第三章 Matlab程序設(shè)計(jì).ppt

1、第三章 MATLAB程序設(shè)計(jì),3.1 M文件,3.2 程序控制結(jié)構(gòu)（本章重點(diǎn)）,3.3 函數(shù)文件（本章重點(diǎn)）,3.4 程序舉例（參見教材）,3.5 程序調(diào)試,3.1 M文件,3.1.1 M文件概述,包含Matlab程序代碼的文件稱為M文件，其擴(kuò)展名為m。,如想靈活應(yīng)用Matlab去解決實(shí)際問(wèn)題，充分調(diào)用Matlab的科學(xué)技術(shù)資源，就需要編輯m文件。,M文件不能在命令窗口建立，但可使用任何文本編輯器編輯。,M文件是ASCII碼文本文件，執(zhí)行程序時(shí)逐行解釋運(yùn)行程序，Matlab是解釋性的編程語(yǔ)言。,M文件可以根據(jù)調(diào)用方式的不同分為兩類：命令文件(Script File)和函數(shù)文件(Function

2、 File)。,1、命令文件,標(biāo)準(zhǔn)的ASCII文本文件；,包含一系列Matlab函數(shù)和命令（如同在命令窗口輸入的一樣）；,命令按順序解釋執(zhí)行。,命令文件的特點(diǎn)：,1）命令文件由兩部分組成：注釋部分和程序主體,注釋，綠色字,執(zhí)行的主體,2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有輸入輸出參數(shù)，只是一些函數(shù)和命令的組合，類似于DOS下的批處理文件；,3）可直接運(yùn)行：在命令窗口輸入命令文件名，就會(huì)按順序執(zhí)行命令主體部分的命令，本例最終的結(jié)果為繪圖：,4）命令文件對(duì)工作空間中的變量進(jìn)行操作，文件中建立的變量及執(zhí)行結(jié)果也返回到工作空間中，且這些變量在腳本執(zhí)行完后仍保存在工作空間中，可繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行操作，直到使用clear命令清除它

3、們或Matlab命令窗口關(guān)閉為止。,2、函數(shù)文件,函數(shù)申明行,幫助文本,函數(shù)主體（代碼）,從形式上看，與命令文件不同。函數(shù)文件的第一行總是由關(guān)鍵字function引導(dǎo)的函數(shù)申明行，且函數(shù)接受輸入?yún)?shù)，返回輸出參數(shù)。,從運(yùn)行上看，與命令文件不同。函數(shù)文件運(yùn)行時(shí)，Matlab為它開辟一個(gè)臨時(shí)的函數(shù)工作空間，由函數(shù)執(zhí)行的命令，以及由這些命令所創(chuàng)建的中間變量，都隱含其中。當(dāng)文件執(zhí)行完畢，該臨時(shí)工作空間及其中的變量立即被清除。所有可見的東西是輸入和輸出。,3.1.2 M文件的建立與打開,M文件是文本文件，可以用任何文本編輯器建立和編輯。但常用且最為方便的是使用Matlab提供的M文件編輯/調(diào)試器。,具體

4、創(chuàng)建方法：,1）在Matlab主界面的菜單欄點(diǎn)擊：FileNewM-File,2）在Matlab命令窗口輸入命令：edit, edit,M文件編輯/調(diào)試器,3）命令按鈕操作。單擊MATLAB主窗口工具欄上的New M-File命令按鈕,3.2 程序控制結(jié)構(gòu),3.2.1 順序結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)的輸入,input命令提示用戶從鍵盤輸入數(shù)值、字符串、表達(dá)式。,input命令的調(diào)用格式： A=input（提示信息） A=input（提示信息，s）允許用戶輸入字符串, a=input(a=?) a=?2 a = 2, a=input(a=?) a=?in ? Error using = input Undefi

