ch07.MATLAB2007程序設(shè)計(jì)

1、31.07.2020,第1頁(yè),第7章 MATLAB 2007,MATLAB R2007基礎(chǔ)教程,教學(xué)目標(biāo) 教學(xué)重點(diǎn) 教學(xué)內(nèi)容,31.07.2020,第2頁(yè),教學(xué)目標(biāo),熟悉 MATLAB 的編程環(huán)境 掌握 MATLAB 的變量類型 掌握 MATLAB 中的流程控制語(yǔ)句 掌握 MATLAB 的函數(shù)類型和函數(shù)操作 了解 MATLAB 中的錯(cuò)誤處理 了解 MATLAB 程序調(diào)試方法 了解 MATLAB 代碼優(yōu)化方法,31.07.2020,第3頁(yè),教學(xué)重點(diǎn),MATLAB 的編程環(huán)境 MATLAB 的變量類型 MATLAB 中的流程控制語(yǔ)句 MATLAB 的函數(shù)類型和函數(shù)操作 MATLAB 程序調(diào)試方法,

2、31.07.2020,第4頁(yè),教學(xué)內(nèi)容,M文本文件介紹 函數(shù)流程控制 函數(shù)變量 函數(shù)類型 函數(shù)操作 MATLAB 編程錯(cuò)誤處理 程序設(shè)計(jì)的輔助函數(shù) 調(diào)試程序 優(yōu)化程序,31.07.2020,第5頁(yè),M文本文件介紹,一個(gè) M 文件通常包含五個(gè)部分，函數(shù)定義語(yǔ)句、H1 幫助行、幫助文本、函數(shù)體或者腳本文件語(yǔ)句和注釋語(yǔ)句。H1 行為緊隨函數(shù)定義語(yǔ)句后面的一行注釋語(yǔ)句。當(dāng)用戶通過(guò) help 命令查詢?cè)摵瘮?shù)的說(shuō)明信息時(shí) H1 行顯示為第一行，另外 lookfor 函數(shù)只檢索和顯示 H1 行。幫助文本為 H1 行后面連續(xù)的注釋行，當(dāng)在命令窗口中通過(guò) help 命令查詢?cè)摵瘮?shù)的說(shuō)明信息時(shí)則在窗口中顯示這些內(nèi)

3、容。函數(shù)體為 M 文件的主要部分，是函數(shù)的執(zhí)行代碼。除上面的 H1 行和幫助文本外，為了易于理解，可以在書寫代碼時(shí)添加注釋語(yǔ)句。這些注釋語(yǔ)句在編譯程序時(shí)會(huì)被忽略，因此不會(huì)影響編譯速度和程序運(yùn)行速度，但是能夠增加程序的可讀性。,31.07.2020,第6頁(yè),一個(gè)完整的 M 文件的結(jié)構(gòu)為： function f = fact(n) 函數(shù)定義語(yǔ)句 % Compute a factorial value. H1 行 % FACT(N) returns the factorial of N, 幫助文本 % usually denoted by N! % Put simply, FACT(N) is PR

4、OD(1:N). 注釋語(yǔ)句 f = prod(1:n); 函數(shù)體 函數(shù)定義語(yǔ)句只在函數(shù)文件中存在，定義函數(shù)名稱、輸入輸出參數(shù)的數(shù)量和順序。函數(shù)定義語(yǔ)句的格式為： function y = fact(x)。,31.07.2020,第7頁(yè),函數(shù)式M文件 函數(shù)式 M 文件比腳本式 M 文件相對(duì)復(fù)雜一些，腳本文件不需要自帶參數(shù)，也不一定返回結(jié)果，而函數(shù)文件一般要自帶參數(shù)，并且有返回結(jié)果，以便于更好的把整個(gè)程序連為一段。函數(shù)文件也可以不帶參數(shù)，此時(shí)文件中一般使用一些全局變量來(lái)實(shí)現(xiàn)與外界和其他函數(shù)之間的數(shù)據(jù)交換。 函數(shù)文件的第一行以 function 開(kāi)始，說(shuō)明此文件是一個(gè)函數(shù)。其實(shí)質(zhì)為用戶向 MATLA

5、B 函數(shù)庫(kù)中添加的子函數(shù)。在默認(rèn)情況下，函數(shù)文件中的變量都是局部變量，僅在函數(shù)運(yùn)行期間有效，函數(shù)運(yùn)行結(jié)束后，這些變量將從工作區(qū)中清除。,31.07.2020,第8頁(yè),函數(shù)流程控制,順序結(jié)構(gòu) 判斷語(yǔ)句（ifelseend） 分支語(yǔ)句 循環(huán)語(yǔ)句 trycatchend語(yǔ)句 其他流程控制函數(shù),31.07.2020,第9頁(yè),順序結(jié)構(gòu),順序結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單的程序結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)在編譯程序時(shí)，按照程序的物理位置順序執(zhí)行。這種程序容易編制，但是結(jié)構(gòu)單一，能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有限。,31.07.2020,第10頁(yè),判斷語(yǔ)句（ifelseend）,ifend ifelseend ifelseifelseend,31.07.20

