MATLAB程序设计实验

科学计算与数据处理实验报告学号姓名实验名称MATLAB程序设计实验实验目的1 .掌握M文件的编辑、调试和性能剖析方法2.掌握MATLAB脚本和函数的设计方法3.掌握MATLAB程序的基本语法、关系运算和控制结构4.掌握串演算函数的用法实验方案1 .编写两段简短的代码，演示MATLAB脚本和函数的不同：脚本和函数的不同点是：函数需要通过fun ction来声明，一般有输入参数和输出参数。脚本是按顺序一条一条命令逐行执行。编与一个函数文件myfun .m和一个脚本文件 myfun script.m.来演示脚本和函数的不冋。2.编写程序演示控制结构的用法：编写程序分别来演示循环(for、while )、分支(if-else-end 、switch-case )和异常处理(try-catch )控制结构的用法。3.编与程序分别演示以下命令的功能。return的返回功能，in put的输入功台匕 冃匕。keyboard 语句常用在程序调试和运行中的变量修改。用户在程序中使用keyboard语句，在系统执行此语句时，将停止文件的执行，显示提示符K ”并把控制权交给键盘，等待用户的输入。当pause语句执行时，系统暂停执行，等待用户按任意键继续执行。break终止本次循环，跳出最内层循环中剩下的语句。error输出错误信息。lasterr显示或返回上一条出错的信息。warning遇到错误需要给使用者必要的提示，warni ng语句是常见的警告提示语句。lastwar n存放最新的警告信息。4 串演算实验：设计实验演示以下函数的功能和用法。eval是执行包含MATLAB表达式/命令的字符串，feval是调用某个函数的另一个方法。5 程序调试实验：对程序错误进行调试，总结调试过程，指出并改正所给程 序的出错语句，记录程序出错时和调通后显示的图形。6 .程序性能剖析实验：利用剖析器(profile viewer )对relaxzzy(300)进行运行分析，找出relaxzzy函数中最耗时的语句，记录其执行时间、被调用次数， 并指出该语句是否可以被加速。实验记录1 .编写两段简短的代码，演示 MATLAB 脚本和函数的不同(1 )函数文件：文件名：myfun .mfun ctio n y =myfu n( a,b)disp(spri ntf(My first in put is %s,i nputin ame(1)disp(spri ntf(My sec ond in put is %s,i nput name(2)y=a+b;运行结果：x=5;y=6;y=m yfun(x,y)My first in put is xMy sec ond in put is yy =11(2 ) 脚本文件：文件名：myfun script.ma=2;b=2;clf;x=-a:0.2:a;y=-b:0.2:b;for i=1:le ngth(y)for j=1:le ngth(x)if x(j)+y(i)1z(i,j)=0.5457*exp(-0.75*y(i)A2-3.75*x(j)A2-1.5*x(j);elseif x(j)+y(i) syms n fact_n fact_ n=1; n=in put(please en ter a positive in teger:);please en ter a positive in teger:5 fact_ n=1; for ii=1: nfact_n=fact_n *ii;end fprintf(The factional function of %f is :%fn,n,fact_n);The factional function of 5.000000 is :120.000000(2) While 循环：clearsyms x n sum_x sum_x2 xbar std_devn=0;sum_x=0;sum_x2=0;x=in put(Please en ter the first sample:);while isnu meric(x)&isempty(x)=0n=n+1;xmat( n)=x;sum_x=sum_x+x;x=in put(Please en ter next sample);endx_bar=sum_x/ n;for ii=1: nsum_x2=sum_x2+(xmat(ii)-x_bar)A2;endstd_dev=sqrt(sum_x2/n);fprin tf(The nu mber of data points is :%fn, n); fprintf(The mean of this data set is :%fn,x_bar); fprin tf(The sta ndard deviati on is :%fn ,std_dev);运行结果：Please en ter the first sample:12Please en ter n ext sample24Please en ter n ext sample12Please en ter n ext sample23Please en ter n ext sample23Please en ter n ext samplelPlease en ter n ext sample45Please en ter n ext sample45Please en ter n ext sample45Please en ter n ext sample21Please en ter n ext sample12Please en ter n ext samplellPlease en ter n ext samplelllPlease en ter n ext samplellPlease en ter n ext sample45Please en ter n ext sample45Please en ter n ext sample45Please en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplelPlease en ter n ext samplellPlease en ter n ext sampleThe number of data poi nts is :53.000000The mean of this data set is :10.886792The standard deviation is :19.950562(3) if-else-end 分支：clcclearsyms nu mber1 nu mber2 sum2 