MATLAB程序设计基础课件.ppt

MATLAB程序设计基础,程序设计,MATLAB程序设计基础程序设计,M文件 两种形式：命令形式（Script） 函数形式（Function） 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，所产生的所有变量均为全局变量，直到用户执行clear命令清除；函数式文件中所有变量除特殊声明，均为局部变量。,M文件,命令式M文件 提示： 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； 要以m为文件扩展名，在低版本的matlab中，文件名要符合8.3格式。,命令式M文件,函数式M文件 function 返回变量列表=函数名(输入变量列表) 注释说明语句段 函数体 提示：第一行为function语句； function后定义函数名和输入输出参数，函数被调用时按此格式执行；文件名必须与函数名一一对应；函数执行完后，只保留返回结果，不保留中间过程；,函数式M文件,例：function f=fibfun(n)%FIBFUN for calculating fibonacci numbers.%Incidengtally, the name fibonacci comes from%Filius Bonassi, or son of Bonassus%fibfun.mif n2 f=fibfun(n-1)+fibfun(n-2);else f=1;end,例：,?help fibfun FIBFUN for calculating fibonacci numbers. Incidengtally, the name fibonacci comes from Filius Bonassi, or son of Bonassus fibfun.m?lookfor fibFIBFUN for calculating fibonacci numbers.注：为了利用MATLAB的关键字搜索功能，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。,?help fibfun,控制语句,循环语句 有两种方式：for循环和while循环 for循环 for 循环变量=s1:s3:s2 循环体语句组 end说明： for 语句一定要有end结束标志； 循环语句中要用“；”防止中间结果的输出； 书写时采用锯齿结构以增加可读性；,控制语句循环语句,例：求 mysum=0; for i=1:1:100 mysum=mysum+i; end; mysum,求取s1的值i,i在s1和s2之间？,循环体语句组,i+s3-i,是,否,结束循环,例：求求取s1的值ii在s1和s2之间？循环体语句组i+,for 循环的一般形式 for v=vect statements end vect为任意给定的向量，则循环变量从向量的第一个数值一直循环到最后一个数值。 例1(见前例)： mysum=0; v=1:100; for i=v;mysum=mysum+i;end mysum,例2：x=; for i=Hello, x=i x; end, x,for 循环的一般形式例2：,while循环 while 逻辑变量 循环体语句组 end例（见前例）： mysum=0;i=1; while (i=100) mysum=mysum+i; i=i+1; end mysum,条件为真？,循环体语句,是,否,结束循环,while循环条件为真？循环体语句是否结束,条件转移结构 if 逻辑变量 条件语句组 end例： mysum=0; for m=1:1000 if (mysum10000), break; end mysum=mysum+m; end m, mysum,条件转移结构,if 条件式 条件块语句组1 else 条件块语句组2 end,条件语句组,语句组1,语句组2,是,否,if 条件式条件语句组语句组1语句组2是否,例：多项式加 p1=1 5 4; p2=1 6 11 6; n1=length(p1); n2=length(p2); if n1n2,p1=zeros(1,n2-n1) p1; elsep2=zeros(1,n1-n2) p2; end psum=p1+p2 psum = 1 7 16 10,例：多项式加,if 条件式1 条件块语句组1 elseif 条件式2 条件块语句组2 else 条件块语句组n+1 end,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,if 条件式1条件1语句组1条件2是语句组2是否条件n语,分支语句 switch 开关表达式 case 表达式1 语句段1 case 表达式2,表达式3,表达式m 语句段2 otherwise 语句段n end,分支语句,注意：无需像C语言那样在下一个case语句前加break语句；当需要在开关表达式满足若干个表达式之一时，用单元结构来表示； otherwise等价于C语言的default语句；程序的执行结果与case语句的次序无关。,注意：,试探式语句 try 语句段1 catch语句段2 end 首先试探性的执行语句段1，如果在执行过程中出现错误，则将错误信息赋给lasterr变量，并放弃该段语句，转而执行语句段2中的语句。,试探式语句,function c=testtry(a,b) try c=a+b; catch c=strcat(a,b); end,function c=testtry(a,b),人机交互语句,echo语句 echo on 打开命令式文件的回应命令； echo off 关闭回应命令； echo file on 使file文件的命令在执行中被显示； echo file off 关闭file文件的命令执行中的回应； echo on all 显示所有执行文件的执行过程； echo off all 关闭所有执行文件的回应显示；,人机交互语句 echo语句,用户输入提示命令 input 用来提示用户从键盘输入数据、字符串或表达式，并接收输入值。