6第6章M文件與程序設(shè)計2015

1、 M文件與程序設(shè)計復(fù)雜冋題的解算需要借助 MATLAB程序進行。這種程序的擴展名為 m 故稱為 M文件。M文件分為（M ）腳本文件和（M ）函數(shù)文件。本章介紹編寫MATLAB程序時常用的控制結(jié)構(gòu)、函數(shù)文件 的構(gòu)造、主函數(shù)、子函數(shù)及述函數(shù)句柄的創(chuàng)建、觀察和調(diào)用。6.1MATLAB控制流6.1.1語法說明if表達式語句體1 elseif語句體2 else語句體3 end若表達式返回數(shù)組，則僅當所 有元素都不為零時為真；若數(shù)組為 空，則為假。elseif和 else可選，其中可有多 個 elseifoswitch表達式 case表達式1語句體1 case式2,式3語句體2 otherwise語句體3

2、end僅執(zhí)行第一個滿足條件的語句 體。case后可用化括號把多個表達 式以或”邏輯連接起來?？捎卸鄠€case語句。otherwise可選。for x =表達式語句體end執(zhí)行確定次數(shù)的循環(huán)。表達式為矩陣時，x把矩陣按 列拉長為向量取值。while表達式語句體end右表達式為真時，循環(huán)執(zhí)仃語句 體。if-else-end控制結(jié)構(gòu)if-else-end指令為程序流提供了一種分支控制。單分支雙分支多分支if expr (commands) endif expr (commands) else (commands2) endif expr1 (commands) elseif expr2 (comma

3、nds)else (commandsk) end當expr給出“邏輯1”時， (commands) 指令組才被 執(zhí)行。當expr給出“邏 輯1 ”時，(commands)指 令組被執(zhí)行；否 貝打(commands2) 被執(zhí)行。expr1, expr2,中，首 先給出“邏輯1”的那個 分支的指令組被執(zhí)行；否 貝打(commandsk)被執(zhí)行。該使用方法常被 switch-case所 取代。表6.1-1 if-else-end分支結(jié)構(gòu)的使用方式x芝I x!3 xI x+1e【例6.1-1】已知函數(shù)y編寫能對任意一組輸入 x值求相應(yīng)y值的程序。編寫函數(shù)文件程序：function y=exm06010

4、1(x)% y=exm060101(x) Function calculate of exa mple 6.1-1 n=length(x);for k=1:nif x(k)=1 y(k)=ex p(1-x(k); else y(k)=x(k)A3;endend保存在搜索路徑上調(diào)用函數(shù)文件x=-2,-12-0.4,0.8,1,6 y=exm060101(x)6.1.2switch-case空制結(jié)構(gòu)表6.1-2 switch-case空制結(jié)構(gòu)的使用方式指令格式switch exprcase value 1expr為根據(jù)此前給定變量進行計算的表 達式(commands) case value 2(c

5、ommands2) case value k(commandsk)otherwise(commands) endvalue_1是給定的數(shù)值、字符串標量(或 單元數(shù)組)若expr結(jié)果與value_1 (或其中的單元元素)相等，則執(zhí)行。value_k是給定的數(shù)值、字符串標量(或 單元數(shù)組)若expr結(jié)果與value_k (或其中的單元元素)相等，則執(zhí)行。該情況是以上的“并”的“補”若所有case都不發(fā)生，則執(zhí)行該組命令?！纠?.1-2】已知學(xué)生的名字和百分制分數(shù)。要求根據(jù)學(xué)生的百 分制分數(shù)，分別采用“滿分”、“優(yōu)秀”、“良好”、“及格” 和“不及格”等表示學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。clear;for k=1

6、:10a(k)=89+k;b(k)=79+k;c(k)=69+k;d(k)=59+k;end;c=d,c;%A=cell(3,5);A(1,:)=Jack,Marry, Peter,Rose,Tom;A(2,:)=72,83,56,94,100;%for k=1:5switch A2,kcase 100r=滿分；case ar=優(yōu)秀：case br=良好；case cr=及格；otherwiser=不及格;end6.1.3A(3,k)=r; end Afor循環(huán)while循環(huán)for ix=arraywhile exp ression(commands)(commands)endendfor循環(huán)

