《MATLAB程序設(shè)計教程》電子教案-第3章MATLAB程序設(shè)計

1、第3章 MATLAB程序設(shè)計 3.1 M文件 3.2 程序控制結(jié)構(gòu) 3.3 函數(shù)文件 3.4 程序舉例 3.5 程序調(diào)試,3.1 M文件 3.1.1 M文件概述 用MATLAB語言編寫的程序，稱為M文件。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 File)。,例3-1 分別建立命令文件和函數(shù)文件，將華氏溫度f轉(zhuǎn)換為攝氏溫度c。 程序1： 首先建立命令文件并以文件名f2c.m存盤。 clear; %清除工作空間中的變量 f=input(Input Fahrenheit temperature：); c=5*(f-32)/9 然后在MAT

2、LAB的命令窗口中輸入f2c，將會執(zhí)行該命令文件，執(zhí)行情況為： Input Fahrenheit temperature：73 c = 22.7778,程序2： 首先建立函數(shù)文件f2c.m。 function c=f2c(f) c=5*(f-32)/9 然后在MATLAB的命令窗口調(diào)用該函數(shù)文件。 clear; y=input(Input Fahrenheit temperature：); x=f2c(y) 輸出情況為： Input Fahrenheit temperature：70 c = 21.1111 x = 21.1111,3.1.2 M文件的建立與打開 M文件是一個文本文件，它可以用

3、任何編輯程序來建立和編輯，而一般常用且最為方便的是使用MATLAB提供的文本編輯器。 1建立新的M文件 為建立新的M文件，啟動MATLAB文本編輯器有3種方法： (1) 菜單操作。從MATLAB主窗口的File菜單中選擇New菜單項，再選擇M-file命令，屏幕上將出現(xiàn)MATLAB 文本編輯器窗口。 (2) 命令操作。在MATLAB命令窗口輸入命令edit，啟動MATLAB文本編輯器后，輸入M文件的內(nèi)容并存盤。 (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，啟動MATLAB文本編輯器后，輸入M文件的內(nèi)容并存盤。,2打開已有的M文件 打開已有的M文件，也有3

4、種方法： (1) 菜單操作。從MATLAB主窗口的File菜單中選擇Open命令，則屏幕出現(xiàn)Open對話框，在Open對話框中選中所需打開的M文件。在文檔窗口可以對打開的M文件進行編輯修改，編輯完成后，將M文件存盤。 (2) 命令操作。在MATLAB命令窗口輸入命令：edit 文件名，則打開指定的M文件。 (3) 命令按鈕操作。單擊MATLAB主窗口工具欄上的Open File命令按鈕，再從彈出的對話框中選擇所需打開的M文件。,3.2 程序控制結(jié)構(gòu) 3.2.1 順序結(jié)構(gòu) 1數(shù)據(jù)的輸入 從鍵盤輸入數(shù)據(jù)，則可以使用input函數(shù)來進行，該函數(shù)的調(diào)用格式為： A=input(提示信息，選項)； 其中

5、提示信息為一個字符串，用于提示用戶輸入什么樣的數(shù)據(jù)。 如果在input函數(shù)調(diào)用時采用s選項，則允許用戶輸入一個字符串。例如，想輸入一個人的姓名，可采用命令： xm=input(Whats your name?,s);,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)，其調(diào)用格式為 disp(輸出項) 其中輸出項既可以為字符串，也可以為矩陣。,例3-2 輸入x,y的值，并將它們的值互換后輸出。 程序如下： x=input(Input x please.); y=input(Input y please.); z=x; x=y; y=z; disp(x); disp(y);,例3

