MATLAB 程序设计基础

1. MATLAB程序设计基础 程序设计

2. M文件 两种形式：命令形式（Script） 函数形式（Function） 命令式M文件在运行过程中可以调用MATLAB工作域内所有的数据，而且，所产生的所有变量均为全局变量，直到用户执行clear命令清除；函数式文件中所有变量除特殊声明，均为局部变量。

3. 命令式M文件 提示： • 标点符号要运用恰当； • 注意程序的书写风格，保持程序的可读性； • 要以m为文件扩展名，在低版本的matlab中，文件名要符合8.3格式。

4. 函数式M文件 function [返回变量列表]=函数名(输入变量列表) 注释说明语句段 函数体 提示： • 第一行为function语句； • function后定义函数名和输入输出参数，函数被调用时按此格式执行； • 文件名必须与函数名一一对应； • 函数执行完后，只保留返回结果，不保留中间过程；

5. 例： function f=fibfun(n) %FIBFUN for calculating fibonacci numbers. %Incidengtally, the name fibonacci comes from %Filius Bonassi, or "son of Bonassus" %fibfun.m if n>2 f=fibfun(n-1)+fibfun(n-2); else f=1; end

6. ?help fibfun FIBFUN for calculating fibonacci numbers. Incidengtally, the name fibonacci comes from Filius Bonassi, or "son of Bonassus" fibfun.m ?lookfor fib FIBFUN for calculating fibonacci numbers. 注：为了利用MATLAB的关键字搜索功能，应该在M文件的第一行注释中，尽可能多的包含函数的特征信息。

7. 控制语句 • 循环语句 有两种方式：for循环和while循环 • for循环 for 循环变量=s1:s3:s2 循环体语句组 end 说明： • for 语句一定要有end结束标志； • 循环语句中要用“；”防止中间结果的输出； • 书写时采用锯齿结构以增加可读性；

8. 例：求 mysum=0; for i=1:1:100 mysum=mysum+i; end; mysum 求取s1的值－>i i在s1和s2之间？ 否 结束循环 是 循环体语句组 i+s3->i

9. for 循环的一般形式 for v=vect statements end vect为任意给定的向量，则循环变量从向量的第一个数值一直循环到最后一个数值。 例1(见前例)： mysum=0; v=1:100; for i=v;mysum=mysum+i;end mysum 例2： x=[]; for i='Hello', x=[i x]; end, x

10. while循环 while 逻辑变量 循环体语句组 end 例（见前例）： mysum=0;i=1; while (i<=100) mysum=mysum+i; i=i+1; end mysum 条件为真？ 否 结束 循环 是 循环体语句

11. 条件转移结构 if 逻辑变量 条件语句组 end 例： mysum=0; for m=1:1000 if (mysum>10000), break; end mysum=mysum+m; end [m, mysum]

12. if 条件式 条件块语句组1 else 条件块语句组2 end 否 是 条件语句组 语句组1 语句组2

13. 例：多项式加 p1=[1 5 4]; p2=[1 6 11 6]; n1=length(p1); n2=length(p2); if n1<n2, p1=[zeros(1,n2-n1) p1]; else p2=[zeros(1,n1-n2) p2]; end psum=p1+p2 psum = 1 7 16 10

14. if 条件式1 条件块语句组1 elseif 条件式2 条件块语句组2 … else 条件块语句组n+1 end 否 条件1 否 条件2 是 否 条件n 是 是 语句组1 语句组2 语句组n 语句组n+1

15. 分支语句 switch 开关表达式 case 表达式1 语句段1 case {表达式2,表达式3,…,表达式m} 语句段2 … otherwise 语句段n end

16. 注意： • 无需像C语言那样在下一个case语句前加break语句； • 当需要在开关表达式满足若干个表达式之一时，用单元结构来表示； • otherwise等价于C语言的default语句； • 程序的执行结果与case语句的次序无关。

17. 试探式语句 try 语句段1 catch 语句段2 end 首先试探性的执行语句段1，如果在执行过程中出现错误，则将错误信息赋给lasterr变量，并放弃该段语句，转而执行语句段2中的语句。

18. function c=testtry(a,b) try c=a+b; catch c=strcat(a,b); end

19. 人机交互语句 • echo语句 echo on 打开命令式文件的回应命令； echo off 关闭回应命令； echo file on 使file文件的命令在执行中被显示； echo file off 关闭file文件的命令执行中的回应； echo on all 显示所有执行文件的执行过程； echo off all 关闭所有执行文件的回应显示；

20. 用户输入提示命令 input 用来提示用户从键盘输入数据、字符串或表达式，并接收输入值。 ?r=input('What''s your name?','s') What's your name?Gundam r = Gundam ?r=input('How many apples:') How many apples:2 r = 2

21. yesinput 智能输入命令 answer=yesinput(question,default,possib) question为屏幕提示问题，default为默认值，possib为检验范围。

22. keyboard 暂停执行程序并等待键盘输入状态，处理完毕后，键入return并回车，程序将继续运行，通常用来对程序调试及在程序中修改变量。 • pause pause 暂停程序，等待回应； pause(n) 等待n秒后继续执行； pause on 显示并执行pause命令； pause off 显示但不执行pause命令。

