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1、资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除word 可编辑第 4 章MatLab 的程序设计MatLab 是一个工具、开发平台，同时它也是一门编程语言。与在命令窗口用交互的方式工作相比，通过程序运行来解决实际问题，其效率更高，因此，凡是复杂的、大型的应用都是以程序的方式执行。相对其它高级语言，MatLab 更简单、编程的效率更高、调试过程也更容易。MatLab 中的程序文件是以m 为后缀，所以通常将MatLab 的程序文件称为m 文件。MatLab 提供了两种形式的m 文件，即：脚本（ Script）式 m 文件（就简称 m 文件） 、函数型 m 文件。在 MatLab 中已经嵌入了一个功能强大的
2、集成开发环境m文件编辑器，用它来进行程序的编辑、修改、调试、运行等，完成应用开发工作。4.1 MatLab 程序设计基础通过前面内容的学习，大家对MatLab 已经有了一个初步的认识和印象，到目前为止，我们都是在“命令”窗口中，以交互的方式运行，完成我们的工作。实际上简单的 m 文件，就是一个批处理程序，它是若干条命令的集合。例：4.1.1 M 文件规则和属性函数 M 文件必须遵循一些特定的规则。除此之外，它们有许多的重要属性，这其中包括：1. 函数名和文件名必须相同 。例如，函数 fliplr 存储在名为 fliplr.m 文件中。2. MATLAB 头一次执行一函数个M 文件时，它打开相应
3、的文本文件并将命令编辑成存储器的内部表示，以加速执行以后所有的调用。如果函数包含了对其它函数 M 文件的引用， 它们也同样被编译到存储器。普通的脚本 M 文件不被编译， 即使它们是从函数 M 文件内调用；打开脚本M 文件，调用一次就逐行进行注释。3. 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。当需要帮助时，返回该文本。例如，? help fliplr 返回上述前八行注释。4. 第一行帮助行，名为H1 行，是由 lookfor 命令搜索的行。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -
4、 - - - - 第 1 页，共 20 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除word 可编辑5. 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。6. 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。如果输入和输出变量数目多于函数 M 文件中 function 语句一开始所规定的数目，则调用时自动返回一个错误。相对于函数 m 文件，脚本式 m 文件就简单多了，它没有严格的格式要求，只要将有关的命令或函数一一敲入即可，但是还是有几个问题需要注意：1. m 文件的名称不得与
5、MatLab 的内部函数同名、 第一个字符不得为数字 （这点与变量的命名规则相同） ；2. 最好在文件的头部加上 注释，对该 m 文件的作用、功能作一个简要说明，而在一些重要命令行后也加上注释行，以方便使用者阅读、查找；3. 要特别注意 m 文件的保存路径或位置，如果不是保存在MatLab 默认的路径下，可以使用 addpath 函数来设置、 添加路径，否则， m 文件不能运行。脚本式 m 文件与函数 m 文件还有一个重要区别： 脚本式 m 文件中的变量均为全局变量 ，而函数 m 文件中的变量则是 局部变量 。这可以从这两种程序文件运行后在 Workspace中留下痕迹看出。当然， 在函数 m
6、 文件中也可以专门将某些变量定义为全局变量（关键字是： global） 。不过，在使用全局变量（函数m 文件中）时应特别注意：.全局变量需要函数体的变量赋值语句之前定义或说明；.全局变量名最好是大写 ，而且要尽量长，能反映它本身的含义；.实际编程时，全局变量也要尽可能少用，因为一旦它在一个地方被改变，那么其它包括该变量的函数中都得改变，有时可能会出现意想不到情况。4.1.2 M 文件的组成函数 M 文件实例：function f=fact（n）%函数定义行%Compute a factorial value %H1 行名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - -
7、 - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 20 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除word 可编辑%FACT （N）return the factorial of N，%usually denoted by N %帮助文本%Put simply，FACT （N）is PROD （1:N ）%注释f=prod （1:N ）; %函数体一个完整的函数 M 文件通常包括：. 函数定义行：定义函数名以及输入、输出变量的数目和顺序；. H1 行：对该函数进行概括性的描述（可用help 和 Lookfor 命
8、令调出此行）；. 帮助文本：这是比 H1 行更详细的帮助信息， 使用 help 命令时与 H1 行一起显示；. 函数体：这是函数M 文件的主要部分，程序的功能都在此部分实现；. 注释：对程序行的意义进行解释（与H1 行一样都是用 %开头） 。有的函数 M 文件还包含 return 语句！4.1.3 M 文件编辑器介绍1. m文件编辑器的启动在命令窗口中敲入： edit 点击工具栏中的新建图标从菜单 file/new/M-file中启动2. m文件编辑器的界面菜单栏工具栏编辑窗口3. m 文件的运行在 m 文件编辑器内在命令窗口中运行在命令窗口直接输入m文件名，回车即可，但函数m文件通常还必须带