6、-3 求一元二次方程ax2 +bx+c=0的根。 程序如下： a=input(a=?); b=input(b=?); c=input(c=?); d=b*b-4*a*c; x=(-b+sqrt(d)/(2*a),(-b-sqrt(d)/(2*a); disp(x1=,num2str(x(1),x2=,num2str(x(2);,3程序的暫停 暫停程序的執(zhí)行可以使用pause函數(shù)，其調(diào)用格式為： pause(延遲秒數(shù)) 如果省略延遲時間，直接使用pause，則將暫停程序，直到用戶按任一鍵后程序繼續(xù)執(zhí)行。 若要強行中止程序的運行可使用Ctrl+C命令。,3.2.2 選擇結(jié)構(gòu) 1if語句 在MATL

7、AB中，if語句有3種格式。 (1) 單分支if語句： if 條件 語句組 end 當(dāng)條件成立時，則執(zhí)行語句組，執(zhí)行完之后繼續(xù)執(zhí)行if語句的后繼語句，若條件不成立，則直接執(zhí)行if語句的后繼語句。,(2) 雙分支if語句： if 條件 語句組1 else 語句組2 end 當(dāng)條件成立時，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if語句的后繼語句。,例3-4 計算分段函數(shù)的值。 程序如下： x=input(請輸入x的值:); if x=0 y= (x+sqrt(pi)/exp(2); else y=log(x+sqrt(1+x*x)/2; end Y,(3) 多分支if語句

8、： if 條件1 語句組1 elseif 條件2 語句組2 elseif 條件m 語句組m else 語句組n end 語句用于實現(xiàn)多分支選擇結(jié)構(gòu)。,例3-5 輸入一個字符，若為大寫字母，則輸出其對應(yīng)的小寫字母；若為小寫字母，則輸出其對應(yīng)的大寫字母；若為數(shù)字字符則輸出其對應(yīng)的數(shù)值，若為其他字符則原樣輸出。 c=input(請輸入一個字符,s); if c=A end,2switch語句 switch語句根據(jù)表達式的取值不同，分別執(zhí)行不同的語句，其語句格式為： switch 表達式 case 表達式1 語句組1 case 表達式2 語句組2 case 表達式m 語句組m otherwise 語句

9、組n end,當(dāng)表達式的值等于表達式1的值時，執(zhí)行語句組1，當(dāng)表達式的值等于表達式2的值時，執(zhí)行語句組2，當(dāng)表達式的值等于表達式m的值時，執(zhí)行語句組m，當(dāng)表達式的值不等于case所列的表達式的值時，執(zhí)行語句組n。當(dāng)任意一個分支的語句執(zhí)行完后，直接執(zhí)行switch語句的下一句。,例3-6 某商場對顧客所購買的商品實行打折銷售，標(biāo)準(zhǔn)如下(商品價格用price來表示)： price200 沒有折扣 200price500 3%折扣 500price1000 5%折扣 1000price2500 8%折扣 2500price5000 10%折扣 5000price 14%折扣 輸入所售商品的價格，求其

10、實際銷售價格。,程序如下： price=input(請輸入商品價格); switch fix(price/100) case 0,1 %價格小于200 rate=0; case 2,3,4 %價格大于等于200但小于500 rate=3/100; case num2cell(5:9) %價格大于等于500但小于1000 rate=5/100; case num2cell(10:24) %價格大于等于1000但小于2500 rate=8/100; case num2cell(25:49) %價格大于等于2500但小于5000 rate=10/100; otherwise %價格大于等于5000

11、rate=14/100; end price=price*(1-rate) %輸出商品實際銷售價格,3try語句 語句格式為： try 語句組1 catch 語句組2 end try語句先試探性執(zhí)行語句組1，如果語句組1在執(zhí)行過程中出現(xiàn)錯誤，則將錯誤信息賦給保留的lasterr變量，并轉(zhuǎn)去執(zhí)行語句組2。,例3-7 矩陣乘法運算要求兩矩陣的維數(shù)相容，否則會出錯。先求兩矩陣的乘積，若出錯，則自動轉(zhuǎn)去求兩矩陣的點乘。 程序如下： A=1,2,3;4,5,6; B=7,8,9;10,11,12; try C=A*B; catch C=A.*B; end C lasterr %顯示出錯原因,3.2.3

