MATLAB程序设计及应用实例.ppt

5.1 MATLAB5.1 MATLAB5.1 MATLAB5.1 MATLAB程序设计程序设计程序设计程序设计5.2 5.2 5.2 5.2 应用实例应用实例应用实例应用实例第5章 MATLAB程序设计及应用5.1 MATLAB程序设计5.1.1 5.1.1 M文件文件5.1.2 5.1.2 脚本文件和函数文件脚本文件和函数文件5.1.5 5.1.5 数据的输入输出数据的输入输出5.1.3 5.1.3 选择结构选择结构5.1.4 5.1.4 循环结构循环结构5.1.6 5.1.6 M文件调试文件调试5.1.1 M5.1.1 M文件文件例例 建建立立一一个个命命令令文文件件将将变变量量a,ba,b的的值值互互换换，然然后后运运行行该该命命令文件。令文件。首先建立命令文件并以文件名exch.m存盘：clear;a=1:10;b=11,12,13,14;15,16,17,18;c=a;a=b;b=c;a b 然后在MATLAB的命令窗口中输入exch，将会执行该命令文件。1.建立新的M文件(1)(1)菜菜单单操操作作：MATLABMATLAB命命令令窗窗口口的的FileFile菜菜单单 NewNew菜菜单单项项 M-M-filefile命令。命令。(2)(2)命令操作命令操作：在：在MATLABMATLAB命令窗口输入命令命令窗口输入命令editedit。(3)(3)命命令令按按钮钮操操作作：单单击击MATLABMATLAB命命令令窗窗口口工工具具栏栏上上的的“新新建建”命命令令按钮。按钮。2.编辑已有的M文件3.M文件的分类 P116 4.1.2内容分类：脚本文件分类：脚本文件(Script File)(Script File)和函数文件和函数文件(Function File)(Function File)。主要区别。主要区别。M文件的建立与编辑文件的建立与编辑M文件的基本结构函数定义行函数定义行H1H1行行 对程序的总体介绍对程序的总体介绍函数说明函数说明 对程序详细描述对程序详细描述程序主体程序主体注释注释 解释程序功能的文字解释程序功能的文字 说明：除程序主体外，其他部分以说明：除程序主体外，其他部分以%开头。开头。P116 P116 实例实例1 1 脚本文件脚本文件 没有输入和输出没有输入和输出由一系列指令组成由一系列指令组成可在命令窗口直接运行可在命令窗口直接运行产生的所有变量存储在产生的所有变量存储在workspaceworkspace中。中。例例 exam5_1.mexam5_1.m。5.1.2 5.1.2 脚本文件和函数文件脚本文件和函数文件(1)(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语句引导语句引导其基本结构为：其基本结构为：function 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2 2 函数文件函数文件函数文件的格式说明函数文件的格式说明函数文件的格式说明函数文件的格式说明(1)关关于于函函数数文文件件名名:函数文件名与函数名也可以不相同（一一一一般般般般设设设设为为为为相相相相同同同同！）。当两者不同时，MATLAB将忽略函数名而确认函数文件名，因此调用时使用函数文件名。因此调用时使用函数文件名。因此调用时使用函数文件名。因此调用时使用函数文件名。(2)关关于于注注释释说说明明部部分分。注释说明包括三部分内容：紧随函数文件引导行之后以%开头的第一注释行。第一注释行及之后连续的注释行。与在线帮助文本相隔一空行的注释行。(1)函数文件的基本结构函数文件的基本结构p函数调用的一般格式函数调用的一般格式：输出实参表输出实参表=函数名函数名(输入实参表输入实参表)注意：等号左边是方括号，右边输入参数用注意：等号左边是方括号，右边输入参数用括号括号（2）函数文件的调用）函数文件的调用 例例例例5.1 5.1 5.1 5.1 编写函数文件求半径为编写函数文件求半径为编写函数文件求半径为编写函数文件求半径为r r r r的圆的面积和周长的圆的面积和周长的圆的面积和周长的圆的面积和周长 function s,p=fcircle(r)%FCIRCLE calculate the area and perimeter of a circle of radii r%r 圆半径%s 圆面积%p 圆周长 s=pi*r*r;p=2*pi*r;以上函数文件以文件名fcircle.m存入c:matlab7workmas下，然后在MATLAB命令窗口调用该函数：s,p=fcircle(10)s,p=fcircle(10)函数的递归调用函数的递归调用 例：利用递归调用函数文件factor.m：function f=factor(n)if n=A&c=a&c=0&c=9 disp(abs(c)-abs(0);else disp(c);end3.多分支多分支if语句语句5.1.4 5.1.4 选择结构选择结构-switch-switch-switch-switch语句语句switchswitch语句语句其语句格式为：其语句格式为：switch switch 表达式表达式 case case 值值1 1 语句组语句组1 1 case case 值值2 2 语句组语句组2 2 case case 值值m m 语句组语句组m m otherwise otherwise 语句组语句组m+1m+1 end end例例 某某商商场场对对顾顾客客所所购购买买的的商商品品实实行行打打折折销销售售，已已知知打打折折标标准，求所售商品的实际销售价格准，求所售商品的实际销售价格 程序如下：price=input(请输入商品价格);switch fix(price/100)case 0,1 rate=0;case 2,3,4 rate=3/100;case num2cell(5:9)rate=5/100;case num2cell(10:24)rate=8/100;case num2cell(25:49)rate=10/100;otherwise rate=14/100;end price=price*(1-rate)5.1.4 5.1.4 选择结构选择结构-switch-switch语句语句5.1.4 5.1.4 选择结构选择结构-try-try-try-try语句语句语句格式为：语句格式为：try 语句组1catch 语句组2end 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。