MATLAB程序设计程序设计 杨凯杨凯 2主主 要要 内内 容容——Ｍ文件设计Ｍ文件设计一、一、 预备知识：变量及运算符预备知识：变量及运算符二、二、 M文件介绍文件介绍三、程序控制结构三、程序控制结构四、函数文件四、函数文件五、程序调试五、程序调试 3一、变量及运算符一、变量及运算符1 1 变量变量n1.1 变量的作用范围变量的作用范围n 局部变量：每个局部变量：每个MATLAB函数都有自己的局部变函数都有自己的局部变量局部变量的作用范围仅限于本函数，一旦运量局部变量的作用范围仅限于本函数，一旦运行超过本函数，变量的值将不再保留行超过本函数，变量的值将不再保留n 全局变量：用全局变量：用global关键字进行声明，作用范围关键字进行声明，作用范围整个整个M文件 4【【例例】】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：global ALPHA BETAALPHA=1;BETA=2;s=wadd(1,2) 5将变量设置成全局变量的两种方式：将变量设置成全局变量的两种方式：（（1）将该变量作为函数参数进行传递；）将该变量作为函数参数进行传递；（（2）将该变量声明为全局变量；）将该变量声明为全局变量；推荐：采用函数方式。
推荐：采用函数方式1.2变量的存活期：变量的存活期：Persistent关键词声明：静态变量固定变量关键词声明：静态变量固定变量（（1）只能用在函数中；（）只能用在函数中；（2）其他函数不能获取）其他函数不能获取（（3）函数存在时）函数存在时MATLAB不将它们从内存清除不将它们从内存清除（（4）清除函数或编辑该）清除函数或编辑该M文件，文件，MATLAB清除所清除所有固定变量有固定变量 6n1.3 表达式表达式n 运算符：运算符：（（1）算术运算符：）算术运算符：运算符说明+加-减.*乘./右除.\左除 7n算术运算符算术运算符x=a\b是方程是方程a*x =b的解；的解；x=b/a是方程是方程x*a=b的解^幂.’转置‘复数共轭转置*矩阵相乘/矩阵右除\矩阵左除^矩阵的幂 8n比较运算符比较运算符比较运算符比较两个数的大小比较运算符比较两个数的大小运算符运算符描述描述运算符运算符描述描述<小于小于>=大于或等于大于或等于<=小于或等于小于或等于==等于等于>大于大于~=不等于不等于 9n逻辑运算符逻辑运算符逻辑运算符判断对象或对象之间某种逻辑关系逻辑运算符判断对象或对象之间某种逻辑关系针对数组：针对数组：&——and——与与 |——or——或或~——not——非非举例：举例：A=[0 1 1 0 1]；；B=[1 1 0 0 1];xor——两个数组中相同位置的元素只有一个非两个数组中相同位置的元素只有一个非0时时 返回返回1，否则返回，否则返回0；（异或）；（异或）any()——如果矢量中有一个元素非如果矢量中有一个元素非0，返回，返回1；否；否 则返回则返回0；； 10n举例：举例：C=[0 1 2;0 -3 8;0 5 0];all()：如果矢量中所有元素非：如果矢量中所有元素非0，返回，返回1，否则返回，否则返回0表达式：表达式：&&——符号两端表达式为真，符号两端表达式为真，true||——符号两端表达式有一个为真，符号两端表达式有一个为真，true 1.4运算符的优先级运算符的优先级小括号小括号——转置、幂、复数共轭转置、矩阵的幂转置、幂、复数共轭转置、矩阵的幂——否否——乘除等乘除等——加减加减——冒号操作符冒号操作符——比比较运算符较运算符——AND——OR——&&——||保险：不确定的加括号保证保险：不确定的加括号保证 11n处理字符串表达式处理字符串表达式n eval:处理包含处理包含MATLAB表达式、语句或函数调用表达式、语句或函数调用的字符串的字符串neval(‘string’);n【【例例】】 ：：t=‘1/(m+n-1)’ for m=1:k for n=1:k a(m,n)=eval(t); end end 12二、Ｍ文件介绍二、Ｍ文件介绍n用用MATLAB语言编写的程序，称为语言编写的程序，称为M文件。
文件M文文件可以根据调用方式的不同分为两类：命令文件件可以根据调用方式的不同分为两类：命令文件(Script File)和函数文件和函数文件(Function File)n命令文件：没有输入参数，也不返回输出参数命令文件：没有输入参数，也不返回输出参数n函数文件：可以输入参数，也可返回输出参数函数文件：可以输入参数，也可返回输出参数 13n１．１．M M文件的建立与编辑文件的建立与编辑 M文件是一个文本文件，它可以用任何编辑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程序来建立和编辑，而一般常用且最为方便的是使用使用MATLAB提供的文本编辑器提供的文本编辑器n建立新的建立新的M M文件：文件： （（1）菜单操作）菜单操作File—Open （（2）命令操作）命令操作 edit （（3）命令按钮操作）命令按钮操作n编辑已有的编辑已有的M M文件：文件： 同上同上 14【【例例】】分别建立命令文件和函数文件，将华氏温度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f2c.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f2c，将会执行该，将会执行该命令文件，执行情况为：命令文件，执行情况为：Input Fahrenheit temperature：：73c = 22.7778 15程序程序2：首先建立函数文件：首先建立函数文件f2c.mfunction 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 16三、程序控制结构三、程序控制结构n 1．数据的输入．数据的输入 从键盘输入数据，则可以使用从键盘输入数据，则可以使用input函数来进行，函数来进行，该函数的调用格式为：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，用于提示用户输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。
