MATLAB 程序设计基础

程序设计

M 文件 两种形式：命令形式（ Script ） 函数形式（ Function ） 命令式 M 文件在运行过程中可以调用 MATLAB 工作域内所

有的数据，而且，所产生的所有变量均为全局变量，直到用户执行 clear 命令清除；函数式文件中所有变量除特殊声明，均为局部变量。

命令式 M 文件 提示：

标点符号要运用恰当； 注意程序的书写风格，保持程序的可读性； 要以 m 为文件扩展名，在低版本的 matlab 中，文件名要符合 8.3 格式。

函数式 M 文件 function [ 返回变量列表 ]= 函数名 ( 输入变量列表 ) 注释说明语句段 函数体 提示：

第一行为 function 语句； function 后定义函数名和输入输出参数，函数被调用时

按此格式执行； 文件名必须与函数名一一对应； 函数执行完后，只保留返回结果，不保留中间过程；

例：function f=fibfun(n)%FIBFUN for calculating fibonacci numbers.%Incidengtally, the name fibonacci comes from%Filius Bonassi, or "son of Bonassus"%fibfun.mif n>2 f=fibfun(n-1)+fibfun(n-2);else f=1;end

?help fibfun

FIBFUN for calculating fibonacci numbers. Incidengtally, the name fibonacci comes from Filius Bonassi, or "son of Bonassus" fibfun.m

?lookfor fibFIBFUN for calculating fibonacci numbers.注：为了利用 MATLAB 的关键字搜索功能，应该在 M 文件的

第一行注释中，尽可能多的包含函数的特征信息。

控制语句 循环语句 有两种方式： for 循环和 while 循环

for 循环 for 循环变量 =s1:s3:s2 循环体语句组 end说明：

for 语句一定要有 end 结束标志； 循环语句中要用“；”防止中间结果的输出； 书写时采用锯齿结构以增加可读性；

例：求

mysum=0;

for i=1:1:100

mysum=mysum+i;

end;

mysum

求取 s1 的值－ >i

i 在 s1 和 s2 之间？

循环体语句组

i+s3->i

是

否

结束循环

100

1ii

for 循环的一般形式 for v=vect statements end vect 为任意给定的向量，则循环变量从向量的第一个数值一

直循环到最后一个数值。

例 1( 见前例 ) ： mysum=0; v=1:100; for i=v;mysum=mysum+i;end mysum

例 2 ：

x=[]; for i='Hello', x=[i x]; end, x

while 循环 while 逻辑变量 循环体语句组 end

例（见前例）： mysum=0;i=1; while (i<=100) mysum=mysum+i; i=i+1; end mysum

条件为真？

循环体语句

是

否

结束循环

条件转移结构 if 逻辑变量 条件语句组 end例： mysum=0; for m=1:1000 if (mysum>10000), break; end mysum=mysum+m; end [m, mysum]

if 条件式 条件块语句组 1

else

条件块语句组 2

end

条件语句组

语句组 1 语句组 2

是 否

例：多项式加 p1=[1 5 4]; p2=[1 6 11 6]; n1=length(p1); n2=length(p2); if n1<n2,

p1=[zeros(1,n2-n1) p1]; else

p2=[zeros(1,n1-n2) p2]; end psum=p1+p2 psum = 1 7 16 10

if 条件式 1

条件块语句组 1

elseif 条件式 2

条件块语句组 2

…

else

条件块语句组 n+1

end

条件 1

语句组 1

条件 2是

语句组 2

是

否

条件 n

语句组 n 语句组 n+1

否

否

是

分支语句 switch 开关表达式 case 表达式 1 语句段 1 case { 表达式 2, 表达式 3,…, 表达式 m} 语句段 2 … otherwise 语句段 n end

注意：无需像 C 语言那样在下一个 case 语句前加 brea

k 语句；当需要在开关表达式满足若干个表达式之一时，

用单元结构来表示； otherwise 等价于 C 语言的 default 语句；程序的执行结果与 case 语句的次序无关。

试探式语句 try 语句段 1 catch

语句段 2 end

首先试探性的执行语句段 1 ，如果在执行过程中出现错误，则将错误信息赋给 lasterr 变量，并放弃该段语句，转而执行语句段 2 中的语句。

function c=testtry(a,b)

try

c=a+b;

catch

c=strcat(a,b);

end

人机交互语句 echo 语句 echo on 打开命令式文件的回应命令； echo off 关闭回应命令； echo file on 使 file 文件的命令在执行中被显示； echo file off 关闭 file 文件的命令执行中的回应； echo on all 显示所有执行文件的执行过程； echo off all 关闭所有执行文件的回应显示；