9、参数才能运行，也可以利用feval函数来运行函数 m文件，其格式如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 20 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除word 可编辑feval(functionname, arg1, arg2, .) 对于脚本式 m文件，还可以用 run 函数在命令窗口中运行存在的m文件。格式：run m文件名（不必带文件的后缀）4.1.4 对函数 M 文件的调用凡是以函数 m文件形式保存的程序文件，均
10、可以被其它函数m文件或脚本 m文件所调用。例：先定义一个函数m文件：%计算阶乘function y=jiech(n) y=1; for i=1:n y=y*i; end 编写 m文件实现对上述函数m文件的调用：function z=dy(n) z=log(jiech(n); 4.1.5数据类型与结构MatLab的数据类型前面已经介绍，下面是它们之间的关系图：MatLab 中结构（教材中称构架）的概念和C 语言中的类似，它也包含一个或多个域（数据容器），每个域可以包含任何类型的数据（这一点与单元数组又相似），且相互独立。下面通过实例来说明如何建立并访问结构。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下
11、载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 20 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除word 可编辑用结构建立学生的数据记录。. 例 1：在命令窗口直接创建（或用m 文件编辑器）创建。student.num=20070135; student.name= 李四; student.age=20; student.weight=67; student.height=1.68; student.test=90 85 76 63 88 54 79; 从这个例子可以看出
12、结构建立的方法：直接建立结构和各个域，同时给各域赋值（也可以不赋值），结构和域之间用点“. ”连接。. 用关键字“ struct”创建，格式如下：s = struct(field1, values1, field2, values2, .) 例 2：用关键字“ struct”创建。student=struct(num,20070135,name,zhangsan,weight,1.68,height,75,test,98 87 65 95 78) . 结构的操作 结构域的访问 结构域的添加、修改直接添加或用函数 setfield()添加；直接修改或用函数 setfield()修改。 结构域的删
13、除用函数rmfield()删除某个域。格式： s=rmfield(s,fieldname)4.2 MatLab 程序的控制程序的流程控制是高级语言中必不可少、也是非常重要的部分，要编写出高质量的程序，实现对复杂系统的控制、仿真，这一点也是必须掌握的。MatLab 提供了多种控制结构，包括：顺序结构、选择(分支)结构以及循环结构，每种结构都有各自的控制机制，利用它们及其它们的组合可以实行功能强大的、复杂的应用。4.2.1顺序结构名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共
14、 20 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除word 可编辑顺序结构最简单，它是一种最基础的程序结构，也是最遵循逻辑思路的程序代码结构，批处理文件就是典型的顺序语句文件。这种语句不需要任何特殊的流控制，按照语句的排列顺序，一条一条的执行，直至结束。例：4.2.2选择（或分支）结构如果程序中需要根据一定条件来执行不同的操作时，可以使用条件语句来构成选择或分支结构。 在 MatLab 中可利用 if 语句来实现这种结构。 if 语句的结构通常有以下三种形式：1. 单分支结构：这种分支结构最简单，格式为：if 表达式语句end 它只有一个判断语句，当表达式为
15、真时，就执行语句，否则就不执行。例：function f=ifone(x) if x=0 fprintf(%f is a Positive number.n,x); end 2. 双分支结构：此时，采用 if-else-end 结构，语法是：if 表达式语句 1 else 语句 2 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 20 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除word 可编辑end 即：表达式为真，系统执行语句1，否则
16、将转入语句2 执行。例：将上面的例子扩充function f=ifone(x) if x=0 fprintf(%f is a positive number.n,x); else fprintf(%f is a negative number.n,x); end 3. 多分支结构：仍采用 if-else-end结构，但语法上略有不同，形式如下：if 表达式 1 语句 1 %表达式 1 为真执行语句 1 elseif 表达式 2 语句 2 %表达式 2 为真执行语句 2 elseif表达式 3 语句 3 %表达式 3 为真执行语句 3 else 语句 n %所有表达式为假执行语句n end 例：
17、编写一个成绩打印程序。function f=chengji(x) if x=90 fprintf(%d 分，成绩为优 n,x) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 20 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除word 可编辑elseif x=80 fprintf(%d 分，成绩为良 n,x) elseif x=70 fprintf(%d 分，成绩为中 n,x) elseif x=60 fprintf(%d 分，成绩为及格