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，则允许选项，则允许用户输入一个字符串例如，想输入一个人的姓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：名，可采用命令： xm=input('What''s your name?','s'); 172、数据的输出、数据的输出 MATLAB提供的命令窗口输出函数主要有提供的命令窗口输出函数主要有disp函函数，其调用格式为数，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，也可以为矩阵其中输出项既可以为字符串，也可以为矩阵例如例如 A='Hello,MATLAB'; disp(A)输出为：输出为： Hello,MATLAB 18【【例例】】输入输入x,y的值，并将它们的值互换后输出的值，并将它们的值互换后输出 程序如下：程序如下： x=input('Input x please.'); y=input('Input y please.'); z=x; x=y; y=z; disp(x); disp(y); 19【【例例】】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=',num2str(x(1)),',x2=',num2str(x(2))]); 203．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，其调用函数，其调用格式为：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，则将暂停程序，直到用户按任一键后程序继续执行停程序，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若要强行中止程序的运行可使用Ctrl+BREAK命令 214、流程控制、流程控制4.1选择结构选择结构if语句语句 在在MATLAB中，中，if语句有语句有3种格式 (1) 单分支单分支if语句：语句：if 条件条件 语句组语句组 end当条件成立时，则执行语句组，执行完之后继续执当条件成立时，则执行语句组，执行完之后继续执行行if语句的后继语句，若条件不成立，则直接执行语句的后继语句，若条件不成立，则直接执行if语句的后继语句。
语句的后继语句 22 (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，否则执行语句组，否则执行语句组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语句的后继语句的后继语句 23【【例例】】计算分段函数的值计算分段函数的值 程序如下：程序如下：x=input('请输入请输入x的值的值:');if x<=0 y= (x+sqrt(pi))/exp(2);else y=log(x+sqrt(1+x*x))/2;endy 24【【例例】】输入三角形的三条边，求面积输入三角形的三条边，求面积A=input('请输入三角形的三条边：请输入三角形的三条边：'); if A(1)+A(2)>A(3) & A(1)+A(3)>A(2) & A(2)+A(3)>A(1) p=(A(1)+A(2)+A(3))/2; s=sqrt(p*(p-A(1))*(p-A(2))*(p-A(3))); disp(s); else disp('不能构成一个三角形。
不能构成一个三角形') end 25(3) 多分支多分支if语句：语句：if 条件条件1 语句组语句组1 elseif 条件条件2 语句组语句组2 …… elseif 条件条件m 语句组语句组m else 语句组语句组n end语句用于实现多分支选择结构语句用于实现多分支选择结构 26【【例例】】输入一个字符，若为大写字母，则输出其对应的小写输入一个字符，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字字符则输出其对应的数值，若为其他字符则原样输出c=input('请输入一个字符请输入一个字符','s');if c>='A' & c<='Z' disp(setstr(abs(c)+abs('a')-abs('A')));elseif c>='a'& c<='z' disp(setstr(abs(c)- abs('a')+abs('A')));elseif c>='0'& c<='9' disp(abs(c)-abs('0'));else disp(c);end 27nSwitch语句语句根据表达式的值不同，执行不同的语句，其格式为：根据表达式的值不同，执行不同的语句，其格式为： 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 end 28【【例例】】 根据变量根据变量 num 的值来决定显示的内容。
的值来决定显示的内容n num=input('请输入一个数请输入一个数');n switch numn case -1n disp('I am a teacher.');n case 0n disp('I am a student.');n case 1n disp('You are a teacher.');n otherwisen disp('You are a student.');n end 29【例】某商场对顾客所购买的商品实行打折销售，某商场对顾客所购买的商品实行打折销售，标准如下标准如下(商品价格用商品价格用price来表示来表示)：： price<200 没有折扣没有折扣 200≤price<500 3%折扣折扣 500≤price<1000 5%折扣折扣 1000≤price<2500 8%折扣折扣 2500≤price<5000 10%折扣折扣5000≤price 14%折扣折扣输入所售商品的价格，求其实际销售价格。
