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1、 MATLABMATLAB程序设计与应用程序设计与应用兰州交通大学电子与信息工程学院兰州交通大学电子与信息工程学院第第3章章 编程编程n3.1 Top-down设计模式设计模式n3.2 伪代码伪代码n3.3 顺序结构程序顺序结构程序n3.4 分支结构程序分支结构程序n3.5 循环结构循环结构n3.6 函数编写函数编写3.1 Top-down设计模式设计模式分解大任务的过程（分解大任务的过程（P73图图3.1），步骤：），步骤：1.简明扼要阐述待解决的问题简明扼要阐述待解决的问题2.确定输入和输出变量确定输入和输出变量3.任务分解任务分解4.设计代数算法设计代数算法5.将代数算法转换为将代数算法
2、转换为MATLAB语言语言6.测试每一子模块，剔除错误，确保无误测试每一子模块，剔除错误，确保无误7.整合程序整合程序8.测试程序测试程序3.2 伪代码伪代码1、借助数学表述和文字语言对所编写程序运算、借助数学表述和文字语言对所编写程序运算过程的阐述。过程的阐述。2、将伪代码中的数学语言和文字陈述翻译为、将伪代码中的数学语言和文字陈述翻译为MATLAB语句就要编写程序。语句就要编写程序。M文件文件M文件概述文件概述用用MATLAB语言编写的程序，称为语言编写的程序，称为M文文件。件。M文件可以根据调用方式的不同分为两文件可以根据调用方式的不同分为两类：命令文件类：命令文件(Script Fil
3、e)和函数文件和函数文件(Function File)。例例4-1 分别建立命令文件和函数文件，将华分别建立命令文件和函数文件，将华氏温度氏温度f转换为摄氏温度转换为摄氏温度c。程序程序1：首先建立命令文件并以文件名首先建立命令文件并以文件名f2c1.m存盘。存盘。clear;%清除工作空间中的变量清除工作空间中的变量f=input(Input Fahrenheit temperature：);c=5*(f-32)/9然后在然后在MATLAB的命令窗口中输入的命令窗口中输入f2c1，将，将会执行该命令文件，执行情况为：会执行该命令文件，执行情况为：Input Fahrenheit temper
4、ature：73c=22.7778程序程序2：首先建立函数文件首先建立函数文件f2c.m。function c=f2c(f)c=5*(f-32)/9然后在然后在MATLAB的命令窗口调用该函数文件。的命令窗口调用该函数文件。clear;y=input(Input Fahrenheit temperature：);x=f2c(y)输出情况为：输出情况为：Input Fahrenheit temperature：70c=21.1111x=21.1111 M文件的建立与打开文件的建立与打开 M文件是一个文本文件，它可以用任何编辑程序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
5、为方便的是使用来建立和编辑，而一般常用且最为方便的是使用MATLAB提供的文本编辑器。提供的文本编辑器。1建立新的建立新的M文件文件 为建立新的为建立新的M文件，启动文件，启动MATLAB文本编辑器有文本编辑器有3种方法：种方法：(1)菜单操作。菜单操作。从从MATLAB主窗口的主窗口的File菜单中菜单中选择选择New菜单项，再选择菜单项，再选择M-file命令，屏幕上将出命令，屏幕上将出现现MATLAB 文本编辑器窗口。文本编辑器窗口。(2)命令操作。命令操作。在在MATLAB命令窗口输入命令命令窗口输入命令edit，启动，启动MATLAB文本编辑器后，输入文本编辑器后，输入M文件文件的内
6、容并存盘。的内容并存盘。(3)命令按钮操作。命令按钮操作。单击单击MATLAB主窗口工具栏主窗口工具栏上的上的New M-File命令按钮，启动命令按钮，启动MATLAB文本编文本编辑器后，输入辑器后，输入M文件的内容并存盘。文件的内容并存盘。2打开已有的打开已有的M文件文件 打开已有的打开已有的M文件，也有文件，也有3种方法：种方法：(1)菜单操作。菜单操作。从从MATLAB主窗口的主窗口的File菜菜单中选择单中选择Open命令，则屏幕出现命令，则屏幕出现Open对话对话框，在框，在Open对话框中选中所需打开的对话框中选中所需打开的M文文件。在文档窗口可以对打开的件。在文档窗口可以对打开
