第4章 matlab在编程方面的应用.docx
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第4章matlab在编程方面的应用
.matlab在编程方面的应用
本章主要对matlab在编程方面的应用作一个较详细的介绍，其中涉及了编程必然须注意的变量类型、数据类型、程序控制语句及matlab函数等相关内容。
一、变量、语句
1变量命名规则
Ø必须以字母开头；
Ø可以由字母、数字和下划线混合组成；
Ø字符长度应不大于31个。
注意：
matlab区分大小写。
2局部变量和全局变量
通常，每个函数体内都有自己定义的变量，不能从其他函数和MATLAB工作空间访问这些变量，这些变量即是局部变量。
如果要使某个变量在几个函数中和MATLAB函数空间都能使用，可以把它定义为全局变量。
全局变量就是用关键字“global”声明的变量。
全局变量名尽量大写，并能够反映它本身的含义。
如果需要在几个函数中和MATLAB工作空间都能访问一个全局变量，那么必须在每个函数中和MATLAB工作空间内都声明该变量为全局变量为全局的。
全局变量需要在函数体的变量赋值语句之前说明，整个函数以及所有对函数的递归调用都可以利用全局变量。
注意：
实际编程中，应尽量避免使用全局变量，因为全局变量的值一旦在一个地方被改变，那么在其他包括该变量的函数中都将改变，这样由可能会出现不可遇见的情况。
如果需要用全局变量，建议全局变量名要长，能反映它本身的含义，并且最好所有字母都大写，并由选择地以首次出现的M文件的名字开头。
3基本语句
MATLAB可以认为是一种解释性语言，用户可以在MATLAB命令窗口键入命令，也可以在编辑器内编写应用程序，这样MATLAB软件对此命令或程序中各条语句进行翻译，然后在MATLAB环境下对它进行处理，最后返回运算结果。
MATLAB语言的基本语句结构为:
变量名列表＝表达式
其中等号左边的变量名列表为MATLAB语句的返回值，等号右边的是表达式的定义，它可以是MATLAB允许的矩阵运算，也可以是函数调用。
等号右边的表达式可以由分号结束，也可以由逗号或回车结束，但它们的含义是不同的，如果用分号结束，则左边的变量的结果将不在屏幕上显示，否则将把结果全部显示出来。
MATLAB语言和C语言不同，在调用函数时MATLAB允许一次返回多个结果，这时等号左边是[]括起来的变量列表。
注意：
表达式中的运算符号两侧允许有空格，以增加可读性。
但在复数或符号表达式中要尽量避免，以防出错。
在MATLAB的基本语句结构中，等号左边的变量名列表和等号一起可以省略，这时将把表达式的执行结果自动赋给变量“ans”，并显示到命令窗口中。
4数据类型
MATLAB下的数据类型最大的特点就是每一种数据类型都是以数组为基础，都是从数组派生出来的，MATLAB事实上把每种类型的数据都作为数组处理。
MATLAB下有六种基本数据类型，分别是：
double（双精度数值），char（字符），sparse（稀疏数据），storage（存储型），cell（单元数组），struct（结构）。
其中存储类型是一个虚拟数据类型，这是MATLAB后来几个版本新增的定义，它包括：
int8（8位整型），uint8（无符号8位整型），int16（16位整型），uint16（无符号16位整型），int32（32位整型），uint32（无符号32位整型）。
MATLAB有两种工作方式：
交互式的命令行工作方式
M文件的程序工作方式
一.M文件
用MATLAB语言编写的程序，称为M文件。
M文件有两类：
命令文件和函数文件。
命令文件：
没有输入参数，也不返回输出参数。
函数文件：
可以输入参数，也可返回输出参数。
１．M文件的建立与编辑
建立新的M文件：
从MATLAB命令窗口的File菜单中选择New菜单项，再选择M-file命令。
２．命令文件
将需要运行的命令编辑到一个命令文件中，然后在MATLAB命令窗口输入该命令文件的名字，就会顺序执行命令文件中的命令。
【例1】建立一个命令文件将变量a,b的值互换。
e31．m文件：
a=1:
9;
b=[11,12,13;14,15,16;17,18,19];
c=a;a=b;b=c;
a
b
在MATLAB的命令窗口中输入e31，将会执行该命令文件
1.input函数：
用于向计算机输入一个参数。
调用格式：
A=input（提示信息，选项）；
注：
‘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（'What''syourname:
','s'）
【例2】求一元二次方程a2+bx+c=0的根。
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）]
将该程序以aa.m文件存盘，然后运行aa.m文件。
2．pause函数：
暂停程序的执行。
调用格式：
pause（延迟秒数）
注：
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。
3．disp函数：
命令窗口输出函数。
调用格式：
disp（输出项）
注：
输出项为字符串或矩阵。
例如
A='Hello,MATLAB';
disp（A）
输出为：
Hello,MATLAB
（一）选择结构
选择结构的语句有if语句和switch语句。
1．if语句
格式一：
if条件
语句组
End
ifrand
（1）>0.5
disp（'iloveyou'）
end
格式二：
if条件
语句组1
else
语句组2
end
?
