變量的定義必須在該變量被使用之前進行。建議把全局變量的定義放在腳本文件和函數(shù)文件的首行位置。如果在當(dāng)前工作空間已經(jīng)存在了相同的變量，系統(tǒng)將會給出警告，說明如果將該變量定義為全局變量，可能會使變量的值發(fā)生改變。為了提高文件的可讀性，建議使用大寫字母命名全局變量。由于全局變量影響了函數(shù)的封裝性，不提倡使用全局變量?！纠?-14】global指令定義全局變量示例。

編寫計算圓周周長和面積的函數(shù)文件ffun_SC:

function[C,S]=ffun_SC%FFUN_SCCalculatetheareaandthetheperimeterofacircleglobalRC=2*pi*R;S=pi*R^2;end編寫腳本文件并命名為exm3_14:clearglobalRR=4;[C,S]=ffun_SC在指令窗中執(zhí)行指令：>>exm3_14C=25.1327S=50.26553.4MATLAB函數(shù)類別和句柄函數(shù)函數(shù)文件是擴展名為.m的M文件中的一種，而函數(shù)文件又可以被細分為主函數(shù)、子函數(shù)、私用函數(shù)、匿名函數(shù)和內(nèi)聯(lián)函數(shù)等。本文只介紹主函數(shù)、子函數(shù)和內(nèi)聯(lián)函數(shù)，并簡要介紹函數(shù)句柄。3.4.1主函數(shù)MATLAB允許一個函數(shù)文件包含多個函數(shù)。其中第一個出現(xiàn)的函數(shù)被稱為主函數(shù)(Primaryfunction)，該文件中的其他函數(shù)都被稱為子函數(shù)(Subfunction)。保存時所用函數(shù)文件名與主函數(shù)定義名相同。外部程序只能對主函數(shù)進行調(diào)用。主函數(shù)的特點為：一般為“與保存文件名相同”的那個函數(shù)。在當(dāng)前目錄、搜索路徑上，列出文件名的函數(shù)。在指令窗中或其他函數(shù)中，可以直接被調(diào)用的函數(shù)。M函數(shù)文件中，有第一個function引導(dǎo)的函數(shù)。采用helpfunctionname可獲取函數(shù)所攜帶的幫助信息。3.4.2子函數(shù)子函數(shù)的特點為：子函數(shù)不獨立存在，只能寄生在主函數(shù)中。在函數(shù)文件中，由非第一個function引導(dǎo)的函數(shù)。一個函數(shù)文件可以包含多個子函數(shù)。同一函數(shù)文件的主函數(shù)、子函數(shù)的工作空間彼此獨立，各函數(shù)之間的信息或通過輸入輸出宗量傳遞，或通過全局變量傳遞。子函數(shù)只能被其所在的主函數(shù)和其他“同居”子函數(shù)調(diào)用。子函數(shù)可以出現(xiàn)在主函數(shù)中的任何位置，其位置先后與調(diào)用次序無關(guān)。在函數(shù)文件中，任何指令通過函數(shù)名對函數(shù)進行調(diào)用時，子函數(shù)的優(yōu)先級別僅次于內(nèi)裝函數(shù)。采用helpfunctionname/subfunctionname可獲取子函數(shù)所攜帶的幫助信息。3.4.3內(nèi)聯(lián)函數(shù)MATLAB除了可以用function關(guān)鍵字開頭的文件定義函數(shù)，還可以通過建立內(nèi)聯(lián)函數(shù)的方法建立函數(shù)文件，內(nèi)聯(lián)函數(shù)(Inlinefunction)較之前的函數(shù)文件而言，創(chuàng)建方式比較簡單。內(nèi)聯(lián)函數(shù)使得MATLAB的“泛函”指令具備了適應(yīng)各種運算的能力。1.建立內(nèi)聯(lián)函數(shù)建立內(nèi)聯(lián)函數(shù)的指令是inline()，格式如下：?inline('EXPR')?以字符串EXPR創(chuàng)建內(nèi)聯(lián)函數(shù)，如不指出變量，MATLAB將以指令findsym()指定變量為函數(shù)輸入宗量。用戶可以調(diào)用指令argnames()來查看內(nèi)聯(lián)函數(shù)的輸入宗量。指令vectorize()使得內(nèi)聯(lián)函數(shù)適用于數(shù)組運算規(guī)則，格式為：?vectorize(EXPR)?使得內(nèi)聯(lián)函數(shù)適用于數(shù)組計算【例3-15】運用內(nèi)聯(lián)函數(shù)實現(xiàn)（1）創(chuàng)建內(nèi)聯(lián)函數(shù)：>>clear,F=inline('a*exp(2*x)*cos(y)')F=Inlinefunction:F(a,x,y)=a*exp(2*x)*cos(y)（2）查看內(nèi)聯(lián)函數(shù)的輸入宗量：>>argnames(F)ans='a''x'