,?r=input(How many apples:)How many apples:2r = 2,?r=input(Whats your name?,s)Whats your name?Gundamr =Gundam,用户输入提示命令?r=input(How many app,yesinput 智能输入命令 answer=yesinput(question,default,possib) question为屏幕提示问题，default为默认值，possib为检验范围。,yesinput 智能输入命令,keyboard 暂停执行程序并等待键盘输入状态，处理完毕后，键入return并回车，程序将继续运行，通常用来对程序调试及在程序中修改变量。 pause 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,中断命令 break 用在循环语句或条件语句中，使得不必等待循环的自然结束。例：鸡兔同笼，头有36，脚共100，求鸡兔各多少？,i=1;while i if rem(100-i*2,4)=0endchicken=irabit=(100-2*i)/4,中断命令 breaki=1;,函数变量,nargin 函数输入变量的个数 例：编制函数test1实现如下功能：如果只提供一个输入变量，则求该输入变量的模，如果有两个输入变量则求它们的和。,function c=test1(a,b)if(nargin=1) c=det(a);elseif (nargin=2) c=a+b;end,函数变量 nargin 函数输入变量的个数function,varargin 可以实现不定数目的输入变量的函数，函数的一切输入变量均存储在单元数组varargin中。与之相对应，输出变量也有相应的函数,如：nargout、varargout等。,varargin,变量作用域,函数内部定义的变量均为局部变量，如果需要使用全局变量，则应当使用命令global定义，并且在任何使用该全局变量的函数中都应加以定义。定义全局变量时，变量之间必须用空格分隔，不能以逗号分隔。,变量作用域函数内部定义的变量均为局部变量，如果需要使用全局变,function num1,num2,num3=test3(varargin)global firstlevel secondlevelnum1=0;num2=0;num3=0;list=zeros(nargin);for i=1:nargin list(i)=sum(varargini(:); list(i)=list(i)/length(varargini); if list(i)firstlevel num1=num1+1; elseif list(i)secondlevel num2=num2+1; else num3=num3+1; endend,?global firstlevel secondlevel?firstlevel=85;?secondlevel=75;?a,b,c=test3(90,89,60,79,89,60,99,98,100)a = 1b = 2c = 0,function num1,num2,num3=test,子函数与局部函数,函数文件中题头定义的函数为主函数，在函数体内定义的其他函数即为子函数。子函数只能为主函数或同一主函数下其他的子函数所调用。function c=test(a,b)%main functionc=test1(a,b)*test2(a,b);function c=test1(a,b)%sub functionc=a+b;function c=test2(a,b)%sub functionc=a-b;,子函数与局部函数函数文件中题头定义的函数为主函数，在函数体内,放置于目录private下的函数称为局部函数，这些函数只有private目录的父目录中的函数才可以调用，其他目录的函数不能调用。局部函数与一般函数文件的编辑相同。MATLAB在调用函数时，首先检测该函数是否为此文件的子函数；如果不是，再检测是否为可用的局部函数；如果仍不是，则检测MATLAB搜索路径中其他的M文件。,放置于目录private下的函数称为局部函数，这些函数只有p,程序设计的辅助函数,执行函数 y1,y2,yn=feval(function,x1,x2,xn) 以函数名为输入变量的函数。 evalin(workspacename,expression) 对指定工作空间workspacename中的变量进行操作，计算表达式expression的值。,程序设计的辅助函数执行函数,容错函数 error(错误信息) 触发函数error时，中断程序的运行，显示错误信息。 warning用法类似， 但不会中断程序。,function c=testerror(a,b)flag=0;if ischar(a)end,容错函数function c=testerror(a,b),时间控制函数 日期表达形式： dd-mmm-yyyy mm/dd/yy mm/dd 12-Oct-2003 10/12/03 10/12 时间表达形式： HH:MM:SS HH:MM:SS PM,时间控制函数,cputime的调用： t=cputime; 程序段； t=cputime-t; 显示该程序段运行所占用的CPU时间。,cputime的调用：,tic、toc的调用方法 tic; 程序段； toc； 显示运行该程序段所需的时间。etime（time2，time1） 计算两时刻的时间差。,tic、toc的调用方法,程序设计优化,以矩阵为操作主体 以向量运算代替循环运算,提倡矩阵操作?tic;x=1;for i=1:1000,y(i)=sin(x);x=x+0.1*pi;end,tocelapsed_time = 0.0500?tic;x=1:0.1*pi:1000*pi;y=sin(x);tocelapsed_time = 0.0100,程序设计优化以矩阵为操作主体,在多重循环的情况下，建议外循环执行循环次数少的，内循环执行循环次数多的。 