数学软件 西南科技大学网络教育系列课程 数学软件 第10讲 MATLAB程序设计 主讲教师: 鲜大权 副教授 西南科技大学理学院数学系

10.1 M文件 10.2 数据的输入输出 10.3 选择结构 10.4 循环结构 10.5 函数文件 10.6 全局变量和局部变量

10.1 M文件 10.1.1 M文件的建立与编辑 1.建立新的M文件 (1)菜单操作：MATLAB命令窗口的File菜单 → New菜单项 → M-file命令。 (2)命令操作：在MATLAB命令窗口输入命令edit。 (3)命令按钮操作：单击MATLAB命令窗口工具栏上的“新建”命令按钮。 2. 编辑已有的M文件

10.1.2 M文件的分类 分类：命令文件(Script File)和函数文件(Function File)。 主要区别。

例10.1 建立一个命令文件将变量a,b的值互换，然后运行该命令文件。 首先建立命令文件并以文件名exch.m存盘： clear; a=1:10; b=[11,12,13,14;15,16,17,18]; c=a;a=b;b=c; a b 然后在MATLAB的命令窗口中输入exch，将会执行该命令文件。

例10.2 建立一个函数文件将变量a,b的值互换，然后在命令窗口调用该函数文件。 首先建立函数文件fexch.m： function [a,b]=exch(a,b) c=a;a=b;b=c; 然后在MATLAB的命令窗口调用该函数文件： clear; x=1:10; y=[11,12,13,14;15,16,17,18]; [x,y]=fexch(x,y)

10.2 数据的输入输出 10.2.1 input函数 调用格式为： A=input(提示信息，选项)； 10.2 数据的输入输出 10.2.1 input函数 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')

10.2.2 disp函数 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。 注意：用disp函数显示矩阵时将不显示矩阵的名字，而且其格式更紧密，且不留任何没有意义的空行。

例10.3 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))]);

10.2.3 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。

10.3 选择结构 10.3.1 if语句 在MATLAB中，if语句有3种格式。 1.单分支if语句 语句格式为： if 条件 语句组 10.3 选择结构 10.3.1 if语句 在MATLAB中，if语句有3种格式。 1.单分支if语句 语句格式为： 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 语句格式为： 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10.4计算分段函数值。 程序如下： x=input('请输入x的值:'); if x==10 y=cos(x+1)+sqrt(x*x+1); else y=x*sqrt(x+sqrt(x)); end y

3.多分支if语句 语句格式为： 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10.5 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，若为数字字符则输出其对应的数值，若为其他字符则原样输出。 程序如下： c=input('请输入一个字符','s'); if c>='A' & c<='Z' disp(setstr(abs(c)+1)); elseif c>='a'& c<='z' disp(setstr(abs(c)-1)); elseif c>='0'& c<='9' disp(abs(c)-abs('0')); else disp(c); end

10.3.2 switch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m+1 end

例10.6 某商场对顾客所购买的商品实行打折销售，已知打折标准，求所售商品的实际销售价格。 程序如下： price=input('请输入商品价格'); switch fix(price/100) case {0,1} rate=0; case {2,3,4} rate=3/100; case num2cell(5:9) rate=5/100; case num2cell(10:24) rate=8/100; case num2cell(25:49) rate=10/100; otherwise rate=14/100; end price=price*(1-rate)

10.3.3 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。这种试探性执行语句是其他高级语言所没有的。

例10.7 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

10.4 循环结构 10.4.1 for语句 语句格式为： for 循环变量=表达式1:表达式2:表达式3 循环体语句 end 10.4 循环结构 10.4.1 for语句 语句格式为： for 循环变量=表达式1:表达式2:表达式3 循环体语句 end 首先计算三个表达式的值，再将表达式1的值赋给循环变量，如果此时循环变量的值介于表达式1和表达式3的值之间，则执行循环体语句，否则结束循环的执行。执行完一次循环之后，循环变量自增一个表达式2的值，然后再判断循环变量的值是否介于表达式1和表达式3之间，如果满足仍然执行循环体，直至不满足为止。这时将结束for语句的执行，而继续执行for语句后面的语句。

例10.8 已知求y的表达式，当n=100时，求y的值。 程序如下： y=0;n=100; for i=1:n y=y+1/i/i; end y 在实际MATLAB编程中，为提高程序的执行速度，常用向量运算来代替循环操作： n=100; i=1:n; f=1./i.^2; y=sum(f)

例10.9 求定积分。 程序如下： a=0;b=3*pi;n=1000; h=(b-a)/n; x=a:h:b; f=exp(-0.5*x).*sin(x+pi/6); for i=1:n s(i)= (f(i)+f(i+1))*h/2; end s=sum(s) 事实上，MATLAB提供了有关数值积分的标准函数，实际应用中可直接调用这些函数求数值积分。

for语句更一般的格式： 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。实际上，“表达式1:表达式2:表达式3”是一个仅为一行的矩阵(行向量)，因而列向量是单个数据。

例10.10 已知5个学生4门功课的成绩，求每名学生的总成绩。 程序如下： s=0; a=[65,76,56,78;98,83,74,85;76,67,78,79;98,58,42,73;67,89,76,87]; for k=a s=s+k; end disp(s');

