• MATLAB程序设计


    MATLAB有两种工作方式:

    交互式的命令行工作方式

    M文件的程序工作方式

    用MATLAB语言编写的程序,称为M文件。
     M文件有两类:命令文件(Script M-file)和
                              函数文件(Function M-file).
    命令文件与函数文件的区别:
    1.命令文件没有输入参数,也不返回输出
       参数;函数文件可以输入参数,也可返
       回若干输出参数。

    2.默认情况下函数文件中所定义和包含的变量均为局部变量,当退出该函数后,所有这些变量全部失效;而命令文件一般是针对工作空间中的数据进行操作,当文件执行完后,工作空间中的变量仍然存在。
    3.函数文件用来完成某种特定的功能,与C语言中的子程序类似,但是可独立执行;命令文件用来存放用户需要重复执行的一系列操作,相当于DOS中的批处理命令。

    1.M文件的建立与编辑

    建立新的M文件:
        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用MATLAB提供的文本编辑器。
        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-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.命令文件

    将需要运行的命令编辑到一个命令文件中,然后在MATLAB命令窗口输入该命令文件的名字,就会顺序执行命令文件中的命令。
    【例1】  建立一个命令文件将变量a,b的值互换。   

    swap.m文件:
    a=1:9;
        b=[11,12,13;14,15,16;17,18,19];
        c=a;a=b;b=c;
        a
        b
          在MATLAB的命令窗口中输入swap,将会执行该命令文件。

    二.数据的输入输出

    1. input函数:用于向计算机输入一个参数。
         调用格式: 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''s your name?','s');

    【例2】  求一元二次方程ax2 +bx+c=0的根。

     a=input('a=?');
        b=input('b=?');
        c=input('c=?');
        d=[a,b,c];
        x=roots(d)
    将该程序以aa.m文件存盘,然后运行aa.m文件。

    2. pause函数: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。

    3. disp函数:命令窗口输出函数。
    调用格式:        disp(输出项)
    注:输出项为字符串或矩阵。
    例如:输入x , y的值,并将它们的值互换后输出。

     x=input ('Input x please.');
        y=input ('Input y please.');
        z=x;
        x=y;
        y=z;
        disp(x);
        disp(y);

    【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))]);

    三.程序设计

    (一)选择结构

    选择结构的语句有if语句和switch语句。
    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。

    (2) 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。

    【例4】  输入三角形的三条边,求面积。

    A=input('请输入三角形的三条边:');
        if A(1)+A(2)>A(3) & A(1)+A(3)>A(2) & A(2)+A(3)>A(1)
           p=(A(1)+A(2)+A(3))/2;
           s=sqrt(p*(p-A(1))*(p-A(2))*(p-A(3)));
           disp(s);
        else
           disp('不能构成一个三角形。')
        end
    运行:    请输入三角形的三条边:[4 5 6]
                    9.9216

     【例5】  输入一个字符,若为大写字母,则输出其后继字符,若为小写字母,则输出其前导字符,若为其他字符则原样输出。

    c=input('','s');
        if c>='A' & c<='Z'
           disp(setstr(abs(c)+1));
        elseif c>='a'& c<='z'
           disp(setstr(abs(c)-1));
        else
           disp(c);
        end

     switch语句根据变量或表达式的取值不同,分别执行不同的语句。其格式为:
     switch  表达式
             case  值1
                   语句组1
             case  值2
                   语句组2
                   ……
             case  值m
                   语句组m
             otherwise
                   语句组n
        end

    注意: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。与C语言的switch语句有明显的不同,当程序执行完一个case语句后即跳出switch语句,执行后续的语句,而不需使用跳出语句。

    例6】  根据变量 num 的值来决定显示的内容。

    num=input('请输入一个数');
        switch num
        case -1
           disp('I am a teacher.');
        case 0
           disp('I am a student.');
        case 1
           disp('You are a teacher.');
        otherwise
           disp('You are a student.');
        end

    【例7】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

    price=input('请输入商品价格');
    switch fix(price/100)     %截尾取整
       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;
       case num2cell(5:9)          %价格大于等于500但小于1000
          rate=5/100;
       case num2cell(10:24)      %价格大于等于1000但小于2500
          rate=8/100;
       case num2cell(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

    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。

    【例8】    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(对应元素相乘)。

    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

    (二)循环结构

    实现循环结构的语句:for语句和while语句。
    1.  for语句:
    格式:   for   循环变量=表达式1:表达式2:表达式3
                                      循环体语句
                   end
    注: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9】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

    2. while语句
    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。

    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。

    【例11】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)~=0
              continue
          end
          break
    end
    n

    四.函数文件

    函数文件是另一种形式的M文件,每一个函数文件都定义一个函数。事实上,MATLAB提供的标准函数大部分都是由函数文件定义的。

    1.函数文件格式

    函数文件由function语句引导,其格式为:
       function   [A1,A2,…An]=func_name(B1,B2, …B)
              注释说明部分
              函数体

    注:其中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1个时,则应该用方括号括起来。

    2.函数文件必须遵循以下特定的规则
    1.     函数名和文件名必须相同;
    2.     在函数M文件中,到第一个非注释行为止的注释行是帮助文本;
    3.     函数可以有零个或更多个输入参量。函数可以有零个或更多个输出参量;
    4.     函数可以按少于函数M文件中所规定的输入和输出变量进行调用,但不能用多于函数M文件中所规定的输入和输出变量数目;
    5.     当函数有一个以上输出变量时,输出变量包含在括号内;
    6.     当一个函数说明一个或多个输出变量,但没有要求输出时,就简单地不给输出变量赋任何值。

    【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  calculate the area and perimeter of a circle of radii r
    %r          圆半径
    %s          圆面积
    %p          圆周长
    %2006年4月21日编
    s=pi*r*r;
    p=2*pi*r;

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