6、20,第11頁(yè),ifend 此時(shí)的程序結(jié)構(gòu)如下： if 表達(dá)式 執(zhí)行代碼塊 end 這是最簡(jiǎn)單的判斷語(yǔ)句，只有一個(gè)判斷語(yǔ)句，其中的表達(dá)式為邏輯表達(dá)式，當(dāng)表達(dá)式為真時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)的語(yǔ)句，否則，直接跳到下一段語(yǔ)句。,31.07.2020,第12頁(yè),ifelseend 當(dāng)程序有兩個(gè)選擇時(shí)，可以選擇 ifelseend 結(jié)構(gòu)，此時(shí)程序結(jié)構(gòu)為： if 表達(dá)式 執(zhí)行代碼塊1 else 執(zhí)行代碼塊2 end 當(dāng)判斷表達(dá)式為真時(shí)，執(zhí)行代碼塊1，否則執(zhí)行代碼塊2。,31.07.2020,第13頁(yè),ifelseifelseend 上面的兩種形式中，分別包含一個(gè)選擇和兩個(gè)選擇，當(dāng)判斷包含多個(gè)選擇時(shí)，可以采用elsei

7、f 語(yǔ)句，結(jié)構(gòu)為： if 表達(dá)式1 執(zhí)行代碼塊1 elseif 表達(dá)式2 執(zhí)行代碼塊2 elseif . . . else 執(zhí)行代碼塊 end 其中可以包含任意多個(gè) elseif 語(yǔ)句。,31.07.2020,第14頁(yè),分支語(yǔ)句,上一節(jié)中的 ifelseifelseend 語(yǔ)句可以適用于多種選擇的流程控制，此時(shí)對(duì) else之外的每一個(gè)選擇語(yǔ)句設(shè)置一個(gè)表達(dá)式，表達(dá)式為真時(shí)則執(zhí)行該模塊。MATLAB 中的另一種多選擇語(yǔ)句為分支語(yǔ)句。分支語(yǔ)句的結(jié)構(gòu)為： switch 分支語(yǔ)句 case 條件語(yǔ)句 執(zhí)行代碼塊 case 條件語(yǔ)句1, 條件語(yǔ)句2, 條件語(yǔ)句3, . 執(zhí)行代碼塊 otherwise 執(zhí)行

8、代碼塊 end,31.07.2020,第15頁(yè),其中的分支語(yǔ)句為一個(gè)變量，可以是數(shù)值變量或者字符串變量，如果該變量的值與某一條件相符，則執(zhí)行相應(yīng)的語(yǔ)句，否則，執(zhí)行 otherwise 后面的語(yǔ)句。在每一個(gè)條件中，可以包含一個(gè)條件語(yǔ)句，可以包含多個(gè)條件，當(dāng)包含多個(gè)條件時(shí)，將條件以單元數(shù)組的形式表示。 MATLAB 的分支語(yǔ)句類似于 C 語(yǔ)言的分支語(yǔ)句，但是又不完全相同：MATLAB 語(yǔ)句從上到下依次判斷條件，條件符合則執(zhí)行相應(yīng)的代碼塊，之后退出該分支語(yǔ)句，因此在代碼塊后面不需要添加“break”語(yǔ)句。,31.07.2020,第16頁(yè),循環(huán)語(yǔ)句,for 語(yǔ)句 while 語(yǔ)句,31.07.2020

9、,第17頁(yè),1for 語(yǔ)句,for 語(yǔ)句將相同的代碼執(zhí)行預(yù)定義的次數(shù)。for 語(yǔ)句的結(jié)構(gòu)為： for 循環(huán)變量 = 表達(dá)式 執(zhí)行代碼塊 end for 循環(huán)的語(yǔ)句在前面的例子中已經(jīng)有所涉及，上節(jié)的例子中，第二個(gè)程序中也涉及到了 for 循環(huán)語(yǔ)句。下面為 for 循環(huán)的更多例子。,31.07.2020,第18頁(yè),2while 語(yǔ)句,while 語(yǔ)句用于將相同的代碼塊執(zhí)行多次，但是次數(shù)并不預(yù)先指定，當(dāng) while 的條件表達(dá)式為真時(shí)，執(zhí)行代碼塊，直到條件表達(dá)式為假。while 語(yǔ)句的結(jié)構(gòu)為： while 表達(dá)式 執(zhí)行代碼塊 end,31.07.2020,第19頁(yè),6.2.5 trycatchend

10、語(yǔ)句,MATLAB 中的另一種判斷語(yǔ)句為 trycatch 語(yǔ)句，這種語(yǔ)句可以包容程序運(yùn)行中的錯(cuò)誤，并返回錯(cuò)誤類型。這種語(yǔ)句的結(jié)構(gòu)為： try 運(yùn)行代碼塊 catch 運(yùn)行代碼塊 end 該語(yǔ)句首先從上到下依次執(zhí)行，如果遇到程序錯(cuò)誤則運(yùn)行下一個(gè) catch 中的語(yǔ)句，依次向下進(jìn)行。如果程序運(yùn)行成功，則退出該判斷語(yǔ)句。如果在 catch 和 end之間的程序運(yùn)行出錯(cuò)，則程序運(yùn)行終止，或者如果存在其他的 trycatch 結(jié)構(gòu)，則運(yùn)行下一個(gè) trycatch 結(jié)構(gòu)?？梢岳?lasterr 命令查看發(fā)生錯(cuò)誤的原因。,31.07.2020,第20頁(yè),6.2.6 其他流程控制函數(shù),continue：c

