1、第二章 MATLAB运行环境及程序设计,MATLAB的程序设计和调试MATLAB的文件操作,Unit 4 MATLAB的程序设计和调试,2.4.1 M文件 2.4.2 程序控制结构 2.4.3 函数文件 2.4.4 程序举例 2.4.5 程序调试,2.4.1 M文件 2.4.1.1 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(Script File)和函数文件(Function File)。,例2-1 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
2、空间中的变量 f=input(Input Fahrenheit temperature：); 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： Input Fahrenheit temperature：73 c =22.7778,程序2： 首先建立函数文件f2c.m。 function c=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(Input Fahrenheit temperature：); x=f2c(y) 输出情况为： Input Fahrenheit tempe
3、rature：70 c =21.1111 x =21.1111,2.4.1.2 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New M
4、-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。,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Open File命令按钮，再从弹出的对话框中选择所需打开的M文件。,2.4.2 程序控制结构 2.4.2.1 顺序结构 1数
5、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(Whats your name?,s);,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。,例2-2 输入x,y的值，并将它们的值互换后输出。程序如下：x=input(Input x please.);y=input(
6、Input y please.);z=x;x=y;y=z;disp(x);disp(y);,例2-3 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
7、强行中止程序的运行可使用Ctrl+C命令。,2.4.2.2 选择结构 1if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。,(2) 双分支if语句： if 条件语句组1else语句组2end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。,例2-4 计算分段函数的值。程序如下： x=input(请输入x的值:); if x=0y= (x+sqrt(pi)/exp(2); elsey=log(
8、x+sqrt(1+x*x)/2; end y,(3) 多分支if语句： if 条件1语句组1elseif 条件2语句组2elseif 条件m语句组melse语句组nend 语句用于实现多分支选择结构。,例2-5 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); if c=A end,2switch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1case 表达式2语句组2case 表达式
9、m语句组motherwise语句组nend,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。,例2-6 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)： price200 没有折扣200price500 3%折扣500price1000 5%折扣1000price2500 8%折扣2500price5000 10%折扣 5000price 14%折扣 输
10、入所售商品的价格，求其实际销售价格。,程序如下： price=input(请输入商品价格); switch fix(price/100) case 0,1 %价格小于200rate=0;case 2,3,4 %价格大于等于200但小于500rate=3/100;case num2cell(5:9) %价格大于等于500但小于1000rate=5/100;case num2cell(10:24) %价格大于等于1000但小于2500rate=8/100;case num2cell(25:49) %价格大于等于2500但小于5000rate=10/100;otherwise %价格大于等于5000
11、rate=14/100; end price=price*(1-rate) %输出商品实际销售价格,3try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。,例2-7 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; tryC=A*B; catchC=A.*B; end C lasterr %显示出错原因,2.4.2.3 循环
12、结构 1for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。,例2-8 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： for m=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 if m=m1*m1*m1+m2*m2*m2+m3*m3*m3 disp(m) end end
13、,例2-9 已知 ，当n=100时，求y的值。程序如下： y=0; n=100; for i=1:ny=y+1/(2*i-1); end y,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,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。,例2-10 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;for k=a
14、s=s+k;enddisp(s);,2while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。,例2-11 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(Enter a number (end in 0):); while (val=0)sum=sum+val;cnt=cnt+1;val=input(Enter a number (end in 0):); end if (cnt 0)summean
15、=sum/cnt end,3break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。,例2-12 求100，200之间第一个能被21整除的整数。 程序如下： for n=100:200 if rem(n,21)=0continue end break end n,4循环的嵌套如果一个循环结构的