5、ned function or variable in., a=input(a=?,s) a=?in a = in,2、數(shù)據(jù)的輸出,MATLAB提供的命令窗口輸出函數(shù)主要有disp函數(shù),disp命令的調(diào)用格式： disp(輸出項(xiàng)) 其中輸出項(xiàng)既可以為字符串，也可以為矩陣。,3、程序的暫停,pause命令可以在程序運(yùn)行時(shí)暫停程序的執(zhí)行。若要強(qiáng)行中止程序的運(yùn)行可使用Ctrl+C命令。,pause命令的調(diào)用格式： pause(延遲秒數(shù)) 如果省略延遲時(shí)間，直接使用pause，程序?qū)和?，直至用戶按任意鍵后程序才繼續(xù)運(yùn)行。,3.2.2 選擇結(jié)構(gòu),1、ifelseend語(yǔ)句,基本格式：（三種）,if 表

6、達(dá)式 執(zhí)行語(yǔ)句 end,第一種：,if 表達(dá)式 執(zhí)行語(yǔ)句1 else 執(zhí)行語(yǔ)句2 end,第二種：,是,否,if 表達(dá)式1 執(zhí)行語(yǔ)句1 elseif 表達(dá)式2 執(zhí)行語(yǔ)句2 . . . else 執(zhí)行語(yǔ)句n end,第三種：,多分支,if語(yǔ)句執(zhí)行過(guò)程,1）判斷表達(dá)式緊跟在關(guān)鍵字if后面，使得它可以首先被計(jì)算；,2）根據(jù)判斷表達(dá)式的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行判斷，結(jié)果為0判斷為假，結(jié)果為1判斷為真；,3）若判斷為真，則執(zhí)行其后的執(zhí)行語(yǔ)句；否則跳過(guò)，不予執(zhí)行。,例：編寫M函數(shù)，計(jì)算函數(shù)值。,if x1 y=x,elseif x=1 case 1 disp(You are a student.); otherwis

7、e disp(We are all students); end,num = 1 You are a student.,3.2.3 循環(huán)結(jié)構(gòu),for循環(huán),for循環(huán)允許一組命令以固定的和預(yù)定的次數(shù)重復(fù)。其基本格式：,for 循環(huán)變量 = Array 循環(huán)體 end,for循環(huán)的執(zhí)行過(guò)程：,for和end語(yǔ)句之間的循環(huán)體語(yǔ)句按數(shù)組中的每一列執(zhí)行一次。,在每一次迭代中，循環(huán)變量i被指定為數(shù)組的下一列，即在第n次循環(huán)中，i=Array(:, n)。,說(shuō)明：, for i=1:10 x(i)=sin(i*pi/10); end x x = Columns 1 through 8 0.3090 0.58

8、78 0.8090 0.9511 1.0000 0.9511 0.8090 0.5878 Columns 9 through 10 0.3090 0.0000,例3-10 寫出下列程序的執(zhí)行結(jié)果。 s=0; data=12 13 14;15 16 17;18 19 20;21 22 23; for k=data s=s+k; end disp(s);,執(zhí)行結(jié)果: 39 48 57 66,在實(shí)際MATLAB編程中，采用循環(huán)語(yǔ)句會(huì)降低其執(zhí)行速度，當(dāng)有一個(gè)等效的數(shù)組方法來(lái)解給定的問(wèn)題時(shí)，應(yīng)避免用For循環(huán)。,說(shuō)明：,例3-9 已知 ，當(dāng)n=100時(shí)，求y的值。 程序如下： y=0; n=100; f

9、or i=1:n y=y+1/(2*i-1); end y,上程序通常由下面的程序來(lái)代替： n=100; i=1:2:2*n-1; y=sum(1./i); y,while循環(huán),while循環(huán)的基本格式：,while 表達(dá)式 循環(huán)體 end,表達(dá)式一般由邏輯運(yùn)算、關(guān)系運(yùn)算以及一般運(yùn)算組成，以判斷循環(huán)的進(jìn)行和停止；,表達(dá)式的值可以是標(biāo)量或數(shù)組。表達(dá)式的值的所有元素為真（非0），繼續(xù)循環(huán)；直到表達(dá)式值的所有元素為0，循環(huán)停止。,while循環(huán)的執(zhí)行過(guò)程：,例：求出從1到多少的自然數(shù)的和大于或等于100。,sum=0; i=0; while sum100 i=i+1; sum=sum+i; end,

