MATLAB应用第4章第2版.docx
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MATLAB应用第4章第2版
第4章MATLAB程序设计
在以前所介绍的各种运算中，命令或函数的输入都是在命令窗口下进行的，这是一种计算器输入方式，其命令的执行属于交互式的，即：
在命令窗口逐条输入命令，MATLAB就逐条解释执行。
这种命令输入方式操作简单、直观，但随着指令数的增加，或程序复杂程度的增加，这种命令输入方式就显得繁琐（因为输入过程也伴随执行过程）、而且执行程序不能保留，不能反复使用。
为了解决这些问题，必须将程序保存在一个文件中。
在MATLAB中，这种文件是以.m为扩展名的，称为m文件。
4．1m文件
m文件是文本文件，它可以用任何文本编辑器编辑，如用记事本、word等编辑。
但是通常用MATLAB提供的文本编辑器编辑。
启动MATLAB文本编辑器编辑的方法有3种
1．菜单操作：
“file”菜单“new”“M-file”
2．命令按钮操作：
点击MATLAB主窗口工具栏上的“newM-file”按钮
3．命令操作：
在MATLAB命令窗口输入命令：
edit
打开的编辑器后，输入程序后，可以以m为扩展名保存在某一个目录中。
如果要打开已有的m文件，方法也有3种
1．菜单操作：
“file”菜单“open…”，这时出现“open”对话框。
在“文件类型”下拉栏中选“M-files（.m）”，再在某一个目录中选择所需要的m文件
2．命令按钮操作：
点击MATLAB主窗口工具栏上的“openfile”按钮
3．命令操作：
在MATLAB命令窗口输入命令：
edit文件名
m文件分为两种，一种是脚本文件（命令文件），另一种是函数文件。
脚本文件
脚本文件就是以前在命令窗口输入的诸多命令的简单迭加，但是在输入过程中，并不伴随执行，而是全部输入完后保存下来，什么时候想执行就什么时候执行，命令完全按编写顺序执行。
这就解决了在命令窗口运行多条命令的麻烦，同时也可以使保存的程序反复使用。
例1用图形表示连续调制波形
及其包络线。
clearworkspace和clearcommandwindow
在MATLAB文本编辑器编辑
t=（0:
pi/100:
pi）';%<1>
y1=sin（t）*[1,-1];%<2>
y2=sin（t）.*sin（9*t）;%<3>
figure,plot（t,y1,'r:
',t,y2,'b'）;%<5>
axis（[0,pi,-1,1]）;title（'连续调制波形'）;legend（'包络线1','包络线2','调制波'）
“debug（调试）”菜单“saveandrun”生成test1.m脚本文件，并运行它
注意workspace中的变量变化
如果workspace中原来没有储存变量，这时，m脚本文件中有几个变量，workspace中就会生成几个变量
而且，这些变量可以被其它命令或函数调用
例2在命令窗口输入
figure,plot（t,y2,'b'）
在本例中，在命令窗口中，并没有给t,y2赋值，它们的数据都取自运行test1.m脚本文件时在workspace中生成的变量
同样，在workspace中的变量也可以被m文件调用
例3MATLAB文本编辑器编辑
y1=sin（t）*[1,-1];%<2>
y2=sin（t）.*sin（9*t）;%<3>
figure,plot（t,y1,'r:
',t,y2,'b'）;%<5>
axis（[0,pi,-1,1]）;title（'连续调制波形'）;legend（'包络线1','包络线2','调制波'）
点击“file”菜单“saveas…”，生成test2.m脚本文件
在这个文件中，没有给变量t赋值
clearworkspace和clearcommandwindow
在命令窗口输入
t=（0:
pi/100:
pi）';
这时在workspace中生成t变量
在MATLAB文本编辑器中，“debug（调试）”菜单“run”
在本例中，m脚本文件中的程序是借助workspace中的t变量运行
以上所介绍的变量，无论是在命令窗口中赋值的，还是在m脚本文件中赋值的，只要能储存在workspace中，都称为全局变量
函数文件
m函数文件是以function为第1行的文件
它的基本结构如下：
function[输出变量列表]=函数名（输入变量列表）
注释说明语句段，由%引导
函数语句体
说明：
1．在[输出变量列表]中，如果只有一个变量，方括号可以省略