输入所售商品的价格，求其实际销售价格 30price=input('请输入商品价格请输入商品价格');switch fix(price/100) case {0,1} %价格小于价格小于200 rate=0; case {2,3,4} %价格大于等于价格大于等于200但小于但小于500 rate=3/100; case num2cell(5:9) %价格大于等于价格大于等于500但小于但小于1000 rate=5/100; case num2cell(10:24) %价格大于等于价格大于等于1000但小于但小于2500 rate=8/100; case num2cell(25:49) %价格大于等于价格大于等于2500但小于但小于5000 rate=10/100; otherwise %价格大于等于价格大于等于5000 rate=14/100;endprice=price*(1-rate) %输出商品实际销售价格输出商品实际销售价格 31ntry语句语句语句格式为：语句格式为：try 语句组语句组1catch 语句组语句组2endtry语句先试探性执行语句组语句先试探性执行语句组1，如果语句组，如果语句组1在执行在执行过程中出现错误，则将错误信息赋给保留的过程中出现错误，则将错误信息赋给保留的lasterr变量，并转去执行语句组变量，并转去执行语句组2。
32【【例例】】矩阵乘法运算要求两矩阵的维数相容，否则会出错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：程序如下：A=[1,2,3;4,5,6]; B=[7,8,9;10,11,12];try C=A*B;catch C=A.*B;endClasterr %显示出错原因显示出错原因 33n4.2循环结构循环结构n for语句语句格式：格式： for 循环变量循环变量=表达式表达式1:表达式表达式2:表达式表达式3 循环体语句循环体语句 end注注：：其其中中表表达达式式1的的值值为为循循环环变变量量的的初初值值，，表表达达式式2的的值值为为步步长长，，表表达达式式3的的值值为为循循环环变变量量的的终终值值步步长为长为1时，表达式时，表达式2可以省略可以省略 34【【例例】】一个三位整数各位数字的立方和等于该数本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。
身则称该数为水仙花数输出全部水仙花数 程序如下：程序如下：for m=100:999m1=fix(m/100); %求求m的百位数字的百位数字m2=rem(fix(m/10),10); %求求m的十位数字的十位数字m3=rem(m,10); %求求m的个位数字的个位数字if m==m1*m1*m1+m2*m2*m2+m3*m3*m3disp(m)endend 35【【例例】】已知当已知当n=100时，求时，求y的值 程序如下：程序如下：y=0;n=100;for i=1:n y=y+1/(2*i-1);endy 36【【例例】】写出下列程序的执行结果写出下列程序的执行结果 s=0; a=[12,13,14;15,16,17;18,19,20;21,22,23]; for k=a s=s+k; end disp(s'); 37 for语句更一般的格式为：语句更一般的格式为： for 循环变量循环变量=矩阵表达式矩阵表达式 循环体语句循环体语句 end 执行过程是依次将矩阵的各列元素赋给循环变量，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。
然后执行循环体语句，直至各列元素处理完毕 38n while语句语句while语句的一般格式为：语句的一般格式为： while (条件条件) 循环体语句循环体语句 end 其执行过程为：若条件成立，则执行循环体语句，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，如果不成立则跳出执行后再判断条件是否成立，如果不成立则跳出循环 39【【例例】】从键盘输入若干个数，当输入从键盘输入若干个数，当输入0时结束输入，求这些数的时结束输入，求这些数的平均值与它们的和平均值与它们的和sum=0;cnt=0;val=input('Enter a number (end in 0):');while (val~=0) sum=sum+val; cnt=cnt+1; val=input('Enter a number (end in 0):');endif (cnt > 0) sum mean=sum/cntend 40n循环的嵌套：n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。
n多重循环的嵌套层数可以是任意的可以按照嵌套层数，分别叫做二重循环、三重循环等处于内部的循环叫作内循环，处于外部的循环叫作外循环 41【【例例】】 求求[100,1000]以内的全部素数以内的全部素数 n=0; for m=100:1000 flag=1; j=m-1; i=2; while i<=j & flag if rem(m,i)==0 flag=0; end i=i+1; end if flag n=n+1; prime(n)=m; end end prime %变量prime存放素数 42【【例例】】若一个数等于它的各个真因子之和，则称该数若一个数等于它的各个真因子之和，则称该数为完数，如为完数，如6=1+2+3，所以，所以6是完数求是完数求[1,500]之之间的全部完数间的全部完数for m=1:500s=0;for k=1:m/2if rem(m,k)==0s=s+k;endendif m==s disp(m);endend 43break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内执行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，继续执行循环语到该语句时，程序将跳出循环，继续执行循环语句的下一语句句的下一语句continue语句控制跳过循环体中的某些语句当在循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，程序将跳过循环体中所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，继续下一次循环有剩下的语句，继续下一次循环 