《MATLAB程序设计》PPT课件.ppt

第3章 MATLAB程序设计 3.1 M文件 3.2 程序控制结构 3.3 函数文件 3.4 程序举例 3.5 程序调试,3.1 M文件 3.1.1 M文件概述 用MATLAB语言编写的程序，称为M文件。M文件可以根据调用方式的不同分为两类命令文件Script File和函数文件Function File。,例3-1 分别建立命令文件和函数文件，将华氏温度f转换为摄氏温度c。 程序1 命令文件、脚本式文件 首先建立命令文件并以文件名f2c.m存盘。 clear; 清除工作空间中的变量 f Fahrenheit temperature; c5*f-32/9 然后在MATLAB的命令窗口中输入f2c，将会执行该命令文件，执行情况为 Fahrenheit temperature73 c 22.7778,程序2(函数式文件) 首先建立函数文件f2c.m。 function cf2cf c5*f-32/9 然后在MATLAB的命令窗口调用该函数文件。 clear; y Fahrenheit temperature; xf2cy 输出情况为 Fahrenheit temperature70 c 21.1111 x 21.1111,3.1.2 M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。 1建立新的M文件 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打开已有的M文件 1 菜单操作。从MATLAB主窗口的File菜单中选择Open命令，则屏幕出现Open对话框，在Open对话框中选中所需打开的M文件。在文档窗口可以对打开的M文件进行编辑修改，编辑完成后，将M文件存盘。 2 命令操作。在MATLAB命令窗口输入命令edit 文件名，则打开指定的M文件。 3 命令按钮操作。单击MATLAB主窗口工具栏上的Open File命令按钮，再从弹出的对话框中选择所需打开的M文件。,3.2 程序控制结构 3.2.1 顺序结构 1数据的输入 从键盘输入数据，则可以使用函数来进行，该函数的调用格式为 A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 xmWhats your name,s;,2数据的输出 MATLAB提供的命令窗口输出函数主要有disp函数，其调用格式为 disp输出项 其中输出项既可以为字符串，也可以为矩阵。,例3-2 输入x,y的值，并将它们的值互换后输出。 程序如下 x x please.; y y please.; zx; xy; yz; dispx; dispy;,例3-3 求一元二次方程ax2 bxc0的根。 程序如下 aa; bb; cc; db*b-4*a*c; x-bsqrtd/2*a,-b-sqrtd/2*a; dispx1,num2strx1x2,num2strx2;,将数值型转化为字符型,3程序的暂停 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CtrlC命令。,3.2.2 选择结构 1if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 双分支if语句 if 条件 语句组1 else 语句组2 end 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3-4 计算分段函数的值。 程序如下 x请输入x的值; if x0 y xsqrtpi/exp2; else ylogxsqrt1x*x/2; end Y,3 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3-5 输入一个字符，若为大写字母，则输出其对应的小写字母；若为小写字母，则输出其对应的大写字母；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请输入一个字符,s; if cA end,2switch语句 switch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 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n end,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。,例3-6 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 price200 没有折扣 200price500 3折扣 500price1000 5折扣 1000price2500 8折扣 2500price5000 10折扣 5000price 14折扣 输入所售商品的价格，求其实际销售价格。