11、ontinue 語(yǔ)句通常用在循環(huán)控制中，包括 for 循環(huán)和 while 循環(huán)，用于結(jié)束當(dāng)次循環(huán)，繼續(xù)執(zhí)行下一次循環(huán)，但是不結(jié)束當(dāng)前循環(huán)。一般 continue 語(yǔ)句與 if 語(yǔ)句相結(jié)合，當(dāng)滿足一定的條件時(shí)，執(zhí)行 continue 語(yǔ)句。 break：與 continue 相同的是，break 函數(shù)也是用于循環(huán)控制，中斷當(dāng)前循環(huán)。與 continue 不同，break 跳出當(dāng)前循環(huán)，不再執(zhí)行該循環(huán)的任何操作。 return：結(jié)束該程序的執(zhí)行，返回到調(diào)用函數(shù)或者鍵盤。,31.07.2020,第21頁(yè),6.3 函數(shù)變量,6.3.1 變量類型 局部變量 全局變量 永久變量,31.07.2020,第2

12、2頁(yè),局部變量,每個(gè)函數(shù)都有自己的局部變量，這些變量存儲(chǔ)在該函數(shù)獨(dú)立的工作區(qū)中，與其他函數(shù)的變量及主工作區(qū)中的變量分開(kāi)存儲(chǔ)。當(dāng)函數(shù)調(diào)用結(jié)束時(shí)，這些變量隨之刪除，不保存在內(nèi)存中。并且，除了函數(shù)返回值，該函數(shù)不改變工作區(qū)中其他變量的值。 然而腳本文件沒(méi)有獨(dú)立的工作區(qū)，當(dāng)通過(guò)命令窗口調(diào)用腳本文件時(shí)，腳本文件分享主工作區(qū)，當(dāng)函數(shù)調(diào)用腳本文件時(shí)，腳本文件分享主調(diào)函數(shù)的工作區(qū)。需要注意的是，如果腳本中改變了工作區(qū)中變量的值，則在腳本文件調(diào)用結(jié)束后，該變量的值發(fā)生改變。 在函數(shù)中，變量默認(rèn)為局部變量。,31.07.2020,第23頁(yè),全局變量,局部變量只在一個(gè)工作區(qū)內(nèi)有效，無(wú)論是函數(shù)工作區(qū)還是 MATLAB

13、 主工作區(qū)。與局部變量不同，全局變量可以在定義該變量的全部工作區(qū)中有效。當(dāng)在一個(gè)工作區(qū)內(nèi)改變?cè)撟兞康闹禃r(shí)，該變量在其他工作區(qū)中的變量同時(shí)改變。 任何函數(shù)如果需要使用全局變量，則必須首先聲明，聲明格式為： global 變量名1 變量名2 如果一個(gè) M 文件中包含的子函數(shù)需要訪問(wèn)全局變量，則需在子函數(shù)中聲明該變量，如果需要在命令行中訪問(wèn)該變量，則需在命令行中聲明該變量。,31.07.2020,第24頁(yè),永久變量,除局部變量和全局變量外，MATLAB 中還有一種變量類型為永久變量。永久變量的特點(diǎn)為： 只能在 M 文件內(nèi)部定義； 只有該變量從屬的函數(shù)能夠訪問(wèn)該變量； 當(dāng)函數(shù)運(yùn)行結(jié)束時(shí)，該變量的值保留

14、在內(nèi)存中，因此當(dāng)該函數(shù)再次被調(diào)用時(shí)，可以再次利用這些變量。 永久變量的定義方法為： persistent 變量名1 變量名2。,31.07.2020,第25頁(yè),6.4 函數(shù)類型,6.4.1 匿名函數(shù) 6.4.2 主函數(shù) 6.4.3 子函數(shù) 6.4.4 嵌套函數(shù) 6.4.5 私有函數(shù) 6.4.6 重載函數(shù),31.07.2020,第26頁(yè),匿名函數(shù),關(guān)于匿名函數(shù)在前面“MATLAB 的數(shù)學(xué)運(yùn)算”一章中已有初步涉及，在“函數(shù)運(yùn)算”一節(jié)的示例中用到了大量的匿名函數(shù)。本節(jié)對(duì)匿名函數(shù)做進(jìn)一步的介紹。 匿名函數(shù)提供了一種創(chuàng)建簡(jiǎn)單程序的方法，使用它用戶可以不必每次都編寫 M 文件。用戶可以在 MATLAB 的

15、命令窗口或是其他任意 M 文件和腳本文件中使用匿名函數(shù)。 匿名函數(shù)的格式為： fhandle = (arglist) expr 其中 fhandle 是為該函數(shù)創(chuàng)建的函數(shù)句柄； 符號(hào)用于創(chuàng)建函數(shù)句柄；arglist 為用逗號(hào)分隔的參數(shù)列表；expr 為函數(shù)主體，為 MATLAB 表達(dá)式。,31.07.2020,第27頁(yè),主函數(shù),通常每個(gè) M 文件中的第一個(gè)函數(shù)為主函數(shù)，主函數(shù)可以被該文件之外的其他函數(shù)調(diào)用，而子函數(shù)只能被該文件內(nèi)的函數(shù)調(diào)用。主函數(shù)的調(diào)用通過(guò)存儲(chǔ)該函數(shù)的 M 文件的文件名調(diào)用。我們?cè)谇懊鎺坠?jié)中編寫的實(shí)驗(yàn)程序，大多為主函數(shù)，如例 6-7。因此，這里不再過(guò)多介紹。,31.07.202