12、循環(huán)結(jié)構(gòu) 1for語句 for語句的格式為： for 循環(huán)變量=表達式1:表達式2:表達式3 循環(huán)體語句 end 其中表達式1的值為循環(huán)變量的初值，表達式2的值為步長，表達式3的值為循環(huán)變量的終值。步長為1時，表達式2可以省略。,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)。輸出全部水仙花數(shù)。 程序如下： for m=100:999 m1=fix(m/100); %求m的百位數(shù)字 m2=rem(fix(m/10),10); %求m的十位數(shù)字 m3=rem(m,10); %求m的個位數(shù)字 if m=m1*m1*m1+m2*m2*m2+m3*m3*m3 disp(m) en

13、d end,例3-9 已知 ，當(dāng)n=100時，求y的值。 程序如下： y=0; n=100; for i=1:n y=y+1/(2*i-1); end y,在實際MATLAB編程中，采用循環(huán)語句會降低其執(zhí)行速度，所以前面的程序通常由下面的程序來代替： n=100; i=1:2:2*n-1; y=sum(1./i); y,for語句更一般的格式為： for 循環(huán)變量=矩陣表達式 循環(huán)體語句 end 執(zhí)行過程是依次將矩陣的各列元素賦給循環(huán)變量，然后執(zhí)行循環(huán)體語句，直至各列元素處理完畢。,例3-10 寫出下列程序的執(zhí)行結(jié)果。 s=0; a=12,13,14;15,16,17;18,19,20;21,

14、22,23; for k=a s=s+k; end disp(s);,2while語句 while語句的一般格式為： while (條件) 循環(huán)體語句 end 其執(zhí)行過程為：若條件成立，則執(zhí)行循環(huán)體語句，執(zhí)行后再判斷條件是否成立，如果不成立則跳出循環(huán)。,例3-11 從鍵盤輸入若干個數(shù)，當(dāng)輸入0時結(jié)束輸入，求這些數(shù)的平均值和它們之和。 程序如下： sum=0; cnt=0; val=input(Enter a number (end in 0):); while (val=0) sum=sum+val; cnt=cnt+1; val=input(Enter a number (end in 0)

15、:); end if (cnt 0) sum mean=sum/cnt end,3break語句和continue語句 與循環(huán)結(jié)構(gòu)相關(guān)的語句還有break語句和continue語句。它們一般與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鲅h(huán)，繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)語句的下一語句。 continue語句控制跳過循環(huán)體中的某些語句。當(dāng)在循環(huán)體內(nèi)執(zhí)行到該語句時，程序?qū)⑻^循環(huán)體中所有剩下的語句，繼續(xù)下一次循環(huán)。,例3-12 求100，200之間第一個能被21整除的整數(shù)。 程序如下： for n=100:200 if rem(n,21)=0 continue en

16、d break end n,4循環(huán)的嵌套 如果一個循環(huán)結(jié)構(gòu)的循環(huán)體又包括一個循環(huán)結(jié)構(gòu)，就稱為循環(huán)的嵌套，或稱為多重循環(huán)結(jié)構(gòu)。 例3-13 若一個數(shù)等于它的各個真因子之和，則稱該數(shù)為完數(shù)，如6=1+2+3，所以6是完數(shù)。求1,500之間的全部完數(shù)。 for m=1:500 s=0; for k=1:m/2 if rem(m,k)=0 s=s+k; end end if m=s disp(m); end end,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)文件由function語句引導(dǎo)，其基本結(jié)構(gòu)為： function 輸出形參表=函數(shù)名(輸入形參表) 注釋說明部分 函數(shù)體語句 其中以f

