第七节Matlab的程序设计课件

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1、第七节 Matlab的程序设计 Matlab语言称为第四代编程语言，程序简洁、可读性很强而且调试十分容易,是Matlab的重要组成部分。m文件简介v用户如想灵活应用Matlab去解决实际问题，充分调用Matlab的科学技术资源，就需要编辑m文件。v包含Matlab语言代码的文件称为m文件，其扩展名为m。v编辑m文件可使用各种文本编辑器。一、Matlab的工作模式v指令驱动模式 通常Matlab以指令驱动模式工作，即在Matlab 窗口下当用户输入单行指令时，Matlab 立即处理这条指令，并显示结果，这就是Matlab命令行方式。命令行操作时，Matlab窗口只允许一次执行一行上的一个或几个语

2、句。例如：x1=0:10 x1=0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x2=0:3:11x2=0 3 6 9x3=11.5:-3:0 x3=11.5000 8.5000 5.5000 2.5000 x1=0:10,x2=0:3:11,x3=11.5:-3:0 x1=0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x2=0 3 6 9x3=11.5000 8.5000 5.5000 2.5000v在Matlab窗口输入数据和命令进行计算时，当处理复杂问题和大量数据时是不方便的。因此应编辑m文件。命令行方式程序可读性差，而且不能存储，对于复杂的问题，应编写成能存储的程序文件。vm文件模式将M

3、atlab语句构成的程序存储成以m为扩展名的文件，然后再执行该程序文件，这种工作模式称为程序文件模式。程序文件不能在指令窗口下建立，因为指令窗口只允许一次执行一行上的一个或几个语句。二、m文件的创建v m文件的类型是普通的文本文件，我们可以使用系统认可的文本文件编辑器来建立m文件。v具体的创建方法：1.在Matlab命令窗 口点击file 菜单 new m-file2.点击file Save File As 将编辑器中的内容存入文件*.m。3.编辑器 用系统自带的记事本或者word可以打开编辑m文件，也可以使用专业的编辑工具，例如：UltraEdit。当然更好的选择是用matlab自带的编辑器

4、编写m文件。注意：所创建的m文件必须纳入Matlab搜索路 径后，才能在Matlab命令窗口运行。vMatlab搜索路径的设置1.path(path,c:toolsgoodstuff)2.用pathtool路径浏览器设定当前目录。可以在命令行输入pathtool，也可以在fileset path中加入文件夹或文件。三、Matlab文件的类型1.数据文件.matv mat文件是Matlab以标准二进制格式保存的数据文件，可将工作空间中有用的数据变量保存下来。v mat文件的生成和调用是由函数save和load完成的。例如：load gatlin image(X)colormap(gray);ax

5、is equal;axis(off)100200300400500600501001502002503003504004502.m文件 m文件的语法类似于c语言，但又有其自身特点，后缀为m。它只是一个简单的ASCII码文本文件，执行程序时逐行解释运行程序，Matlab是解释性的编程语言。m文件有两类：独立的m文件 称命令文件(脚本script)可调用m文件 称函数文件(function)(1)命令文件 简单的m文件 命令文件实际上是一串指令的集合，与在命令窗口逐行执行文件中的所有指令，其结果是一样的。命令文件的特点：命令文件没有输入输出参数。命令文件运行中可以调用工作空间的数据，运行中产生的所

6、有变量为全局变量。命令文件可以直接运行。v命令文件包括两部分：注释文件和程序文件%RANKNumber of linearly independent rows or columns.%K=RANK(X)is the number of singular values of X%that are larger than MAX(SIZE(X)*NORM(X)*EPS.%K=RANK(X,tol)is the number of singular values of X that%are larger than tol.%Copyright(c)1984-94 by The MathWorks,

