MATLAB编程 讲义及实例

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,MATLAB,语言,机械与汽车,工程学院,20,12,.0,3,教学内容：,M,ATLAB程序控制,M脚本文件和M函数文件,变量的检测传递和限权使用函数,函数句柄,图形用户界面编程（GUI）,第,四,章程序设计,4,.,1,程序流程语句,选择结构,if switch,循环结构,while for,4.1.1,选择结构,1.,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。,4.1,程序流程语句,4.1.1,选择结构语句,4.1.1,选择结构语句,4,.,1,程序流程语句,4.1.1,选择结构,例.给定两个实数，按代数值的大小输出其中大的,ab,ba,两次判断条件,4,.,1,.1 选择结构,2.,if 条件,语句组1,else,语句组2,end,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。,4,.,1,程序流程语句,4,.,1,程序流程语句,4,.,1,.1 选择结构,例.给定两个实数，按代数值的大小输出其中大的,4,.,1,程序流程语句,4,.,1,.1 选择结构,例.x为磨床冷却液温度传感器得到的温度值（这里用1828的随机数代替），如果温度在21-25之间，在监控器上显示“温度正常”，低于21显示报警“磨削液温度过低”，高于25显示报警“磨削液温度过高”,温度,21,21,温度,25,三次判断条件,4,.,1,程序流程语句,4,.,1,.1 选择结构,3.,if 条件1,语句组,elseif 条件2,语句组2,elseif 条件m,语句组m,else,语句组n,end,语句用于实现多分支选择结构。,4,.,1,程序流程语句,3.2.1,选择结构,例,.x,为磨床冷却液温度传感器得到的温度值（这里用,1828,的随机数代替），如果温度在,21,-,25,之间，在监控器上显示“温度正常”，低于,21,显示报警“磨削液温度过低”，高于,25,显示报警“磨削液温度过高”,4,.,1,程序流程语句,4,.,1,.1 选择结构,思考:计算分段函数的值,X X1,X-1 1=X=2,2,2,2,4,.,1,程序流程语句,4,.,1,程序流程语句,4,.,1,.1 选择结构,4.,switch 表达式,case 表达式1,语句组1;,case 表达式2,语句组2;,case 表达式m,语句组m;,otherwise,语句组n;,end,4,.,1,程序流程语句,4.1.1,选择结构,例.,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,200price500 3%折扣,500price1000 5%折扣,1000price2500 8%折扣,2500price5000 10%折扣,5000price 14%折扣,输入所售商品的价格，求其实际销售价格,4,.,1,程序流程语句,4,.,1,程序流程语句,4,.,1,.1 选择结构,思考：,给出学生的百分制成绩，要求转化成成绩等级输出，等级分为,优秀,，,良好,，,中等,，,及格,90分以上的为,优秀,80-89的为,良好,70-79的为,中等,60-69的为,及格,其他为,不及格,.,4,.,1,程序流程语句,4,.,1,程序流程语句,4,.,1,.2 循环结构,1while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。,4.1,程序流程语句,4.1,.2 循环结构,例.,求1+2+3+,+100的和,4,.,1,程序流程语句,4.1,程序流程语句,4.1,2 循环结构,2for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。,4.1,程序流程语句,4,.,1,.2 循环结构,例.,求1+2+2+,+100的和,4.1,程序流程语句,4.1,.2 循环结构,例.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;,for k=a,s=s+k;,end,disp(s);,4.1,程序流程语句,4.1,程序流程语句,4.1,.2 循环结构,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。,例:有一数:,1+1+1,+1+2+2+2,+2+3+3+3,+3,1,2,3,10,1,2,3,10,1,2,3,10,4.1,程序流程语句,4.1,程序流程语句,4.1.2,循环结构,思考.,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。,4.1,程序流程语句,4.1,程序流程语句,4.1.3,其他流程控制语句,1break语句和continue语句,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。,4.1,程序流程语句,例,:,求,100,，,200,之间第一个能被,21,整除的整数。,4.1.3,其他流程控制语句,2try语句,语句格式为：,try,语句组1,catch,语句组2,end,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。,4.1,程序流程语句,4.1,程序流程语句,4.1,程序流程语句,小作业,:,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“,You won”,，同时退出游戏,用户最多可以猜,7,次。,4.1,程序流程语句,M,命令文件,:,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。,4,.,2,M命令文件,和M函数文件,4,.,2.1,M命令文件,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,New M-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。,4,.,2.1,M命令文件,4,.,2,M命令文件,和M函数文件,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,Open File,命令按钮，再从弹出的对话框中选择所需打开的,M,文件。,4,.,2.1,M命令文件,4,.,2,M命令文件,和M函数文件,3,程序调试,Debug,菜单项,该菜单项用于程序调试，需要与,Breakpoints,菜单项配合使用。,Breakpoints,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。,4,.,2.1,M命令文件,4,.,2,M命令文件,和M函数文件,4,.,2,.2 函数文件,functions 数学中的一种对应关系，是从非空集合A到实数集B的对应。精确地说，设X是一个非空集合，Y是非空数集 ，f是个对应法则 ， 若对X中的每个x，按对应法则f，使Y中存在唯一的一个元素y与之对应 ， 就称对应法则f是X上的一个函数，记作yf（x），称X为函数f（x）的定义域，集合y|y=f（x），xX为其值域（值域是Y的子集），x叫做自变量，y叫做因变量，习惯上也说y是x的函数。