1、第5部分 MATLAB程序设计方法,2010-09-3,本部分内容,5.1 M文件 5.2 函数m文件 5.3 数据的输入输出指令 5.4 选择结构 5.5 循环结构 5.6 M文件调试 5.7 应用程序接口,在matlab窗口输入数据和命令进行计算时，当处理复杂问题和大量数据时是不方便的。 用户如想灵活应用matlab去解决实际问题，充分调用matlab的科学技术资源，就需要编辑m文件 包含matlab语言代码的文件称为m文件，其扩展名为m。,5.1 M文件,1.建立新的M文件 (1)菜单操作：MATLAB命令窗口的File菜单 New菜单项 M-file命令.,M文件的建立与编辑,(2)命
2、令操作：在MATLAB命令窗口输入命令edit。 (3)命令按钮操作：单击MATLAB命令窗口工具栏上的“新建”命令按钮。2. 编辑已有的M文件m文件的类型是普通的文本文件，可以使用系统认可的文本文件编辑器来建立m文件。如dos下的edit，windows的记事本和word等。,M文件的建立与编辑,M文件有两类:独立的m文件 称脚本或者命令文件可调用m文件 称函数文件(1) 脚本文件 简单的m文件脚本文件实际上是一串指令的集合，与在命令窗口逐行执行文件中的所有指令，其结果是一样的。没有输入输出参数。,M文件的分类,脚本文件包括两部分：注释文件和程序文件 %RANK Number of line
3、arly independent rows or columns. % K = RANK(X) is the number of singular values of X % that are larger than MAX(SIZE(X) * NORM(X) * EPS. % K = RANK(X,tol) is the number of singular values of X that % are larger than tol.% Copyright (c) 1984-94 by The MathWorks, Inc.s = svd(x); if (nargin = 1)tol =
4、max(size(x) * max(s) * eps; end r = sum(s tol);,程序部分,例 建立一个命令文件将变量a,b的值互换，然后运行该命令文件。首先，建立m文件并以文件名exch.m存盘；接着，在编辑窗口输入下列程序：clear;a=1:10; b=11,12,13,14;15,16,17,18;c=a;a=b;b=c;ab书写完成，切忌保存。,脚本m文件举例,在MATLAB的命令窗口中输入exch，将会执行该命令文件。,matlab用户可以根据需要编辑自己的m文件，它们可以像库函数一样方便的调用，从而极大地扩展了matlab 的能力。 对于某一类特殊问题，如创建了许多
5、m函数文件，则可形成新的工具箱。 用matlab语言创建定义新的matlab函数的功能，正体现了matlab语言强大的扩展功能。,需要输入变量，返回输出变量,(2) 函数m文件,函数M文件的基本结构,函数定义行 H1行 对程序的总体介绍 函数说明 对程序详细描述 程序主体 注释 解释程序功能的文字说明：除程序主体外，其他部分以%开头。,函数描述,function s,p=fcircle(r) % FCIRCLE 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;
6、,函数m文件举例,程序主体,matlab自定义的函数文件称内置函数文件,因此，属于函数m文件 调用内置函数的方法：使用函数名并给出相应的入口、出口参数即可。例如：sin.m函数调用格式：y=sin(2*x)实际应用中：x=0:2*pi/180:2*pi;y=sin(2*x)plot(x,y),(补充)matlab内置函数文件,(1) 函数文件的基本结构 函数文件由function定义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,5.2 函数m文件,函数文件的格式说明 (1)关于函数文件名: 函数文件名与函数名也可以不相同（一般设为相同！）。当
7、两者不同时，MATLAB将忽略函数名而确认函数文件名，因此调用时使用函数文件名。 (2)关于注释说明部分。注释说明包括三部分内容：紧随函数文件引导行之后以%开头的第一注释行。第一注释行及之后连续的注释行。与在线帮助文本相隔一空行的注释行。,函数调用的一般格式：输出实参表=函数名(输入实参表)注意：等号左边是方括号，右边输入参数用括号,（2）函数文件的调用,例5.1 编写函数文件求半径为r的圆的面积和周长function s,p=fcircle(r)%FCIRCLE calculate the area and perimeter of a circle of radii r%r 圆半径%s 圆
8、面积%p 圆周长s=pi*r*r;p=2*pi*r; 以上函数文件以函数文件名fcircle.m存入c:matlab7workmas下，然后在MATLAB命令窗口调用该函数：s,p=fcircle(10),函数的递归调用 例：利用递归调用函数文件factor.m：function f=factor(n)if n=1f=1;elsef=factor(n-1)*n;end 然后在MATLAB命令窗口调用该函数：f=factor(5),f=5!,函数所传递参数的可调性 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