10、i = 14 sum = 105,3、break語(yǔ)句和continue語(yǔ)句,break語(yǔ)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(yǔ)句時(shí)，程序?qū)⑻鲅h(huán)，繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)語(yǔ)句的下一語(yǔ)句。, for i=1:10 x(i)=sin(i*pi/10); if i=5,break,end end x x = 0.3090 0.5878 0.8090 0.9511 1.0000,continue語(yǔ)句控制跳過(guò)循環(huán)體中的某些語(yǔ)句。當(dāng)在循環(huán)體內(nèi)執(zhí)行到該語(yǔ)句時(shí)，程序?qū)⑻^(guò)循環(huán)體中所有剩下的語(yǔ)句，繼續(xù)下一次循環(huán)。,例3-12 求100，200之間第一個(gè)能被21整除的整數(shù)。 for n=100:200 if rem(

11、n,21)=0 continue end break end n,n= 105,4、循環(huán)的嵌套,例：求1！+2！+3！+ +5！,sum=0; for i=1:1:5 pdr=1; for j=1:1:i pdr=pdr*j; end sum=sum+pdr; end,內(nèi)循環(huán)，計(jì)算i的階乘,外循環(huán),sum = 153,3.3 函數(shù)文件,3.3.1 函數(shù)文件的基本結(jié)構(gòu),函數(shù)申明行：,位于函數(shù)文件的首行，用關(guān)鍵字function開頭，函數(shù)名以及輸 入輸出參數(shù)都在這一行被定義。,function y = flipud ( x ),函數(shù)名,輸入?yún)?shù),輸出參數(shù),其中以function開頭的一行為引導(dǎo)行，

12、表示該M文件是一個(gè)函數(shù)文件。函數(shù)名的命名規(guī)則與變量名相同。輸入形參為函數(shù)的輸入?yún)?shù)，輸出形參為函數(shù)的輸出參數(shù)。當(dāng)輸出形參多于一個(gè)時(shí)，則應(yīng)該用方括號(hào)括起來(lái)。,注釋說(shuō)明部分：,可通過(guò)help命令查詢到。,函數(shù)主體（代碼）：,包括進(jìn)行運(yùn)算和賦值操作的所有Matlab程序代碼，其中可以有流程控制、交互輸入輸出、計(jì)算、賦值、注釋，還可包括函數(shù)調(diào)用和對(duì)腳本文件的調(diào)用。,在函數(shù)文件的組成部分中，申明行是一個(gè)Matlab函數(shù)所必需的，其它各部分則不是必需的（可以沒有）；,編寫代碼時(shí)要養(yǎng)成良好的注釋習(xí)慣，以方便自己和其它用戶調(diào)用；,說(shuō)明：,3.3.2 函數(shù)調(diào)用,1、Matlab中調(diào)用函數(shù)的常用形式：,輸出參數(shù)1

13、,輸出參數(shù)2,=函數(shù)名(輸入?yún)?shù)1,輸入?yún)?shù)2,),說(shuō)明：函數(shù)調(diào)用過(guò)程中，輸入輸出參數(shù)的順序和個(gè)數(shù)必須與函數(shù)定義中的一致，即要注意實(shí)際參數(shù)和形式參數(shù)的對(duì)應(yīng)。,例：利用函數(shù)文件，實(shí)現(xiàn)直角坐標(biāo)（x,y）到極坐標(biāo)（r,）的轉(zhuǎn)換。,function r,theta=tran(x,y) r=sqrt(x2+y2); theta=atan(y/x);,函數(shù)文件tran.m, x=3; y=4; r,theta=tran(x,y) r = 5 theta = 0.9273,函數(shù)調(diào)用,2、函數(shù)調(diào)用可以嵌套，即一個(gè)函數(shù)可以調(diào)用別的函數(shù)，還可以調(diào)用它自身（遞歸調(diào)用）。,function iforgot(n) if