16、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2-13 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。 for m=1:500 s=0; for k=1:m/2 if rem(m,k)=0 s=s+k; end end if m=sdisp(m); end end,2.4.3 函数文件 2.4.3.1 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
17、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。,例2-14 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 calculate the area and perimeter of a circle of radii r %r 圆半径 %s 圆面积 %p 圆周长 s=pi*r*r; p=2*pi*r;,2.4.3.2 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
18、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。,例2-15 利用函数文件，实现直角坐标(x,y)与极坐标(,)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(Please input x=:); y=input(Please input y=:); 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，
19、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。,例2-16 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： function f=factor(n) if n=1f=1; elsef=factor(n-1)*n; %递归调用求(n-1)! end,2.4.3.3 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
20、决定函数如何进行处理。,例2-17 nargin用法示例。函数文件examp.m： function fout=examp (a,b,c) if nargin=1fout=a; elseif nargin=2fout=a+b; elseif nargin=3fout=(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),2.4.3.4 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2-18 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
21、相加。 function f=wadd(x,y) global ALPHA BETA f=ALPHA*x+BETA*y;在命令窗口中输入： global ALPHA BETA ALPHA=1; BETA=2; s=wadd(1,2),2.4.4 程序举例 例2-19 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“You won”，同时退出游戏。用户最多可以猜7次。,例2-20 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
22、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2m之间的全部素数，首先在2m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。,2.4.5 程序调试 2.4.5.1 程序调试概述 一般来说，应用程序的错误有两类，一类是语法错误，另一类是运行时的错误。语法错误包括词法或文法的错误，例如函数名的拼写错、表达式书写错等。 程序运行时的错误是指程序的运行结果有错误，这类错误也称为程序逻辑错误。,2.4.5.2 调试器 1Debug菜单项 该菜单项用于程序调试，需要与Breakpoints
23、菜单项配合使用。 2Breakpoints菜单项 该菜单项共有6个菜单命令，前两个是用于在程序中设置和清除断点的，后4个是设置停止条件的，用于临时停止M文件的执行，并给用户一个检查局部变量的机会，相当于在M文件指定的行号前加入了一个keyboard命令。,2.4.5.3 调试命令除了采用调试器调试程序外，MATLAB还提供了一些命令用于程序调试。命令的功能和调试器菜单命令类似，具体使用方法请读者查询MATLAB帮助文档。,Unit 5 MATLAB的文件操作,2.5.1 文件的打开与关闭2.5.2 文件的读写操作,2.5.1 文件的打开与关闭 2.5.1.1 文件的打开 fopen函数的调用格
24、式为： fid= fopen(文件名，打开方式) 其中文件名用字符串形式，表示待打开的数据文件。常见的打开方式有：r表示对打开的文件读数据，w表示对打开的文件写数据，a表示在打开的文件末尾添加数据。 fid用于存储文件句柄值，句柄值用来标识该数据文件，其他函数可以利用它对该数据文件进行操作。,文件数据格式有两种形式，一是二进制文件，二是文本文件。在打开文件时需要进一步指定文件格式类型，即指定是二进制文件还是文本文件。,2.5.1.2 文件的关闭 文件在进行完读、写等操作后，应及时关闭。关闭文件用fclose函数，调用格式为： sta=fclose(fid) 该函数关闭fid所表示的文件。sta
25、表示关闭文件操作的返回代码，若关闭成功，返回0，否则返回1。,2.5.2 文件的读写操作 2.5.2.1 二进制文件的读写操作 1读二进制文件 fread 函数可以读取二进制文件的数据，并将数据存入矩阵。其调用格式为： A,COUNT=fread(fid,size, precision) 其中A用于存放读取的数据，COUNT返回所读取的数据元素个数，fid为文件句柄，size为可选项，若不选用则读取整个文件内容，若选用则它的值可以是下列值：,(1) N表示读取 N个元素到一个列向量。 (2) Inf表示读取整个文件。 (3) M,N表示读数据到MN的矩阵中，数据按列存放。 precision代
26、表读写数据的类型,2写二进制文件 fwrite 函数按照指定的数据类型将矩阵中的元素写入到文件中。其调用格式为： COUNT=fwrite (fid, A, precision) 其中COUNT返回所写的数据元素个数，fid为文件句柄，A用来存放写入文件的数据，precision用于控制所写数据的类型，其形式与fread函数相同。,例2-5-1 建立一数据文件magic5.dat，用于存放5阶魔方阵。 程序如下： fid=fopen(magic5.dat,w); cnt=fwrite(fid,magic(5),int32); fclose(fid);,2.5.2.2 文本文件的读写操作 1读文本文件 fscanf 函数的调用格式为： A,COUNT= fscanf (fid, format, size) 其中A用以存放读取的数据，COUNT返回所读取的数据元素个数。fid为文件句柄。format用以控制读取的数据格式，由%加上格式符组成，常见的格式符有d，f，c，s。 size为可选项，决定矩阵A中数据的排列形式。,2写文本文件 fprintf 函数的调用格式为： COUNT= fprintf(fid, format, A) 其中A存放要写入文件的数据。先按format指定的格式将数据矩阵A格式化，然后写入到fid所指定的文件。格式符与fscanf函数相同。,谢 谢！,