16、0,第28頁(yè),子函數(shù),一個(gè) M 文件中可以包括多個(gè)函數(shù)，除主函數(shù)之外的其他函數(shù)稱為子函數(shù)。子函數(shù)只能被主函數(shù)或該文件內(nèi)的其他子函數(shù)調(diào)用。每個(gè)子函數(shù)以函數(shù)定義語(yǔ)句開(kāi)頭，直至下一個(gè)函數(shù)的定義或文件的結(jié)尾。 當(dāng)函數(shù)中調(diào)用函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)判斷其函數(shù)類型的順序?yàn)椋菏紫扰袛嗍欠駷樽雍瘮?shù)，然后判斷是否為私有函數(shù)，最后判斷其是否為當(dāng)前目錄下的 M 文件函數(shù)或者系統(tǒng)內(nèi)置函數(shù)。由于子函數(shù)具有最高的優(yōu)先級(jí)別，因此，在定義子函數(shù)時(shí)，可以采用已有的其他外部函數(shù)的名稱。,31.07.2020,第29頁(yè),嵌套函數(shù),一個(gè)函數(shù)內(nèi)部可以定義其他的函數(shù)，這種內(nèi)部的函數(shù)稱作嵌套函數(shù)。 1嵌套函數(shù)的書寫 定義嵌套函數(shù)時(shí)，只要在一個(gè)函數(shù)內(nèi)部

17、直接定義嵌套函數(shù)即可。需要注意的是當(dāng)一個(gè) M文件中存在嵌套函數(shù)時(shí)，該文件內(nèi)的所有函數(shù)必須以 end 結(jié)尾。,31.07.2020,第30頁(yè),例 6-14 嵌套函數(shù)的結(jié)構(gòu) function x = A(p1, p2) . function y = B(p3) . end . end,31.07.2020,第31頁(yè),每個(gè)函數(shù)中可以嵌套多個(gè)函數(shù)。 例 6-15 多個(gè)平行嵌套函數(shù) function x = A(p1, p2) . function y = B(p3) . end function z = C(p4) . end . end,31.07.2020,第32頁(yè),在這個(gè)程序中，函數(shù) A 嵌套了

18、函數(shù) B 和函數(shù) C。另外，嵌套函數(shù)還可以包含嵌套函數(shù)，其結(jié)構(gòu)如例 6-16。 例 6-16 多層嵌套函數(shù) function x = A(p1, p2) . function y = B(p3) . function z = C(p4) . end . end . End 在這段程序中，函數(shù) A 嵌套了函數(shù) B，函數(shù) B 嵌套了函數(shù) C。,31.07.2020,第33頁(yè),2嵌套函數(shù)的調(diào)用 一個(gè)嵌套函數(shù)可以被下列函數(shù)調(diào)用： （1）該嵌套函數(shù)的上一層函數(shù)，如上面例 6-13 中函數(shù) A 可以調(diào)用函數(shù) B，函數(shù) B 可以調(diào)用函數(shù) C，但是函數(shù) A 不能調(diào)用函數(shù) C； （2）同一母函數(shù)下的同級(jí)嵌套函數(shù)

19、，如上面例 6-12 中函數(shù) B 可以調(diào)用函數(shù) C； （3）被任一低級(jí)別的函數(shù)調(diào)用。,31.07.2020,第34頁(yè),在這段程序中，函數(shù) A 包含了嵌套函數(shù) B 和嵌套函數(shù) D，函數(shù) B 和函數(shù) D 分別嵌套了函數(shù) C 和函數(shù) E。這段程序中函數(shù)間的調(diào)用關(guān)系為： （1）函數(shù) A 為主函數(shù)，可以調(diào)用函數(shù) B 和函數(shù) D，但是不能調(diào)用函數(shù) C 和函數(shù) E； （2）函數(shù) B 和函數(shù) D 為一級(jí)嵌套函數(shù)，B 可以調(diào)用函數(shù) D 和函數(shù) C，但是不能調(diào)用函數(shù) E；D 可以調(diào)用函數(shù) B 和函數(shù) E，但是不能調(diào)用 C； （3）函數(shù) C 和函數(shù) E 為分屬兩個(gè)函數(shù)的嵌套函數(shù)，可以調(diào)用函數(shù) B 和函數(shù) D，但是不