44【【例例】】求求[100，，200]之间第一个能被之间第一个能被21整除的整数整除的整数程序如下：程序如下：for n=100:200if rem(n,21)~=0 continueendbreakendn 45四、函数文件四、函数文件n函数文件是另一种形式的函数文件是另一种形式的M文件，每一个函数文件文件，每一个函数文件都定义一个函数事实上，都定义一个函数事实上，MATLAB提供的标准提供的标准函数大部分都是由函数文件定义的函数大部分都是由函数文件定义的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 46n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，表示该M文文件是一个函数文件。
函数名的命名规则与变量名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该用方括号括起来n【例】 编写函数文件求小于任意自然数n的Fibonacci数列各项 47function f=ffib(n) %用于求Fibonacci数列的函数文件 %f=ffib(n) f=[1,1]; i=1; while f(i)+f(i+1)
函数调用时，先将实参传递给相应的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形参，从而实现参数传递，然后再执行函数的功能 50【例】利用函数文件，实现直角坐标利用函数文件，实现直角坐标(x,y)与极坐标与极坐标(ρ,θ)之间之间的转换 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);在在MATLAB中，函数可以嵌套调用，即一个函数可以调用别中，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的递归调用 51【例】 利用函数的递归调用，求n！n function f=factor(n)n if n<=1n f=1;n elsen f=factor(n-1)*n;n endn return; %返回n 在命令文件main2.m中调用函数文件factor.m：n for i=1:10n fac(i)=factor(i);n endn fac程序运行结果是： fac = Columns 1 through 6 1 2 6 24 120 720 Columns 7 through 10 504 40320 362880 3628800 52n3 ．函数所传递参数的可调性函数所传递参数的可调性n MATLAB在函数调用上有一个与众不同之处：函数所传递参数数目的可调性。
凭借这一点，一个函数可完成多种功能n 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 53【例】 nargin用法示例n函数文件examp.m：n function fout=charray(a,b,c)n if nargin==1n fout=a;n elseif nargin==2n fout=a+b;n elseif nargin==3n fout=(a*b*c)/2;n end命令文件mydemo.m： x=[1:3];y=[1;2;3]; examp(x) examp(x,y') examp(x,y,3)执行mydemo.m后的输出是： ans = 1 2 3 ans = 2 4 6 ans = 21 54调试器调试器1．．Debug菜单项菜单项该菜单项用于程序调试，需要与该菜单项用于程序调试，需要与Breakpoints菜单项菜单项配合使用。
配合使用2．．Breakpoints菜单项菜单项 该菜单项共有该菜单项共有6个菜单命令，前两个是用于在程个菜单命令，前两个是用于在程序中设置和清除断点的，后序中设置和清除断点的，后4个是设置停止条件的，个是设置停止条件的，用于临时停止用于临时停止M文件的执行，并给用户一个检查文件的执行，并给用户一个检查局部变量的机会局部变量的机会 55习习 题题1、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]之间之间的随机整数，然后由用户猜测所产生的随机的随机整数，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，则显示猜测的数大于产生的数，则显示“High”，，小于则显示小于则显示“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猜，同时退出游戏用户最多可以猜7次 56习习 题题1、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]之间之间的随机整数，然后由用户猜测所产生的随机的随机整数，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，则显示猜测的数大于产生的数，则显示“High”，，小于则显示小于则显示“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猜，同时退出游戏用户最多可以猜7次 572、从键盘、从键盘输入5个数，求其中最大数和最小数并在屏幕上提示输入“请输入您要显示数字的序号”，输入后，回显“您要显示数字为……（此处为实际需要显示序号对应的数字）”3. 求Fibonacci数列 (1)大于4000的最小项 (2)5000之内的项数 58 作业格式要求作业格式要求1、交电子文档和纸质文档（打印）；、交电子文档和纸质文档（打印）；2、电子文档可以、电子文档可以U盘提交，也可以发到电子邮箱盘提交，也可以发到电子邮箱:yangkai_swjtu@3、电子文档文件名命名规则、电子文档文件名命名规则 ：学号：学号+ 姓名姓名如如20050001杨凯杨凯4、两周内提交有效过期无效两周内提交有效过期无效5、作业参与期末成绩、作业参与期末成绩 。