七节matlab的程序设计.ppt

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重要组成部分。,m文件简介,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 包含matlab语言代码的文件称为m文件，其扩展名为m。 编辑m文件可使用各种文本编辑器。,一、matlab的工作模式,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句。,例如： x1=0:10 x1 = 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x2=0:3:11 x2 = 0 3 6 9 x3=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 9 x3 = 11.5000 8.5000 5.5000 2.5000 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。 m文件模式 将matlab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,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。如dos下的edit，windows的记事本和word等。 具体的创建方法： 在matlab命令窗 口点击file 菜单 new m-file,2. 点击file Save Workspace As,将工作空间中的内容存入文件。 3. !edit 用dos 下edit 编辑器编制m文件。 4. edit 用matlab自带的编辑器编制m文件。 5. word 用word编辑m文件。 m文件编辑器的设定 m文件编辑器可自己设定，设定方法是matlab命令窗口 options 菜单下点击 Edit Preference 选定m文件编辑器。,m文件编辑器缺省设置是 c:windowsnotepad.exe 还可设成：c:windowswrite.exe c:windowscommandedit.com c:program fileofficewinword.exe 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。,matlab搜索路径的设置 matlab 缺省路径是c:matlabbin 1. cd c:myfile 2. path(path,'c:myfile') 3. 打开matlabrc.m文件，将c:myfile加上即可。 4. 用pathtool路径浏览器设定当前目录。,三、matlab文件的类型,数据文件 .mat 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。 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)；axis equal; axis('off'),2. m文件 m文件的语法类似于c语言，但又有其自身特点。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 可调用m文件 称函数文件 (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。没有输入输出参数。,命令文件包括两部分：注释文件和程序文件 %RANK Number 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, Inc. s = svd(x); if (nargin = 1) tol = max(size(x) * max(s) * eps; end r = sum(s tol);,程序部分,(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函数用type sin查不到。 调用格式：y=sin(2*x) 实际应用中： 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 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。,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。 这种用matlab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： function 返回变量=函数名（输入变量） 注释说明语句段 程序语句段 特定规则： 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 =() m文件的文件名必须是 .m。 程序中的变量均为局部变量，不保存在工作空间中。 其变量只在函数运行期间有效。,(4). 系统文件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,(4). 函数句柄 函数句柄是matlab6特有的语言结构，其优点： 方便地实现函数间互相调用 兼容函数加载的所有方式 拓宽子函数包括局部函数的使用范围 提高函数调用的可靠性 减少程序设计中的冗余 提高重复执行的效率 数组、结构数组、细胞型数组结合定义数据,函数句柄的创建和显示 定义函数句柄的定义只需在提示符后添加相应函数的函数名 f_h=plot f_h = plot 函数句柄的内容通过functions显示 functions(f_h) ans = function: 'plot' type: 'overloaded' file: 'MATLAB built-in function' methods: 1x1 struct,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 private 局部函数,函数句柄的调用和操作 可通过函数feval进行函数句柄的调用 feval(函数句柄） f_h1=peaks feval(f_h1) feval(函数句柄，参数列表） f_h=plot feval(f_h,0:10,0:10),函数句柄与函数名字符串转换 func2str 函数名字符串转换函数句柄 funh=str2func('det') funh = det str2func 函数句柄转换函数名字符串 func2str(funh) ans = det,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,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; end,sum = 153, while end 循环 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=100 sum=sum+i; i=i+1; end sum sum = 5050,(3). 分支结构根据一定条件来执行的各条语 句。 if else end语句有3种形式 if 表达式 执行语句 end if 表达式 是 语句1 else 否 语句2 end, if 表达式1 多分支 语句1 elseif 表达式2 语句2 elseif 表达式3 语句3 · · · else 语句n end,这种结构实现了一种多路选择，比较复杂。可替代一般高级语言中的switch-case-end语句,在条件表达式中，通常都是由 关系操作符 , =, = =, = 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 (x=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。 echo 指令 用来控制m文件在执行过程中是否 显示 echo 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,echo对于命令文件函数文件有所不同，命令文件用法简单，函数对所有命令起作用；函数文件用法较复杂，具体请help查询。 echo file on 打开file函数文件的显示方式 echo file off 关闭file函数文件的显示方式 echo file 切换file函数文件的显示方式 echo on all 打开所有函数文件的显示方式 echo off all 关闭所有函数文件的显示方式,input 提示用户从键盘输入数值、字符串、表达式。 例：n=input('How many apples= ') How many apples= 5 n = 5 pause 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 。,keyboard 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。 break 中断 break 中断for, while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。 menu 产生一个拥护可选择输入的菜单 格式：k=menu( 标题，菜单1，菜单2 ）,六、文件操作,matlab文件输入、输出（I/O）函数允许把其它格式的数据文件直接读进matlab，它是以c语言文件I/O函数为基础的。 打开和关闭文件（fopen, fclose) 格式：fid=fopen(数据文件，r) r 读 w 写 a 附加 rt 读写,文件一旦打开，即可进行读写操作。 sta=fclose(fid) 关闭上述打开文件 sta=fclose(all) 关闭所有打开的文件 与save,load类似，是matlab专用数据文件读写工具（*.mat)。 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),七、应用程序接口,应用程序接口是matlaab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。 MEX文件：是matlab环境下调用C、FORTRAN 语言编写的应用程序模块。 matlab 计算引擎：在使用C、FORTRAN编程时 可调用matlab函数库进行计算。 MAT文件：实现matlab与C、FORTRAN语言程序间的 数据交换,八、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：mcc MCC -options fun fun2 . mexfile1 . mlibfile1 .,小 结,本节主要介绍了matlab语言程序设计基础。matlab 编程简单，容易掌握。 通过学习，应能编写简单程序,结 束 语,本课程基于matlab语言基础，望大家以后进一步学习，方能编写出高质量m文件，以适应高科技的需要。 望你们今后能成为matlab高手。,再 见,