第3章 MATLAB程序设计 3.1 M文件 3.2 程序控制结构 3.3 函数文件 3.4 程序举例 3.5 程序调试 3.2 程序控制结构 3.3 函数文件 3.4 程序举例 3.5 程序调试

3.1 M文件 3.1.1 M文件概述 用MATLAB语言编写的程序，称为M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)。

例3-1 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。 clear; %清除工作空间中的变量 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。 clear; y=input('Input Fahrenheit temperature：'); x=f2c(y) 输出情况为： Input Fahrenheit temperature：70 c = 21.1111 x =

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。 (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。

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。

3.2 程序控制结构 3.2.1 顺序结构 1．数据的输入 从键盘输入数据，则可以使用input函数来进行，该函数的调用格式为： A=input(提示信息，选项)； 其中提示信息为一个字符串，用于提示用户输入什么样的数据。 如果在input函数调用时采用'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''s your name?','s');

2．数据的输出 MATLAB提供的命令窗口输出函数主要有disp函数，其调用格式为 disp(输出项) 其中输出项既可以为字符串，也可以为矩阵。

例3-2 输入x,y的值，并将它们的值互换后输出。 程序如下： x=input('Input x please.'); y=input('Input y please.'); z=x; x=y; y=z; disp(x); disp(y);

例3-3 求一元二次方程ax2 +bx+c=0的根。 程序如下： 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)]; disp(['x1=',num2str(x(1)),',x2=',num2str(x(2))]);

3．程序的暂停 暂停程序的执行可以使用pause函数，其调用格式为： pause(延迟秒数) 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。 若要强行中止程序的运行可使用Ctrl+C命令。

3.2.2 选择结构 1．if语句 在MATLAB中，if语句有3种格式。 (1) 单分支if语句： 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if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。

(2) 双分支if语句： 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。

例3-4 计算分段函数的值。 程序如下： x=input('请输入x的值:'); if x<=0 y= (x+sqrt(pi))/exp(2); else y=log(x+sqrt(1+x*x))/2; end Y

(3) 多分支if语句： 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n end 语句用于实现多分支选择结构。

例3-5 输入一个字符，若为大写字母，则输出其对应的小写字母；若为小写字母，则输出其对应的大写字母；若为数字字符则输出其对应的数值，若为其他字符则原样输出。 c=input('请输入一个字符','s'); if c>='A' & c<='Z' disp(setstr(abs(c)+abs('a')-abs('A'))); elseif c>='a'& c<='z' disp(setstr(abs(c)- abs('a')+abs('A'))); elseif c>='0'& c<='9' disp(abs(c)-abs('0')); else disp(c); end

2．switch语句 switch语句根据表达式的取值不同，分别执行不同的语句，其语句格式为： 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

当表达式的值等于表达式1的值时，执行语句组1，当表达式的值等于表达式2的值时，执行语句组2，…，当表达式的值等于表达式m的值时，执行语句组m，当表达式的值不等于case所列的表达式的值时，执行语句组n。当任意一个分支的语句执行完后，直接执行switch语句的下一句。

例3-6 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)： 输入所售商品的价格，求其实际销售价格。

程序如下： price=input('请输入商品价格'); switch fix(price/100) case {0,1} %价格小于200 rate=0; case {2,3,4} %价格大于等于200但小于500 rate=3/100; case num2cell(5:9) %价格大于等于500但小于1000 rate=5/100; case num2cell(10:24) %价格大于等于1000但小于2500 rate=8/100; case num2cell(25:49) %价格大于等于2500但小于5000 rate=10/100; otherwise %价格大于等于5000 rate=14/100; end price=price*(1-rate) %输出商品实际销售价格

3．try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。

例3-7 矩阵乘法运算要求两矩阵的维数相容，否则会出错。先求两矩阵的乘积，若出错，则自动转去求两矩阵的点乘。 程序如下： A=[1,2,3;4,5,6]; B=[7,8,9;10,11,12]; try C=A*B; catch C=A.*B; end C lasterr %显示出错原因

3.2.3 循环结构 1．for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。

例3-8 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。 程序如下： for m=100:999 m1=fix(m/100); %求m的百位数字 m2=rem(fix(m/10),10); %求m的十位数字 m3=rem(m,10); %求m的个位数字 if m==m1*m1*m1+m2*m2*m2+m3*m3*m3 disp(m) end