2．在这种文件中，输入变量列表中所列出的变量并没有被赋值。
因此m函数文件本身不能像m脚本文件那样独立地运行。
它只能被其它文件或命令调用。
在调用过程中，必须在命令窗口或其它文件中将输入变量列表中所列出的变量赋值。
3．函数的调用格式为：
[输出变量列表]=函数文件名（输入变量列表）
例4用图形表示连续调制波形
及其包络线。
在MATLAB文本编辑器编辑
function[y1,y2]=test3（t,n）
y1=sin（n.*t）*[1,-1];%<2>
y2=sin（n.*t）.*sin（9*t）;%<3>
figure,plot（t,y1,'r:
',t,y2,'b'）;%<5>
axis（[0,pi,-1,1]）;title（'连续调制波形'）;legend（'包络线1','包络线2','调制波'）
点击“file”菜单“saveas…”，生成test3.m函数文件
在这个文件中，输入变量列表中的变量t,n并没有被赋值
下面是对这个函数文件的调用
clearworkspace和clearcommandwindow
在命令窗口输入
t=（0:
pi/100:
pi）';n=1;%n=1时，与例1的情况相同
[y1,y2]=test3（t,n）;
在这个例子中，如果给t和n赋不同的值，可以产生不同的结果
例5用图形表示连续调制波形
及其包络线。
clearworkspace和clearcommandwindow
在命令窗口输入
t=（0:
pi/100:
pi）';n=2;%n=1时，与例1的情况相同
[y1,y2]=test3（t,n）;
在上两个例子中，在workspace都产生变量t、n、y1、y2，这和test3函数文件中的出现的变量及其数目是相同的。
但是，这仅仅是巧合。
例6用图形表示连续调制波形
及其包络线和零点。
在MATLAB文本编辑器编辑
function[y1,y2]=test4（t,n）
y1=sin（n.*t）*[1,-1];%<2>
y2=sin（n.*t）.*sin（9*t）;%<3>
t3=pi*（0:
9）/9;
y3=sin（t3）.*sin（9*t3）;
figure,plot（t,y1,t,y2,t3,y3,'mo'）;axis（[0,pi,-1,1]）;title（'连续调制波形'）;legend（'包络线1','包络线2','调制波','零点'）
点击“file”菜单“saveas…”，生成test4.m函数文件
与test3.m函数文件相比，test4.m函数文件中多了t3和y3变量，而且它们并没有出现在文件的输入列表或输出列表中
clearworkspace和clearcommandwindow
在命令窗口输入下面的命令，注意观察workspace的变化
t=（0:
pi/100:
pi）';n=1;%n=1时，与例1的情况相同
[y1,y2]=test4（t,n）;
可以看到，虽然test4.m函数文件中多了t3和y3变量，都是在workspace并没有显示出来。
在workspace显示的是变量t、n、y1、y2。
实际上，变量t、n、y1、y2显示在workspace也是一种巧合。
例7用图形表示连续调制波形
及其包络线和零点。
clearworkspace和clearcommandwindow
在命令窗口输入下面的命令，注意观察workspace的变化
s=（0:
pi/100:
pi）';m=1;
[z1,z2]=test4（s,m）;
这时，在workspace，根本看不到函数文件定义的变量。
以前之所以在workspace能看到函数文件定义的变量，那是因为在命令窗口输入的变量碰巧和函数文件定义的变量一致。
从上面的分析看到，m函数文件的变量与m脚本文件的变量不同，并不存在于workspace。
实际上，每当函数文件运行时，MATLAB专门为函数文件开辟一个临时工作区间（contextworkspace）。
该空间称为函数工作区间（functionworkspace）。
所有中间变量都存放在函数工作区间中，当MATLAB执行完函数文件的最后一条指令后，或遇到return命令时，就结束该函数文件的运行，同时该临时函数空间及其所有的中间变量立即被清除。
这些存在于函数空间的中间变量称为局部变量。
它产生于该函数的运行过程中，其影响范围仅限于该函数本身。
注意，在函数文件中也可以产生全局变量。
这时需要通过global指令预先定义。
由于全局变量会损害函数的封闭性，因此不提倡在函数文件中使用全局变量。