7、的M文件进行编文件进行编辑修改，编辑完成后，将辑修改，编辑完成后，将M文件存盘。文件存盘。(2)命令操作。命令操作。在在MATLAB命令窗口输入命令窗口输入命令：命令：edit 文件名，则打开指定的文件名，则打开指定的M文件。文件。(3)命令按钮操作。命令按钮操作。单击单击MATLAB主窗口主窗口工具栏上的工具栏上的Open File命令按钮，再从弹出命令按钮，再从弹出的对话框中选择所需打开的的对话框中选择所需打开的M文件。文件。3.3 顺序结构程序顺序结构程序n是最简单的一种程序结构。是最简单的一种程序结构。n执行是一行接一行进行的。执行是一行接一行进行的。1数据的输入数据的输入从键盘输入数
8、据，则可以使用从键盘输入数据，则可以使用input函数来进函数来进行，该函数的调用格式为：行，该函数的调用格式为：A=input(提示信息，选项提示信息，选项)；其中提示信息为一个字符串，用于提示用户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。输入什么样的数据。如果在如果在input函数调用时采用函数调用时采用s选项，则允选项，则允许用户输入一个字符串。例如，想输入一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：个人的姓名，可采用命令：xm=input(Whats your name?,s);2数据的输出数据的输出 MATLAB提供的命令窗口输出函提供的命令窗口输出函
9、数主要有数主要有disp函数，其调用格式为函数，其调用格式为 disp(输出项输出项)其中输出项既可以为字符串，也可其中输出项既可以为字符串，也可以为矩阵。以为矩阵。2数据的输出数据的输出 例例A=Hello,Tom;disp(A)例例A=1,2,3;4,5,6;7,8,9disp(A)2数据的输出数据的输出例例3-3 求一元二次方程求一元二次方程ax2+bx+c=0的根。的根。程序如下：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=,n
10、um2str(x(1),x2=,num2str(x(2);3程序的暂停程序的暂停 暂停程序的执行可以使用暂停程序的执行可以使用pause函数，函数，其调用格式为：其调用格式为：pause(延迟秒数延迟秒数)如果省略延迟时间，直接使用如果省略延迟时间，直接使用pause，则将暂停程序，直到用户按任一键后则将暂停程序，直到用户按任一键后程序继续执行。程序继续执行。若要强行中止程序的运行可使用若要强行中止程序的运行可使用Ctrl+C命令。命令。3.4 分支结构程序分支结构程序1if语句语句 在在MATLAB中，中，if语句有语句有3种格式。种格式。(1)单分支单分支if语句：语句：if 条件条件 语
11、句组语句组 end当条件成立时，则执行语句组，执行完之后当条件成立时，则执行语句组，执行完之后继续执行继续执行if语句的后继语句，若条件不成立，语句的后继语句，若条件不成立，则直接执行则直接执行if语句的后继语句。语句的后继语句。1if语句语句 (2)双分支双分支if语句：语句：if 条件条件 语句组语句组1 else 语句组语句组2 end 当条件成立时，执行语句组当条件成立时，执行语句组1，否则执行语，否则执行语句组句组2，语句组，语句组1或语句组或语句组2执行后，再执行执行后，再执行if语句的后继语句。语句的后继语句。1if语句语句 例例3-4 计算分段函数的值计算分段函数的值Y=程序如
12、下：程序如下：x=input(请输入请输入x的值的值:);if x=A&c=a&c=0&c=9 disp(abs(c)-abs(0);else disp(c);end2switch语句语句 switch语句根据表达式的取值不同，分别执行不语句根据表达式的取值不同，分别执行不同的语句，其语句格式为：同的语句，其语句格式为：switch 表达式表达式 case 表达式表达式1 语句组语句组1 case 表达式表达式2 语句组语句组2 case 表达式表达式m 语句组语句组m otherwise 语句组语句组n end2switch语句语句当表达式的值等于表达式当表达式的值等于表达式1的值时，执行语
13、句的值时，执行语句组组1，当表达式的值等于表达式，当表达式的值等于表达式2的值时，的值时，执行语句组执行语句组2，当表达式的值等于表达，当表达式的值等于表达式式m的值时，执行语句组的值时，执行语句组m，当表达式的值，当表达式的值不等于不等于case所列的表达式的值时，执行语句所列的表达式的值时，执行语句组组n。当任意一个分支的语句执行完后，直。当任意一个分支的语句执行完后，直接执行接执行switch语句的下一句。语句的下一句。2switch语句语句例例3-6 某商场对顾客所购买的商品实行打折某商场对顾客所购买的商品实行打折销售，标准如下销售，标准如下(商品价格用商品价格用price来表示来表示
