MATLAB程序设计

简介: 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。

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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