《MATLAB程序設(shè)計(jì)》PPT課件.ppt

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1、第3章 MATLAB程序設(shè)計(jì) 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,,MATLAB雖然是一種科學(xué)計(jì)算語言，但具有C等計(jì)算機(jī)高級(jí)語言的語言特征，可以很方便的實(shí)現(xiàn)程序控制。利用該程序控制功能，可以將有關(guān)MATLAB的命令變成程序存儲(chǔ)在一個(gè)文件里（該文件成為M文件），在運(yùn)行該文件，MATLAB 將自動(dòng)依次執(zhí)行M文件中的各條命令，直至全部執(zhí)行完畢。這就使MATLAB的程序設(shè)計(jì)。,,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文件是由若干MATLAB命令組合在一齊構(gòu)成的，它可以完成某些操作，也可以實(shí)現(xiàn)某些算法。

2、 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)。 （由于它們的擴(kuò)展名均為m，故成為m文件）。,命令文件和函數(shù)文件的區(qū)別,1命令文件無輸入?yún)?shù)，也不返回參數(shù)； 函數(shù)文件可以有參數(shù)，也可以返回參數(shù)； 2命令文件對(duì)工作空間中的變量進(jìn)行操作，且文件中的所有命令的執(zhí)行結(jié)果也完全返回到工作空間。 函數(shù)文件中的變量在該函數(shù)執(zhí)行完畢后將被刪除。 3只要在命令窗口中出入命令文件的名字該文件既可執(zhí)行； 而函數(shù)文件必須以汗溼調(diào)用的方式來調(diào)用。,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： 首先在M文件編輯器中建立命

3、令文件并以文件名f2c.m存盤。 在M文件編輯器中輸入下面三個(gè)命令 clear; %清除工作空間中的變量 f=input(Input Fahrenheit temperature：); c=5*(f-32)/9 然后在MATLAB的命令窗口中輸入f2c，將會(huì)執(zhí)行該命令文件，執(zhí)行情況為： Input Fahrenheit temperature：73 c = 22.7778,在M文件編輯器中輸入下面三個(gè)命令,在命令窗口中輸入f2c，將會(huì)執(zhí)行該命令文件,程序2： 首先在M文件編輯器中建立函數(shù)文件f2c1.m。 function c=f2c1(f) c=5*(f-32)/9 然后在MATLA

4、B的命令窗口調(diào)用該函數(shù)文件。 clear; y=input(Input Fahrenheit temperature：); x=f2c1(y) 輸出情況為： Input Fahrenheit temperature：70 c = 21.1111 x = 21.1111,在M文件編輯器中建立函數(shù)文件f2c1.m。,在MATLAB的命令窗口調(diào)用該函數(shù)文件,3.1.2 M文件的建立與打開 M文件是一個(gè)文本文件，它可以用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(dòng)MATLAB文本編輯器有3種方法： (1) 菜單操作

5、。從MATLAB主窗口的File菜單中選擇New菜單項(xiàng)，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(dòng)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(dòng)MATLAB文本編輯器后，輸入M文件的內(nèi)容并存盤。,建立新的M文件,2打開已有的M文件 打開已有的M文件，也有3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(duì)話框，在Open對(duì)話框中選中所需打開的M文件。在文檔

6、窗口可以對(duì)打開的M文件進(jìn)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(duì)話框中選擇所需打開的M文件。,3.2 程序控制結(jié)構(gòu) 程序分為3中結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu) 3.2.1 順序結(jié)構(gòu) 是按照程序中語句的排列順序由第一句依次執(zhí)行至最后一句。 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(jìn)行，該函數(shù)的調(diào)用格式為： A=input(提示信息，選項(xiàng))； 其中提示信息為一個(gè)字符串，用于提示用戶輸入什么樣

7、的數(shù)據(jù)。 如果在input函數(shù)調(diào)用時(shí)采用s選項(xiàng)，則允許用戶輸入一個(gè)字符串。例如，想輸入一個(gè)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(xiàng)) 其中輸出項(xiàng)既可以為字符串，也可以為矩陣。 注意：用disp函數(shù)顯示矩陣時(shí)將不顯示矩陣的名字或ans= ，而且輸出格式更加緊湊，見下圖,,,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.);

8、z=x; x=y; y=z; disp(x); disp(y); 結(jié)果見下圖,,,例3-3 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)));,建立名為roots1的命令文件,在命令窗中輸入roots1,,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

9、省略延遲時(shí)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(qiáng)行中止程序的運(yùn)行可使用Ctrl+C命令。,,3.2.2 選擇結(jié)構(gòu)（必須由End語句結(jié)束） 是根據(jù)給定的條件成立或不成立，分別執(zhí)行不同的語句。常用的有if,switch,try語句 1if語句 在MATLAB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(shí)，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（完整條件句） if 條件 語句組1 else 語句組2 end

10、 當(dāng)條件成立時(shí)，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(jì)算分段函數(shù)的值。 程序如下： x=input(請(qǐng)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： （完整多條件句） 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(shí)現(xiàn)多分支選擇結(jié)構(gòu)。,,（略）例3-5 輸入一個(gè)字符，若為大寫字母，則輸出其對(duì)應(yīng)的小