7、Inc.s=svd(x);if(nargin=1)tol=max(size(x)*max(s)*eps;endr=sum(s tol);程序部分如何有效加注释v%最常用的操作，但是效率慢。如果是对大段的代码进行注释，可使用下面三种方法：v选中大段代码,鼠标右键comment，如果要取消大段代码的注释，同样鼠标右键uncomment v快捷键：加注释是选中代码按 Ctrl+r，取消注释是选中代码按 Ctrl+t。vif(0)大段的代码 end(2)Matlab内置函数文件 Matlab自定义的函数文件称内置函数文件 调用内置函数的方法：使用函数名并给出相应的入口、出口参数即可。例如：sin.m函

8、数用type sin查不到。返回为：sin is a built-in function.v实际应用中可以直接调用 x=0:2*pi/180:2*pi;y=sin(2*x)plot(x,y)又如 sqrt(x)求x的平方根 abs(x)求x的绝对值 det(a)求行列式的值 等等。Matlab拥有大量的内置数学函数，供我们在数值运算和符号运算中调用。(3)函数m文件 需要输入变量，返回输出变量v Matlab用户可以根据需要编辑自己的m文件，它们可以像库函数一样方便的调用，从而极大地扩展了Matlab 的能力。v对于某一类特殊问题，如创建了许多m函数文件，则可形成新的工具箱。v这种用Matla

9、b语言创建定义新的Matlab函数的功能，正体现了Matlab语言强大的扩展功能。函数m文件的格式：(1)函数定义行：function 返回变量、参数=函数名(输入变量、参数)(2)函数说明，就是函数注释。(3)函数体：程序语句段，完成函数的功能。特定规则：1.函数m文件第一行必须以单词function作为引导词，必须遵循如下形式：function 因变量=函数名(自变量)2.m文件的文件名必须是.m。3.程序中的变量均为局部变量，不保存在工作空间中，也不能调用工作空间的数据，其变量只在函数运行期间有效。4.不能直接运行，只能调用。因为系统无法确定输入变量。5.只能在当前目录运行。(4)系统文

10、件s函数 用于描述系统运动的专用函数，是特殊的 m 文件。s 函数有3类：由simulink结构图自动创建 可用c语言程序设计mex文件直 接定义 用函数m文件编写 s函数一旦创建，即可在框图中使用，也可在文件中调用。S函数的调用格式 sys,x0=sfunction(t,x,u,flag)S函数与函数m文件类似，只是输入、输出变量是限定的。系统状态状态初值用户定义的系统当前时刻当前状态值当前输入值标志量 matlab的函数类型 simple 未加载的内部函数、m文件 overloaded 加载的内部函数、m文件 subfunction 子函数 constructor matlab类的创建函数

11、 private 局部函数 Matlab自动备份文件vMatlab的程序文件中除了后缀是m，mat外，还有asv。它没有任何作用，只是像Word一样备份文件，可以删除。v也可以设置不备份文件，方法是：在file/Preferences里面在“Editor/Debugger”菜单里面找到Autosave，把勾选去掉。四、matlab的程序结构 matlab语言的程序结构与其它高级语言是一致的，分为顺序结构，循环结构，分支结构。(1).顺序结构 依次顺序执行程序的各条语句(2).循环结构 被重复执行的一组语句，循环是计算机解决问题的主要手段。循环语句主要有：for end(硬循环语句或无条件循环)

12、语法为：for i=表达式 （表达式为一个向量）可执行语句 end例：利用for循环求1！+2！+3！+5！的值 sum=0;for i=1:5 pdr=1;for k=1:i pdr=pdr*k;end sum=sum+pdr;endsum=153 while end 循环 (当 就)while循环将循环体中的语句循环执行不定次数。语法为：while 表达式 循环体语句 end 表达式一般是由逻辑运算和关系运算以及一般运算组成的，以判断循环的进行和停止；只要表达式的值 非0，继续循环；直到表达式值为0，循环停止。例：用while循环求1100间整数的和 sum=0;i=1;while i,=