,4,.,2,M命令文件,和M函数文件,4,.,2,.2 函数文件,M文件可以根据调用方式的不同分为两类：命令文件(Script File)和函数文件(Function File)。,4,.,2,M命令文件,和M函数文件,例,:,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。,f=input(Input Fahrenheit temperature,：,);,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：,Input Fahrenheit temperature,：,73,c =,22.7778,程序,2,：,首先建立函数文件,f2c.m,。,function c=f2c(f),c=5*(f-32)/9,然后在,MATLAB,的命令窗口调用该函数文件。,y=input(Input Fahrenheit temperature,：,);,x=f2c(y),输出情况为：,Input Fahrenheit temperature,：,70,c =,21.1111,x =,21.1111,4,.,2,.2 函数文件结构,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。,4,.,2,M命令文件,和M函数文件,例 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：,function s,p=fcircle(r),%CIRCLE calculate the area and perimeter of a circle of radii r,%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;,4,.,2,M命令文件,和M函数文件,函数,M,文件 一般由,5,个部分组成：,(1),函数定义行,;,(2)H1,行；,(3),函数帮助文本；,(4),函数体；,(5),注释。,4,.,2,M命令文件,和M函数文件,4,.,2,.2 函数调用,函数文件编制好后，就可以调用函数进行计算,输出形参表=函数名(输入形参表),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。,4,.,2,M命令文件,和M函数文件,例：,利用函数，求,n,！,4,.,2,M命令文件,和M函数文件,例：,利用函数，求,1!+2!+3!+n!,4,.,2,M命令文件,和M函数文件,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。,4,.,2,M命令文件,和M函数文件,例：,利用函数的递归调用，求,n,！。,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：,4,.,2,M命令文件,和M函数文件,例,nargin,用法示例。,x=1:3;,y=1;2;3;,charray(x),charray(x,y),charray(x,y,3),4,.,2,M命令文件,和M函数文件,给定两个实数,a,、,b,，一个自然数,n,，求解当,n=1,10,时所有的（,a+b,）,n,和,(a-b)n,。,首先建立函数文件,addsub.m,functionout1,out2=addsub(a,b,n),%,计算（,a+b,）,n,和,(a-b)n,out1= (a+b)n;,out2= (a-b)n;,建立调用上述子函数的函数文件,ex.m,a=input(a=);,b=input(b=);,addresult=(1:10);,subresult=(1:10);,for n=1:10,addresult(n), subresult(n)= addsub(a,b,n) ;,end,addresult,subresult,M,函数文件的特点,从形式上看，与脚本文件不同，函数文件的笫一行总是以 “,function”,引导的“函数申明行”。,从运行上看 ，与脚本文件运行不同 ，每当函数文件运行，,MATLAB,就会专门为它开辟一个临时工作空间，称为,函数工作空间,（,Function workspace,）。当执行文件最后一条指令时 ，就结束该函数文件的运行，同时该临时函数空间及其所有的中间变量就立即被清除。,MATLAB,允许使用比 “标称数目 ”较少的输入、输出参量，实现对函数的调用。,function ,输出参量,1,，输出参量,2,，,=,函数名,(,输出参量,1,，输出参量,2,，,),柯雷茨（,collatz,）猜想,对于任意的正整数,n,，如果,n,是偶数则除以,2,，如果还是偶数再除以,2,，直至成为奇数。把这个奇数乘以,3,加,1,再除以,2,，如果是偶数继续除以,2,，直至成为一个新的奇数。然后再将这个奇数乘以,3,加,1,，按照同样的办法计算下去。经过若干次计算之后，最后的得数是,1.,4,.,2,M命令文件,和M函数文件,4,.,2,.,3,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：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,function f=wadd(x,y),global ALPHA BETA,f=ALPHA*x+BETA*y;,在命令窗口中输入：,global ALPHA BETA,ALPHA=1;,BETA=2;,s=wadd(1,2),4,.,2,M命令文件,和M函数文件,4,.,3,.,1,函数所传递参数的可调性,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。,4,.,3,变量的检测传递和限权使用函数,例,nargin,用法示例。,函数文件,charray.m,：,4,.,3,变量的检测传递和限权使用函数,例,nargin,用法示例。,函数文件,charray.m,：,4,.,3,变量的检测传递和限权使用函数,例,nargin,用法示例。,x=1:3;,y=1;2;3;,charray(x),charray(x,y),charray(x,y,3),4,.,3,变量的检测传递和限权使用函数,图形用户界面（,GUI,）编程,现代的主流应用程序已经从命令行的交互方式转变为以图形界面为主的交互方式，这主要是由于它给用户带来了操作和控制的方便与灵活性。（面向对象编程）,MATLAB,能够以比较简单的方式实现一系列的图形界面功能。通过对控件、菜单属性的设置和,Callback,的编写，就能够满足大多数用户的需求。,控件、菜单的,Callback,属性,Callback,属性的取值是字符串，可以是某个,M,文件名或一小段,MATLAB,语句。当用户激活控件对象（,例,如 ：在控件对象图标上单击鼠标左键 ）时，应用程序就运行,Callback,属性定义的子程序。,Callback,属性的取值是字符串，可以是某个,M,文件名或一小段,MATLAB,语句。当用户激活菜单对象时，若没有子菜单就运行,Callback,属性定义的子程序。若有，先运行,Callback,属性定义的子程序，再显示子菜单。,控件的,Callback,属性,菜单的,Callback,属性,第,4,章,MATLAB,编程,4.1 MATLAB,的程序结构和控制流,4.2,脚本文件和函数文件,4.3,函数调用和参数传递,4.4,串演算函数,4.5,函数句柄,4.6,符号计算,4.7 M,文件的调试,4.8,程序设计实例,