14、)：price200 没有折扣没有折扣 200price500 3%折扣折扣 500price1000 5%折扣折扣 1000price2500 8%折扣折扣 2500price 0)sum mean=sum/cntend3break语句和语句和continue语句语句 与循环结构相关的语句还有与循环结构相关的语句还有break语句和语句和continue语句。它们一般与语句。它们一般与if语句配合使用。语句配合使用。break语句用于终止循环的执行。当在循环体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。续
15、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。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，继续下一次过循环体中所有剩下的语句，继续下一次循环。循环。3break语句和语句和continue语句语句例例3-12 求求100，200之间第一个能被之间第一个能被21整除整除的整数。的整数。程序如下：程序如下：for n=100:200if rem(n,21)=0 continueendbreakendn4循环的嵌套循环的嵌套 如果一个循环结构的循环体又包括一个循环结构，就称为如果一个循环结
16、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。循环的嵌套，或称为多重循环结构。for m=1:10s=0;for k=1:m/2 if rem(m,k)=0 s=s+k;end end if m=s disp(m);endend 3.6 函数文件函数文件1、函数文件的基本结构函数文件的基本结构 函数文件由函数文件由function语句引导，其基本结构为：语句引导，其基本结构为：function 输出形参表输出形参表=函数名函数名(输入形参表输入形参表)注释说明部分注释说明部分 函数体语句函数体语句其中以其中以function开头的一行为引导行，表示该开头的一行为引导行，表
17、示该M文件文件是一个函数文件。函数名的命名规则与变量名相是一个函数文件。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。当输出形参多于一个时，则应该数的输出参数。当输出形参多于一个时，则应该用方括号括起来。用方括号括起来。例例3-14 编写函数文件求半径为编写函数文件求半径为r的圆的面积的圆的面积和周长。和周长。函数文件如下：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
18、径圆半径%s 圆面积圆面积%p 圆周长圆周长s=pi*r*r;p=2*pi*r;2、函数调用、函数调用函数调用的一般格式是：函数调用的一般格式是：输出实参表输出实参表=函数名函数名(输入实参表输入实参表)要注意的是，函数调用时各实参出现要注意的是，函数调用时各实参出现的顺序、个数，应与函数定义时形参的顺序、个数，应与函数定义时形参的顺序、个数一致，否则会出错。函的顺序、个数一致，否则会出错。函数调用时，先将实参传递给相应的形数调用时，先将实参传递给相应的形参，从而实现参数传递，然后再执行参，从而实现参数传递，然后再执行函数的功能。函数的功能。例例3-15 利用函数文件，实现直角坐标利用函数文件
19、，实现直角坐标(x,y)与极与极坐标坐标(,)之间的转换。之间的转换。函数文件函数文件tran.m：function rho,theta=tran(x,y)rho=sqrt(x*x+y*y);theta=atan(y/x);调用调用tran.m的命令文件的命令文件main1.m：x=input(Please input x=:);y=input(Please input y=:);rho,the=tran(x,y);rhothe 在在MATLAB中，函数可以嵌套调用，即一个函数中，函数可以嵌套调用，即一个函数可以调用别的函数，甚至调用它自身。一个函数可以调用别的函数，甚至调用它自身。一个函数调
20、用它自身称为函数的递归调用。调用它自身称为函数的递归调用。3、函数调用函数调用 例例3-16 利用函数的递归调用，求利用函数的递归调用，求n！。！。n!本身就是以递归的形式定义的：本身就是以递归的形式定义的：显然，求显然，求n!需要求需要求(n-1)!，这时可采用递归调，这时可采用递归调用。递归调用函数文件用。递归调用函数文件factor.m如下：如下：function f=factor(n)if n=1 f=1;else f=factor(n-1)*n;%递归调用求递归调用求(n-1)!end4、函数参数的可调性函数参数的可调性 在调用函数时，在调用函数时，MATLAB用两个永久用两个永久变