,程序如下 price请输入商品价格; switch fixprice/100 case 0,1 价格小于200 rate0; case 2,3,4 价格大于等于200但小于500 rate3/100; case num2cell59 价格大于等于500但小于1000 rate5/100; case num2cell1024 价格大于等于1000但小于2500 rate8/100; case num2cell2549 价格大于等于2500但小于5000 rate10/100; otherwise 价格大于等于5000 rate14/100; end priceprice*1-rate 输出商品实际销售价格,3try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3-7 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。 程序如下 A1,2,3;4,5,6; B7,8,9;10,11,12; try CA*B; catch CA.*B; end C lasterr 显示出错原因,3.2.3 循环结构 1for语句 for语句的格式为 for 循环变量表达式1表达式2表达式3 循环体语句 end 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3-8 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 m100999 m1fixm/100; 求m的百位数字 m2remfixm/10,10; 求m的十位数字 m3remm,10; 求m的个位数字 if mm1*m1*m1m2*m2*m2m3*m3*m3 dispm end end,例3-9 已知 ，当n100时，求y的值。 程序如下 y0; n100; for i1n yy1/2*i-1; end y,在实际MATLAB编程中，采用循环语句会降低其执行速度，所以前面的程序通常由下面的程序来代替 n100; i122*n-1; ysum1./i; y,for语句更一般的格式为 for 循环变量矩阵表达式 循环体语句 end 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。,例3-10 写出下列程序的执行结果。 s0; a12,13,14;15,16,17;18,19,20;21,22,23; for ka ssk; end disps;,2while语句 while语句的一般格式为 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。,例3-11 从键盘输入若干个数，当输入0时结束输入，求这些数的平均值和它们之和。 程序如下 sum0; cnt0; valEnter a number end in 0; while val0 sumsumval; cntcnt1; valEnter a number end in 0; end if cnt 0 sum meansum/cnt end,3break语句、continue语句和return语句 continue命令也常与for或while命令一起使用，作用是结束本次循环，即跳过循环体中下面尚未执行的命令，接着进行下一次是否执行循环的判断。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。 break命令经常与for和while等语句一起使用，其作用是跳出最内层循环。使用break命令可以不必等到循环的自然结束，而是根据条件，退出循环。 return命令能使当前正在运行的函数正常退出，并返回调用它的函数，继续运行。,例3-12 求100，200之间第一个能被21整除的整数。 程序如下 for n100200 if remn,210 continue end break end n,4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，就称为循环的嵌套，或称为多重循环结构。 例3-13 若一个数等于它的各个真因子之和，则称该数为完数，如6123，所以6是完数。求1,500之间的全部完数。 for m1500 s0; for k1m/2 if remm,k0 ssk; end end if ms dispm; end end,3.3 函数文件 3.3.1 函数文件的基本结构 函数文件由function语句引导，其基本结构为 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 其中以function开头的一行为引导行，表示该M文件是一个函数文件。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。,例3-14 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,pfcircler CIRCLE calculate the area and perimeter of a circle of radii r r 圆半径 s 圆面积 p 圆周长 2004年7月30日编 spi*r*r; p2*pi*r;,3.3.2 函数调用 函数调用的一般格式是 输出实参表函数名输入实参表 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、个数一致，否则会出错。函数调用时，先将实参传递给相应的形参，从而实现参数传递，然后再执行函数的功能。 注意当存储的函数文件名与函数名不一致时，调用时以函数文件名为准。,例3-15 利用函数文件，实现直角坐标x,y与极坐标,之间的转换。 