用户输入提示命令 input 用来提示用户从键盘输入数据、字符

串或表达式，并接收输入值。 ?r=input('How many apples:')

How many apples:2

r =

2

?r=input('What''s your name?','s')What's your name?Gundam

r =

Gundam

yesinput 智能输入命令 answer=yesinput(question,default,possib)

question 为屏幕提示问题， default 为默认值， possib 为检验范围。

keyboard 暂停执行程序并等待键盘输入状态，处理完毕后，

键入 return 并回车，程序将继续运行，通常用来对程序调试及在程序中修改变量。

pause pause 暂停程序，等待回应； pause(n) 等待 n秒后继续执行； pause on 显示并执行 pause 命令； pause off 显示但不执行 pause 命令。

中断命令 break

用在循环语句或条件语句中，使得不必等待循环的自然结束。

例：鸡兔同笼，头有 36 ，脚共 100 ，求鸡兔各多少？

i=1;while i if rem(100-i*2,4)==0&(i+(100-i*2)/4)==36 break; end i=i+1;endchicken=irabit=(100-2*i)/4

函数变量 nargin 函数输入变量的个数 例：编制函数 test1实现如下功能：如果只提供一个输入变

量，则求该输入变量的模，如果有两个输入变量则求它们的和。

function c=test1(a,b)if(nargin==1) c=det(a);elseif (nargin==2) c=a+b;end

varargin

可以实现不定数目的输入变量的函数，函数的一切输入变量均存储在单元数组 varargin 中。

与之相对应，输出变量也有相应的函数 , 如：nargout 、 varargout 等。

变量作用域 函数内部定义的变量均为局部变量，如果需

要使用全局变量，则应当使用命令 global 定义，并且在任何使用该全局变量的函数中都应加以定义。

定义全局变量时，变量之间必须用空格分隔，不能以逗号分隔。

function [num1,num2,num3]=test3(varargin)global firstlevel secondlevelnum1=0;num2=0;num3=0;list=zeros(nargin);for i=1:nargin list(i)=sum(varargin{i}(:)); list(i)=list(i)/length(varargin{i}); if list(i)>firstlevel num1=num1+1; elseif list(i)>secondlevel num2=num2+1; else num3=num3+1; endend

?global firstlevel secondlevel?firstlevel=85;?secondlevel=75;?[a,b,c]=test3([90,89,60],[79,89,60],[99,98,100])

a =

1

b =

2

c =

0

子函数与局部函数 函数文件中题头定义的函数为主函数，在函数体内

定义的其他函数即为子函数。子函数只能为主函数或同一主函数下其他的子函数所调用。function c=test(a,b) %main function

c=test1(a,b)*test2(a,b);

function c=test1(a,b) %sub function

c=a+b;

function c=test2(a,b) %sub function

c=a-b;

放置于目录 private 下的函数称为局部函数，这些函数只有 private目录的父目录中的函数才可以调用，其他目录的函数不能调用。局部函数与一般函数文件的编辑相同。

MATLAB 在调用函数时，首先检测该函数是否为此文件的子函数；如果不是，再检测是否为可用的局部函数；如果仍不是，则检测MATLAB 搜索路径中其他的 M 文件。

程序设计的辅助函数 执行函数 [y1,y2,…,yn]=feval(function,x1,x2,…,xn)

以函数名为输入变量的函数。 evalin(workspacename,’expression’)

对指定工作空间 workspacename 中的变量进行操作，计算表达式 expression 的值。

容错函数 error(‘ 错误信息’ ) 触发函数 error 时，中断程序的运行，显示错误信息。 warning 用法类似， 但不会中断程序。

function c=testerror(a,b)flag=0;if ischar(a)&ischar(b) flag=1;else error('Input must be a string!');endif flag c=strcat(a,b);end

时间控制函数 日期表达形式： dd-mmm-yyyy mm/dd/yy mm/dd

12-Oct-2003 10/12/03 10/12

时间表达形式： HH:MM:SS HH:MM:SS PM

cputime 的调用： t=cputime;

程序段； t=cputime-t;

显示该程序段运行所占用的 CPU 时间。

tic 、 toc 的调用方法 tic;