17、unction開頭的一行為引導(dǎo)行，表示該M文件是一個函數(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)輸出形參多于一個時，則應(yīng)該用方括號括起來。,例3-14 編寫函數(shù)文件求半徑為r的圓的面積和周長。 函數(shù)文件如下： function s,p=fcircle(r) %CIRCLE calculate the area and perimeter of a circle of radii r %r 圓半徑 %s 圓面積 %p 圓周長 %2004年7月30日編 s=pi*r*r; p=2*pi*r;,3.3.2 函數(shù)調(diào)用 函數(shù)調(diào)用的一般格式是： 輸出實參表

18、=函數(shù)名(輸入實參表) 要注意的是，函數(shù)調(diào)用時各實參出現(xiàn)的順序、個數(shù)，應(yīng)與函數(shù)定義時形參的順序、個數(shù)一致，否則會出錯。函數(shù)調(diào)用時，先將實參傳遞給相應(yīng)的形參，從而實現(xiàn)參數(shù)傳遞，然后再執(zhí)行函數(shù)的功能。,例3-15 利用函數(shù)文件，實現(xiàn)直角坐標(biāo)(x,y)與極坐標(biāo)(,)之間的轉(zhuǎn)換。 函數(shù)文件tran.m： function rho,theta=tran(x,y) rho=sqrt(x*x+y*y); theta=atan(y/x); 調(diào)用tran.m的命令文件main1.m： x=input(Please input x=:); y=input(Please input y=:); rho,the=tr

19、an(x,y); rho the 在MATLAB中，函數(shù)可以嵌套調(diào)用，即一個函數(shù)可以調(diào)用別的函數(shù)，甚至調(diào)用它自身。一個函數(shù)調(diào)用它自身稱為函數(shù)的遞歸調(diào)用。,例3-16 利用函數(shù)的遞歸調(diào)用，求n！。 n!本身就是以遞歸的形式定義的： 顯然，求n!需要求(n-1)!，這時可采用遞歸調(diào)用。遞歸調(diào)用函數(shù)文件factor.m如下： function f=factor(n) if n=1 f=1; else f=factor(n-1)*n; %遞歸調(diào)用求(n-1)! end,3.3.3 函數(shù)參數(shù)的可調(diào)性 在調(diào)用函數(shù)時，MATLAB用兩個永久變量nargin和nargout分別記錄調(diào)用該函數(shù)時的輸入實參和輸出

20、實參的個數(shù)。只要在函數(shù)文件中包含這兩個變量，就可以準(zhǔn)確地知道該函數(shù)文件被調(diào)用時的輸入輸出參數(shù)個數(shù)，從而決定函數(shù)如何進行處理。,例3-17 nargin用法示例。 函數(shù)文件examp.m： function fout=charray(a,b,c) if nargin=1 fout=a; elseif nargin=2 fout=a+b; elseif nargin=3 fout=(a*b*c)/2; end 命令文件mydemo.m： x=1:3; y=1;2;3; examp(x) examp(x,y) examp(x,y,3),3.3.4 全局變量與局部變量 全局變量用global命令定義，

21、格式為： global 變量名 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),3.4 程序舉例 例3-19 猜數(shù)游戲。首先由計算機產(chǎn)生1,100之間的隨機整數(shù)，然后由用戶猜測所產(chǎn)生的隨機數(shù)。根據(jù)用戶猜測的情況給出不同提示，如猜測的數(shù)大于產(chǎn)生的數(shù)，則顯示“High”，小于則顯示“Low”，等于則顯示“You won”，同時退出游戲。用戶最多可以猜7次。,例3-20 用篩選法求某自然數(shù)范圍內(nèi)的全部素數(shù)。 素數(shù)是大于1，且除了1和它本身以外，不能被其他任何整數(shù)所整除的整數(shù)。用篩選法求素數(shù)的基本思想是：要找出2m之間的全部素數(shù)，首先在2m中劃去2的倍數(shù)(不包括2)，然后劃去3的倍數(shù)(不包括3)，由于4已被劃去，再找5的倍數(shù) (不包括5)，直到再劃去不超過的數(shù)的倍數(shù)，剩下