20、能互相調(diào)用。,31.07.2020,第35頁(yè),私有函數(shù),私有函數(shù)是 MATLAB 中的另一類函數(shù)，這類函數(shù)位于名為“private”的子文件夾中，只能被上一級(jí)文件夾中的函數(shù)或者這些函數(shù)所調(diào)用的 M 文件調(diào)用。如，當(dāng)前文件夾為 matlabmath，matlabmath 中包含子文件夾 private，則 private 中的函數(shù)只能被 matlabmath 根目錄下的函數(shù)及這些函數(shù)調(diào)用的 M 文件調(diào)用。 私有函數(shù)只能被其父文件夾中的函數(shù)調(diào)用，因此，用戶可以開(kāi)發(fā)自己的函數(shù)庫(kù)，函數(shù)的名稱可以與系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) M 函數(shù)庫(kù)名稱相同，而不必?fù)?dān)心在函數(shù)調(diào)用時(shí)發(fā)生沖突，因?yàn)?MATLAB 首先查找私有函數(shù)，再查找

21、標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)。,31.07.2020,第36頁(yè),重載函數(shù),函數(shù)重載為程序編寫和用戶調(diào)用都提供了很大的方便。函數(shù)重載允許多個(gè)函數(shù)使用相同的函數(shù)名，不同的輸入?yún)?shù)類型。在函數(shù)調(diào)用時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)輸入?yún)?shù)的情況自動(dòng)選擇相應(yīng)的函數(shù)執(zhí)行。,31.07.2020,第37頁(yè),函數(shù)操作,函數(shù)句柄 利用函數(shù)句柄可以實(shí)現(xiàn)對(duì)函數(shù)的間接操作，可以通過(guò)將函數(shù)句柄傳遞給其他函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)函數(shù)的操作，也可以將函數(shù)句柄保存在變量中，留待以后調(diào)用操作。 函數(shù)句柄是通過(guò) 符號(hào)創(chuàng)建的，格式為： fhandle = functionname。,31.07.2020,第38頁(yè),若要保存函數(shù)句柄，可以使用單元數(shù)組，如下： trigFun = sin

22、, cos, tan; 通過(guò)函數(shù)句柄實(shí)現(xiàn)對(duì)函數(shù)的間接調(diào)用，其調(diào)用格式與直接調(diào)用函數(shù)的格式相同：fhandle(arg1, arg2, ., argn)，其中 fhandle 為函數(shù)句柄。,31.07.2020,第39頁(yè),函數(shù)參數(shù),當(dāng)調(diào)用函數(shù)時(shí)，主調(diào)函數(shù)通過(guò)函數(shù)參數(shù)的形式向被調(diào)函數(shù)傳遞數(shù)據(jù)，被調(diào)函數(shù)通過(guò)函數(shù)返回值的形式向主調(diào)函數(shù)返回?cái)?shù)據(jù)。本節(jié)介紹函數(shù)參數(shù)，內(nèi)容包括：輸入?yún)?shù)數(shù)目確定、輸入可變數(shù)目的參數(shù)、向嵌套函數(shù)輸入可選參數(shù)和修改參數(shù)值并返回。,31.07.2020,第40頁(yè),1函數(shù)參數(shù)數(shù)目確定 函數(shù) nargin 和函數(shù) nargout 分別用于確定函數(shù)的輸入輸出參數(shù)個(gè)數(shù)。在函數(shù)體內(nèi)部用 na

23、rgin（nargout）確定輸入輸出參數(shù)后可以用條件語(yǔ)句確定需要執(zhí)行的操作。,31.07.2020,第41頁(yè),函數(shù) nargin 和函數(shù) nargout 允許函數(shù)接收或返回任意數(shù)目的參數(shù)。本節(jié)介紹參數(shù)數(shù)目可變的函數(shù)。 在 MATLAB 中，輸入輸出參數(shù)是以單元數(shù)組的形式進(jìn)行傳輸?shù)模狠斎雲(yún)?shù)以單元數(shù)組的形式傳遞給函數(shù)，單元數(shù)組的每個(gè)元素為相應(yīng)的參數(shù)，同樣，輸出參數(shù)也是以單元數(shù)組的形式組織的。如此的參數(shù)組織形式便于函數(shù)接受任意數(shù)目的參數(shù)。見(jiàn)下面的例子。,31.07.2020,第42頁(yè),在調(diào)用該函數(shù)時(shí)可以輸入任意數(shù)目的參數(shù)，參數(shù)可以為二元數(shù)組或者表示線型的字符串，該函數(shù)將用指定的線型繪制輸入數(shù)據(jù)的

24、圖像。指定線型的字符串可以在任意位置輸入，并且可以輸入多個(gè)，但是需要注意的是，只有最后一個(gè)字符串起作用。 在上面的程序中，將所有輸入?yún)?shù)作為一個(gè)單元數(shù)組，利用花括號(hào)和圓括號(hào)對(duì)數(shù)組元素進(jìn)行訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)輸入?yún)?shù)的調(diào)用。,31.07.2020,第43頁(yè),在嵌套函數(shù)中也可以使用可變參數(shù)。但是需要注意的是，varargin、varargout、nargin 和 nargout 的意義可能有所不同。下面介紹這四個(gè)元素的應(yīng)用規(guī)則。 varargin 和 varargout 這兩個(gè)元素為變量，與 MATLAB 其他變量的作用范圍相同。由于嵌套函數(shù)與主函數(shù)使用相同的工作區(qū)，因此 varargin 和 vararg

