[计算机软件及应用]第5章 MATLAB程序设计.ppt

第五章 程序设计,5.1 M文件,5.2 数据的输入输出,5.3 选择结构,5.4 循环结构,5.5 函数文件,5.6 全局变量和局部变量,补充,程序设计注意事项：,1) 良好的代码习惯；,(1)变量名的定义简单易懂；,(2)程序结构流程清晰；,(3)详细的注释；,2) 与其它高级语言区别：,(1) 交互式语言，解释性语言；,(2) 矩阵运算的思想；,(3) 号表示续行；,3) 编程积累,(1)在实践中积累,(2)注重交流,5.1 M文件,1)概念:用户把要实现的命令写在一个以m文件作为扩展名的文件中，然后由系统进行解释，运行出结果。,2)格式:函数式M文件和脚本式M文件。,(1)函数式M文件：第1句以Function语句作为引导；,(2)脚本式M文件：命令的简单叠加，与批处理文件类似。,5.1.1 基本概念,(3)相同之处：以m文件作为扩展名的文本文件，都不进入命令窗口，而是由文本编辑器来创建外部文本文件；,(4)不同之处：函数式M文件和脚本式M文件与MATLAB在通信方面不同； 脚本式M文件运行产生的所有变量都是全局变量； 而函数式M文件的所有变量除特别声明外，均是局部变量； 在MATLAB中的M文件绝大多数是函数式M文件。,5.1.2 M文件的建立与编辑,1.建立新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。,(2)命令操作： 输入命令edit。,(3)命令按钮操作： 单击命令窗口工具栏上的“新建”,2. 编辑已有M文件：,！注意：可在其它文本环境下编辑。,例5.1 建立一个脚本文件将变量a,b的值互换，然后运行该脚本文件。,1）首先建立脚本文件并以文件名exch.m存盘： clear; a=1:10; b=11,12,15,14;15,16,17,18; c=a; a=b; b=c; a b,2）然后，在MATLAB的命令窗口中输入exch，将会执行该脚本文件。,例5.2 建立一个函数文件将变量a,b的值互换，然后在命令窗口调用该函数文件。,1）首先建立函数文件fexch.m： function a,b=exch(a,b) c=a;a=b;b=c;,2）然后在命令窗口调用该函数文件： clear; x=1:10; y=11,12,15,14;15,16,17,18; x,y=fexch(x,y),5.1.3 M文件性能剖析,MATLAB提供的程序评述器可以记录程序中每一步的运行时间； 评述（profile）文件是提高文件运行的一种方法。,5.2 数据的输入输出,5.2.1 input函数,1)调用格式为: A=input(提示信息,选项);,2)说明: (1)提示信息为一个字符串，用于提示用户输入什么样的数据。 (2)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，采用命令： xm=input(Whats your name?,s),5.2.2 disp函数,1)调用格式: disp(输出项),2)说明：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。,例5.3求一元二次方程ax2 +bx+c=0的根。,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);,5.2.3 pause函数,1)调用格式：pause(延迟秒数),2)说明： (1)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; (2)若要强行中止程序的运行可使用Ctrl+C命令。,5.3 选择结构,5.3.1 if语句(3种格式),1.单分支if语句,1)语句格式： if 条件 语句组 end,2)说明：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,1)语句格式： if 条件 语句组1 else 语句组2 end,2)说明：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5.4 计算分段函数值,x=input(请输入x的值:); if x=10 y=cos(x+1)+sqrt(x*x+1); else y=x*sqrt(x+sqrt(x); end,3.多分支if语句,1)语句格式： 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,例5.5 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,5.3.2 switch语句,语句格式： switch 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,例5.6 某商场对顾客所购买的商品实行打折销售，已知打折标准，求所售商品的实际销售价格。,price=input(请输入商品价格); switch fix(price/100) case 0,1 rate=0; case 2,5,4 rate=5/100; case num2cell(5:9) rate=5/100; case num2cell(10:24) rate=8/100; case num2cell(25:49) rate=10/100; otherwise rate=14/100; end price=price*(1-rate),5.3.3 try语句,1)语句格式： try 语句组1 catch 语句组2 end,2)说明： 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5.7 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。