7、和while循環(huán)表6.1-3循環(huán)結(jié)構(gòu)的使用方式【例6.1-3】創(chuàng)建Hilbert矩陣。(1) Hilbert 矩陣 a(i,j)=。i + J T(2)K=5;A = zeros(K,K); for m = 1:Kfor n = 1:KA(m, n) = 1/(m+n -1); endend format ratA%format short gA =Columns 1 through 411/21/31/41/21/31/41/51/31/41/51/61/41/51/61/71/51/61/71/8Column 51/51/61/71/81/9(3)clearticK=1000;for m

8、= 1:Kfor n = 1:KA1(m,n) = 1/(m+n -1); end end t1=toc ticK=1000;A2 = zeros(K,K);for m = 1:Kfor n = 1:KA2(m,n) = 1/(m+n -1)endendt2=toc(4)ticN=1000; n=repmat(1:N,N,1);m=n;A3=1./(n+m-1);t3=tocclearticN=5; n=repmat(1:N,N,1); m=n;A3=1./(n+m-1)t3=tocformat ratA3A3 =10.50.333330.250.20.50.333330.250.20.166

9、670.333330.250.20.166670.142860.250.20.166670.142860.1250.20.166670.142860.1250.111110.66052t3 =11/21/31/41/21/31/41/51/31/41/51/61/41/51/61/71/51/61/71/8A3 =Columns 1 through 4Column 51/51/61/71/81/9【例 6.1-5】 偶數(shù)。% exm060105.m為能被 4整除的偶數(shù)。% A為魔方矩陣% n魔方矩陣的階數(shù)clear clc while 1n=i np ut(請輸入一個能被 4整除的正整數(shù)！n

10、=);if mod(n,4)=0breakend end G=logical(eye(4,4)+rot90(eye(4,4); m=n/4;K=repmat(G,m,m);N=n2;創(chuàng)建n階魔方矩陣，限定條件是n為能被4整除的生成一類魔方矩陣，該魔方矩陣的階 nA=resha pe(1:N,n,n); A(K)=N-A(K)+1驗證所生成的魔方陣正確與否的程序: sO=rou nd( n*( n*n+1)/2);dis p(i nt2str( n), ,i nt2str(s0) Ns0=rou nd(2*( n+1); B=A; SC=sum(A); SR=sum(B); Sd=sum(dia

11、g(A); Sdi=sum(diag(B); LS=SC,SR,Sd,Sdi=s0; NS=rou nd(sum(LS); if NS=Ns0dis p( elsedis p( end階魔方矩陣的標稱和是經(jīng)驗證，A是魔方矩陣。)經(jīng)驗證，A不是魔方矩陣。)指令格式使用說明v=inpu t(message) v=inpu t(message,s)該指令執(zhí)行時，“控制權(quán)”交給鍵盤；待輸 入結(jié)束，按下 Enter鍵，“控制權(quán)”交還 MATLAB。message是提示用的字符串。keyboard遇到keyboard時，將“控制權(quán)”交給鍵盤， 用戶可以從鍵盤輸入各種 MATLAB指令。breakbreak

12、指令，或?qū)е掳撝噶畹?while、for 循環(huán)終止，或在 if - end, switch - case, tr catch中導(dǎo)致中斷。參見例 6.1-5。continue跳過位于它之后的循環(huán)體中其他指令，而執(zhí) 行循環(huán)的下一個迭代.見例6.1-5。p ause p ause(n)第一種格式使程序暫停執(zhí)行，等待用戶按任 意鍵繼續(xù)；第二種格式使程序暫停n秒后，再繼續(xù)執(zhí)行。return結(jié)束return指令所在函數(shù)的執(zhí)行，而把控制控制程序流的其它常用指令表6.1-4控制程序流的其它常用指令6.1.4轉(zhuǎn)至主調(diào)函數(shù)或者指令窗。否則，只有待整 個被調(diào)函數(shù)執(zhí)行完后，才會轉(zhuǎn)出。try語句體1 catch語句