3．m函数文件的名称可以与函数名不同。
例8将test3.m另存为test5.m，并将它的函数名改为“sin”
clearworkspace和clearcommandwindow
在命令窗口输入
t=（0:
pi/100:
pi）';n=1;%n=1时，与例1的情况相同
[y1,y2]=test5（t,n）;
为了避免混乱，函数文件名应该与函数名一致
注意，函数文件名不能和MATLAB中已定义的函数同名
例9将test3.m另存为sin.m
clearworkspace和clearcommandwindow
在命令窗口输入下面的命令
t=（0:
pi/100:
pi）';n=1;%n=1时，与例1的情况相同
[y1,y2]=sin（t,n）;
4．2程序控制结构
循环语句
在实际问题中经常会遇到许多有规律的重复计算，如某些程序中需要反复执行某些语句。
这就需要调用循环语句进行控制。
在MATLAB中提供两种循环方式：
for循环和while循环。
for语句一般结构：
fori=V
循环结构体
end
其中，i为循环变量，V为一个向量，循环变量i每次从向量V中取一个值，执行一次循环体的内容，如此下去，直到执行完向量V中所有的元素，最后将自动结束循环体的执行。
for循环的特点是，它的循环判断通常是对循环次数的判断。
在一般情况下，循环次数是预先设定好的。
例1用for循环语句求解
s=0;%定义变量s并赋初值
fori=1:
100%在循环体内，i不影响它在循环体外的预定义变量的作用
s=s+i;%分号应该加上，否则会显示大量中间结果
end
s
while循环的基本结构：
while（条件式）
循环结构体
end
其中，条件式是一个逻辑表达式，若其值为真（非0），则将自动执行循环体内容，执行后再判断条件式的真伪，为真则继续执行循环体内容，否则退出循环体结构。
由于while语句具有判断控制功能，不是简单的定数循环，因此比for循环语句更灵活些，适用范围也就更广些。
例2用while循环语句求解
s=0;i=1;%定义变量s和i并赋初值
while（i<=100）%i<=100时在循环体内，否则退出循环体
s=s+i;i=i+1;%i作为计数用
end
s
例2求满足
的最小m值
这个问题用for循环不便求解，应该用while循环
s=0;m=0;%定义变量s和m并赋初值
while（s<=10000）%s<=10000时在循环体内，否则退出循环体
m=m+1;s=s+m;
end
[s,m]
选择语句
在复杂的计算中，常常需要根据表达式是否满足条件来确定下一步该做什么。
MATLAB提供了if语句来进行判断选择
单分支if语句
if条件
语句组
end
当条件成立时，执行语句组。
执行完后继续执行后续语句。
若条件不成立，直接执行后续语句。
例3每个苹果价格是25，购买量超过5个时，给与20%的折扣。
问买10个苹果需要多少钱？
apples=10;%苹果的数目
cost=apples*25;%不打折扣时购买苹果的费用
ifapples>5
cost=（1-20/100）*cost;%购买量超过5个时，给与20%的折扣
end
cost
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，再执行后续语句。
例4计算分段函数：
x=input（'请输入x的值：
'）;
ifx==10
y=cos（x+1）+sqrt（x*x+1）;
else
y=x*sqrt（x+sqrt（x））;
end
y
说明：
当使用键盘输入数据时，可以使用input函数，常用的格式有两种：
v=input（'message'）将键入的内容赋给变量v。
可以输入数值、字符串、元胞数组等各种形式的数据
v=input（'message','s'）将键入的内容作为字符串赋给变量v。
即，不管输入什么，总是以字符串的形式赋给变量v
'message'是将显示在屏幕上的字符串，是必不可少的
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
分支语句
switch开关表达式
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m+1
end
说明：
switch语句将根据开关表达式的取值不同，分别执行不同的语句。
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