'y'（3）使其適應(yīng)數(shù)組運算：>>FF=vectorize(F)FF=Inlinefunction:FF(a,x,y)=a.*exp(2.*x).*cos(y)（4）令a=3，計算和的值:>>FF(3,[12],[pi/3pi/7])ans=11.0836147.5737【說明】:'EXPR'是字符串；EXPR必須是不包含賦值號“=”的表達式?！纠?-15】運用內(nèi)聯(lián)函數(shù)實現(xiàn)2.計算內(nèi)聯(lián)函數(shù)的值指令feval()可以調(diào)用內(nèi)聯(lián)函數(shù)并進行計算，其格式如下：?y=feval(FIN,x1,x2…)?執(zhí)行內(nèi)聯(lián)函數(shù)FIN指定的計算，其中x1,x2…為傳遞給函數(shù)的參數(shù)值，它們的含義以及排列次序均與內(nèi)聯(lián)函數(shù)的輸入宗量含義及排列次序一致。y為計算結(jié)果?！纠?-16】內(nèi)聯(lián)函數(shù)求值。>>clear,f=inline('b*sin(3^x+z)')%創(chuàng)建內(nèi)聯(lián)函數(shù)f=Inlinefunction:f(b,x,z)=b*sin(3^x+z)>>fy=feval(f,2,1,3)%使用函數(shù)feval()計算結(jié)果fy=-0.5588>>f(2,1,3)%也可以直接計算ans=-0.55883.4.4函數(shù)句柄函數(shù)句柄(FunctionHandle)是MATLAB的一種數(shù)據(jù)類型。它攜帶“相應(yīng)函數(shù)創(chuàng)建句柄時的路徑、視野、函數(shù)名以及可能的重載方式”。函數(shù)句柄并不伴隨函數(shù)文件的被創(chuàng)建、被調(diào)用而自動初始。用戶可以通過兩種方式為一個函數(shù)定義句柄：一是利用符號“@”，二是利用轉(zhuǎn)換函數(shù)str2func()。對函數(shù)句柄的觀察需要借助指令functions()來實現(xiàn)。引入函數(shù)句柄后，用戶可以調(diào)用函數(shù)如同調(diào)用變量一樣方便。由于普通函數(shù)文件在調(diào)用時，MATLAB都要為其進行全面的路徑搜索，而函數(shù)句柄內(nèi)部提供了路徑搜索的全部信息，因此可以提高函數(shù)調(diào)用的速度，尤其是在反復(fù)調(diào)用的情況下效果更加明顯。另外，函數(shù)句柄可以提高軟件重用性，擴大子函數(shù)和私用函數(shù)的可調(diào)用性，也可迅速獲得同名重載函數(shù)的位置、類型信息?！纠?-17】(續(xù)例3-12)為gyhilb函數(shù)文件創(chuàng)建函數(shù)句柄，并觀察其內(nèi)涵。（1）創(chuàng)建函數(shù)句柄

將gyhilb函數(shù)文件設(shè)置在搜索路徑上，并執(zhí)行：

>>clear,hm=@gyhilb

hm=

@gyhilb

（2）類型判斷

>>class(hm)

ans=

function_handle（3）借助指令functions()觀察內(nèi)涵

>>F=functions(hm)