nu mbers sub2 nu mbersnu mber仁 in put(please en ter nu mber1 as :);nu mber2=in put(please en ter nu mber2 as:);n=in put(if you want to execute sum calculati on,you should en ter1,otherwise en ter -1;);if n=1fprin tf(the sum of the two nu mbers %fn and %fnis%fn, nu mber1, nu mber2, nu mber1 + nu mber2 );elseif n=-1fprin tf(the sum of the two nu mbers %fn and %fn is %fn,nu mberl, nu mber2 , nu mberl- nu mber2 );end运行结果：please en ter nu mberl as :5please en ter nu mber2 as:7if you want to execute sum calculati on,you should en ter 1,otherwise en ter -1;1the sum of the two numbers 5.000000and 7.000000is 12.000000(4)switch 分支：clearsyms scorescore=in put(please en ter the score of the stude nt subject that you want to kon w,s);switch(score)case A,adisp(?这门课你做的非常好)；case B,bdisp(良好);caseC,cdisp(中等);caseD,ddisp(及格);caseE,edisp(对不起，你需要重修！)otherwisedisp(对不起，输入错误！)end运行结果：please en ter the score of the stude nt subject that you want to know a该门课你做的非常好！(5) try-catch 异常处理：clearclcA=sym(i nput(please en ter matrix A=,s)B=sym(i nput(please en ter matrix B=,s)trydisp(The multiplicatio n of A and B is)C=A*Bcatchtrydisp(The dolt multiplicati on of A and B is)D=A.*Bcatchdisp(The two matrices A and B can not be executed matrix anddot multiplicati on.);endend运行结果：输入正确时的运行结果：please en ter matrix A=2 3 4 5A =2, 3, 4, 5please enter matrix B=3 4 5 6B =3, 4, 5, 6The multiplicati on of A and B isThe dolt multiplicati on of A and B isD =6, 12, 20, 30输入错误时的运行结果：please en ter matrix A=2 3 4 5A =2, 3, 4, 5please en ter matrix B=3 4B =3, 4The two matrices A and B can not be executed matrix and dot multiplicatio n.3.编写程序分别演示以下命令的功能：(1) return 的功能和用法：s=0;for i=1:50s=s+i;if s=500disp(您要的结果是：)disp(s)returnendend运行结果：您要的结果是：528in put的功能和用法：clccleara=input（请输入数字）;if a0disp（输入的大于零）elseif a=0disp（输入的等于零）elsedisp（输入的小于零）end运行结果：请输入数字：1输入的大于零（3） keyboard的功能和用法：clearclcx=i nput（输入被除数：）;y=i nput（输入除数：）;if y=0errordlg（除数不能为O）;keyboardn=x/y;disp（您要的结果是：） disp（ n）elsen=Xy;disp(您要的结果是：) disp( n)end运行结果：输入被除数：5输入除数：0K 1ans =1(4) pause的功能和用法：x=-pi:pi/10:piy1=cos(x);subplot(1,2,1);plot(x,y1);pause(5)y2=si n( x);subplot(1,2,2);plot(x,y2);运行结果:110.8L0.8-0.6L-0.6-0.411110.4-1 |I0.2-|1110.2-111-0-s0-0.2-r-0.2-i-0.4J1111-0.4-111r1 i i-0.6L11-0.6-0.8-0.8- /-1_FifF-1LF4-202-11-2024(5) break的功能和用法for n=1:100if mod( n,6)=0con ti nueendbreakenddisp(小于100的自然数中第一个能被6整除的数是：)disp( n)运行结果：小于100的自然数中第一个能被6整除的数是：6warning的功能和用法：clearclcx=i nput（输入被除数：）;y=i nput（输入除数：）;if y=0warning（除数不能为O）;elsen=x/y;disp（您要的结果是：） disp（ n）end运行的结果：输入被除数：45输入除数：0Warning:除数不能为0!（7） error的功能和用法：clearclcx=i nput（输入被除数：）;y=i nput（输入除数：）;if y=0error（除数不能为0）;elsen=Xy;disp(您要的结果是：)disp( n)end运行的结果：输入被除数：45输入除数：0?除数不能为0!(8) lasterr的功能和用法： lasterrans =除数不能为0(9) lastwarn的功能和用法： warni ng(被除数不能为0);Warni ng:被除数不能为0 warning(除数不能为0);Warning:除数不能为0 lastwar nans =除数不能为04.