matlab编程经典例题.ppt
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matlab编程经典例题.ppt
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第3章MATLAB程序设计3.1M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,3.1M文件3.1.1M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(ScriptFile)和函数文件(FunctionFile)。
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:
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=input(InputFahrenheittemperature:
);c=5*(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:
InputFahrenheittemperature:
73c=22.7778,程序2:
首先建立函数文件f2c.m。
functionc=f2c(f)c=5*(f-32)/9然后在MATLAB的命令窗口调用该函数文件。
clear;y=input(InputFahrenheittemperature:
);x=f2c(y)输出情况为:
InputFahrenheittemperature:
70c=21.1111x=21.1111,3.1.2M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文件为建立新的M文件,启动MATLAB文本编辑器有3种方法:
(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NewM-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文件打开已有的M文件,也有3种方法:
(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OpenFile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input函数来进行,该函数的调用格式为:
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,则允许用户输入一个字符串。
例如,想输入一个人的姓名,可采用命令:
xm=input(Whatsyourname?
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=input(Inputxplease.);y=input(Inputyplease.);z=x;x=y;y=z;disp(x);disp(y);,例3-3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;x=(-b+sqrt(d)/(2*a),(-b-sqrt(d)/(2*a);disp(x1=,num2str(x
(1),x2=,num2str(x
(2);,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Ctrl+C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1else语句组2end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=input(请输入x的值:
);ifx=0y=(x+sqrt(pi)/exp
(2);elsey=log(x+sqrt(1+x*x)/2;endY,(3)多分支if语句:
if条件1语句组1elseif条件2语句组2elseif条件m语句组melse语句组nend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=input(请输入一个字符,s);ifc=Aend,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1case表达式2语句组2case表达式m语句组motherwise语句组nend,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200price5003%折扣500price10005%折扣1000price25008%折扣2500price500010%折扣5000price14%折扣输入所售商品的价格,求其实际销售价格。
程序如下:
price=input(请输入商品价格);switchfix(price/100)case0,1%价格小于200rate=0;case2,3,4%价格大于等于200但小于500rate=3/100;casenum2cell(5:
9)%价格大于等于500但小于1000rate=5/100;casenum2cell(10:
24)%价格大于等于1000但小于2500rate=8/100;casenum2cell(25:
49)%价格大于等于2500但小于5000rate=10/100;otherwise%价格大于等于5000rate=14/100;endprice=price*(1-rate)%输出商品实际销售价格,3try语句语句格式为:
try语句组1catch语句组2endtry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:
A=1,2,3;4,5,6;B=7,8,9;10,11,12;tryC=A*B;catchC=A.*B;endClasterr%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:
form=100:
999m1=fix(m/100);%求m的百位数字m2=rem(fix(m/10),10);%求m的十位数字m3=rem(m,10);%求m的个位数字ifm=m1*m1*m1+m2*m2*m2+m3*m3*m3disp(m)endend,例3-9已知,当n=100时,求y的值。
程序如下:
y=0;n=100;fori=1:
ny=y+1/(2*i-1);endy,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:
n=100;i=1:
2:
2*n-1;y=sum(1./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。
s=0;a=12,13,14;15,16,17;18,19,20;21,22,23;fork=as=s+k;enddisp(s);,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:
sum=0;cnt=0;val=input(Enteranumber(endin0):
);while(val=0)sum=sum+val;cnt=cnt+1;val=input(Enteranumber(endin0):
);endif(cnt0)summean=sum/cntend,3break语句和continue语句与循环结构相关的语句还有break语句和continue语句。
它们一般与if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。
continue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有剩下的语句,继续下一次循环。
例3-12求100,200之间第一个能被21整除的整数。
程序如下:
forn=100:
200ifrem(n,21)=0continueendbreakendn,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6=1+2+3,所以6是完数。
求1,500之间的全部完数。
form=1:
500s=0;fork=1:
m/2ifrem(m,k)=0s=s+k;endendifm=sdisp(m);endend,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:
functions,p=fcircle(r)%CIRCLEcalculatetheareaandperimeterofacircleofradiir%r圆半径%s圆面积%p圆周长%2004年7月30日编s=pi*r*r;p=2*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。
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:
functionrho,theta=tran(x,y)rho=sqrt(x*x+y*y);theta=atan(y/x);调用tran.m的命令文件main1.m:
x=input(Pleaseinputx=:
);y=input(Pleaseinputy=:
);rho,the=tran(x,y);rhothe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:
functionf=factor(n)ifn=1f=1;elsef=factor(n-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3-17nargin用法示例。
函数文件examp.m:
functionfout=charray(a,b,c)ifnargin=1fout=a;elseifnargin=2fout=a+b;elseifnargin=3fout=(a*b*c)/2;end命令文件mydemo.m:
x=1:
3;y=1;2;3;examp(x)examp(x,y)examp(x,y,3),3.3.4全局变量与局部变量全局变量用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。
functionf=wadd(x,y)globalALPHABETAf=ALPHA*x+BETA*y;在命令窗口中输入:
globalALPHABETAALPHA=1;BETA=2;s=wadd(1,2),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“Youwon”,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s=。
求函数f(x)在a,b上的定积分,其几何意义就是求曲线y=f(x)与直线x=a,x=b,y=0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h=(b-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3-22Fibonacci数列定义如下:
f1=1f2=1fn=fn-1+fn-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。
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。
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