10.4.2 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(如图3.5所示)。

例10.11 根据矩阵指数的幂级数展开式求矩阵指数。 程序如下： X=input('X='); E=zeros(size(X)); F=eye(size(X)); n=1; while norm(F,1)>0 E=E+F; F=F*X/n; n=n+1; end E expm(X) %调用MATLAB矩阵指数函数求矩阵指数

与循环结构相关的还有一个break语句，当在循环体内执行到该语句时，程序将跳出循环。该语句一般与if语句配合使用。 例10.12 用while语句实现例3.8。 程序如下： y=0; i=1; while 1 f=1/i/i; y=y+f; if i==100 break; end i=i+1; y

10.4.3 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。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。 在设计多重循环时，要特别注意内、外循环之间的关系，以及各语句放置的位置，不要搞错。

例10.13 用筛选法求某自然数范围内的全部素数。 程序如下： m=input('m='); p=2:m; for i=2:sqrt(m) n=find(rem(p,i)==0&p~=i); p(n)=[]; end p

10.5 函数文件 10.5.1 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

说明： (1)关于函数文件名: 函数文件名与函数名也可以不相同。当两者不同时，MATLAB将忽略函数名而确认函数文件名，因此调用时使用函数文件名。 (2)关于注释说明部分。注释说明包括三部分内容：①紧随函数文件引导行之后以%开头的第一注释行。②第一注释行及之后连续的注释行。③与在线帮助文本相隔一空行的注释行。 (3)关于return语句。执行到该语句就结束函数的执行，程序流程转至调用该函数的位置。通常，在函数文件中也可不使用return语句，这时在被调函数执行完成后自动返回。

例10.14 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   %2001年7月30日编 s=pi*r*r; p=2*pi*r; 将以上函数文件以文件名fcircle.m存入c:\matlabr11\work下，然后在MATLAB命令窗口调用该函数： [s,p]=fcircle(10)

10.5.2 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) 例10.15 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

例10.16 利用函数的递归调用，求n！。 递归调用函数文件factor.m： function f=factor(n) if n<=1 f=1; else f=factor(n-1)*n; end 在命令文件main2.m中调用函数文件factor.m求s=1!+2!+3!+4!+5!。

10.5.3 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。

例10.17 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)

10.6 全局变量和局部变量 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。 10.6 全局变量和局部变量 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。 例10.18 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)

10.7 类和对象 类的概念是结构体的拓展，在类中，不但可以包含变量成员，还可以包含与这些变量相关联的函数或运算。对象是类的一个具体实例。 类和对象的概念是面向对象程序设计(Object-oriented Programming)的基础。采用面向对象技术可以把复杂的操作过程加以隐藏，而外部呈现为人们所习惯的处理形式。 例10.19 建立一个整数类integer，该类含有一个数据成员n，代表一个3 位整数。还具有显示整数各位数字之和、各位数字平方和、各位数字立方和等功能。

10.8 文件操作 10.8.1 文件的打开与关闭   1. 打开文件 fopen函数的调用格式为： Fid= fopen(文件名，打开方式) 2. 关闭文件 调用格式为： Sta=fclose(Fid)

10.8.2 二进制文件读写操作 1. 读二进制文件 fread 函数可以读取二进制文件的数据，并将数据存入矩阵。其调用格式为： [A,COUNT]=fread(Fid,size, precision) 2. 写二进制文件 fwrite 函数按照指定的数据精度将矩阵中的元素写入到文件中。其调用格式为： COUNT=fwrite (Fid, A, precision)

10.8.3 文本文件读写操作 1. 读文本文件 fscanf 函数可以读取文本文件的内容，并按指定格式存入矩阵。其调用格式为： [A,COUNT]= fscanf (Fid, format, size) 2. 写文本文件 fprintf 函数可以将数据按指定格式写入到文本文件中。其调用格式为： COUNT= fprintf(Fid, format, A) 例10.20 从键盘输入5名学生的姓名和成绩，先建立一个数据文件，然后读出数据文件的内容，并按成绩从低到高的顺序在屏幕上输出学生信息。

10.8.4 数据文件定位 fseek函数用于定位文件位置指针，其调用格式为： status=fseek(Fid, offset, origin) ftell函数返回文件指针的当前位置，其调用格式为： position=ftell (Fid)

例10.21 分析下列程序执行后，four、position和three三个变量的值。 a=1:5; Fid=fopen('fdat.bin', 'w'); %以写方式打开文件fdat.bin fwrite(Fid, a, 'int16' ); %将a的元素以双字节整型写入文件fdat.bin status=fclose(Fid); Fid=fopen('fdat.bin', 'r'); %以读数据方式打开文件fdat.bin status=fseek(Fid, 6, 'bof'); %将文件指针从开始位置向尾部移动6个字节 four=fread(Fid, 1, 'int16'); %读取第4个数据，并移动指针到下一个数据 position=ftell(Fid); %ftell的返回值为8 status=fseek(Fid, -4, 'cof'); %将文件指针从当前位置往前移动4个字节 three=fread(Fid, 1, 'int16'); %读取第3个数据