14、 nargin=0 n=20; end if n1 disp(I will remember to do my homework.) iforgot(n-1) else disp(Maybe NOT!) end,一個(gè)函數(shù)遞歸調(diào)用的例子：iforgot。, iforgot(10) I will remember to do my homework. I will remember to do my homework. I will remember to do my homework. I will remember to do my homework. I will remember to d

15、o my homework. I will remember to do my homework. I will remember to do my homework. I will remember to do my homework. I will remember to do my homework. Maybe NOT!,函數(shù)調(diào)用,3.3.3 函數(shù)參數(shù)的可調(diào)性,調(diào)用一個(gè)函數(shù)時(shí)，所用輸入輸出參數(shù)的數(shù)目，在函數(shù)內(nèi)是規(guī)定好的。函數(shù)工作空間變量nargin包含輸入?yún)?shù)個(gè)數(shù)；函數(shù)工作空間變量nargout包含輸出參數(shù)個(gè)數(shù)。常用這兩個(gè)變量來(lái)設(shè)置缺省輸入變量，并決定用戶所希望的輸出變量。,funct

16、ion y=linspace(d1,d2,n) if nargin=2 n=100; end y=d1+(0:n-2)*(d2-d1)/(n-1)d2;,函數(shù)參數(shù)的傳遞具有可調(diào)性，通過(guò)變量nargin和nargout來(lái)實(shí)現(xiàn),3.3.4 全局變量與局部變量,函數(shù)內(nèi)所創(chuàng)建的變量只駐留在函數(shù)的工作空間，而且只在函數(shù)執(zhí) 行期間臨時(shí)存在，以后就消失，稱為局部變量。不能從其它函數(shù) 和Matlab工作空間訪問(wèn)這些變量，因此，從一個(gè)調(diào)用到下一個(gè)調(diào) 用，利用局部變量存儲(chǔ)信息是不可能的。,如果變量說(shuō)明是全局的，函數(shù)可以與其它函數(shù)、Matlab工作空間 和遞歸調(diào)用本身共享變量；,為了在函數(shù)內(nèi)或Matlab工作空間中

17、訪問(wèn)全局變量，在每一個(gè)所希 望的工作空間，變量必須申明是全局的:,global 變量名1 變量名2 ,聲明格式：,例3-18 全局變量應(yīng)用示例。 先建立函數(shù)文件wadd.m，該函數(shù)將輸入的參數(shù)加權(quán)相加。 function f=wadd(x,y) global ALPHA BETA f=ALPHA*x+BETA*y; 在命令窗口中輸入： global ALPHA BETA ALPHA=1; BETA=2; s=wadd(1,2),s= 5,實(shí)際編程中，應(yīng)盡量避免使用全局變量。要是用了全局變量，建 議全局變量名要長(zhǎng)，能反映它本身的含義，并有選擇地以首次出 現(xiàn)的M文件的名字開頭。,因?yàn)槿肿兞康闹狄坏┰谝粋€(gè)地方被改變，在其它使用該變量的函數(shù)中都將改變，這樣有可能會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)見的情況。,3.4 程序舉例（參見教材）,3.5 程序調(diào)試,編寫M文件時(shí)的錯(cuò)誤（bug）類型：,語(yǔ)法錯(cuò)誤（Syntax）,語(yǔ)法錯(cuò)誤是指變量名、函數(shù)名的誤寫，標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的缺、漏以及函數(shù)調(diào)用格式、數(shù)據(jù)類型不符合定義等。這類錯(cuò)誤通常能在運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)，這時(shí)Matlab會(huì)中止M文件的執(zhí)行并給出相應(yīng)的錯(cuò)誤原因及所在行、列號(hào)。,運(yùn)行錯(cuò)誤（Run-time）,運(yùn)行錯(cuò)誤是由算法本身引起的，發(fā)生在程序運(yùn)行過(guò)程中。相對(duì)于語(yǔ)法錯(cuò)誤而言，運(yùn)行錯(cuò)誤較難處理，尤其是M函數(shù)文件，它一旦停止運(yùn)行，其中間變量會(huì)被刪除一空