F=

function:'gyhilb'

type:'simple'

file:'L:\matlab2011a\ch3\gyhilb.m'

（4）句柄的調(diào)用方法之一

>>M1=hm(3,4)

M1=

0.33330.25000.20000.1667

0.25000.20000.16670.1429

0.20000.16670.14290.1250（5）句柄的調(diào)用方法之二

>>M2=feval(hm,3,4)（結(jié)果同上）【例3-17】(續(xù)例3-12)為gyhilb函數(shù)文件創(chuàng)建函數(shù)句柄，并觀察其內(nèi)涵。用戶可以改變當(dāng)前目錄，比如將L:\matlab2011a\bin設(shè)置為當(dāng)前目錄，然后在指令窗中執(zhí)行：

>>gyhilb(3)

>>M=hm(3)

M=

1.00000.50000.3333

0.50000.33330.2500

0.33330.25000.2000【說明】指令hm=@hilb的功能，可以用hm=str2func('hilb')替換。用戶在創(chuàng)建函數(shù)的句柄時，必須保證該函數(shù)處于“當(dāng)前視野”【例3-17】(續(xù)例3-12)為gyhilb函數(shù)文件創(chuàng)建函數(shù)句柄，并觀察其內(nèi)涵。functionHr=exm3_18(flag)%EXM3_18Demoforhandlesofprimaryfunctions,subfunctionsandfunctionhandle%flag只能取字符串'line'或者'circle'%Hr子函數(shù)cirline的句柄t=linspace(0,2*pi,150);x=sin(t);y=cos(t);Hr=@cirline;%創(chuàng)建子函數(shù)cirline的函數(shù)句柄feval(Hr,flag,x,y,t)%函數(shù)宏指令，調(diào)用子函數(shù)%----subfunction----functioncirline(wd,x,y,t)%cirline(wd,x,y,t)位于主函數(shù)exm3_18內(nèi)部的子函數(shù)%wd可以取字符串'line'或者'circle‘%t畫線用的獨立參變量;x,y由t產(chǎn)生的坐標(biāo)點【例3-18】編寫一個含有子函數(shù)的函數(shù)文件，并創(chuàng)建子函數(shù)句柄，并利用子函數(shù)句柄在指令窗中執(zhí)行子函數(shù)。switchwdcase'line'plot(t,x,'b',t,y,'r','LineWidth',2)case'circle'plot(x,y,'-r','LineWidth',3)axisequalotherwiseerror('輸入宗量只能取“l(fā)ine”和“circle”!')endshg%圖形窗顯示在前臺

endend【例3-18】編寫一個含有子函數(shù)的函數(shù)文件，并創(chuàng)建子函數(shù)句柄，并利用子函數(shù)句柄在指令窗中執(zhí)行子函數(shù)。（2）把exm3_18.m保存在MATLAB的搜索路徑上，然后在指令窗中執(zhí)行下列指令：>>HH=exm3_18('circle')HH=@exm3_18/cirline得到如圖3.4所示的圖：（3）直接利用創(chuàng)建的子函數(shù)句柄,在指令窗中執(zhí)行下列指令，調(diào)用子函數(shù)：>>t=linspace(0,2*pi,8);>>x=cos(t);y=sin(t);>>HH('circle',x,y,t)得到如圖3.5所示的圖：【例3-18】編寫一個含有子函數(shù)的函數(shù)文件，并創(chuàng)建子函數(shù)句柄，并利用子函數(shù)句柄在指令窗中執(zhí)行子函數(shù)?！菊f明】創(chuàng)建子函數(shù)句柄指令位于主函數(shù)體內(nèi)，因此，只有當(dāng)主函數(shù)被執(zhí)行后子函數(shù)句柄才被創(chuàng)建，當(dāng)用戶在工作空間看到被創(chuàng)建的子函數(shù)句柄HH后，才能利用指令在指令