11、寫字母；若為小寫字母，則輸出其對(duì)應(yīng)的大寫字母；若為數(shù)字字符則輸出其對(duì)應(yīng)的數(shù)值，若為其他字符則原樣輸出。 c=input(請(qǐng)輸入一個(gè)字符,s); if c=A end,,2switch語句 switch語句根據(jù)表達(dá)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(dá)式 case 表達(dá)式1 語句組1 case 表達(dá)式2 語句組2 case 表達(dá)式m 語句組m otherwise 語句組n end,,當(dāng)表達(dá)式的值等于表達(dá)式1的值時(shí)，執(zhí)行語句組1，當(dāng)表達(dá)式的值等于表達(dá)式2的值時(shí)，執(zhí)行語句組2，，當(dāng)表達(dá)式的值等于表達(dá)式m的值時(shí)，執(zhí)行語句組m，當(dāng)表達(dá)式的

12、值不等于case所列的表達(dá)式的值時(shí)，執(zhí)行語句組n。當(dāng)任意一個(gè)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(duì)顧客所購買的商品實(shí)行打折銷售，標(biāo)準(zhǔn)如下(商品價(jià)格用price來表示)： price<200 沒有折扣 200price<500 3%折扣 500price<1000 5%折扣 1000price<2500 8%折扣 2500price<5000 10%折扣 5000price 14%折扣 輸入所售商品的價(jià)格，求其實(shí)際銷售價(jià)格。,,程序如下： price=input(請(qǐng)輸入商品價(jià)格); switch fix(price/100) case

13、 0,1 %價(jià)格小于200 rate=0; case 2,3,4 %價(jià)格大于等于200但小于500 rate=3/100; case num2cell(5:9) %價(jià)格大于等于500但小于1000 rate=5/100; case num2cell(10:24) %價(jià)格大于等于1000但小于2500 rate=8/100; case num2cell(25:49) %價(jià)格大于等于2500但小于5000 rate=10/100; otherwise %價(jià)格大于等于5000 rate=14/100; end price=price*(1-rate) %輸出商

14、品實(shí)際銷售價(jià)格,建立M文件，用price.m存盤,直接輸入price來調(diào)用該M文件,,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(cuò)誤，則將錯(cuò)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(yùn)算要求兩矩陣的維數(shù)相容，否則會(huì)出錯(cuò)。先求兩矩陣的乘積，若出錯(cuò)，則自動(dòng)轉(zhuǎn)去求兩矩陣的點(diǎn)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(cuò)原因,,,3.2.3 循

15、環(huán)結(jié)構(gòu),所謂循環(huán)結(jié)構(gòu)是指按照程序語句給定的條件，重復(fù)執(zhí)行某些特定的語句，直到滿足特定的要求跳出為止。 MATLAB提供了兩種循環(huán)語句：for語句和while語句 1for語句 for語句的格式為： for 循環(huán)變量=表達(dá)式1:表達(dá)式2:表達(dá)式3 它就是一個(gè)行向量 循環(huán)體語句 end 其中表達(dá)式1的值為循環(huán)變量的初值，表達(dá)式2的值為步長，表達(dá)式3的值為循環(huán)變量的終值。步長為1時(shí)，表達(dá)式2可以省略。,例3-8 一個(gè)三位整數(shù)各個(gè)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 %m為循環(huán)變量，其初值為100，終值為999，步長為1

16、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(gè)位數(shù)字 if m==m1*m1*m1+m2*m2*m2+m3*m3*m3 disp(m) %窗口輸出 end end,,,,例3-9 已知 ，y=1+1/3+1/5++1/2n-1; 當(dāng)n=100時(shí)，求y的值。 程序如下： y=0; n=100; for i=1:n %i為循環(huán)變量，其初值為1，終值為100，步長為1 y=y+1/(2*i-1); %把n由1到100分別帶入到i的位置 end y,,,,在實(shí)際MATLAB編

17、程中，采用循環(huán)語句會(huì)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(dá)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=1,2,3;4,5,6;7,8,9;10,11,12 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 en

18、d 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(gè)數(shù)，當(dāng)輸入0時(shí)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; %求和計(jì)算式 cnt=cnt+1; val=input(Enter a number (end in 0):); %定義val的值 end if (cnt 0) sum mean=sum/cnt %求平均值 end,,,3bre

19、ak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(shí)，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(shí)，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(gè)能被21整除的整數(shù)。 程序如下： for n=100:200 if rem(n,21)=0 %利用rem函數(shù)（求余數(shù)）求出n/21的余數(shù) continue %當(dāng)執(zhí)行到該語句時(shí)，程序?qū)⑻^循環(huán)體中

20、所有剩下的語 句，繼續(xù)下一次循環(huán)。 end break %執(zhí)行到該語句時(shí)，程序?qū)⑻鲅h(huán)，繼續(xù)執(zhí)行循環(huán) 語句的下一語句。 end n,4循環(huán)的嵌套 如果一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)的循環(huán)體又包括一個(gè)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(gè)數(shù)等于它的各個(gè)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 e

