第五章MATLAB程序设计.ppt

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1、第五章 MATLAB程序设计u5.1 M文件介绍u5.2 程序控制结构及语句u5.3 变量作用域u5.4 文件操作u5.5 面向对象的程序设计u5.6 程序设计辅助函数u5.7 Matlab编译u5.8 程序调试u5.9 程序设计优化u5.10 应用程序接口5.1 M文件介绍 Matlab的文件类型一般可以分为两种，分别为.mat文件和.m文件。.mat数据文件是matlab以标准二进制格式保存的数据文件，可将工作空间中有用的数据变量保存下来，其生成和调用是由函数save和load完成的。 .m文件起因于用户灵活使用Matlab，充分使用Matlab的科技资源；另外，命令行方式程序可读性差，对

2、于复杂的问题，需要编写成易存储的程序文件，由此产生了.m文件。其编辑可以使用多种编辑器，通常可以把.m文件简称为M文件。5.1.1 M文件的创建与编辑1.建立新的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：在MATLAB命令窗口输入命令edit。(3)命令按钮操作：单击MATLAB命令窗口工具栏上的“新建”命令按钮(4)使用DOS状态的edit编辑器编辑(5)使用windows系统的notbook/记事本进行创建(6)使用word进行创建2.M文件的编辑在使用上述方式创建好M文件后可以通过上面的各类编辑器进行编辑，之后将M文件进行保

3、存。文件保存的目录一般默认为用户当前设置的工作目录注意：所创建编辑的m文件必须纳入matlab搜索路 径后，才能在matlab命令窗口运行。5.1.2 M文件的分类 m文件的语法类似于c语言，但又有其自身特点。它只是一个简单的ASCII码文本文件，执行程序时逐行解释运行程序，matlab是解释性的编程语言。 m文件有两类独立的m文件 称命令文件 可调用m文件 称函数文件(1). 命令文件 简单的m文件 命令文件实际上是一串指令的集合，与在命令窗口逐行执行文件中的所有指令，其结果是一样的。没有输入输出参数。 命令式M 文件在运行过程中可以调用MATLAB 工作域内所有的数据，而且，所产生的所有变

4、量均为全局变量，直到用户执行clear命令清除。 另外需注意的是： 标点符号要运用恰当； 注意程序的书写风格，保持程序的可读性；(2).matlab内置函数文件 matlab自定义的函数文件称内置函数文件 调用内置函数的方法：使用函数名并给出相应的入口、 出口参数即可。 例如：sin.m函数用type sin查不到。 调用格式：y=sin(2*x) 实际应用中： x=0:2*pi/180:2*pi; y=sin(2*x) plot(x,y) 又如 sqrt(x) 求x的平方根 abs(x) 求x的绝对值 det(a) 求行列式的值 等等。matlab拥有大量的内置数学函数，供我们在数值 运算和

5、符号运算中调用。(3). 函数m文件 需要输入变量，返回输出变量 matlab用户可以根据需要编辑自己的m文件，它们可以像库函数一样方便的调用，从而极大地扩展了matlab 的能力。 对于某一类特殊问题，如创建了许多m函数文件，则可形成新的工具箱。 这种用matlab语言创建定义新的matlab函数的功能，正体现了matlab语言强大的扩展功能。函数m文件的格式： function 返回变量=函数名（输入变量） 注释说明语句段 程序语句段特定规则： 函数m文件第一行必须以单词function作为引导词，必 须遵循如下形式： function =() m文件的文件名必须是 .m。 程序中的变量均

6、为局部变量，不保存在工作空间中。 其变量只在函数运行期间有效。 函数被调用时按 函数名(输入变量)格式执行 函数执行完后，只保留返回结果，不保留中间过程例如：function CustomVar01 = SimpleFunction(a,b)%SimpleFunction用于显示两个数进行四则运算后的结果%使用help语句时应该能将此句注释显示出来，而使用%lookfor语句时应不能显示c = a + b;%对参数a,b进行加运算d = a - b;%对参数a,b进行减运算e = a * b;%对参数a,b进行乘运算f = a / (b + eps);%对参数a,b进行除运算CustomVar

7、01 = c,d,e,f;%将四项基本运算的结果放到一向量中去并显示； 调用此函数，则有SimpleFunction(2,3)ans = 5.0000 -1.0000 6.0000 0.6667 使用help语句获得帮助help SimpleFunction SimpleFunction用于显示两个数进行四则运算后的结果 使用help语句时应该能将此句注释显示出来，而使用 lookfor语句时应不能显示 使用lookfor语句查询关键字lookfor 四则运算SimpleFunction.m: %SimpleFunction用于显示两个数进行四则运算后的结果注：为了利用MATLAB的关键字搜索