18、 n,x) else fprintf(%d 分，成绩为不及格 n,x) end 4.2.3开关语句（ Switch分支结构）开关语句实际上也是分支结构的一种，是一种多选择的分支语句，作用与上面介绍的多分支结构相似，这是MatLab6.0 以上版本新增加的功能。该结构的一般调用格式如下：Switch expression Case value1 Statements Case value2 Statements . Otherwise Statements end 例：采用 switch 结构的一个简单应用。%提示用户输入数据input_num=input(Enter a number:); 名
19、师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 20 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除word 可编辑%根据情况判断数值大小，显示数据信息switch input_num case -1 disp(negative one); case 0 disp(zero); case 1 disp(positive one); otherwise disp(other value); %如果不是上面数据，显示“其它数据”end 4.2.4
20、 try-catch 结构try-catch 结构（或模块）为用户提供了一种错误捕捉机制，利用该模块，一旦MatLab 的编译系统发现错误，就将其捕捉，用户可以控制MatLab 去对出现的错误进行相应处理。它的调用格式如下：try 语句 1 catch 语句 2 end 一般来说，语句1 中的所有命令都要执行，如果在执行语句1 时，没有出现错误，那么在执行语句1 之后，就直接跳到end 后；但是，如果在执行语句1 时，出现了错误，程序立刻转到catch模块中，去执行语句2，并可通过调用 lasterr 函数查询出错的原因。例：见教材中 P70例 4-4。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载
21、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 20 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除word 可编辑4.2.5循环结构很多程序都可能会出现一些反复运行的部分，前面介绍的这些结构就很难实现了。同其它高级语言一样，MatLab 也提供了循环语句。在循环语句中，被重复执行的部分称为循环体， 控制循环语句是否继续的称为循环条件。在 MatLab 中有两种循环结构，即所谓的for 循环和 while 循环。1. for 循环for 循环语句有如下特点： 它的循环判断条件通常
22、是对循环次数的判断，即它的循环次数是预先设定好的； for 循环语句可以嵌套使用。不仅可以对for 本身嵌套，还可以对其它的结构形式进行嵌套使用。for 循环的语法：for i=表达式语句 1，语句 n；end 例：求 n 个数的平方。function x=pfh(n) for i=1:n x(i)=i2; end 2. while 循环与 for 循环不同， while 循环的判断控制可以是逻辑判断语句，它的循环次数可以是一个不定数，因此比for 循环有更广泛的用途。while 循环的格式：while 表达式名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -
23、 - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 20 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除word 可编辑语句end 在这个循环中只要表达式值不为false，程序就一直运行下去，语句被反复执行。例 1：求几个数的阶乘。function m=jiech(x) m=1;n=1; %给 m 和 n 赋初值while n=x m=m*n; n=n+1; %n 自增 1 end 例 2：Fibonacci 数组的元素满足 Fibonacci 规则：12kkkaaa，),2, 1(k；且121aa。现要求该数组中第一个大于
24、10000的元素。a(1)=1;a(2)=1;i=2; while a(i) 1/(1+sin(y)2) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 20 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除word 可编辑compose(f,g,t) - 1/(1+sin(t)2) compose(h,g,x,z) - sin(z)t compose(h,g,t,z) - xsin(z) compose(h,p,x,y,z) - exp(
25、-z/u)t compose(h,p,t,u,z) - xexp(-y/z)4.4.3 符号微积分在数学分析中，微积分是一个非常重要的内容，整个高等数学就是建立在微积分基础之上的。而对于工程技术人员来说，微积分又是一个重要的数学工具。1. 符号极限（ Limit 函数）Limit 函数的格式：limit(F,x,a) 例：syms x a; v = (1 + a/x)x, exp(-x); limit(v,x,inf,left) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19
26、页，共 20 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除word 可编辑2. 符号微分和求导 函数 diff 及 polyder 函数 jacobian（求多元函数导数）3. 符号积分（ Int 函数）int 函数的格式：R = int(S) R = int(S,v) R = int(S,a,b) R = int(S,v,a,b) 例：int(-2*x/(1+x2)2)名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 20 页 - - - - - - - - -