例：生成510000的Hilbert矩阵，其中 hi,j=1/(i+j-1),Test2.mticfor j=1:10000 for i=1:5 H(i,j)=1/(i+j-1); endendtoc,Test1.mticfor i=1:5 for j=1:10000 H(i,j)=1/(i+j-1); endendtoc,?test1elapsed_time = 0.2970?test2elapsed_time = 0.6100,在多重循环的情况下，建议外循环执行循环次数少的，内循环执行循,大型矩阵预先定维 大型矩阵动态的定维会降低程序运行效率，所以，应预先估计变量的最大维数，用zeros或ones等进行预先定维。,ticH=zeros(5,10000);for i=1:5 for j=1:10000 H(i,j)=1/(i+j-1); endendtoc,ticH=zeros(5,10000);for i=1:5 H(i,:)=1./i:i+9999;endtoc,?test1elapsed_time = 0.2970?test2elapsed_time = 0.0310,大型矩阵预先定维tictic?test1,对于二重循环，还可以使用meshgrid函数来构造。优先考虑内在函数采用有效算法采用Mex技术,?tic,i,j=meshgrid(1:5,1:10000);H=1./(i+j-1);tocelapsed_time = 0.0150,对于二重循环，还可以使用meshgrid函数来构造。,面向对象的程序设计,类和对象的构造 类的概念是结构体的拓展，类中可以包含变量形成员，也可以包含与这些变量相关联的函数或运算。对象是类的一个实例。首先定义一个适当的名字;以这个名字建立一个子目录，目录名为该名称前加符号；编写一个引导函数，函数名与类同名。,面向对象的程序设计类和对象的构造,例：定义一个多项式类如果不给出输入变量，则建立一个空多项式；如果输入变量a为多项式类，则直接把它传送给输出变量p；如果a为向量，则将此向量变换成行向量，再构造一个多项式对象；,function p=polynom(a)if nargin=0 p.c=;p=class(p,polynom);elseif isa(a,polynom), p=a;else p.c=a(:).;p=class(p,polynom);end,例：定义一个多项式类function p=polynom(a,类的显示 在此目录下重新建立display()函数。 函数自动按照多项式显示的格式构造字符串，并显示出来。,function display(p)disp( );disp(inputname(1), = )disp( );disp( char(p);disp( );,function s=char(p)if all(p.c=0) s=0;else d=length(p.c)-1;s=; for a=p.c; if a=0 if isempty(s) if a0, s=s,+; else, s=s,-;a=-a; end end if a=1|d=0, s=s, num2str(a); if d0, s=s,*; end end if d=2, s=s,x,int2str(d); elseif d=1, s=s x; end end d=d-1; endend,类的显示function display(p)functio,各种运算的建立 加法运算：对plus()函数进行重载定义； 减法运算：对minus()函数进行重载定义； 乘法运算：对mtimes()函数进行重载定义； 乘方运算：对mpower()函数进行重载定义；,各种运算的建立,function p=minus(a,b)a=polynom(a);b=polynom(b);k=length(b.c)-length(a.c);p=polynom(zeros(1,k) a.c -zeros(1,-k) b.c);,function p=minus(a,b)a=polynom(a);b=polynom(b);k=length(b.c)-length(a.c);p=polynom(zeros(1,k) a.c -zeros(1,-k) b.c);,function p=mtimes(a,b)a=polynom(a);b=polynom(b);p=polynom(conv(a.c,b.c);,function p=mpower(a,n)if n=0, n=floor(n);a=polynom(a);p=1; if n=1 for i=1:n, p=p*a;end endelse error(Power should be a non-negative integer.)end,function p=minus(a,b)function,?P=polynom(1 4 0 -7) P = x3+4*x2-7 ?Q=polynom(5 3 -1.5 7 8) Q = 5*x4+3*x3-1.5*x2+7*x+8,?P+Qans = -5*x4-2*x3+5.5*x2-7*x-15?P-Qans = -5*x4-2*x3+5.5*x2-7*x-15?P*Qans = 5*x7+23*x6+10.5*x5-34*x4+15*x3+42.5*x2-49*x-56?P3ans = x9+12*x8+48*x7+43*x6-168*x5-336*x4+147*x3+588*x2-343,?P=polynom(1 4 0 -7)?P+Q,文件格式与读写,Matlab的文件 MDL文件simulink生成的模型描述文件； DLL文件由Mex技术生成的matlab可调用函数库； MAT文件matlab格式存储的二进制数据文件 P 文件 M文件变换后的伪代码文件。,文件格式与读写Matlab的文件,变量存储命令 save 文件名 变量列表 文件名为要存储的文件名，如果不给出文件名则默认为matlab.mat；变量列表为要存储的变量，各个变量名间用空格分割，如果不给出变量名列表，则将整个工作空间中所有变量都存入该文件。