,A=1,2,5;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,5.4 循环结构,5.4.1 for语句,1)语句格式： for 循环变量=表达式1:表达式2:表达式5 循环体语句 end,2)说明：,(1)首先计算三个表达式的值；,(2) 再将表达式1的值赋给循环变量，如果此时循环变量的值介于表达式1和表达式5的值之间，则执行循环体语句，否则结束循环的执行。执行完一次循环之后，循环变量自增一个表达式2的值;,(3)然后再判断循环变量的值是否介于表达式1和表达式5之间,如果满足仍然执行循环体，直至不满足为止。这时将结束for语句的执行，而继续执行for语句后面的语句。,例5.8 已知求y的表达式，当n=100时,求y的值。,程序如下： y=0; n=100; for i=1:n y=y+1/i/i; end y,在实际MATLAB编程中，为提高程序的执行速度，常用向量运算来代替循环操作： n=100; i=1:n; f=1./i.2; y=sum(f),例5.9 求定积分,程序如下： a=0;b=3*pi; n=1000; h=(b-a)/n; x=a:h:b; f=exp(-0.5*x).*sin(x+pi/6); for i=1:n s(i)= (f(i)+f(i+1)*h/2 end s=sum(s),事实上，MATLAB提供了有关数值积分的标准函数，实际应用中可直接调用这些函数求数值积分。,注意：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,说明：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。实际上，“表达式1:表达式2:表达式5”是一个仅为一行的矩阵(行向量)，因而列向量是单个数据。,例5.10 已知5个学生4门功课的成绩，求每名学生的总成绩。,s=0; a=65,76,56,78; 98,85,74,85; 76,67,78,79; 98,58,42,75; 67,89,76,87; for k=a s=s+k; End disp(s);,5.4.2 while语句,1)格式： while (条件) 循环体语句 end,2)说明：,(1)执行过程：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;,(2)与循环结构相关的还有一个break语句，当在循环体内执行到该语句时，程序将跳出循环。该语句一般与if语句配合使用。,例5.11 已知求y的表达式,当n=100时,求y的值。,y=0; i=1; while 1 f=1/i/i; y=y+f; if i=100 break; end i=i+1; end y,5.4.3 循环嵌套,1)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。,2)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。,3)可跳出循环的指令有break和continue 在执行keyboard指令后需要返回正在执行程序的指令是return 。,例5.12 用筛选法求某自然数范围内的全部素数。,程序如下： m=input(m=); p=2:m; for i=2:sqrt(m) n=find(rem(p,i)=0 end p,5.5 函数文件,5.5.1 函数文件的基本结构,1)函数文件由function语句引导;,2)基本结构：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,(1)函数文件名: 函数文件名与函数名可以不相同;当两者不同时，MATLAB将忽略函数名而确认函数文件名，故调用时使用函数文件名。,(2) 注释说明部分： 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。,3)说明：,例5.13 编写函数文件求半径为r的圆的面积和周长。,function s,p=fcircle(r) %CIRCLE calculate the area and perimeter of a circle of radil r %r 圆半径 %s 圆面积 %p 圆周长 s=pi*r*r; p=2*pi*r; 将以上函数文件以文件名fcircle.m存入c:matlabwork下，然后在MATLAB命令窗口调用该函数： s,p=fcircle(10),5.6 全局变量和局部变量,1）定义:命令global；,2）说明：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5.17 全局变量应用示例,1）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) global ALPHA BETA f=ALPHA*x+BETA*y;,2）在命令窗口中输入： global ALPHA BETA ALPHA=1; BETA=2; s=wadd(1,2),补充：,1、Matlab预定义变量Inf和nargin的含义分别是无穷大、函数输入总量数。 