这种试探性执行语句是其他高级语言所没有的。5.1.4 选择结构-try-try语句例例 矩矩阵阵乘乘法法运运算算要要求求两两矩矩阵阵的的维维数数相相容容，否否则则会会出出错错。先先求求两矩阵的乘积，若出错，则自动转去求两矩阵的点乘两矩阵的乘积，若出错，则自动转去求两矩阵的点乘程序如下：程序如下：main5_3.mmain5_3.mA=1,2,3;4,5,6;B=7,8,9;10,11,12;A=1,2,3;4,5,6;B=7,8,9;10,11,12;trytry C=A*B;C=A*B;catchcatch C=A.*B;C=A.*B;endendC Clasterr%lasterr%显示出错原因显示出错原因5.1.5 5.1.5 循环结构循环结构 循环语句循环语句for语句语句while语句语句 循环的嵌套循环的嵌套5.1.5 循环结构-for语句1.for1.for语句语句 语句格式为：语句格式为：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 endforfor语句更一般的格式：语句更一般的格式：for 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 endend 执行过程是依次将矩阵的各各各各列列列列元元元元素素素素赋赋赋赋给给给给循循循循环环环环变变变变量量量量，然后执行循环体语句，直至各列元素处理完毕。实际上，“表达式1:表达式2:表达式3”是一个仅为一行的矩阵(行向量)，因而列向量是单个数据。5.1.5 循环结构循环结构-for语句语句例例 已知已知5 5个学生个学生4 4门功课的成绩，求每名学生的总成绩门功课的成绩，求每名学生的总成绩 程序如下：程序如下：s=0;s=0;a=65,76,56,78;98,83,74,85;76,67,78,79;98,58,42,73;67,89a=65,76,56,78;98,83,74,85;76,67,78,79;98,58,42,73;67,89,76,87;,76,87;for k=afor k=a s=s+k;s=s+k;endenddisp(s);disp(s);5.1.5 循环结构-for语句5.1.5 5.1.5 循环结构循环结构-while-while语句语句whilewhile语句的一般格式为：语句的一般格式为：while(while(条件条件)循环体语句循环体语句 endend 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其他常用指令ContinueBreakcontinuecontinue命令命令通常用于通常用于for或或while循环语句中循环语句中,与与if语句一起使用语句一起使用,达到达到跳过跳过本次循环本次循环,去执行下一轮循环去执行下一轮循环的目的的目的分析下列程序，说明运行结果及原因分析下列程序，说明运行结果及原因a=3;b=6;for i=1:3 b=b+1;if i2 continue%当当if条件满足时不再执行后面语句条件满足时不再执行后面语句，跳，跳 出本次循环。出本次循环。end a=a+2%当当i2i2a=7b=9 break命令命令通常用于通常用于for或或while循环语句中循环语句中,与与if语句一起使用语句一起使用,中止本次循中止本次循环环,跳出最内层循环跳出最内层循环分析下列程序，说明运行结果及原因分析下列程序，说明运行结果及原因a=3;b=6;for i=1:3 b=b+1;if i2 break%当当if条件满足时不再执行循环条件满足时不再执行循环 end a=a+2end运行结果运行结果:a=7b=9i2i2a=3b=6程序流控制语句程序流控制语句 return指令指令 终止当前的命令序列，把控制返回到调用函数或终止当前的命令序列，把控制返回到调用函数或键盘。键盘。keyboard 把把“控制权控制权”交给键盘。交给键盘。error和和warning 显示出错和警告信息。显示出错和警告信息。5.1.5 5.1.5 循环的嵌套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。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。在设计多重循环时，要特别注意内、外循环之间的关系，以及各语句放置的位置，不要搞错。补充：补充：1 Matlab1 Matlab命令执行过程命令执行过程输入输入 china输出变量输出变量china的值的值变量？变量？执行该执行该内部函数内部函数当前目录中有当前目录中有china.m？内联函数？内联函数？搜索路径中有搜索路径中有china.m？否否执行该执行该M文件文件执行该执行该M文件文件报错！报错！子函数？子函数？私有函数？私有函数？