25、out 既可以表示嵌套函數(shù)的輸入輸出參數(shù)，也可以是主函數(shù)的輸入輸出函數(shù)，具體值取決于程序中的變量聲明： 如果嵌套函數(shù)在函數(shù)聲明中包含 varargin 或者 varargout，則在該函數(shù)內(nèi)部調(diào)用這兩個(gè)變量時(shí)，變量?jī)?nèi)容為該函數(shù)的輸入輸出參數(shù)； 如果嵌套函數(shù)聲明中沒(méi)有包含 varargin 或者 varargout，而在該函數(shù)的上層函數(shù)聲明中包含 varargin 或者 varargout，則當(dāng)在該嵌套函數(shù)內(nèi)部調(diào)用這兩個(gè)變量時(shí)，變量?jī)?nèi)容為上層函數(shù)的輸入輸出參數(shù)。,31.07.2020,第44頁(yè),nargin 和 nargout nargin 和 nargout 是函數(shù)，當(dāng)在函數(shù)中調(diào)用這兩個(gè)函數(shù)時(shí)

26、，其值為該函數(shù)的輸入或輸出參數(shù)，而不需要進(jìn)行聲明。如上面的例子中，在函數(shù) A 中調(diào)用 nargin（B(nargin, y * rand(4)） 表示函數(shù) A 的輸入?yún)?shù)個(gè)數(shù)，在函數(shù) C 中調(diào)用 nargin 表示函數(shù) C 的輸入?yún)?shù)個(gè)數(shù)。,31.07.2020,第45頁(yè),MATLAB 編程錯(cuò)誤處理,通過(guò) try-catch 語(yǔ)句檢測(cè)錯(cuò)誤 對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行處理并且從錯(cuò)誤中恢復(fù) 消息標(biāo)志符 警告處理,31.07.2020,第46頁(yè),通過(guò) try-catch 語(yǔ)句檢測(cè)錯(cuò)誤,無(wú)論程序的編寫多么謹(jǐn)慎，在不同的環(huán)境下運(yùn)行時(shí)都有可能產(chǎn)生意外的錯(cuò)誤。因此，有必要在程序中添加錯(cuò)誤檢測(cè)語(yǔ)句，保證程序在所有的條件下都能

27、夠正常運(yùn)行。 MATLAB 中的 try-catch 語(yǔ)句可用于錯(cuò)誤檢測(cè)。如果程序中的一些語(yǔ)句可能會(huì)產(chǎn)生非預(yù)計(jì)的結(jié)果，可以將這些語(yǔ)句放在 try-catch 塊中。try-catch 語(yǔ)句可以檢測(cè)所有錯(cuò)誤，并且分別進(jìn)行處理。格式如下： try 表達(dá)式1 catch 表達(dá)式2 end 一個(gè) try-catch 塊分為兩個(gè)部分。第一個(gè)部分以 try 開(kāi)始，第二個(gè)部分以 catch 開(kāi)始，整個(gè)塊以 end 結(jié)束。程序首先正常執(zhí)行第一部分，如果有錯(cuò)誤發(fā)生，則停止執(zhí)行該部分的其他語(yǔ)句，轉(zhuǎn)而執(zhí)行 catch 中的語(yǔ)句。catch 部分對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行處理，可以顯示錯(cuò)誤提示、執(zhí)行默認(rèn)語(yǔ)句等。,31.07.2020

28、,第47頁(yè),在 try-catch 語(yǔ)句中，可以嵌套其他的 try-catch 語(yǔ)句，其格式為： try 表達(dá)式 1 % 執(zhí)行表達(dá)式 1 catch try 表達(dá)式 2 % 嘗試從錯(cuò)誤中恢復(fù) catch disp Operation failed % 處理錯(cuò)誤 end end,31.07.2020,第48頁(yè),對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行處理并且從錯(cuò)誤中恢復(fù),1發(fā)出錯(cuò)誤報(bào)告 MATALB 中 error 函數(shù)可以報(bào)告錯(cuò)誤并且中斷程序運(yùn)行。用戶可以通過(guò)指定 error 函數(shù)參數(shù)的方式指定將要發(fā)出的錯(cuò)誤信息。,31.07.2020,第49頁(yè),2識(shí)別錯(cuò)誤發(fā)生的原因 當(dāng)錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)，用戶需要知道錯(cuò)誤發(fā)生的位置及錯(cuò)誤原因，以

29、便能夠正確處理錯(cuò)誤。lasterror 函數(shù)可以返回最后發(fā)生的錯(cuò)誤的相關(guān)信息，輔助用戶識(shí)別錯(cuò)誤。 lasterror 返回結(jié)果為一個(gè)結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體包含三個(gè)域，分別為 message、identifier、stack。message 為字符串，起內(nèi)容為最近發(fā)生的錯(cuò)誤的相關(guān)文本信息；identifier 也是一個(gè)字符串，內(nèi)容為錯(cuò)誤消息的類別標(biāo)志；stack 為一結(jié)構(gòu)體，其內(nèi)容為該錯(cuò)誤的堆棧中的相關(guān)信息。stack 包含三個(gè)域，為 file、name 和 line，分別為文件名、函數(shù)名和錯(cuò)誤發(fā)生的行數(shù)。,31.07.2020,第50頁(yè),3錯(cuò)誤重現(xiàn) 在一些情況下，需要重現(xiàn)已經(jīng)拋出過(guò)的錯(cuò)誤，以便于對(duì)錯(cuò)