8、功能，应该在M文件的第一行注释中，尽可能多的包含函数的特征信息。(4). 系统文件s函数 用于描述系统运动的专用函数，是特殊的 m 文件。 s 函数有3类： 由simulink结构图自动创建 可用c语言程序设计mex文件直接定义 用函数m文件编写 s函数一旦创建，即可在框图中使用，也可在文件中调用。 s函数的调用格式 sys, x0=sfunction( t, x, u, flag) 其中 sys 系统状态 x0 状态初值 sfunction 用户定义的系统 t 当前时刻 x 当前状态值 u 当前输入值 flag 标志量s函数与函数m文件类似，只是输入输出变量是限定的。例5.1.2-1 建立一

9、个命令文件将变量a,b的值互换，然后运行该命令文件。 首先建立命令文件并以文件名exch.m存盘： clear; a=1:10; b=11,12,13,14;15,16,17,18; c=a;a=b;b=c; a b 然后在MATLAB的命令窗口中输入exch，将会执行该命令文件。例5.1.2-2 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。 首先建立函数文件fexch.m： function a,b=fexch(a,b) c=a;a=b;b=c; 然后在MATLAB的命令窗口调用该函数文件： clear; x=1:10; y=11,12,13,14;15,16,17,

10、18; x,y=fexch(x,y)5.2 程序控制结构及语句 matlab语言的程序结构与其它高级语言是一致的，分为顺序结构，分支结构，循环结构。(1).顺序结构 依次顺序执行程序的各条语句(2).分支结构 根据一定条件来执行的各条语句。 有些资料中也称其 为选择结构， 主要是因为其语句往往是一些选择 判断性的语句。 (3).循环结构 被重复执行的一组语句，循环是计 算机解决问题的主要手段。5.2.1 常见程序控制流语句input函数 调用格式为： 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

11、入一个字符串。例如，想输入一个人的姓名，可采用命令： xm=input(Whats your name?nHow are you?nHow old are you?,s)disp函数 调用格式为 disp(输出项) 其中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5.2.1-1 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; e=sqrt(d); x=(-b+e)/(2*a),(-b-e

12、)/(2*a); disp(x1=,num2str(x(1),x2=,num2str(x(2);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。 pause暂停程序，等待回应； pause(n)等待n秒后继续执行； pause on 显示并执行pause命令； pause off 显示但不执行pause命令keyboard 与input类似，功能更强 keyboard 调用键盘与调用m文件一样，当keyboard在m文件中出现时，它停止文件的执行并控制键盘

13、，用于修改程序,重新返回原m文件时使用return语句。break 中断 break 中断for, while循环语句的执行，在嵌套循环结构中， break进从最里层循环推出。menu 产生一个拥护可选择输入的菜单 格式：k=menu( 标题,菜单1,菜单2,菜单3) echo 指令 用来控制m文件在执行过程中是否显示 echo on 打开所有命令文件的显示方式 echo off 关闭所有命令文件的显示方式 echo 在以上两者间切换 echo对于命令文件函数文件有所不同，命令文件用法简单，函数对所有命令起作用；函数文件用法较复杂，具体请help查询。 echo file on 打开file函

14、数文件的显示方式 echo file off 关闭file函数文件的显示方式 echo file 切换file函数文件的显示方式 echo on all 打开所有函数文件的显示方式 echo off all 关闭所有函数文件的显示方式5.2.2 分支结构5.2.2.1 if语句 在MATLAB中，if语句有3种格式。 1.单分支if语句 语句格式为： 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.双分支if语句 语句格式为： if 条件 语句组1 else 语句组2 end 当条件成立时，执行语句

15、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。条件语句组语句组1语句组2是否 例5.2.2.1-1 计算分段函数值。 程序如下： 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 y3.多分支if语句语句格式为：if 条件1 语句组1 elseif 条件2 语句组2 elseif 条件n 语句组n else 语句组n+1end条件1语句组1条件2是语句组2是否条件n语句组n语句组n+1否否是例5.2.2.1-2输入一个字符，若为大写字母，则输出其后继字符，若

16、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。 程序如下： c=input(请输入一个字符,s); if c=A & c=a& c=0& c A=1:9;B=2:10; C=A*B? Error using = *Inner matrix dimensions must agree.执行错误 发生在程序运行过程中，出现溢出或死循环等引起，错误与程序有关，较难发现。a=1;while (a=1) a=1end错误检测语法错误会给出相应的信息，容易检查定位；将程序执行的中间结果输出到命令窗口，以方便检查；使用keyboard函数中断程序，进入调试状态，实现交互式调试；将函数头注释掉，从而函数变为脚本文件调试；使用调试菜单或调试函数。调试函数dbstop in M文件名 at 行号 用来在M文件中设置断点；函数dbstatus用来显示断点信息；函数dbtype显示M文件文本(包括行号)；函数dbstep从断点处继续执行M文件；函数dbstack显示M文件执行时调用的堆栈等；函数dbup/dbdown可以实现工作空间的切换；5.9 程序设计优化以矩阵为操