13、體2 end語句體1總被執(zhí)行，若沒有錯誤則跳出 try/catch 塊。若語句體1執(zhí)行過程中發(fā)生錯誤，則執(zhí) 行語句體2?？梢郧短资褂?。利用try-catch模塊，MATLAB編譯系統(tǒng)發(fā) 現(xiàn)的錯誤將被用戶捕獲，用戶可以控制MATLAB怎樣對發(fā)生的錯誤進行處理。error(e1:%s bad,svar)顯示錯誤信息并退出程序。warning顯示警告信息但不退出程序。dbst op if all error如遇錯誤/警告，則停止執(zhí)行并進入調(diào)試狀 態(tài)6.2腳本文件和函數(shù)文件 注意：用戶自己創(chuàng)建的 M文件的文件名要避免與 MATLAB 的內(nèi)建函 數(shù)和工具箱中的函數(shù)重名，以免發(fā)生內(nèi)置函數(shù)被替換的情況。6.

14、2.1 M腳本文件對于一些比較簡單的問題，從指令窗中直接輸入指令進行計算是十分輕松簡 單的事。但隨指令數(shù)的增加，或隨控制流復(fù)雜度的增加，或重復(fù)計算要求的提 出，直接從指令窗進行計算就顯得煩瑣。而此時腳本文件最為適宜?！澳_本”本身反映這樣一個事實：MATLAB只是按文件所寫的指令執(zhí)行。MATLAB指令集合。 MATLAB基本 只要用戶不使用clear指令加以清除，這些變量腳本文件的特點是： 它只是一串按用戶意圖排列而成的 腳本文件運行后，產(chǎn)生的所有變量都駐留在 工作空間中。將一直保存在基本工作空間但ase works pace中?；究臻g隨 MATLAB的啟動而產(chǎn)生；只有當關(guān)閉 MATLAB 時

15、，該基本空間才被刪除。6.2.2 M函數(shù)文件函數(shù)文件猶如一個“黑箱”。從外界只看到：傳給它的輸入量和送出來的計算結(jié)果。而內(nèi)部運作是藏而不見的。函數(shù)文件的特點是：從形式上看，與腳本文件不同，函數(shù)文件的第一行總是以function引導(dǎo)的“函數(shù)申明行”。該行還羅列出函數(shù)與外界的聯(lián)系的全部“標稱”輸入輸出宗量。但對“輸入輸出宗量”的 標稱數(shù)目并沒有限制，即可以完全沒有輸入輸出宗量，也可以 是任意數(shù)目。MATLAB 允許使用比“標稱數(shù)目”較少的輸入輸出宗量， 實現(xiàn)對函數(shù)的調(diào)用。在一次調(diào)用中所用到的輸入和輸出變量的 個數(shù)可以通過分別調(diào)用函數(shù) nargin 和 nargout 來確定。因為 nargin 和

16、 nargout 是函數(shù)而不是變量，所以用戶不能用諸如 nargin=nargin+pi 之類的語句對它們進行重新賦值。從運行上看，與腳本文件運行不同，每當函數(shù)文件運行， MATLAB 就會專門為它開辟一個臨時工作空間，稱之謂 函數(shù)工 作空間(Function works pace)。所有中間變量都存放在函數(shù)工作 空間中。當執(zhí)行完文件最后一條指令或遇到 return 時，就結(jié)束 該函數(shù)文件的運行，同時該臨時函數(shù)空間及其所有的中間變量 就立即被清除。函數(shù)空間隨具體 M 函數(shù)文件的被調(diào)用而產(chǎn)生，隨調(diào)用結(jié) 束而刪除。函數(shù)空間是相對基本空間獨立的、臨時的。在 MATLAB 整個運行期間，可以產(chǎn)生任意多

17、個臨時函數(shù)空間。假如在函數(shù)文件中， 發(fā)生對某腳本文件的調(diào)用， 那么該腳 本文件運行產(chǎn)生的所有變量都存放于該函數(shù)空間之中，而不是 存放在基本空間。6.2.3 局部變量和全局變量局部(Local)變量中間變量被稱為局部變量。存在于函數(shù)空間內(nèi)部的中間變量，產(chǎn)生于該函數(shù)的運行過程 中，其影響范圍也僅限于該函數(shù)本身。正由于這種空間、時間 上的局部性，全局(Global)變量通過 global 指令， MATLAB 也允許幾個不同的函數(shù)空間以 及基本工作空間共享同一個變量。這種被共享的變量稱為全局 變量。每個希望共享全局變量的函數(shù)或 MATLAB 基本工作空間， 必須逐個用global對具體變量加以專門定