21、nd,3.3 函數(shù)文件 函數(shù)文件是另一種形式的M文件，每一個(gè)函數(shù)文件都用來定義某一個(gè)函數(shù)。 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 以function開頭的一行為引導(dǎo)行，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；函數(shù)名應(yīng)與函數(shù)文件名一致。 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)。 輸出形參兩個(gè)以上時(shí)用方括號(hào)括起來，一個(gè)不括 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。 注視說明語句用 % 引導(dǎo)，不參與命令的執(zhí)行，可以省略。,例3-1

22、4 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) %函數(shù)名為fcircle r為輸入形參 %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*r2; 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（在命令窗口中輸入） 輸出實(shí)參表=函數(shù)名(輸入實(shí)參表) 要注意的是，函數(shù)調(diào)用時(shí)各實(shí)參出現(xiàn)的順序、個(gè)數(shù)，應(yīng)與函數(shù)定義時(shí)形參的順序、個(gè)數(shù)一致，否則會(huì)

23、出錯(cuò)。函數(shù)調(diào)用時(shí)，先將實(shí)參傳遞給相應(yīng)的形參，從而實(shí)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(shí)現(xiàn)直角坐標(biāo)(x,y)與極坐標(biāo)(,)之間的轉(zhuǎn)換。 函數(shù)文件名為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main.m： x=input(Please input x=:); y=input(Please input y=:); rho,the=tran(x,y); rho the 在MATLAB中，函數(shù)可以嵌套調(diào)用，即一個(gè)函數(shù)可以調(diào)用別的函數(shù)，甚至調(diào)

24、用它自身。一個(gè)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(shí)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,3.3.4 全局變量與局部變量 全局變量用global命令定義，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

25、,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) 因全局變量不利于結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)，故一般不用,,3.4 程序舉例 例3-19 猜數(shù)游戲。首先由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生1,100之間的隨機(jī)整數(shù)，然后由用戶猜測所產(chǎn)生的隨機(jī)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(shí)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?cái)?shù)。 素?cái)?shù)是大于1，且除了

26、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?cái)?shù)的基本思想是：要找出2m之間的全部素?cái)?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)，剩下的數(shù)都是素?cái)?shù)。,,例3-21 設(shè)，求s=。 求函數(shù)f(x)在a,b上的定積分，其幾何意義就是求曲線y=f(x)與直線x=a，x=b，y=0所圍成的曲邊梯形的面積。為了求得曲邊梯形面積，先將積分區(qū)間a,b分成n等分，每個(gè)區(qū)間的寬度為h=(b-a)/n，對(duì)應(yīng)地將曲邊梯形分成n等分，每個(gè)小部分即是一個(gè)小曲邊梯形。近似求出每個(gè)小曲邊梯形面積，然后將n個(gè)小曲邊

27、梯形的面積加起來，就得到總面積，即定積分的近似值。近似地求每個(gè)小曲邊梯形的面積，常用的方法有：矩形法、梯形法以及辛普生法等。,,例3-22 Fibonacci數(shù)列定義如下： f1=1 f2=1 fn=fn-1+fn-2 (n2) 求Fibonacci數(shù)列的第20項(xiàng)。 例3-23 根據(jù)矩陣指數(shù)的冪級(jí)數(shù)展開式求矩陣指數(shù)。,,3.5 程序調(diào)試 3.5.1 程序調(diào)試概述 一般來說，應(yīng)用程序的錯(cuò)誤有兩類，一類是語法錯(cuò)誤，另一類是運(yùn)行時(shí)的錯(cuò)誤。語法錯(cuò)誤包括詞法或文法的錯(cuò)誤，例如函數(shù)名的拼寫錯(cuò)、表達(dá)式書寫錯(cuò)等。 程序運(yùn)行時(shí)的錯(cuò)誤是指程序的運(yùn)行結(jié)果有錯(cuò)誤，這類錯(cuò)誤也稱為程序邏輯錯(cuò)誤。,,3.5.2 調(diào)試器 1Debug菜單項(xiàng) 該菜單項(xiàng)用于程序調(diào)試，需要與Breakpoints菜單項(xiàng)配合使用。 2Breakpoints菜單項(xiàng) 該菜單項(xiàng)共有6個(gè)菜單命令，前兩個(gè)是用于在程序中設(shè)置和清除斷點(diǎn)的，后4個(gè)是設(shè)置停止條件的，用于臨時(shí)停止M文件的執(zhí)行，并給用戶一個(gè)檢查局部變量的機(jī)會(huì)，相當(dāng)于在M文件指定的行號(hào)前加入了一個(gè)keyboard命令。,,3.5.3 調(diào)試命令 除了采用調(diào)試器調(diào)試程序外，MATLAB還提供了一些命令用于程序調(diào)試。命令的功能和調(diào)試器菜單命令類似，具體使用方法請(qǐng)讀者查詢MATLAB幫助文檔。,