13、,=,=等 逻辑操作符&，|，等 逻辑函数：isequal 若是相等则为真 isempty 若是空矩阵则为真 isstr 若是字符串则为真例：编写m函数，计算函数值 x (x1)2x-1 (1x=10)五、matlab程序流的控制 matlab的控制语句同c语言有相似之处,但没有c 语言复杂、灵活和多变。因而语法比较简单，容易掌握。vecho 指令 用来控制m文件中的语句在执行过程中是否在命令窗口中显示vecho on 打开所有命令文件的显示方式 echo off 关闭所有命令文件的显示方式 echo 在以上两者间切换vecho对于命令文件、函数文件有所不同，命令文件用法简单，函数对所有命令起

14、作用；函数文件用法较复杂，具体请help查询。vinput 提示用户从键盘输入数值、字符串、表达式。例：n=input(How many telephones in classroom=)How many telephones in classroom=5n=5vpause 暂停，等待用户响应 可令m文件执行暂停，并在继续执行前按任一个键。vkeyboard 与input类似，功能更强 keyboard 调用键盘与调用m文件一样，当keyboard在m文件中出现时，它停止文件的执行并控制键盘，用于修改程序。例如：ceshiduandian.mvbreak 中断 break 中断for,whil

15、e循环语句的执行，在嵌套循环结构中，break进从最里层循环推出。vmenu 产生一个用户可选择输入的菜单 格式：k=menu(标题,菜单1,菜单2)六、matlab程序的调试v语法和逻辑两种错型 语法错误主要是输入的过程中写错了，不符合matlab规定的语法。例如中文状态下的单引号可能系统就不认，会给出提示，切换到英文输入法状态。再例如两个矩阵相乘时的要求两个矩阵的尺寸相同，尤其是需要点乘时没有加点，就会提示出错。如出现 Index exceeds matrix dimensions 指：矩阵下标超出矩阵维数 需要我们对系统给出的红色警告信息仔细查看，排除错误。v逻辑错误不容易识别，程序往往

16、通过了，系统没有提示任何错误，有输出，结果就是不对。v根据出错信息调试 根据命令窗给出的提示，一般都是语法错误，阅读后排查。例如：对于提示未定义某变量，查看调用函数的输入参数，或者查看现在的工作目录等。注意一般情况不加；调试，这样能确认某一句是否执行，以及每句执行的结果都能显示，或者打开变量空间查看变量的情况。v设置断点breakpoints来判断 程序仅运行到断点处，来判断以前有无错误。v设置keyboard命令来判断 当出现k时，程序仅运行到keyboard 处。v变量的鼠标观测法 在m文件里，用鼠标来观察断点前的变量情况，比查看变量空间更方便快捷。代码运行的计时方法v整段代码的计时 ti

17、c toc 表示计算tic到toc之间的时间。v例如：tic a=rand(300);%随机生成300 x300的矩阵 inv(a);%求逆矩阵 tocvetime(t1,t2)来计算t1,t2之间的时间差来完成计时，其中时差t1-t2。v例如：t0=clock a=rand(300);inv(a);elapsed_time=etime(clock,t0)%elapsed_time指流逝过的时间v同理可以使用cputime来计时 t=cputime;your_operation;cputime-t七、程序代码优化1.尽量不要使用循环，而使用矩阵结构来进行运算。例：t0=cputimen=100

18、000;sum=0;for i=1:n sum=sum+1/iendsumt1=cputime-t0v而如果使用向量、矩阵和系统内部函数ticn=100000;a=1:n;total=cumsum(1./a)toc%cumsum函数实现累计求和八、文件操作matlabmatlab文件输入、输出（文件输入、输出（I/OI/O）函数允许把其它）函数允许把其它格式的数据文件直接读进格式的数据文件直接读进matlabmatlab，它是以，它是以c c语言文件语言文件I/OI/O函数为基础的。函数为基础的。文件数据格式有两种形式，一是二进制文件，文件数据格式有两种形式，一是二进制文件，二是文本文件。在打