例3-9 已知 ，当n=100时，求y的值。 程序如下： y=0; n=100; for i=1:n y=y+1/(2*i-1); end y

在实际MATLAB编程中，采用循环语句会降低其执行速度，所以前面的程序通常由下面的程序来代替： n=100; i=1:2:2*n-1; y=sum(1./i); y

for语句更一般的格式为： for 循环变量=矩阵表达式 循环体语句 end 执行过程是依次将矩阵的各列元素赋给循环变量，然后执行循环体语句，直至各列元素处理完毕。

例3-10 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');

2．while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。

例3-11 从键盘输入若干个数，当输入0时结束输入，求这些数的平均值和它们之和。 例3-11 从键盘输入若干个数，当输入0时结束输入，求这些数的平均值和它们之和。 程序如下： sum=0; cnt=0; val=input('Enter a number (end in 0):'); while (val~=0) sum=sum+val; cnt=cnt+1; end if (cnt > 0) sum mean=sum/cnt

3．break语句和continue语句 与循环结构相关的语句还有break语句和continue语句。它们一般与if语句配合使用。 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。

例3-12 求[100，200]之间第一个能被21整除的整数。 程序如下： for n=100:200 if rem(n,21)~=0 continue end break n

4．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3-13 若一个数等于它的各个真因子之和，则称该数为完数，如6=1+2+3，所以6是完数。求[1,500]之间的全部完数。 for m=1:500 s=0; for k=1:m/2 if rem(m,k)==0 s=s+k; end if m==s disp(m);

3.3 函数文件 3.3.1 函数文件的基本结构 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。

例3-14 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;

3.3.2 函数调用 函数调用的一般格式是： [输出实参表]=函数名(输入实参表) 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。

例3-15 利用函数文件，实现直角坐标(x,y)与极坐标(ρ,θ)之间的转换。 函数文件tran.m： function [rho,theta]=tran(x,y) rho=sqrt(x*x+y*y); theta=atan(y/x); 调用tran.m的命令文件main1.m： x=input('Please input x=:'); y=input('Please input y=:'); [rho,the]=tran(x,y); rho the 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。

例3-16 利用函数的递归调用，求n！。 n!本身就是以递归的形式定义的： 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： function f=factor(n) if n<=1 f=1; else f=factor(n-1)*n; %递归调用求(n-1)! end

3.3.3 函数参数的可调性 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。

例3-17 nargin用法示例。 函数文件examp.m： function fout=charray(a,b,c) if nargin==1 fout=a; elseif nargin==2 fout=a+b; elseif nargin==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)

3.3.4 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3-18 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： ALPHA=1; BETA=2; s=wadd(1,2)

3.4 程序举例 例3-19 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。

例3-20 用筛选法求某自然数范围内的全部素数。 素数是大于1，且除了1和它本身以外，不能被其他任何整数所整除的整数。用筛选法求素数的基本思想是：要找出2~m之间的全部素数，首先在2~m中划去2的倍数(不包括2)，然后划去3的倍数(不包括3)，由于4已被划去，再找5的倍数 (不包括5)，…，直到再划去不超过的数的倍数，剩下的数都是素数。

例3-21 设，求s=。 求函数f(x)在[a,b]上的定积分，其几何意义就是求曲线y=f(x)与直线x=a，x=b，y=0所围成的曲边梯形的面积。为了求得曲边梯形面积，先将积分区间[a,b]分成n等分，每个区间的宽度为h=(b-a)/n，对应地将曲边梯形分成n等分，每个小部分即是一个小曲边梯形。近似求出每个小曲边梯形面积，然后将n个小曲边梯形的面积加起来，就得到总面积，即定积分的近似值。近似地求每个小曲边梯形的面积，常用的方法有：矩形法、梯形法以及辛普生法等。

例3-22 Fibonacci数列定义如下： f1=1 f2=1 fn=fn-1+fn-2 (n>2) 求Fibonacci数列的第20项。 例3-23 根据矩阵指数的幂级数展开式求矩阵指数。

3.5 程序调试 3.5.1 程序调试概述 一般来说，应用程序的错误有两类，一类是语法错误，另一类是运行时的错误。语法错误包括词法或文法的错误，例如函数名的拼写错、表达式书写错等。 程序运行时的错误是指程序的运行结果有错误，这类错误也称为程序逻辑错误。

3.5.2 调试器 1．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。 2．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。

3.5.3 调试命令 除了采用调试器调试程序外，MATLAB还提供了一些命令用于程序调试。命令的功能和调试器菜单命令类似，具体使用方法请读者查询MATLAB帮助文档。