9、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例：nargin用法示例,（2）函数文件的调用,函数文件examp.m：function fout=charray(a,b,c)if nargin=1fout=a;elseif nargin=2fout=a+b;elseif nargin=3fout=(a*b*c)/2;end,全局变量用命令global定义。m函数文件的内部变量是局部的，与其他函数文件及MATLAB工作空间相互隔离 例 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。function f=wadd(x,y
10、)global ALPHA BETAf=ALPHA*x+BETA*y;在命令窗口中输入：global ALPHA BETAALPHA=1;BETA=2;s=wadd(1,2),（3）全局变量和局部变量,5.3 数据的输入输出指令,input函数-提示用户从键盘输入数值和字符串等 pause函数-暂停，等待用户响应 dips 函数 -输出相关内容,input函数,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 i
11、s your name?,s),What is your name? xiaoqiangxm= xiaoqiang,其调用格式为：pause(延迟秒数),pause函数,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。,disp函数,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。注意：用disp函数显示矩阵时将不显示矩阵的名 字，而且其格式更紧密，且不留任何没有意义的空行。,程序如下：a=input(a=?);b=input(b=?);c=input(c=?);d=b*b-4*a*c;
12、x=(-b+sqrt(d)/(2*a),(-b-sqrt(d)/(2*a);disp(x1=,num2str(x(1),x2=,num2str(x(2);,例5.2 求一元二次方程ax2 +bx+c=0的根。,5.4 选择结构if语句,if语句 在MATLAB中，if语句有3种格式。 switch语句 try语句,语句格式为：if 条件语句组end,1.单分支if语句,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,双分支if语句格式为：if 条件语句组1else语句组2end,2.双分支if语句,当条件成立时，执行语句组1，否则执
13、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 计算分段函数值程序如下：x=input(请输入x的值:);if x=10y=cos(x+1)+sqrt(x*x+1);elsey=x*sqrt(x+sqrt(x);endy,多分支if语句格式为： 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m+1 end,3. 多分支if语句,5.4 选择结构- switch语句,switch语句 其语句格式为：switch 表达式case 值1语句组1case 值2语句组2case 值m语句组motherwise语句组m+1end,例x
14、=100switch ceil(x/10) case 9,10 disp(grade is A) case 8 disp(grade is B) case 7 disp(grade isC) case 6 disp(grade is D) otherwise disp(grade is E)end,5.4 选择结构- switch语句,5.4 选择结构-try语句,语句格式为：try语句组1catch语句组2end,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。这种试探性执行语句是其他高级语言所没有的。,例 矩阵
15、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：main5_3.m 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,5.5 循环结构,循环语句 for语句 while语句 循环的嵌套,5.5 循环结构- for语句,1. for语句 语句格式为：for 循环变量=表达式1:表达式2:表达式3循环体语句end,for语句更一般的格式：for 循环变量=矩阵表达式循环体语句end,5.5 循环结构- for语句,执行过程是依次将矩阵的各
16、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。实际上，“表达式1:表达式2:表达式3”是一个仅为一行的矩阵(行向量)，因而列向量是单个数据。,例 已知5个学生4门功课的成绩，求每名学生的总成绩 程序如下： s=0; a=65,76,56,78;98,83,74,85;76,67,78,79;98,58,42,73;67,89,76,87; for k=as=s+k; end disp(s);,5.5 循环结构- for语句,5.5 循环结构- 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
17、断条件是否成立，如果不成立则跳出循环,其他常用指令,Continue Break,continue命令,通常用于for或while循环语句中,与if语句一起使用,达到跳过本次循环,去执行下一轮循环的目的 分析下列程序，说明运行结果及原因 a=3;b=6; for i=1:3b=b+1;if i2continue %当if条件满足时不再执行后面语句，跳出本次循环。enda=a+2 %当i2时不执行该语句 end,运行结果: a=7 b=9,break命令,通常用于for或while循环语句中,与if语句一起使用,中止本次循环,跳出最内层循环 分析下列程序，说明运行结果及原因 a=3;b=6; f