18、義。沒采用 global定 義的函數(shù)或基本工作空間，將無權(quán)享用全局變量。如果某個函數(shù)的運作使全局變量的內(nèi)容發(fā)生了變化，那么其他函數(shù)空間以及基本工作空間中的同名變量也就隨之變化。除非與全局變量聯(lián)系的所有工作空間都被刪除，否則全局變 量依然存在。說明對全局變量的定義必須在該變量被使用之前進行。建議把全局變量的定義放 在函數(shù)體的首行位置。雖然MATLAB對全局變量的名字沒有任何特別的限制，但是為了提高M文件的可讀性，建議選用大寫字符命名全局變量。全局變量損害函數(shù)的封裝性，因此不提倡使用全局變量?；窘M成部分函數(shù)示例函數(shù)頭，定義函數(shù)名和輸入輸出參 數(shù)（僅用于函數(shù)文件）function f=fact(n

19、)help幫助：指M文件最前面連續(xù)的注 釋行，注意空行前也要有注 釋符。命令 helP fact可顯 示這些信息；H1行指M文 件的第一行注釋，用于 ookfor快速查找。H1行% FACT Factorial.% FACT(N) returns N!% FACT(N) is equal to P R0D(1:N).% Exa mples% f=fact(5)% See also P ROD這個不帶%的空行表示 he Ip幫 助結(jié)束普通注釋% Author: WHM文件的一般結(jié)構(gòu)（看 PPT課件）6.2.4%$Version:1.0$ $Date:20036$語句體檢查輸入輸出參數(shù)，僅用 于函

20、數(shù)文件(也可以沒有)if nargin=1 |isnumeric(n) |.all(size(n)= 1 1)error(Input must be a. integer.)end功能語句f=p rod(1:n);從結(jié)構(gòu)上看，腳本文件只是比函數(shù)文件少一個 “函數(shù)申明行”。 典型M函數(shù)文件的結(jié)構(gòu)如下：函數(shù)申明行：位于函數(shù)文件的首行，以 function開頭，函數(shù)名以及函數(shù)的輸 入輸出宗量都在這一行定義。H1 行：它是緊隨函數(shù)申明行之后以開頭的第一注釋行。H1行包含：大寫體的函數(shù)文件名；運用關(guān)鍵詞簡要描述的函數(shù)功能。 該H1行供lookfor關(guān)鍵詞查詢和help在線幫助使用。在線幫助文本(HelP

21、 text)區(qū)：H1行及其之后的連續(xù)以開頭的所有注釋行構(gòu)成整個在線幫助 文本。它通常包括：函數(shù)輸入輸出宗量的含義，調(diào)用格式說明。編寫和修改記錄：與在線幫助文本區(qū)相隔一個“空”行，也以開頭，標志編 寫及修改該M文件的作者和日期、版本記錄。它用于軟件檔案 管理。函數(shù)體(Function body)：為清晰起見，它與前面的注釋以“空”行相隔。這部分內(nèi)容 由實現(xiàn)該M函數(shù)文件功能的 MATLAB指令組成。它接收輸入 宗量，進行程序流控制，得到輸出宗量。若僅從運算角度看，惟有“函數(shù)申明行”和“函數(shù)體”兩部 分是構(gòu)成M函數(shù)文件所必不可少的?！纠?.2-1】編寫一個M函數(shù)文件。它具有以下功能：(A)根 據(jù)指定

22、的半徑，畫出藍色圓周線；( B)可以通過輸入字符串， 改變圓周線的顏色、線型；(C)如果需要輸出圓面積，則繪出 圓。( 1) M 函數(shù)文件function S,L=exm060201(N,R,str)% exm060201.m The area and perimeter of a regular polygon (正多邊形的面積和周長 )%N%R%strtype/color%S%L% exm060201% exm060201(N)形% exm060201(N,R)形% exm060201(N,R,str)正 N 邊形% S=exm060201(.)邊形填色圖% S,L=exm060201(.

