Matlab程序设计基础第四讲-MATLAB程序设计课件.ppt

1、MATLAB程序设计基础v程序设计vM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。v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。v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

2、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；v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?help fibfun FIBFUN for calculating fibonacci numb

3、ers.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。控制语句v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

4、时采用锯齿结构以增加可读性；v例：求 mysum=0;for i=1:1:100 mysum=mysum+i;end;mysum 求取s1的值ii在s1和s2之间？循环体语句组i+s3-i是否结束循环1001iiv 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,xv while循环 while 逻辑变量 循环体语句组 en

5、d例（见前例）：mysum=0;i=1;while(i10000),break;end mysum=mysum+m;end m,mysum 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是否例：多项式加例：多项式加 p1=1 5 4;p2=1 6 11 6;n1=length(p1);n2=length(p2);if n1firstlevel num1=num1+1;elseif list(i)secondlevel num2=num2+1;else num3=num3+1;endend?global firstlevel secondlevel?fi

6、rstlevel=85;?secondlevel=75;?a,b,c=test3(90,89,60,79,89,60,99,98,100)a=1b=2c=0子函数与局部函数v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;v放置于目录private下

7、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。vMATLAB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。程序设计的辅助函数v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。v容错函数 error(错误

8、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)&ischar(b)flag=1;else error(Input must be a string!);endif flag c=strcat(a,b);endv时间控制函数 日期表达形式：dd-mmm-yyyy mm/dd/yy mm/dd 12-Oct-2019 10/12/03 10/12 时间表达形式：HH:MM:SS HH:MM:SS PM v cputime的调用：t=cputime;程序段；t=

9、cputime-t;显示该程序段运行所占用的CPU时间。v 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。vetime（time2，time1）计算两时刻的时间差。程序设计优化v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=0.0100v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5

10、10000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);endendtocTest1.mticfor i=1:5 for j=1:10000 H(i,j)=1/(i+j-1);endendtoc?test1elapsed_time=0.2970?test2elapsed_time=0.6100v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

11、 j=1:10000 H(i,j)=1/(i+j-1);endendtocticH=zeros(5,10000);for i=1:5 H(i,:)=1./i:i+9999;endtoc?test1elapsed_time=0.2970?test2elapsed_time=0.0310 对于二重循环，还可以使用meshgrid函数来构造。v优先考虑内在函数v采用有效算法v采用Mex技术?tic,i,j=meshgrid(1:5,1:10000);H=1./(i+j-1);tocelapsed_time=0.0150面向对象的程序设计v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

12、，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。v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);endv类的显示 在

13、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

14、,x,int2str(d);elseif d=1,s=s x;end end d=d-1;endendv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；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=po

15、lynom(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.)end875.135)(74)

16、(23423xxxxsQxxsP?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文件格式与读写vMatlab的文件 MDL文件simulin

17、k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。v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。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。v变量装载命令 load 文件名 或 lo

18、ad（文件名）从mat文件中将变量数据装载入工作空间。vASCII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。v文件操作函数v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。有格式写文件 fprintf(文件句柄,输出格式

19、,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。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)例：文本文件显示。function fileprint(fname)if nargin=1 f_id=eval(fopen(fn

20、ame,.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);?fileprint(fileprint)1:function fileprint(fname)2:if nargin=1 3:f_id=eval(fopen(fname,.m,r);4:else 5:fname,f

21、path=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);程序调试v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。v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

22、=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。v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。v调试函数dbstop in at 用来在M文件中设置断点；函数dbstatu

23、s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；?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

24、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?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 bytesK?dbupIn base workspace.K?dbquit?