函数文件tran.m function rho,thetatranx,y rhosqrtx*xy*y; thetaatany/x; 调用tran.m的命令文件main1.m xPlease x; yPlease y; rho,thetranx,y; rho the 在MATLAB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。一个函数调用它自身称为函数的递归调用。,例3-16 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 显然，求n需要求n-1，这时可采用递归调用。递归调用函数文件factor.m如下 function ffactorn if n1 f1; else ffactorn-1*n; 递归调用求n-1 end,3.3.3 函数参数的可调性 在调用函数时，MATLAB用两个永久变量nargin和nargout分别记录调用该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，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，从而决定函数如何进行处理。,例3-17 nargin用法示例。 函数文件examp.m function foutcharraya,b,c if nargin1 fouta; elseif nargin2 foutab; elseif nargin3 fouta*b*c/2; end 命令文件mydemo.m x13; y1;2;3; exampx exampx,y exampx,y,3,3.3.4 全局变量与局部变量 函数文件中的变量是局部的，与其他函数文件及工作间相互隔离，即在一个函数文件中定义的变量不能被另一个函数文件引用。全局变量的作用域是整个工作间，所有函数都可以对它进行存储和修改。 全局变量用global命令定义，格式为 global 变量名 例3-18 全局变量应用示例。 先建立函数文件wadd.m，该函数将输入的参数加权相加。 function fwaddx,y global ALPHA BETA fALPHA*xBETA*y; 在命令窗口中输入 global ALPHA BETA ALPHA1; BETA2; swadd1,2,定义全局变量是函 数间传递信息的一种手段,3.4 程序举例 例3-19 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，如猜测的数大于产生的数，则显示“High”，小于则显示“Low”，等于则显示“You won”，同时退出游戏。用户最多可以猜7次。,例3-20 用筛选法求某自然数范围内的全部素数。 素数是大于1，且除了1和它本身以外，不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2m之间的全部素数，首先在2m中划去2的倍数不包括2，然后划去3的倍数不包括3，由于4已被划去，再找5的倍数 不包括5直到再划去不超过的数的倍数，剩下的数都是素数。,例3-21 设 ，求 。 求函数fx在a,b上的定积分，其几何意义就是求曲线yfx与直线xa，xb，y0所围成的曲边梯形的面积。为了求得曲边梯形面积，先将积分区间a,b分成n等分，每个区间的宽度为hb-a/n，对应地将曲边梯形分成n等分，每个小部分即是一个小曲边梯形。近似求出每个小曲边梯形面积，然后将n个小曲边梯形的面积加起来，就得到总面积，即定积分的近似值。近似地求每个小曲边梯形的面积，常用的方法有矩形法、梯形法以及辛普生法等。,例3-22 Fibonacci数列定义如下 f11 f21 fnfn-1fn-2 n2 求Fibonacci数列的第20项。 例3-23 根据矩阵指数的幂级数展开式求矩阵指数。,例3-24 求解鸡兔同笼问题，鸡与兔共100只，鸡数被2除的商与兔数被4除的商之和为36，求鸡和兔各由多少只 程序如下 i1 while 1 if rem100-2*i,40 end ii1 end disp鸡的数目,num2str2*i disp兔的数目,num2str100-2*i,3.5 程序调试 3.5.1 程序调试概述 一般来说，应用程序的错误有两类，一类是语法错误，另一类是运行时的错误。语法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。 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。,3.5.2 调试器 1Debug菜单项 该菜单项用于程序调试，需要与Breakpoints菜单项配合使用。 2Breakpoints菜单项 该菜单项共有6个菜单命令，前两个是用于在程序中设置和清除断点的，后4个是设置停止条件的，用于临时停止M文件的执行，并给用户一个检查局部变量的机会，相当于在M文件指定的行号前加入了一个keyboard命令。,3.5.3 调试命令 除了采用调试器调试程序外，MATLAB还提供了一些命令用于程序调试。命令的功能和调试器菜单命令类似，具体使用方法请读者查询MATLAB帮助文档。,第4章 MATLAB文件操作 4.1 文件的打开与关闭 4.2 文件的读写操作 4.3 数据文件定位,二进制文件与文本文件的区别 一般地 1文本文件 TXT ,.DOC ,.RTF ,.PDT ,.WPS, .PWI ,DOT 2二进制文件 2. 