30、誤進(jìn)行分析。MATLAB 中函數(shù) rethrow 可以重新拋出指定的錯(cuò)誤。該函數(shù)的格式為 rethrow(err)，其中輸入?yún)?shù) err 用于指定需要重現(xiàn)的錯(cuò)誤。該語(yǔ)句執(zhí)行后程序運(yùn)行中斷，將控制權(quán)轉(zhuǎn)給鍵盤或 catch 語(yǔ)句的上一層模塊。輸入?yún)?shù) err 需為 MATLAB 結(jié)構(gòu)體，包含 message、identifier、stack 中至少一個(gè)域，這三個(gè)域的類型與 lasterror 返回結(jié)果相同。 rethrow 函數(shù)通常與 try-catch 語(yǔ)句一起使用。如： try 表達(dá)式 1 catch do_cleanup rethrow(lasterror) end,31.07.2020,第

31、51頁(yè),消息標(biāo)志符,1消息標(biāo)志符的格式 標(biāo)志符為一個(gè)字符串，指定錯(cuò)誤或警告消息的類別（component）及詳細(xì)信息（mnemonic）。通常為“類別:詳細(xì)信息”的格式。如： MATLAB:divideByZero Simulink:actionNotTaken TechCorp:notFoundInPath 等。兩個(gè)部分都需要滿足如下的規(guī)則： （1）不能包含空格 （2）第一個(gè)字符必須為字母 （3）后面的字符可以為數(shù)字或下劃線 類別部分指定錯(cuò)誤或警告可能發(fā)生的大體位置，通常為某一產(chǎn)品的名字或者工具箱的名字，如 MATLAB 或者 Control。MATLAB 支持使用多層次的類別名稱。 詳細(xì)信

32、息用于指定消息的具體內(nèi)容，如除數(shù)為 0 等。 如下面的例子為一個(gè)完整的標(biāo)志符： error(MATLAB:ambiguousSyntax, Syntax %s could be ambiguous.n, inputstr)。,31.07.2020,第52頁(yè),2標(biāo)志符的應(yīng)用 消息標(biāo)志符通常與 lasterror 函數(shù)一起應(yīng)用，使得 lasterror 函數(shù)和 lasterr 函數(shù)能夠識(shí)別錯(cuò)誤的原因。lasterror 函數(shù)和 lasterr 函數(shù)返回消息標(biāo)志符，用戶可以通過(guò)其類別信息和詳細(xì)信息分別獲取錯(cuò)誤的總體類別及具體信息。 使用消息標(biāo)志符的第一步為確定目的信息并為其指定標(biāo)志符。消息標(biāo)志符通過(guò)

33、 error 函數(shù)指定，格式為： error(msg_id, errormsg) error(msg_id, formatted_errormsg, arg1, arg2, .) 其中的消息標(biāo)志符可以省略。如果 lasterror 函數(shù)不使用該信息，上面的語(yǔ)句可以簡(jiǎn)寫為： error(errormsg) 下面以兩個(gè)實(shí)例說(shuō)明消息標(biāo)志符與 lasterror 的使用。,31.07.2020,第53頁(yè),31.07.2020,第54頁(yè),警告處理,警告用于提示用戶在程序運(yùn)行中出現(xiàn)異常情況。與錯(cuò)誤不同的是，警告并不中斷程序的運(yùn)行，而是顯示警告內(nèi)容并繼續(xù)執(zhí)行。警告通過(guò)函數(shù) warning 發(fā)出，格式與 er

34、ror 函數(shù)相同，如： warning(Input must be a string) warning(formatted_warningmsg, arg1, arg2, .) warning(Ambiguous parameter name, %s., param) 另外，與錯(cuò)誤相同，警告也可以使用消息標(biāo)志符，用以顯示該警告信息的類別及具體信息。警告處理的方式與錯(cuò)誤處理的方式類似這里不再贅述。,31.07.2020,第55頁(yè),程序設(shè)計(jì)的輔助函數(shù),表達(dá)式與函數(shù)的評(píng)估 計(jì)時(shí)器函數(shù),31.07.2020,第56頁(yè),31.07.2020,第57頁(yè),計(jì)時(shí)器函數(shù),31.07.2020,第58頁(yè),調(diào)試程序

35、,直接調(diào)試法 利用調(diào)試工具 采用命令行調(diào)試程序 采用調(diào)試界面調(diào)試程序,31.07.2020,第59頁(yè),直接調(diào)試法,MATLAB 語(yǔ)言具有強(qiáng)大的運(yùn)算能力，指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單，因此程序通常非常簡(jiǎn)潔。對(duì)于簡(jiǎn)單的程序可以采用直接調(diào)試的方法。 在程序調(diào)試時(shí)，程序運(yùn)行中變量的值為一個(gè)重要的線索。因此，查看變量值為程序調(diào)試的重要線索，由于在函數(shù)調(diào)用時(shí)只返回最后的輸出參數(shù)，而不返回中間變量，因此，可以選擇下面的方法查看程序運(yùn)行中的變量值。 （1）通過(guò)分析后，將可能出錯(cuò)的語(yǔ)句后面的分號(hào)（;）刪除，將結(jié)果顯示在命令窗口中，與預(yù)期值進(jìn)行比較； （2）利用函數(shù) disp 顯示中間變量的值； （3）在程序中的適當(dāng)位置添加 k