ifrand
（1）>0.5
disp（'iloveyou'）
else
disp（'idonotloveyou'）
end
（一）选择结构
格式三：
if条件1
语句组1
elseif条件2
语句组2
……
elseif条件m
语句组m
else
语句组m+1
end
【例4】输入三角形的三条边，求面积。
A=input（'请输入三角形的三条边：
'）;
ifA
（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。
'）
end
运行：
请输入三角形的三条边：
[456]
9.9216
【例5】输入一个字符，若为大写字母，则输出其后继字符，若为小写字母，则输出其前导字符，若为其他字符则原样输出。
c=input（'','s'）;
ifc>='A'&c<='Z'
disp（setstr（abs（c）+1））;
elseifc>='a'&c<='z'
disp（setstr（abs（c）-1））;
else
disp（c）;
end
2switch语句
switch语句根据变量或表达式的取值不同，分别执行不同的语句。
其格式为：
switch表达式
case值1
语句组1
case值2
语句组2
……
case值m
语句组m
otherwise
语句组m+1
end
【例6】根据变量num的值来决定显示的内容。
num=input（'请输入一个数'）;
switchnum
case-1
disp（'Iamateacher.'）;
case0
disp（'Iamastudent.'）;
case1
disp（'Youareateacher.'）;
otherwise
disp（'Youareastudent.'）;
end
（二）循环结构
实现循环结构的语句：
for语句和while语句。
1．for语句：
格式：
for循环变量=表达式1:
表达式2:
表达式3
循环体语句
end
注：
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：
n=0:
1:
10;
y=n;
fori=1:
11
y（i）=sin（n（i））;
end
y
● 为了得到最大的速度，在For循环（While循环）被执行之前，应预先分配数组。
建议最好先使用zeros或ones等命令来预先配置所需的内存（即矩阵）大小
● 可以利用break命令跳出for循环
2．while语句
格式为：
while（条件）
循环体语句
end
>>x=zeros（1,6）;%x是一个的零矩阵
i=1;
whilei<=6,
x（i）=1/i;
i=i+1;
end
>>x
【例7】根据例3.6中求y的表达式，求：
（1）y<3时的最大n值。
（2）与
（1）的n值对应的y值。
求y的表达式
y=0;i=1;
while1%循环的条件为1，即循环条件总是满足的，这是一个永真循环
f=1/（2*i-1）;
y=y+f;
ify>3
break;
end
i=i+1;
end
n=i-1
y=y-f
3．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。
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。
【例8】求[100,1000]以内的全部素数。
n=0;
form=100:
1000
flag=1;j=m-1;
i=2;
whilei<=j&flag
ifrem（m,i）==0
flag=0;
end
i=i+1;
end
ifflag
n=n+1;
prime（n）=m;
end
end
prime%变量prime存放素数
四．函数文件
1．函数文件格式
函数文件是另一种形式的M文件，每一个函数文件都定义一个函数。
事实上，MATLAB提供的标准函数大部分都是由函数文件定义的。
【例9】编写函数文件求小于任意自然数n的Fibonacci数列各项。
functionf=ffib（n）
%用于求Fibonacci数列的函数文件
%f=ffib（n）
%1999年9月30日编
f=[1,1];
i=1;
whilef（i）+f（i+1）f（i+2）=f（i）+f（i+1）;
i=i+1;
end
将以上函数文件以文件名ffib.m存盘，然后在MATLAB命令窗口输入以下命令，可求小于2000的Fibonacci数。
ffib（2000）
2．函数调用
函数文件编制好后，就可调用函数进行计算了。
如上面定义ffib函数后，调用它求小于2000的Fibonacci数。
函数调用的一般格式是：
[输出实参表]=函数名（输入实参表）
【例10】利用函数文件，实现直角坐标（x,y）与极坐标（γ,θ）之间的转换。
函数文件tran.m：
function[gama,theta]=tran（x,y）
gama=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=:
'）;
[gam,the]=tran（x,y）;
gam
the
【例11】利用函数的递归调用，求n！
。
functionf=factor（n）
ifn<=1
f=1;
else
f=factor（n-1）*n;
end
return;%返回
在命令文件main2.m中调用函数文件factor.m：
fori=1:
10
fac（i）=factor（i）;
end
fac
程序运行结果是：
fac=
Columns1through612624120720Columns7through10
504403203628803628800
3．函数所传递参数的可调性
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。
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12】nargin用法示例
函数文件examp.m：
functionfout=charray（a,b,c）
ifnargin==1
fout=a;
elseifnargin==2
fout=a+b;
elseifnargin==3
fout=（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）
执行mydemo.m后的输出是：
ans=
123
ans=
246
ans=
21
【例13】全局变量应用示例
在MATLAB中，全局变量用命令global定义。
函数文件的内部变量是局部的，与其他函数文件及MATLAB工作空间相互隔离。
但是，如果在若干函数中，都把某一变量定义为全局变量，那么这些函数将公用这一个变量。
全局变量的作用域是整个MATLAB工作空间，即全程有效。
所有的函数都可以对它进行存取和修改。
因此，定义全局变量是函数间传递信息的一种手段。
【例13】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）
%addtwovariable
globalALPHABETA
f=ALPHA*x+BETA*y;
在命令窗口中输入：
globalALPHABETA
ALPHA=1;
BETA=2;
s=wadd（1,2）
输出为：
s=
5
习题
1.输入20个数，求其中最大数和最小数。
要求分别用循环结构和调用MATLAB的max函数、min函数来实现。
2.求Fibonacci数列
（1）大于4000的最小项。
（2）5000之内的项数。
3.写出下列程序的输出结果:
s=0;
a=[12,13,14;15,16,17;18,19,20;21,22,23];
fork=a
forj=1:
4
ifrem（k（j）,2）~=0
s=s+k（j）;
end
end
end
s
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