串演算实验：(1) eval的功能和用法：x=-pi:pi/10:pi;subplot(2,1,1);eval(plot(cos(x);subplot(2,1,2);eval(plot(s in (x)运行结果:-1-10.50-0.551015202500.50-0.55101520250(2) feval的功能和用法： temp=feval(feval2,3,5);My first in put is 3My seco nd in put is 5 temptemp =文件名：feval2.mfunction y = feval2(a,b)disp(spri ntf(My first in put is %s,i nput name(1) disp(spri ntf(My sec ond in put is %s,i nput name(2) y=a+b;5.程序调试实验：(1 )出错时：运行结果： randn( seed,1); x=ra ndn (1,100); Debug_Test(x);? Error using = plotVectors must be the same len gths.Error in = Debug_Testbarzzy0 at 18 plot(xxmu,yy,r,Li newidth,3)Error in = Debug_Test at 7barzzy0( nn ,xx,xmu,xstd)(2 )改正后：把原程序中的 xxmu=xmu*size(yy) 改为 xxmu=xmu*ones(size(yy)。运行结果： randn( seed,1),x=ra ndn (1,100);Debug_Test(x)ans =134162119209616.程序性能剖析实验relaxzr, i1 call. 2.640 sec)Sewraladf ushg 羊l.折湘.M-lunctia n n t Is F Uu4MbL*l 自工 rH #. hrCdPY H r阳冑 wind囹 fcif 匚口巾口可曲口 mubiplo2&亡启hEl 3hoxf parenl kindionE E Show busy Ines 3 Shnw chid LncliansFl Sh dw M-Liil rat ull s 回 Sh mw fik caiprqp VI Stow Innclion listingIPdi&iiit& (c-dillihq irjmztiQnG)Nto p刃e就Lin处 lias# 山。moi lima wa 耳畑inLne klumbErCodeCailTtftal Time% TimeTime PlkzdIBnwplate (j pk)B (pl r(JuLkL) /.3000000ojesr s2.7%2EdtanrniduGQ0jG4Gs621ti3Lace .i;1 63t =23 9%endLOOJQQO1124 s47K130elose1D.UGs4.3%1All ofther Ipnei0 474 s17 3%T&talg2j64O3100%Fim cllioii I hl h i gDolor Nghiighi code according to j“ vtimp FAlliB liwJ. fuzicLan c 1 apc 1 wscy (tc);卡 fa idi wininramE|.jK6A 01丄m 041 - 011Ol 631Q_ LIE1 0.011OL USiC 0,011 a+ oiIC 0l 0130DC 0.013005D D. 01300DDQ, 0Zgnnnnj.ir30000DO0,113000Q5D+6E3QOOQ9D3 se=-1D2;neTrpL ate=plate ; m-magE (p Jat-e I ;&3(L S 3itt_4 platE=maqi (az I/ (sz*3E);H se*(cjief r !DitLbJ.eJBuei:1 j, on i 处寸_rnrot *： tg-1) tal-h-l;11J-pLK+1；_空end药p Late netip Lite;4Lf (0=-ieu(l,5n列set (mF 1 data1 丄&t)2dl-CLlLUUand0.1230000030,01300000.013QD0.0130D0. OiD0,05SD0. 01&Dc001ODDa. oi10.11121end10 tic2D end聘 i* lspr：toe;JE “卩兀由上例图可知，relaxzzy函数中最耗时的语句是newplate(j,k)=(plateam1,km1)/2+plate(jm1,k)+.plate(jm1,kp1)/2+plate(j,km1)+plateQ,kp1)+plate(jp1,km1)/2+plate(jp1,k)+plateQp1,kp1)72)/6其执行时间为0.651 s ,被调用次数为3000000次。这个语句可以加速，用过 向量化改为矩阵的形式，就可以加速了。实验总结(1) MATLAB脚本和函数的异冋点：M脚本文件与 M函数文件都是由一系列的语句组成的相对独立的一个运行体。M脚本文件没有参数传递功能，但M函数文件有此功能。M函数文件的格式有严格规定，它必须以fun ctio n开头。函数文件与脚本文件的主要区别在于：函数文件一般都要带参数,都要有返回结果，而脚本文件没有参数与返回结果。函数文件的变量是局部变量，运行期间有效，运行完毕就自动被清除，而脚本文件的变量是全局变量，执行完毕后仍被保存在内存中。(2) MATLAB程序调试和性能剖析的方法：程序调试的基本方法有：设置或清除断点，单步执行，step in当遇见函数时进入函数内部，step out执行流程跳出函数，观察变量或表达式的值。性能剖析的方法有：简单计算程序 运行时间：tic , toc。全面分析程序运行时间Profiler 。(3) 提高MATLAB 程序运行速度的有效措施：要学好matlab，有效地使用matlab，能不用循环的地方，尽量不要使用。向量化，使用C-mex写核心。(4) 通过这次试验我掌握了M文件的编写，运行和调试。知道了函数文件和脚本文件的相冋点和不冋点。冋时也掌握了matlab程序设计中的基本语法，关系运算，以及for和while循环结构，if-else-end 和switch的分支结构 和异常处理的try-catch 结构。通过自己调试一个程序，明白了程序调试的基本方法。自己通过对一个程序的性能剖析，知道了性能剖析的基本方法。成绩评定注：实验方案要详略得当、条理清晰，实验记录数据详实，实验总结应做高度归纳和提炼。