文本模式textmode和二进制模式binarymode有什么区别 流可以分为两种类型文本流和二进制流。文本流是解释性的;二进制流是非解释性的，一次处理一个字符，并且不转换字符。 上述基础其实大可以略过，简言之，对用户来说在 matlab 中存储成为二进制还是文本文件取决于的方式，如果用wt，则存储为文本文件，这样用记事本打开就可以正常显示了；如果用w则存储为二进制文件，这样用记事本打开会出现小黑方块，要正常显示的话，可以用写字板或UltraEdit等工具打开。,4.1 文件的打开与关闭 4.1.1 文件的打开 函数的调用格式为 fid 文件名，打开方式 其中文件名用字符串形式(单引号)。 常见的打开方式有 r对打开的文件读数据(已存在) r对打开的文件既可以读数据。又可以写数据(已存在) w对打开的文件写数据， a在打开的文件末尾添加数据。 类似有r,a打开方式。 fid用于存储文件句柄值，句柄值用来标识该数据文件，其他函数可以利用它对该数据文件进行操作。,文件数据格式有两种形式，一是二进制文件，二是文本文件。在打开文件时需要进一步指定文件格式类型，即指定是二进制文件还是文本文件。 如 rt以只读方式打开文本格式文件(t表示文本格式) rb打开可读写的二进制文件(b表示二进制文件) 注函数默认的是二进制文件。,4.1.2 文件的关闭 文件在进行完读、写等操作后，应及时关闭。关闭文件用fclose函数，调用格式为 stafclosefid 该函数关闭fid所表示的文件。sta表示关闭文件操作的返回代码，若关闭成功，返回0，否则返回1。,4.2 文件的读写操作 4.2.1 二进制文件的读写操作 1读二进制文件 fread 函数可以读取二进制文件的数据，并将数据存入矩阵。其调用格式为 A,COUNTfreadfid,size, precision 其中A用于存放读取的数据，COUNT返回所读取的数据元素个数，fid为文件句柄，size为可选项，若不选用则读取整个文件内容，若选用则它的值可以是下列值,1 N表示读取 N个元素到一个列向量。 2 Inf表示读取整个文件。 3 M,N表示读数据到MN的矩阵中，数据按列存放。 precision代表读写数据的类型(P93,表41),2写二进制文件 fwrite 函数按照指定的数据类型将矩阵中的元素写入到文件中。其调用格式为 COUNTfwrite fid, A, precision 其中COUNT返回所写的数据元素个数，fid为文件句柄，A用来存放写入文件的数据，precision用于控制所写数据的类型，其形式与fread函数相同。,例4-1 建立一数据文件magic5.dat，用于存放5阶魔方阵。 程序如下 fidmagic5.dat,w; cntfwritefid,magic5,int32; fclosefid; fidmagic5.dat,r; B,cntfreadfid,5,inf,int32 fclosefid,4.2.2 文本文件的读写操作 1读文本文件 fscanf 函数的调用格式为 A,COUNT fscanf fid, at, size 其中A用以存放读取的数据，COUNT返回所读取的数据元素个数。fid为文件句柄。at用以控制读取的数据格式，由加上格式符组成，常见的格式符有d，f，c，s。 size为可选项，决定矩阵A中数据的排列形式。,2写文本文件 fprintf 函数的调用格式为 COUNT fprintffid, at, A 其中A存放要写入文件的数据。先按at指定的格式将数据矩阵A格式化，然后写入到fid所指定的文件。格式符与fscanf函数相同。,例4-2文本文件的读写操作. x00.11; yx;expx; fidexp.txt,w; fprintffid,6.2f 12.8fn,y; 6.2f -控制x的值占6位,小数占2位; fclosefid 文本文件可以直接用type显示其内容 Type exp.txt,4.3 数据文件定位 MATLAB提供了与文件定位操作有关的函数fseek和ftell。fseek函数用于定位文件位置指针，其调用格式为 statusfseekfid, offset, origin 其中fid为文件句柄，offset表示位置指针相对移动的字节数，origin表示位置指针移动的参照位置。取值为 cof文件的当前位置； bof文件的开始位置； eof文件的结束位置。 若定位成功，status返回值为0，否则返回值为1。,ftell函数返回文件指针的当前位置，其调用格式为 positionftell fid 返回值为从文件开始到指针当前位置的字节数。若返回值为1表示获取文件当前位置失败。