23. 中断命令 break 用在循环语句或条件语句中，使得不必等待循环的自然结束。 例：鸡兔同笼，头有36， 脚共100，求鸡兔各多少？ i=1; while i if rem(100-i*2,4)==0&(i+(100-i*2)/4)==36 break; end i=i+1; end chicken=i rabit=(100-2*i)/4

24. 函数变量 • nargin 函数输入变量的个数 例：编制函数test1实现如下功能：如果只提供一个输入变量，则求该输入变量的模，如果有两个输入变量则求它们的和。 function c=test1(a,b) if(nargin==1) c=det(a); elseif (nargin==2) c=a+b; end

25. varargin 可以实现不定数目的输入变量的函数，函数的一切输入变量均存储在单元数组varargin中。 • 与之相对应，输出变量也有相应的函数,如：nargout、varargout等。

26. 变量作用域 • 函数内部定义的变量均为局部变量，如果需要使用全局变量，则应当使用命令global定义，并且在任何使用该全局变量的函数中都应加以定义。 • 定义全局变量时，变量之间必须用空格分隔，不能以逗号分隔。

27. function [num1,num2,num3]=test3(varargin) global firstlevel secondlevel num1=0;num2=0;num3=0; list=zeros(nargin); for i=1:nargin list(i)=sum(varargin{i}(:)); list(i)=list(i)/length(varargin{i}); if list(i)>firstlevel num1=num1+1; elseif list(i)>secondlevel num2=num2+1; else num3=num3+1; end end ?global firstlevel secondlevel ?firstlevel=85; ?secondlevel=75; ?[a,b,c]=test3([90,89,60],[79,89,60],[99,98,100]) a = 1 b = 2 c = 0

28. 子函数与局部函数 • 函数文件中题头定义的函数为主函数，在函数体内定义的其他函数即为子函数。子函数只能为主函数或同一主函数下其他的子函数所调用。 function c=test(a,b) %main function c=test1(a,b)*test2(a,b); function c=test1(a,b) %sub function c=a+b; function c=test2(a,b) %sub function c=a-b;

29. 放置于目录private下的函数称为局部函数，这些函数只有private目录的父目录中的函数才可以调用，其他目录的函数不能调用。局部函数与一般函数文件的编辑相同。放置于目录private下的函数称为局部函数，这些函数只有private目录的父目录中的函数才可以调用，其他目录的函数不能调用。局部函数与一般函数文件的编辑相同。 • MATLAB在调用函数时，首先检测该函数是否为此文件的子函数；如果不是，再检测是否为可用的局部函数；如果仍不是，则检测MATLAB搜索路径中其他的M文件。

30. 程序设计的辅助函数 • 执行函数 [y1,y2,…,yn]=feval(function,x1,x2,…,xn) 以函数名为输入变量的函数。 evalin(workspacename,’expression’) 对指定工作空间workspacename中的变量进行操作，计算表达式expression的值。

31. 容错函数 error(‘错误信息’) 触发函数error时，中断程序的运行，显示错误信息。 warning用法类似， 但不会中断程序。 function c=testerror(a,b) flag=0; if ischar(a)&ischar(b) flag=1; else error('Input must be a string!'); end if flag c=strcat(a,b); end

32. 时间控制函数 日期表达形式： dd-mmm-yyyy mm/dd/yy mm/dd 12-Oct-2003 10/12/03 10/12 时间表达形式： HH:MM:SS HH:MM:SS PM

33. cputime的调用： t=cputime; 程序段； t=cputime-t; 显示该程序段运行所占用的CPU时间。

34. tic、toc的调用方法 tic; 程序段； toc； 显示运行该程序段所需的时间。 • etime（time2，time1） 计算两时刻的时间差。

35. 程序设计优化 • 以矩阵为操作主体 以向量运算代替循环运算,提倡矩阵操作 ?tic;x=1;for i=1:1000,y(i)=sin(x);x=x+0.1*pi;end,toc elapsed_time = 0.0500 ?tic;x=1:0.1*pi:1000*pi;y=sin(x);toc elapsed_time = 0.0100

36. 在多重循环的情况下，建议外循环执行循环次数少的，内循环执行循环次数多的。在多重循环的情况下，建议外循环执行循环次数少的，内循环执行循环次数多的。 例：生成5×10000的Hilbert矩阵，其中 hi,j=1/(i+j-1) ?test1 elapsed_time = 0.2970 ?test2 elapsed_time = 0.6100 Test1.m tic for i=1:5 for j=1:10000 H(i,j)=1/(i+j-1); end end toc Test2.m tic for j=1:10000 for i=1:5 H(i,j)=1/(i+j-1); end end toc

37. 大型矩阵预先定维 大型矩阵动态的定维会降低程序运行效率，所以，应预先估计变量的最大维数，用zeros或ones等进行预先定维。 tic H=zeros(5,10000); for i=1:5 for j=1:10000 H(i,j)=1/(i+j-1); end end toc tic H=zeros(5,10000); for i=1:5 H(i,:)=1./[i:i+9999]; end toc ?test1 elapsed_time = 0.2970 ?test2 elapsed_time = 0.0310