18、or i=1:3b=b+1;if i2break %当if条件满足时不再执行循环enda=a+2 end,运行结果: a=7 b=9,i2,a=3 b=6,程序流控制语句 return指令终止当前的命令序列，把控制返回到调用函数或键盘。 Keyboard把“控制权”交给键盘。 echo 指令用来控制m文件在执行过程中是否显示,keyboard 指令,多用于程序修改或测试；,一般使用在m-files里面。当运行m-files的程序时，它会在keyboard的位置停下，并且在命令窗口出现 K ，这时你可以在命令窗口中输入命令，可以测试软件已经运行的程序（keyboard以上的程序），或者可以改变已
19、运行程序所得到的变量！当调试好了以后，在 K后面输入return，程序就会接着运行keyboard以后的程序。,echo 指令,用来控制m文件中程序代码在执行过程中是否显示,echo on 打开所有命令文件的显示方式echo off 关闭所有命令文件的显示方式echo 在以上两者间切换,echo对于命令文件和函数文件有所不同，命令文件用法简单，函数文件用法较复杂，具体请help查询。echo file on 打开file函数文件的显示方式echo file off 关闭file函数文件的显示方式echo file 切换file函数文件的显示方式echo on all 打开所有函数文件的显示方式
20、echo off all 关闭所有函数文件的显示方式,5.5 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。可以按照嵌套层数，分别叫做二重循环、三重循环等。处于内部的循环叫作内循环，处于外部的循环叫作外循环。 在设计多重循环时，要特别注意内、外循环之间的关系，以及各语句放置的位置，不要搞错。,MATLAB程序设计原则和技巧,1、后面的内容是程序的注解，要善于运用注解使程序更具可读性。 2、养成在主程序开头用clear指令清除变量的习惯，以消除工作空间中其他变量对程序运行的影响。但注意在子程序中不要用clear。 3、参数值要集中放在程序的开始部分
21、，以便维护。 4、要充分利用MATLAB工具箱提供的指令来执行所要进行的运算，在语句行之后输入分号使其及中间结果不在屏幕上显示，以提高执行速度。,5、程序尽量模块化，也就是采用主程序调用子程序的方法，将所有子程序合并在一起来执行全部的操作。 6、尽量使用MATLAB内部定义的函数 7、充分利用Debugger来进行程序的调试（设置断点、单步执行、连续执行） 8、设置好MATLAB的工作路径，以便程序运行。,本节内容是需上机应用的重点内容。 程序出错主要为两类：1、语法错误如缺（或）等，在运行时可检测出大多数该类错误，并指出错在哪一行。2、算法错误逻辑上的错误，不易查找，遇到此类错误时需耐心。一
22、般可考虑如下方法：直接调试法和工具调试法,5.6 程序的调试,直接调试法指在利用matlab的相关指令对程序进行调试。主要方法有：删除句尾分号和利用disp语句，显示中间结果；在适当位置加上keyboard语句，使程序暂停；在函数定义行之前加上%注释，使之变成脚本语言；利用echo指令，使运行时在屏幕上逐行显示文件内容。 Ctrl+C强行停止程序,直接调试法,直接调试法一些辅助函数： 常用指令：return, echo, input, pause, keyboard, break; echo命令可以使文件命令在执行时可见，这对程序的调试和演示很有用。 keyboard请求键盘输入命令 paus
23、e等待用户反映命令 警告命令：error, warning.lasterr,lastwarn, 提示命令:warndlg,errordlg,工具调试法,工具调试法是指利用matlab的相关调试工具对程序进行调试调试步骤为：,(1)在程序可疑处设置断点； (2)执行程序； (3)检查程序运行至断点处变量当前值 (4)在程序中一步步执行 (5)结束调试状态。 (6)取消断点。,1Debug菜单项该菜单项用于程序调试，需要与Breakpoints菜单项配合使用。Step：单步运行 Step In：单步运行，调用函数时进入函数程序 Step Out：Run：运行 Go Until Cursor：运行到
24、光标处,工具调试法调试菜单项,2Breakpoints菜单项（matlab7.0以上菜单内容在Debug菜单中包括）Set/Clear Breakpoint：设置/清除断点Set/Modify Conditional Breakpoint：设置条件断点Enable/Disable Breakpoint：使能断点Clear Breakpoint in All Files：清除断点Stop if Errors/Warnings：错误停止条件设置 设置条件断点时注意光标的位置,常见错误,中英文输入法未注意 习惯用i,j作为变量 变量名同函数名文件名相同 搜索路径设置不当,5.7 应用程序接口,matlaab的附加组件。是一个由相关函数组成的接口函数库，可实现与外部程序的交互。 MEX文件：是matlab环境下调用C、FORTRAN语言编写的应用程序模块。 matlab 计算引擎：在使用C、FORTRAN编程时可调用matlab函数库进行计算。 MAT文件：实现matlab与C、FORTRAN语言程序间的数据交换,作业,编写程序，画出下列分段函数所表示的曲面。,