21、量变量nargin和和nargout分别记录调用该分别记录调用该函数时的输入实参和输出实参的个数。函数时的输入实参和输出实参的个数。只要在函数文件中包含这两个变量，只要在函数文件中包含这两个变量，就可以准确地知道该函数文件被调用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，从而决定函时的输入输出参数个数，从而决定函数如何进行处理。数如何进行处理。例例3-17 nargin用法示例。用法示例。函数文件函数文件examp.m：function fout=charray(a,b,c)if nargin=1 fout=a;elseif nargin=2 fout=a+b;elseif narg
22、in=3 fout=(a*b*c)/2;end 命令文件命令文件mydemo.m：x=1:3;y=1;2;3;examp(x)examp(x,y)examp(x,y,3)5、全局变量与局部变量全局变量与局部变量全局变量用全局变量用global命令定义，格式为：命令定义，格式为：global 变量名变量名 例例3-18 全局变量应用示例。全局变量应用示例。先建立函数文件先建立函数文件wadd.m，该函数将输入的参数加，该函数将输入的参数加权相加。权相加。function f=wadd(x,y)global ALPHA BETAf=ALPHA*x+BETA*y;在命令窗口中输入：在命令窗口中输入：
23、global ALPHA BETAALPHA=1;BETA=2;s=wadd(1,2)程序举例程序举例例例3-19 猜数游戏。首先由计算机产生猜数游戏。首先由计算机产生1,100之间的随机整数，然后由用户之间的随机整数，然后由用户猜测所产生的随机数。根据用户猜测猜测所产生的随机数。根据用户猜测的情况给出不同提示，如猜测的数大的情况给出不同提示，如猜测的数大于产生的数，则显示于产生的数，则显示“High”，小于，小于则显示则显示“Low”，等于则显示，等于则显示“You won”，同时退出游戏。用户最多可以，同时退出游戏。用户最多可以猜猜7次。次。程序举例程序举例例例3-20 用筛选法求某自然数
24、范围内的全部素用筛选法求某自然数范围内的全部素数。数。素数是大于素数是大于1，且除了，且除了1和它本身以外，不和它本身以外，不能被其他任何整数所整除的整数。用筛选能被其他任何整数所整除的整数。用筛选法求素数的基本思想是：要找出法求素数的基本思想是：要找出2m之间的之间的全部素数，首先在全部素数，首先在2m中划去中划去2的倍数的倍数(不包不包括括2)，然后划去，然后划去3的倍数的倍数(不包括不包括3)，由于，由于4已被划去，再找已被划去，再找5的倍数的倍数(不包括不包括5)，直到再划去不超过的数的倍数，剩下的数直到再划去不超过的数的倍数，剩下的数都是素数。都是素数。程序调试程序调试程序调试概述程
25、序调试概述一般来说，应用程序的错误有两类，一般来说，应用程序的错误有两类，一类是一类是语法错误，另一类是运行时的错误语法错误，另一类是运行时的错误。语法。语法错误包括词法或文法的错误，例如函数名错误包括词法或文法的错误，例如函数名的拼写错、表达式书写错等。的拼写错、表达式书写错等。程序运行时的错误是指程序的运行结果有错程序运行时的错误是指程序的运行结果有错误，这类错误也称为程序逻辑错误。误，这类错误也称为程序逻辑错误。MATLAB调试菜单（调试菜单（Debug）1控制单步运行控制单步运行该菜单项命令共有该菜单项命令共有5个，在程序运行之前，仅有个，在程序运行之前，仅有Save and Run命
26、令是激活的。只有当程序中设置了断点，且程序停命令是激活的。只有当程序中设置了断点，且程序停止在第一个断点时处时其他菜单命令才被激活，这些菜单止在第一个断点时处时其他菜单命令才被激活，这些菜单命令有：命令有：（1）Step：单步运行（不进入函数）：单步运行（不进入函数）（2）Step In：单步运行（进入函数）：单步运行（进入函数）（3）Step Out：停止单步运行：停止单步运行（4）Save and Run：存储文件并开始运行：存储文件并开始运行（5）Go Until Cursor：直接运行到光标所在位置：直接运行到光标所在位置MATLAB调试菜单（调试菜单（Debug）2Breakpoints菜单项菜单项该菜单项共有该菜单项共有6个菜单命令，前两个是用于在个菜单命令，前两个是用于在程序中设置和清除断点的，后程序中设置和清除断点的，后4个是设置停个是设置停止条件的，用于临时停止止条件的，用于临时停止M文件的执行，并文件的执行，并给用户一个检查局部变量的机会，相当于给用户一个检查局部变量的机会，相当于在在M文件指定的行号前加入了一个文件指定的行号前加入了一个keyboard命令。命令。n谢谢 谢！谢！