,变量存储命令,例： save tmp a b c 将a，b，c三个变量存到tmp.mat文件中，默认目录为work目录。 save(temp space,a,b,c) 可以使用任意的合法文件名。,例：,变量装载命令 load 文件名 或 load（文件名） 从mat文件中将变量数据装载入工作空间。ASCII格式的变量存储 save temp.dat /ascii 此时，文件内容为可读的，当变量的精度被降低。,变量装载命令,文件操作函数打开文件 文件句柄=fopen(文件名，打开方式) 如果句柄的值大于0，说明文件打开成功；打开方式：r 只读w 只写a 追加r+ 可读又可写,文件操作函数,关闭文件 fclose(文件句柄) 成功，则返回0；否则返回1。 如果想关闭matlab运行中打开的所有文件，可以用fclose(all)命令。有格式读文件 A=fscanf(文件句柄,输入格式,变量大小N) 从文件中读取N个元素，赋给A。,关闭文件,有格式写文件 fprintf(文件句柄,输出格式,输出变量表) 输出格式控制变量的输出形式，每个描述格式的字符串以引导，如s表示字符格式，d表示整型数格式，23.13g表示双精度浮点格式； 输出变量表中，变量名之间用逗号隔开。,有格式写文件,读入整个一行 str=fgetl(文件句柄) 或 str=fgets(文件句柄) 从文件中读入一整行信息，前者舍弃字符串末尾的回车符号，后者不舍弃。字符串读写 类似于文件读写，把文件句柄替换为字符串变量。 sscanf(字符串变量,输入格式,变量大小) 字符串变量=sprintf(输出格式，输出变量列表),读入整个一行,例：文本文件显示。,function fileprint(fname)if nargin=1 f_id=eval(fopen( fname,.m,r);else fname,fpath=uigetfile(*.m,Please enter a file name); f_id=fopen(fpath,fname,r);endi=0;while feof(f_id)=0 strText=fgetl(f_id); i=i+1; disp(sprintf(%4d:%s,i,strText);endfclose(f_id);,例：function fileprint(fname),?fileprint(fileprint) 1:function fileprint(fname) 2:if nargin=1 3: f_id=eval(fopen( fname,.m,r); 4:else 5: fname,fpath=uigetfile(*.m,Please enter a file name); 6: f_id=fopen(fpath,fname,r); 7:end 8:i=0; 9:while feof(f_id)=0 10: strText=fgetl(f_id); 11: i=i+1; 12: disp(sprintf(%4d:%s,i,strText); 13:end 14:fclose(f_id);,?fileprint(fileprint),程序调试,语法错误 发生在程序代码的解释过程中，一般有函数参数输入类型有误或矩阵运算阶数不符等情况。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 2 ;3 4;?b=1 2 3;4 5 6;7 8 9;?a*b? Error using = *Inner matrix dimensions must agree.,?a =NaN?isnan(a)ans = 1?a=;?isempty(a)ans = 1,尽量避免出现NaN、inf或空矩阵等异常数据，要适当采取方法来控制。,程序调试语法错误?a=1 2 ;3 4;?a =NaN,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。,错误检测,调试函数dbstop in at 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；,调试函数,?dbtype db_test1 function C=db_test(A,B)2 num11,num12=size(A);3 num21,num22=size(B);4 if(num12=num21)5 C=A*B6 else7 if(num11=num22)8 C=B*A;9 else10 error(input error!)11 end12 end13 return,例：function C=db_test(A,B)num11,num12=size(A);num21,num22=size(B);if(num12=num21) C=A*Belse if(num11=num22) C=B*A; else error(input error!) endendreturn,?dbtype db_test例：,?dbstop in db_test at 5?a=1 2;3 4;?b=1 2 3;4 5 6;?db_test(a,b)K?dbstatusBreakpoint for e:MATLABR11workdb_test is on line 5.K?dbstack In e:MATLABR11workdb_test.m at line 5K?whos Name Size Bytes Class A 2x2 32 double array B 2x3 48 double array num11 1x1 8 double array num12 1x1 8 double array num21 1x1 8 double array num22 1x1 8 double arrayGrand total is 14 elements using 112 bytes,K?dbupIn base workspace.K?dbquit?,?dbstop in db_test at 5K?dbup,MATLAB程序设计基础课件,MATLAB程序设计基础课件,