执行该执行该M文件文件是是是是是是是是是是否否否否2 MATLAB程序设计原则和技巧程序设计原则和技巧1、后面的内容是程序的注解，要善于运用注解使程序更具可读性。2、养成在主程序开头用clear指令清除变量的习惯，以消除工作空间中其他变量对程序运行的影响。但注意在子程序中不要用clear。3、参数值要集中放在程序的开始部分，以便维护。要充分利用MATLAB工具箱提供的指令来执行所要进行的运算，在语句行之后输入分号使其及中间结果不在屏幕上显示，以提高执行速度。4、程序尽量模块化，也就是采用主程序调用子程序的方法，将所有子程序合并在一起来执行全部的操作。5、充分利用Debugger来进行程序的调试（设置断点、单步执行、连续执行）6、设置好MATLAB的工作路径，以便程序运行。1.矢量化尽可能使用向量和矩阵操作例例 求求t=cputime;s=0;for i=1:100000 s=s+(1/2i+1/3i);endcputime-tans=向量运算向量运算t=cputime;n=1:100000;s=sum(1./2.n+1./3.n)；cputime-tans=2.阵列预分配 阵列矩阵的初始化工作；在成熟规范的商业软件里必不可少，同时也是一个良好的编程素养的体现。3.变量管理 matlab中的变量类型是不需要预先定义的，编程过程中不要改变变量的使用类型。例如chardouble,realcomplex x=23;程序，x=A4.尽量使用MATLAB内部定义的函数本节内容是需上机应用的重点内容。程序出错主要为两类：1、语法错误 如缺（或）等，在运行时可检测出大多数该类错误，并指出错在哪一行。2、算法错误 逻辑上的错误，不易查找，遇到此类错误时需耐心。一般可考虑如下方法：直接调试法和工具调试法5.1.6 程序的调试程序的调试 直接调试法是指在利用matlab的相关指令对程序进行调试。主要方法有：删除句尾分号和利用disp语句，显示中间结果；在适当位置加上keyboard语句，使程序暂停；在函数定义行之前加上%注释，使之变成脚本语言；利用echo指令，使运行时在屏幕上逐行显示文件内容。Ctrl+C强行停止程序直接调试法直接调试法直接调试法一些辅助函数：常用指令：return,echo,input,pause,keyboard,break;echo命令可以使文件命令在执行时可见，这对程序的 调试和演示很有用。keyboard请求键盘输入命令 pause等待用户反映命令警告命令：error,warning.lasterr,lastwarn,提示命令:warndlg,errordlg工具调试法工具调试法 工具调试法是指利用matlab的相关调试工具对程序进行调试 调试步骤为：(1)(1)在程序可疑处设置断点；在程序可疑处设置断点；(2)(2)执行程序；执行程序；(3)(3)检查程序运行至断点处变检查程序运行至断点处变 量当前值量当前值(4)(4)在程序中一步步执行在程序中一步步执行(5)(5)结束调试状态。结束调试状态。(6)(6)取消断点。取消断点。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。Step：单步运行 Step In：单步运行，调用函数时进入函数程序 Step Out：Run：运行 Go Until Cursor：运行到光标处工具调试法工具调试法调试菜单项调试菜单项2Breakpoints菜单项（matlab7.0以上菜单内容在Debug菜单中包括）Set/Clear Breakpoint：设置/清除断点 Set/Modify Conditional Breakpoint：设置条件断点 Enable/Disable Breakpoint：使能断点 Clear Breakpoint in All Files：清除断点 Stop if Errors/Warnings：错误停止条件设置设置条件断点时注意光标的位置设置错误停止条件设置条件断点常见错误中英文输入法未注意习惯用i,j作为变量变量名同函数名文件名相同搜索路径设置不当5.2 MATLAB5.2 MATLAB应用实例应用实例5.2.1 5.2.1 在高数中的应用在高数中的应用5.2.2 5.2.2 在线性代数中的应用在线性代数中的应用5.2.3 5.2.3 在普通物理中的应用在普通物理中的应用5.2.4 5.2.4 在电路中的应用在电路中的应用5.2.1 5.2.1 在高数中的应用在高数中的应用函数的傅立叶级数函数的傅立叶级数程序实现：function s=mfourier(f,n)syms x a b cs=int(f,-pi,pi)/(2*pi)%计算a0for k=1:na(k)=int(f*cos(k*x),-pi,pi)/pi;b(k)=int(f*sin(k*x),-pi,pi)/pi;s=s+a(k)*cos(k*x)+b(k)*sin(k*x)end矩阵的代数运算矩阵的代数运算 加减乘除加减乘除 矩阵求逆，转置，秩，行列式矩阵求逆，转置，秩，行列式 线性方程组求解等线性方程组求解等5.2.2 5.2.2 在线性代数中的应用在线性代数中的应用P201 例64设目标相对于射点的高度为yh，给定初速，试计算物体在真空中飞行的时间和距离。5.2.3 5.2.3 在普通物理中的应用在普通物理中的应用三相不平衡交流电路分析。三相不平衡交流电路分析。计算下图电路中各支路电流并绘制相量图。计算下图电路中各支路电流并绘制相量图。5.2.4 5.2.4 在电路中的应用在电路中的应用rarcrbrbcrabraciaicibiaciabibc作业编写程序，画出下列分段函数所表示的曲面。编写程序，画出下列分段函数所表示的曲面。已知积分已知积分k k的表达式为的表达式为编程编程:(1)(1)画出画出0a30a3时时,积分积分k的函数图形的函数图形(2)并计算并计算