23、)應(yīng)正多邊形填色圖The number of sidesThe circumradiusA line specification to determine lineThe area of the regular polygonThe perimeter of the regular polygon 用藍實線畫半徑為 1 的圓 用藍實線畫外接半徑為 1 的正 N 邊用藍實線畫外接半徑為 R 的正 N 邊用 str 指定的線畫外接半徑為 R 的給出多邊形面積 S ,并畫相應(yīng)正多給出多邊形面積S和周長L,并畫相switch nargincase0N=100;R=1;str= -b;case1R=1;

24、str= -b ;case2str=-b ;case3 ;otherwiseerror（ 輸入量太多。 ）; end;t=0:2*pi/N:2*pi; x=R*sin(t);y=R*cos(t);if nargout=0 plot(x,y,str);elseif nargout2error( 輸出量太多。 ); elseS=N*R*R*sin(2*pi/N)/2;L=2*N*R*sin(pi/N); fill(x,y,str)endaxis equal squarebox onshg (2)調(diào)用指令S,L=exm060201(6,2,-g)6.3 MATLAB 的函數(shù)類別中，函數(shù) 又被細分為：

25、主函數(shù)；子函數(shù)；嵌套在 MATLAB 函數(shù)；私用函數(shù)；匿名函數(shù)等。本節(jié)只對主函數(shù)、子函數(shù)及匿 名函數(shù)進行闡述。6.3.1主函數(shù)( Primary function )6.3.2子函數(shù)( Subfunction)【例 6.3-1】編寫一個內(nèi)含子函數(shù)的 M 函數(shù)繪圖文件。( 1)M 函數(shù)文件function Hr=exm060301(flag )% exm060301.m Demo for handles of primary functions and subfunctions% flag 可以取字符串 line 或 circle 。% Hr 子函數(shù) cirline 的句柄 t=(0:50)/5

26、0*2*pi;x=sin(t); y=cos(t); Hr=cirline; feval(Hr,flag,x,y,t) % subfunctionfunction cirline(wd,x,y,t) % cirline(wd,x,y,t) % % % %wd t x y是位于 exm060301.m 函數(shù)體內(nèi)的子函數(shù) 接受字符串 line 或 circle 畫線用的獨立參變量 由 t 產(chǎn)生的橫坐標變量 由 t 產(chǎn)生的縱坐標變量switch wd caselineplot(t, x, b ,t , y, r , LineWidth , 2) casecircleplot(x, y, -g, Li

27、neWidth , 8), axis square off otherwiseerror( 輸入宗量只能取 line 或 circle ！ ) end shg( 2) 在命令窗調(diào)用該函數(shù)的命令 HH=exm060301(circle)( 3)直接利用創(chuàng)建的子函數(shù)句柄調(diào)用該主函數(shù)的子函數(shù) t=0:2*pi/5:2*pi;x=cos(t);y=sin(t);%為繪制正五邊形準備數(shù)據(jù)利用句柄繪圖HH(circle,x,y,t) %6.3.3* (根據(jù)學(xué)時選講)匿名函數(shù)(Anonymous function)匿名函數(shù)提供了一種創(chuàng)建簡單程序的方法， 使用它用戶可以不必每次都編寫M 文件。用戶可以在 MA

28、TLAB 的命令窗口或是其他任意 M 文件和腳本文件中 使用匿名函數(shù)。1)創(chuàng)建匿名函數(shù)的一般方法： FH= (arglist) expr2)匿名函數(shù)的調(diào)用格式直接調(diào)用格式間接調(diào)用格式FH(arglist) feval(FH, arglist)匿名函數(shù)算例：10【例 4.1-6】求 s =xydxdy。syms x ys=v pa(i nt(i nt(x八y,x,0,1),y,1,2) s =.40546510810816438197801311546432 format longs_n=dblquad(x,y)x.八y,0,1,1,2)函數(shù)句柄(Function handle)是MATLAB 的一種數(shù)據(jù)類型。 它攜帶著“相應(yīng)函數(shù)創(chuàng)建句柄時的路徑、視野、函數(shù)名，以及 可能存在的重