19、开文件时需要进一步指二是文本文件。在打开文件时需要进一步指定文件格式类型，即指定是二进制文件还是定文件格式类型，即指定是二进制文件还是文本文件。文本文件。1.打开和关闭文件（fopen,fclose)格式：fid=fopen(数据文件名，打开方式)r表示对打开的文件读数据 w表示对打开的文件写数据 a表示在打开的文件末尾表示在打开的文件末尾添加添加数据数据fidfid用于存储文件句柄值，句柄值用来标识该用于存储文件句柄值，句柄值用来标识该数据文件，其他函数可以利用它对该数据数据文件，其他函数可以利用它对该数据文件进行操作。文件进行操作。v文件一旦打开，即可进行读写操作，操作完后应及时关闭，使用

20、应及时关闭，使用fclose函数。sta=fclose(fid)关闭上述打开文件 该函数关闭该函数关闭fidfid所表示的文件。所表示的文件。stasta表示关表示关闭文件操作的返回代码，若关闭成功，返回闭文件操作的返回代码，若关闭成功，返回0 0，否则返回否则返回11。sta=fclose(all)关闭所有打开的文件2.读写二进制数据文件 fread,fwrite 可读写数据文件，文本文件。例：fid=fopen(user.dat,r)a=fread(fid,50)sta=fclose(fid)其中fread的调用格式为：A,COUNT=fread(fid,size,precision)其中

21、A用于存放读取的数据，COUNT返回所读取的数据元素个数，fid为文件句柄，size为可选项，若不选用则读取整个文件内容，若选用则它的值可以是下列值：(1)N表示读取 N个元素到一个列向量。(2)Inf表示读取整个文件。(3)M,N表示读数据到MN的矩阵中，数据按列存放。precision代表读写数据的类型2写二进制文件fwrite 函数按照指定的数据类型将矩阵中的元素写入到文件中。其调用格式为：COUNT=fwrite(fid,A,precision)其中COUNT返回所写的数据元素个数，fid为文件句柄，A用来存放写入文件的数据，precision用于控制所写数据的类型，其形式与fread

22、函数相同。v例：例：建立一数据文件建立一数据文件magic5.dat，用于存放，用于存放5阶魔方阵。阶魔方阵。v程序如下：程序如下：fid=fopen(magic5.dat,w);cnt=fwrite(fid,magic(5),int32);fclose(fid);v也可以直接导入数据txt文件 file/import data./next/finishv例如：work目录下建立一个hello.txt，复制如下数据：你好欢迎来到太原理工大学请访问如下网址：1 11 111 11112 22 222 22223 33 333 33334 44 444 44445 55 555 5555九、应用程

23、序接口 应用程序接口是matlab的附加组件。是一个由相关函数组成的接口函数库，可实现与外部程序的交互。vMEX文件：是matlab环境下调用C、FORTRAN 语言编写的应用程序模块。vmatlab 计算引擎：在使用C、FORTRAN编程时 可调用matlab函数库进行计算。vMAT文件：实现matlab与C、FORTRAN语言程序间的 数据交换十、matlab编译matlab编译的原因：1.提高运算速度2.隐藏特定算法3.可产生独立的m文件matlab编译函数：mccMCC-options fun fun2.mexfile1.mlibfile1.如何关掉matlabserver.exev有

24、时候，用户为了节省计算机内存，或者是提高启动速度，会禁止matlab server服务。v在控制面板-管理工具-服务 中 matlab server 的服务改为禁用，手动启动，matlabserver.exe就不运行了。或者这样操作(这是卸载MATLAB Server)：v打开一个dos窗口 cd/webserver/bin/win32 matlabserver-remove 注：指的是安装目录 小 结v 本节主要介绍了matlab语言程序设计基础。相对来说，matlab 编程简单，容易掌握。v 通过学习，要求同学们应能编写简单程序。结 束 语v本课程基于matlab语言基础，想继续深入学习，要多看其他文献，相互讨论，并能多上手练习。v希望大家今后都能成为matlab高手。