2、eps是机器阈值：比2小的最大数是2-eps ；比2大的最小数是2+eps； alpha(v)：对面、块、象三种图形对象的透明度加以控制； 控制浓淡的函数shading函数； Matlab预定义变量realmin和eps的含义分别是最小正实数、机器零阈值 ； NaN是非数，inf+NaN ？0/0+1 ？inf-inf ？inf/inf ？,编程综合练习,指令阅读 有指令如下： clear syms w X t u v x y k=sym(4) A=sin(x)+k+u*w*v 则findsym(A,1),findsym(A,2),findsym(A)三条指令的执行结果分别是什么？,编程综合练习,findsym(A,1) x findsym(A,2) x,w findsym(A) u, v, w, x,编程综合练习,程序阅读 clear x=1:4 y=linspace(1,2,2) X,Y=meshgrid(x,y) 则如下三个指令的运算结果分别是什么？ X+Y X*(Y) X.*Y,编程综合练习,X+Y ans = 2 3 4 5 3 4 5 6 X*(Y) ans = 10 20 10 20 X.*Y ans = 1 2 3 4 2 4 6 8,编程综合练习,指令阅读 如下指令执行后q1、q2、q3、q4、q5、q6的值分别是什么？ clear a=1;b=2;c=3;d=4; Mn=a,b;c,d Mc=a,b;c,d Ms=sym(Mc) q1=size(Mn) q2=size(Mc) q3=size(Ms) q4=class(Mn) q5=class(Mc) q6=class(Ms),编程综合练习,指令阅读 q1 = 2 2 q2 = 1 9 q3 = 2 2 q4 = double q5 = char q6 = sym,clear A=zeros(2,4) A(:)=2:2:16 q1=A(2,3) q2=A(6) q3=A(end-3) q4=A(:,1,4) q5=A(:,4:end) iL1=A12 A(iL2)=NaN q6=A 运算结束后，q1、q2、q3、q4、 q5 q6的结果分别是什么？,clear A=zeros(2,6); A(:)=1:12; q1=A(2,5); q2=A(7); q3=A(:,1,4); q4=A(1,2,5); q5=A(:,4:end) q6=A(2,1:2:5)=-1,-3,-5 运算结束后，A、q1、q2、q3、q4、q5、q6的结果分别是什么？,clear A=1:9 B=10-A r0=(A6) r1=(A=B) 则执行后A、B、r0、r1的运算结果分别是什么,？上机,clear x=(2:5)-3 y=find(x2) 请写出x、y的计算结果,clear syms a b t u v x y A=a+b*x,sin(t)+u;x*exp(-t),log(y)+v 则findsym(A,1),findsym(A,2),findsym(A)三条指令的执行结果分别是什么,编程综合练习,如下指令执行后，数组A、变量q1、q2的值分别是什么？ clear A=reshape(1:19,1,7) A(:,1,2)= q1=all(A(A10) q2=any(A(A12),使用Matlab函数plot绘制一个圆（圆心处x、y都是0，半径为2），要求：a、图形有标题（标题为圆的直径）；b、圆为红色细实线；c、纵横坐标轴等长刻度；d、对坐标轴进行标注，横轴标注“X”，纵轴标注“Y”；e、在圆心或其附近绘制一个十字符，并用向上箭头指向圆心并标明“圆心”二字。,参考程序： clear; clf; x=(-2:0.05:2); y1=(4-x.2).(0.5); y2=-(4-x.2).(0.5); plot(x,y1,-r); hold on; plot(x,y2,-r); axis equal;,title(4); xlabel(X); ylabel(Y); plot(0,0,+); c_s1=uparrow; c_s2=圆心; text(0,-0.25,c_s); hold off,给定某函数，在0,10内绘制此函数的曲线。采样间隔可取0.05。要求：1)使用蓝色虚点线；2)加图形标题“测试”；3）添加X、Y轴说明，分别为“t”和“y”；4）在t=5处绘制一个红色米字符，并绘制一向上箭头指向该米字符，并标注“中点”。,clear; clf; t=0:0.05:10; y=1-exp(-0.4*t).*cos(2*t); plot(t,y,.b); title(测试); xlabel(t); ylabel(y); hold on plot(5,1-exp(-0.4*5)*cos(2*0.5),r*); c_s1=uparrow; c_s2=中点; text(5,0.9-exp(-0.4*5)*cos(2*0.5),c_s); hold off,编制满足如下要求的程序：程序启动后进入循环，提示用户输入一个整数（假设用户输入正确整数而非其它字符），若数字超过26或小于0，输出“不是字母”；若数字在26以内，则按照字母表顺序输出该数字对应的小写字母，并等待2秒后进入下一个循环，若用户输入数字“0”，则退出程序；当程序连续输出5个以上字母后，也可以退出程序；不论何时程序退出，推出前都要提示用户按任意键退出，用户按键后方可结束程序。,clear; clc; zmb=abcdefghijklmnopqrstuvwxyz; zmnum=0; while(1) sz=input(请输入一个数字:); if