MATLAB程序设计.docx

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MATLAB程序设计

 MATLAB程序设计

1 M文件

2 程序控制结构

3函数文件

4程序举例

5程序调试

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1 M文件

1.1 M文件概述

   用MATLAB语言编写的程序，称为M文件。

M文件可以根据调用方式的不同分为两类：

命令文件（ScriptFile）和函数文件（FunctionFile）。

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例1 分别建立命令文件和函数文件，将华氏温度f转换为摄氏温度c。

程序1：

首先建立命令文件并以文件名f2c.m存盘。

clear;           %清除工作空间中的变量

f=input（'InputFahrenheittemperature：

'）;

c=5*（f-32）/9

然后在MATLAB的命令窗口中输入f2c，将会执行该命令文件，执行情况为：

InputFahrenheittemperature：

73

c=

  22.7778

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程序2：

首先建立函数文件f2c.m。

functionc=f2c（f）

c=5*（f-32）/9

然后在MATLAB的命令窗口调用该函数文件。

clear;

y=input（'InputFahrenheittemperature：

'）;

x=f2c（y）

输出情况为：

InputFahrenheittemperature：

70

c=

  21.1111

x=

  21.1111

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1.2 M文件的建立与打开

   M文件是一个文本文件，它可以用任何编辑程序来建立和编辑，而一般常用且最为方便的是使用MATLAB提供的文本编辑器。

1．建立新的M文件

   为建立新的M文件，启动MATLAB文本编辑器有3种方法：

（1）菜单操作。

从MATLAB主窗口的File菜单中选择New菜单项，再选择M-file命令，屏幕上将出现MATLAB文本编辑器窗口。

（2）命令操作。

在MATLAB命令窗口输入命令edit，启动MATLAB文本编辑器后，输入M文件的内容并存盘。

   （3）命令按钮操作。

单击MATLAB主窗口工具栏上的NewM-File命令按钮，启动MATLAB文本编辑器后，输入M文件的内容并存盘。

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2．打开已有的M文件

   打开已有的M文件，也有3种方法：

（1）菜单操作。

从MATLAB主窗口的File菜单中选择Open命令，则屏幕出现Open对话框，在Open对话框中选中所需打开的M文件。

在文档窗口可以对打开的M文件进行编辑修改，编辑完成后，将M文件存盘。

（2）命令操作。

在MATLAB命令窗口输入命令：

edit文件名，则打开指定的M文件。

   （3）命令按钮操作。

单击MATLAB主窗口工具栏上的OpenFile命令按钮，再从弹出的对话框中选择所需打开的M文件。

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2 程序控制结构

2.1 顺序结构

1．数据的输入

从键盘输入数据，则可以使用input函数来进行，该函数的调用格式为：

   A=input（提示信息，选项）；

其中提示信息为一个字符串，用于提示用户输入什么样的数据。

   如果在input函数调用时采用's'选项，则允许用户输入一个字符串。

例如，想输入一个人的姓名，可采用命令：

xm=input（'What''syourname?

','s'）;

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2．数据的输出

   MATLAB提供的命令窗口输出函数主要有disp函数，其调用格式为

   disp（输出项）

其中输出项既可以为字符串，也可以为矩阵。

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   例3-2 输入x,y的值，并将它们的值互换后输出。

   程序如下：

   x=input（'Inputxplease.'）;

   y=input（'Inputyplease.'）;

   z=x;

   x=y;

   y=z;

   disp（x）;

   disp（y）;

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例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））]）;

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3．程序的暂停

   暂停程序的执行可以使用pause函数，其调用格式为：

   pause（延迟秒数）

   如果省略延迟时间，直接使用pause，则将暂停程序，直到用户按任一键后程序继续执行。

   若要强行中止程序的运行可使用Ctrl+C命令。

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2.2 选择结构

1．if语句

   在MATLAB中，if语句有3种格式。

（1）单分支if语句：

if 条件

       语句组

   end

当条件成立时，则执行语句组，执行完之后继续执行if语句的后继语句，若条件不成立，则直接执行if语句的后继语句。

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（2）双分支if语句：

if 条件

       语句组1

   else

        语句组2

   end

   当条件成立时，执行语句组1，否则执行语句组2，语句组1或语句组2执行后，再执行if语句的后继语句。

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   例4 计算分段函数的值。

   程序如下：

x=input（'请输入x的值:

'）;

ifx<=0

  y=（x+sqrt（pi））/exp

（2）;

else

  y=log（x+sqrt（1+x*x））/2;

end

Y

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 （3）多分支if语句：

if 条件1

       语句组1

   elseif 条件2

       语句组2

      ……

   elseif 条件m

        语句组m

   else

        语句组n

   end

语句用于实现多分支选择结构。

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  例5 输入一个字符，若为大写字母，则输出其对应的小写字母；若为小写字母，则输出其对应的大写字母；若为数字字符则输出其对应的数值，若为其他字符则原样输出。

c=input（'请输入一个字符','s'）;

ifc>='A'&c<='Z'

  disp（setstr（abs（c）+abs（'a'）-abs（'A'）））;

elseifc>='a'&c<='z'

   disp（setstr（abs（c）-abs（'a'）+abs（'A'）））;

elseifc>='0'&c<='9'

   disp（abs（c）-abs（'0'））;

else

   disp（c）;

end

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2．switch语句

   switch语句根据表达式的取值不同，分别执行不同的语句，其语句格式为：

   switch 表达式

      case 表达式1

         语句组1

      case 表达式2

         语句组2

         ……

      case 表达式m

         语句组m

      otherwise

         语句组n

   end

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当表达式的值等于表达式1的值时，执行语句组1，当表达式的值等于表达式2的值时，执行语句组2，…，当表达式的值等于表达式m的值时，执行语句组m，当表达式的值不等于case所列的表达式的值时，执行语句组n。

当任意一个分支的语句执行完后，直接执行switch语句的下一句。

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例6 某商场对顾客所购买的商品实行打折销售，标准如下（商品价格用price来表示）：

   price<200          没有折扣

   200≤price<500     3%折扣

   500≤price<1000    5%折扣

   1000≤price<2500   8%折扣

   2500≤price<5000   10%折扣

5000≤price        14%折扣

输入所售商品的价格，求其实际销售价格。

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   程序如下：

price=input（'请输入商品价格'）;

switchfix（price/100）

  case{0,1}            %价格小于200

     rate=0;

  case{2,3,4}           %价格大于等于200但小于500

     rate=3/100;

  casenum2cell（5:

9）      %价格大于等于500但小于1000

     rate=5/100;

  casenum2cell（10:

24）    %价格大于等于1000但小于2500

     rate=8/100;

  casenum2cell（25:

49）    %价格大于等于2500但小于5000

     rate=10/100;

  otherwise              %价格大于等于5000

     rate=14/100;

end

price=price*（1-rate）             %输出商品实际销售价格

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3．try语句

语句格式为：

try

  语句组1

catch

  语句组2

end

try语句先试探性执行语句组1，如果语句组1在执行过程中出现错误，则将错误信息赋给保留的lasterr变量，并转去执行语句组2。

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例7 矩阵乘法运算要求两矩阵的维数相容，否则会出错。

先求两矩阵的乘积，若出错，则自动转去求两矩阵的点乘。

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               %显示出错原因

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2.3 循环结构

1．for语句

for语句的格式为：

for循环变量=表达式1:

表达式2:

表达式3

       循环体语句

   end

其中表达式1的值为循环变量的初值，表达式2的值为步长，表达式3的值为循环变量的终值。

步长为1时，表达式2可以省略。

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例8 一个三位整数各位数字的立方和等于该数本身则称该数为水仙花数。

输出全部水仙花数。

   程序如下：

form=100:

999

m1=fix（m/100）;          %求m的百位数字

m2=rem（fix（m/10）,10）;  %求m的十位数字

m3=rem（m,10）;            %求m的个位数字

ifm==m1*m1*m1+m2*m2*m2+m3*m3*m3

disp（m）

end

end

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例9 已知，当n=100时，求y的值。

   程序如下：

y=0;

n=100;

fori=1:

n

 y=y+1/（2*i-1）;

end

y

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   在实际MATLAB编程中，采用循环语句会降低其执行速度，所以前面的程序通常由下面的程序来代替：

n=100;

i=1:

2:

2*n-1;

y=sum（1./i）;

y

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for语句更一般的格式为：

   for循环变量=矩阵表达式

      循环体语句

   end

   执行过程是依次将矩阵的各列元素赋给循环变量，然后执行循环体语句，直至各列元素处理完毕。

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   例10 写出下列程序的执行结果。

   s=0;

   a=[12,13,14;15,16,17;18,19,20;21,22,23];

   fork=a

      s=s+k;

   end

   disp（s'）;

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2．while语句

   while语句的一般格式为：

   while（条件）

        循环体语句

   end

   其执行过程为：

若条件成立，则执行循环体语句，执行后再判断条件是否成立，如果不成立则跳出循环。

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   例11 从键盘输入若干个数，当输入0时结束输入，求这些数的平均值和它们之和。

程序如下：

sum=0;

cnt=0;

val=input（'Enteranumber（endin0）:

'）;

while（val~=0）

    sum=sum+val;

    cnt=cnt+1;

    val=input（'Enteranumber（endin0）:

'）;

end

if（cnt>0）

   sum

   mean=sum/cnt

end

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3．break语句和continue语句

   与循环结构相关的语句还有break语句和continue语句。

它们一般与if语句配合使用。

break语句用于终止循环的执行。

当在循环体内执行到该语句时，程序将跳出循环，继续执行循环语句的下一语句。

continue语句控制跳过循环体中的某些语句。

当在循环体内执行到该语句时，程序将跳过循环体中所有剩下的语句，继续下一次循环。

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例12 求[100，200]之间第一个能被21整除的整数。

程序如下：

forn=100:

200

ifrem（n,21）~=0

     continue

end

break

end

n

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4．循环的嵌套

   如果一个循环结构的循环体又包括一个循环结构，就称为循环的嵌套，或称为多重循环结构。

   例3-13 若一个数等于它的各个真因子之和，则称该数为完数，如6=1+2+3，所以6是完数。

求[1,500]之间的全部完数。

form=1:

500

s=0;

fork=1:

m/2

ifrem（m,k）==0

s=s+k;

end

end

ifm==s

   disp（m）;

end

end

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3函数文件

3.1 函数文件的基本结构

   函数文件由function语句引导，其基本结构为：

   function输出形参表=函数名（输入形参表）

   注释说明部分

   函数体语句

其中以function开头的一行为引导行，表示该M文件是一个函数文件。

函数名的命名规则与变量名相同。

输入形参为函数的输入参数，输出形参为函数的输出参数。

当输出形参多于一个时，则应该用方括号括起来。

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   例14 编写函数文件求半径为r的圆的面积和周长。

   函数文件如下：

function[s,p]=fcircle（r）

%CIRCLE calculatetheareaandperimeterofacircleofradiir

%r         圆半径

%s         圆面积

%p         圆周长

%2004年7月30日编

s=pi*r*r;

p=2*pi*r;

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3.2 函数调用

函数调用的一般格式是：

   [输出实参表]=函数名（输入实参表）

   要注意的是，函数调用时各实参出现的顺序、个数，应与函数定义时形参的顺序、个数一致，否则会出错。

函数调用时，先将实参传递给相应的形参，从而实现参数传递，然后再执行函数的功能。

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   例15 利用函数文件，实现直角坐标（x,y）与极坐标（ρ,θ）之间的转换。

   函数文件tran.m：

function[rho,theta]=tran（x,y）

rho=sqrt（x*x+y*y）;

theta=atan（y/x）;

   调用tran.m的命令文件main1.m：

x=input（'Pleaseinputx=:

'）;

y=input（'Pleaseinputy=:

'）;

[rho,the]=tran（x,y）;

rho

the

   在MATLAB中，函数可以嵌套调用，即一个函数可以调用别的函数，甚至调用它自身。

一个函数调用它自身称为函数的递归调用。

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   例3-16 利用函数的递归调用，求n！

。

   n!

本身就是以递归的形式定义的：

显然，求n!

需要求（n-1）!

，这时可采用递归调用。

递归调用函数文件factor.m如下：

functionf=factor（n）

ifn<=1

  f=1;

else

  f=factor（n-1）*n;   %递归调用求（n-1）!

end

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3.3 函数参数的可调性

   在调用函数时，MATLAB用两个永久变量nargin和nargout分别记录调用该函数时的输入实参和输出实参的个数。

只要在函数文件中包含这两个变量，就可以准确地知道该函数文件被调用时的输入输出参数个数，从而决定函数如何进行处理。

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   例3-17 nargin用法示例。

   函数文件examp.m：

functionfout=charray（a,b,c）

ifnargin==1

  fout=a;

elseifnargin==2

  fout=a+b;

elseifnargin==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）

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3.4 全局变量与局部变量

全局变量用global命令定义，格式为：

global变量名

   例3-18 全局变量应用示例。

   先建立函数文件wadd.m，该函数将输入的参数加权相加。

functionf=wadd（x,y）

globalALPHABETA

f=ALPHA*x+BETA*y;

   在命令窗口中输入：

globalALPHABETA

ALPHA=1;

BETA=2;

s=wadd（1,2）

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4程序举例

例3-19 猜数游戏。

首先由计算机产生[1,100]之间的随机整数，然后由用户猜测所产生的随机数。

根据用户猜测的情况给出不同提示，如猜测的数大于产生的数，则显示“High”，小于则显示“Low”，等于则显示“Youwon”，同时退出游戏。

用户最多可以猜7次。

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例20 用筛选法求某自然数范围内的全部素数。

   素数是大于1，且除了1和它本身以外，不能被其他任何整数所整除的整数。

用筛选法求素数的基本思想是：

要找出2~m之间的全部素数，首先在2~m中划去2的倍数（不包括2），然后划去3的倍数（不包括3），由于4已被划去，再找5的倍数（不包括5），…，直到再划去不超过的数的倍数，剩下的数都是素数。

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例21 设，求s=。

求函数