38. 对于二重循环，还可以使用meshgrid函数来构造。对于二重循环，还可以使用meshgrid函数来构造。 • 优先考虑内在函数 • 采用有效算法 • 采用Mex技术 ?tic,[i,j]=meshgrid(1:5,1:10000);H=1./(i+j-1);toc elapsed_time = 0.0150

39. 面向对象的程序设计 • 类和对象的构造 类的概念是结构体的拓展，类中可以包含变量形成员，也可以包含与这些变量相关联的函数或运算。对象是类的一个实例。 • 首先定义一个适当的名字; • 以这个名字建立一个子目录，目录名为该名称前加@符号； • 编写一个引导函数，函数名与类同名。

40. 例：定义一个多项式类 • 如果不给出输入变量，则建立一个空多项式； • 如果输入变量a为多项式类，则直接把它传送给输出变量p； • 如果a为向量，则将此向量变换成行向量，再构造一个多项式对象； function p=polynom(a) if nargin==0 p.c=[];p=class(p,'polynom'); elseif isa(a,'polynom'), p=a; else p.c=a(:).';p=class(p,'polynom'); end

41. function s=char(p) if all(p.c==0) s='0'; else d=length(p.c)-1;s=[]; for a=p.c; if a~=0 if ~isempty(s) if a>0, s=[s,'+']; else, s=[s,'-'];a=-a; end end if a~=1|d==0, s=[s, num2str(a)]; if d>0, s=[s,'*']; end end if d>=2, s=[s,'x^',int2str(d)]; elseif d==1, s=[s 'x']; end end d=d-1; end end • 类的显示 在此目录下重新建立display()函数。 函数自动按照多项式显示的格式构造字符串，并显示出来。 function display(p) disp(' ');disp([inputname(1),' = ']) disp(' ');disp([' ' char(p)]);disp(' ');

42. 各种运算的建立 加法运算：对plus()函数进行重载定义； 减法运算：对minus()函数进行重载定义； 乘法运算：对mtimes()函数进行重载定义； 乘方运算：对mpower()函数进行重载定义；

43. function p=mpower(a,n) if n>=0, n=floor(n);a=polynom(a);p=1; if n>=1 for i=1:n, p=p*a;end end else error('Power should be a non-negative integer.') end function p=minus(a,b) a=polynom(a); b=polynom(b); k=length(b.c)-length(a.c); p=polynom([zeros(1,k) a.c] -[zeros(1,-k) b.c]); function p=minus(a,b) a=polynom(a); b=polynom(b); k=length(b.c)-length(a.c); p=polynom([zeros(1,k) a.c] -[zeros(1,-k) b.c]); function p=mtimes(a,b) a=polynom(a); b=polynom(b); p=polynom(conv(a.c,b.c));

44. ?P=polynom([1 4 0 -7]) P = x^3+4*x^2-7 ?Q=polynom([5 3 -1.5 7 8]) Q = 5*x^4+3*x^3-1.5*x^2+7*x+8 ?P+Q ans = -5*x^4-2*x^3+5.5*x^2-7*x-15 ?P-Q ans = -5*x^4-2*x^3+5.5*x^2-7*x-15 ?P*Q ans = 5*x^7+23*x^6+10.5*x^5-34*x^4+15*x^3+42.5*x^2-49*x-56 ?P^3 ans = x^9+12*x^8+48*x^7+43*x^6-168*x^5-336*x^4+147*x^3+588*x^2-343

45. 文件格式与读写 • Matlab的文件 MDL文件－simulink生成的模型描述文件； DLL文件－由Mex技术生成的matlab可调用函数库； MAT文件－matlab格式存储的二进制数据文件 P 文件 － M文件变换后的伪代码文件。

46. 变量存储命令 save 文件名 变量列表 文件名为要存储的文件名，如果不给出文件名则默认为matlab.mat；变量列表为要存储的变量，各个变量名间用空格分割，如果不给出变量名列表，则将整个工作空间中所有变量都存入该文件。

47. 例： save tmp a b c 将a，b，c三个变量存到tmp.mat文件中，默认目录为work目录。 save(‘temp space’,’a’,’b’,’c’) 可以使用任意的合法文件名。

48. 变量装载命令 load 文件名 或 load（文件名） 从mat文件中将变量数据装载入工作空间。 • ASCII格式的变量存储 save temp.dat /ascii 此时，文件内容为可读的，当变量的精度被降低。

49. 文件操作函数 • 打开文件 文件句柄=fopen(‘文件名’，’打开方式‘) 如果句柄的值大于0，说明文件打开成功；打开方式： r － 只读 w － 只写 a － 追加 r+ － 可读又可写 …

50. 关闭文件 fclose(文件句柄) 成功，则返回0；否则返回－1。 如果想关闭matlab运行中打开的所有文件，可以用fclose(‘all’)命令。 • 有格式读文件 A=fscanf(文件句柄,’输入格式’,变量大小N) 从文件中读取N个元素，赋给A。