,例4-3 下列程序执行后,变量four、position和three的值是多少 a15; fidfdat.bin,w; fwritefid,a,int16; statusfclosefid; fidfdat.bin,r; statusfseekfid,6,bof; fourfreadfid,1,int16; positionftellfid; statusfseekfid,-4,cof; threefreadfid,1,int16; statusfclsefid;,补充海量数据的导入导出技巧,load 和 save 命令 M loadsample_file.txt 加载文件sample_file.txt 到矩阵M save sample_file_plus5 M 将M保存到文件sample_file_plus5 中； save sample_file_plus5.txt M -ascii 将M保存到文本文件sample_file_plus5.txt,Importdata 读有题头、文本和数据的文件 D importdatasample_file2.txt, D importdatasample_file2.txt Textread 和 strread 读文本或数值文件 c1 c2 c3 c4 textreadsample_file2.txt, s s s f ,headerlines,2 c2 c3 c4 textreadsample_file2.txt,s d d f,headerlines,3 Xlsread 用来读取Excel的数值和文本文件,三. 具体例子分析 纯数据(列数相同) 0 3866.162 2198.938 141.140 1 3741.139 2208.475 141.252 2 3866.200 2198.936 141.156 3 3678.048 2199.191 141.230 4 3685.453 2213.726 141.261 5 3728.769 2212.433 141.277 6 3738.785 2214.381 141.256 7 3728.759 2214.261 141.228 8 3748.886 2214.299 141.243 9 3748.935 2212.417 141.253 10 3733.612 2226.653 141.236 11 3733.583 2229.248 141.223 12 3729.229 2229.118 141.186 解答对于这个txt文件，由于各行列数相同，故简单地使用load, importdata均可。,2.字段名(中、英文字段均可)数据 CH0 CH1 CH2 CH3 0.000123 0.000325 0.000378 0.000598 0.000986 0.000256 0.000245 0.000698 解答由于是记录的形式，因此各行列数必相同(缺少部分列时请自行在文件中补上 Inf 或 NaN)，故直接使用 importdata 便可。,3.注释(含有独立的数字串)数据(列数相同) 问题这个文件有4列,但前3行是文字说明,4列数字是从第4行开始的.现在我想把这个文件的前2列和文字说明提出来组成一个新的dat文件 源文件 Group 2 12.02.2006 Limei Samples of datas 50000 CH0 CH1 CH2 CH3 0.000123 0.000325 0.000378 0.000598 0.000986 0.000256 0.000245 0.000698 解答由于注释中含有独立的数字串，且注释部分没有明显的格式，这时候用importdata, load等高级命令直接读取会失败，用 textread, dlmwrite 等格式化命令也不太合适，因此只能使用低级命令进行读取。(当然了，可以跳过注释部分直接用高级命令读取数据，即a b c d textreadfilename,f f f f,headerlines,4; )。,4. 注释(不含独立的数字串)数据(列数相同) 你好 abc 欢迎来到振动论坛 1 11 111 1111 2 22 222 2222 3 33 333 3333 4 44 444 4444 5 55 555 5555 解答直接用 importdata 便可,5. 注释与数据混排 CODE 1 11 111 1111 你好 2 22 222 2222 欢迎来到 3 33 333 3333 振动论坛 4 44 444 4444 5 55 555 5555 解答如果要求不高，也可以使用 textread 函数跳过注释部分进行读取,6.各列数据的分离 0 47038.7 1.05 092607 C 2 46477.7 1.03 092838 C 4 44865.7 1.04 092848 C 6 41786.4 1.03 092856 C 8 39896.0 0.97 092903 C 10 37518.4 0.93 092915 C 12 35858.5 0.92 092930 C 14 46105.0 1.03 093021 C 16 46168.6 6.89 093030 C 18 48672.3 4.33 093040 C 20 49565.7 0.49 093048 C 22 49580.7 0.53 093055 C 24 49602.3 0.84 093103 C 26 49582.5 1.51 093111 C 28 49577.0 1.39 093119 C 30 49589.3 0.61 093127 C 32 49578.3 1.06 093129 C 34 49512.5 1.77 093138 C 解答直接用 a,b,c,d,e,ftextreadyourfilename,d c f f s c; 便可,四. 注意事项 1. 请在 matlab 中保持当前路径在该数据文件对应的目录下进行存取，否则，存取时请给出该数据文件的具体路径。 2. 存取时，请给出该数据文件的全称(包括后缀名，读取mat文件时可省略),