36、eyboard 指令。當(dāng) MATLAB 執(zhí)行至此處時(shí)將暫停，等待用戶反應(yīng)。當(dāng)程序運(yùn)行至此時(shí)將暫停，在命令窗口中顯示 k提示符，用戶可以查看工作區(qū)中的變量，可以改變變量的值。輸入 return 指定返回程序，繼續(xù)運(yùn)行。 （4）在調(diào)試一個(gè)單獨(dú)的函數(shù)時(shí)，可以將函數(shù)改寫為腳本文件，此時(shí)可以直接對(duì)輸入?yún)?shù)賦值，然后以腳本方式運(yùn)行該 M 文件，這樣可以保存中間變量，在運(yùn)行完成后，可以查看中間變量的值，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，查找錯(cuò)誤所在。,31.07.2020,第60頁(yè),采用命令行調(diào)試程序,31.07.2020,第61頁(yè),31.07.2020,第62頁(yè),文本編輯器中的 Debug 菜單提供了全部的調(diào)試選項(xiàng)，另外，

37、MATLAB 主窗口中的 Debug 菜單提供了一些調(diào)試命令，方便調(diào)試時(shí)在命令窗口中查看運(yùn)行狀態(tài)。調(diào)試選項(xiàng)及其功能如表所示。,31.07.2020,第63頁(yè),Set/Clear Breakpoint，設(shè)置或清除斷點(diǎn)?？梢赃x擇該選項(xiàng)對(duì)當(dāng)前行進(jìn)行操作，或者通過(guò)快捷鍵 F12，或者直接點(diǎn)擊該行左側(cè)的“-”，如圖所示。 設(shè)置斷點(diǎn)時(shí)該處顯示為紅點(diǎn)。再次進(jìn)行相同的操作則刪除該斷點(diǎn)。,31.07.2020,第64頁(yè),Set/Modify Conditional Breakpoint，該選項(xiàng)用于設(shè)置或修改條件斷點(diǎn)。條件斷點(diǎn)為一種特殊的斷點(diǎn)，當(dāng)滿足指定的條件時(shí)則程序執(zhí)行至此時(shí)停止，條件不滿足時(shí)則程序繼續(xù)進(jìn)行。其

38、設(shè)置界面如圖 6-6所示，在輸入框中輸入斷點(diǎn)條件則將當(dāng)前行設(shè)置為條件斷點(diǎn)。,31.07.2020,第65頁(yè),Enable/Disable Breakpoint，該選項(xiàng)用于開(kāi)啟或關(guān)閉當(dāng)前行的斷點(diǎn)，如果當(dāng)前行不存在斷點(diǎn)，則設(shè)置當(dāng)前行為斷點(diǎn)；如果當(dāng)前行是斷點(diǎn)，則改變?cè)摂帱c(diǎn)的狀態(tài)。在調(diào)試時(shí)，被關(guān)閉的斷點(diǎn)將會(huì)被忽略。 在程序調(diào)試中，變量的值是查找錯(cuò)誤的重要線索，在 MATLAB 中查看變量的值可以有三種方法： （1）在編輯器中將鼠標(biāo)放置在待查看的變量處，停留，則在此處顯示該變量的值； （2）在工作區(qū)瀏覽器中查看該變量的值； （3）在命令窗口中輸入該變量的變量名，則顯示該變量的值。 本節(jié)介紹了程序調(diào)試的函

39、數(shù)和工具，在真正編寫程序時(shí)，需要根據(jù)不同的情況靈活應(yīng)用這些功能，達(dá)到最高的調(diào)試效率。,31.07.2020,第66頁(yè),優(yōu)化程序,通過(guò) Profiler 進(jìn)行程序運(yùn)行分析 通過(guò) tic、toc 函數(shù)進(jìn)行程序運(yùn)行分析 程序優(yōu)化的常用方法,31.07.2020,第67頁(yè),通過(guò) Profiler 進(jìn)行程序運(yùn)行分析,Profiler 工具為 MATLAB 中的圖形用戶接口，用于分析程序運(yùn)行時(shí)各個(gè)部分所消耗的時(shí)間，輔助用戶進(jìn)行程序優(yōu)化。通過(guò) Profiler，用戶可以： 避免由于疏忽造成的非必要操作 替換運(yùn)算較慢的算法，選擇快速算法 通過(guò)存儲(chǔ)變量的方式避免重復(fù)計(jì)算 通過(guò) Profiler 工具進(jìn)行程序運(yùn)行分析通常按照下面的步驟進(jìn)行： （1）查看 Profiler 生成的總體報(bào)告，查找運(yùn)行時(shí)間最多的函數(shù)或調(diào)用最頻繁的函數(shù)。 （2）查看這些函數(shù)的詳細(xì)報(bào)告，查找其中運(yùn)行時(shí)間最多的語(yǔ)句或調(diào)用最頻繁的語(yǔ)句。用戶可以保存第一次分析的結(jié)果，以便