程序段； toc ； 显示运行该程序段所需的时间。 etime （ time2 ， time1 ） 计算两时刻的时间差。

程序设计优化 以矩阵为操作主体 以向量运算代替循环运算 , 提倡矩阵操作

?tic;x=1;for i=1:1000,y(i)=sin(x);x=x+0.1*pi;end,toc

elapsed_time =

0.0500

?tic;x=1:0.1*pi:1000*pi;y=sin(x);toc

elapsed_time =

0.0100

在多重循环的情况下，建议外循环执行循环次数少的，内循环执行循环次数多的。

例：生成 5×10000 的 Hilbert矩阵，其中 hi,j=1/(i+j-1)

Test2.mticfor j=1:10000 for i=1:5 H(i,j)=1/(i+j-1); endendtoc

Test1.mticfor i=1:5 for j=1:10000 H(i,j)=1/(i+j-1); endendtoc

?test1elapsed_time =

0.2970?test2elapsed_time =

0.6100

大型矩阵预先定维 大型矩阵动态的定维会降低程序运行效率，

所以，应预先估计变量的最大维数，用 zeros或 ones 等进行预先定维。ticH=zeros(5,10000);for i=1:5 for j=1:10000 H(i,j)=1/(i+j-1); endendtoc

ticH=zeros(5,10000);for i=1:5 H(i,:)=1./[i:i+9999];endtoc

?test1elapsed_time =

0.2970?test2elapsed_time =

0.0310

对于二重循环，还可以使用 meshgrid 函数来构造。

优先考虑内在函数 采用有效算法 采用 Mex技术

?tic,[i,j]=meshgrid(1:5,1:10000);H=1./(i+j-1);toc

elapsed_time =

0.0150

面向对象的程序设计类和对象的构造 类的概念是结构体的拓展，类中可以包含变

量形成员，也可以包含与这些变量相关联的函数或运算。对象是类的一个实例。首先定义一个适当的名字 ;以这个名字建立一个子目录，目录名为该名称前

加 @ 符号；编写一个引导函数，函数名与类同名。

例：定义一个多项式类 如果不给出输入变量，则建立一个空多项式； 如果输入变量 a 为多项式类，则直接把它传送给输出变

量 p ； 如果 a 为向量，则将此向量变换成行向量，再构造一个

多项式对象；function p=polynom(a)if nargin==0 p.c=[];p=class(p,'polynom');elseif isa(a,'polynom'), p=a;else p.c=a(:).';p=class(p,'polynom');end

类的显示 在此目录下重新建立

display() 函数。 函数自动按照多项式

显示的格式构造字符串，并显示出来。function display(p)disp(' ');disp([inputname(1),' = '])disp(' ');disp([' ' char(p)]);disp(' ');

function s=char(p)if all(p.c==0) s='0';else d=length(p.c)-1;s=[]; for a=p.c; if a~=0 if ~isempty(s) if a>0, s=[s,'+']; else, s=[s,'-'];a=-a; end end if a~=1|d==0, s=[s, num2str(a)]; if d>0, s=[s,'*']; end end if d>=2, s=[s,'x^',int2str(d)]; elseif d==1, s=[s 'x']; end end d=d-1; endend

各种运算的建立 加法运算：对 plus() 函数进行重载定义； 减法运算：对 minus() 函数进行重载定义； 乘法运算：对 mtimes() 函数进行重载定义； 乘方运算：对 mpower() 函数进行重载定义；

function p=minus(a,b)a=polynom(a);b=polynom(b);k=length(b.c)-length(a.c);p=polynom([zeros(1,k) a.c] -[zeros(1,-k) b.c]);

function p=minus(a,b)a=polynom(a);b=polynom(b);k=length(b.c)-length(a.c);p=polynom([zeros(1,k) a.c] -[zeros(1,-k) b.c]);

function p=mtimes(a,b)a=polynom(a);b=polynom(b);p=polynom(conv(a.c,b.c));

function p=mpower(a,n)if n>=0, n=floor(n);a=polynom(a);p=1; if n>=1 for i=1:n, p=p*a;end endelse error('Power should be a non-negative integer.')end

875.135)(

74)(234

23

xxxxsQ

xxsP?P=polynom([1 4 0 -7]) P = x^3+4*x^2-7 ?Q=polynom([5 3 -1.5 7 8]) Q = 5*x^4+3*x^3-1.5*x^2+7*x+8

?P+Qans = -5*x^4-2*x^3+5.5*x^2-7*x-15?P-Qans = -5*x^4-2*x^3+5.5*x^2-7*x-15?P*Qans = 5*x^7+23*x^6+10.5*x^5-34*x^4+15*x^3+42.5*x^2-49*x-56?P^3ans = x^9+12*x^8+48*x^7+43*x^6-168*x^5-336*x^4+147*x^3+588*x^2-343

文件格式与读写 Matlab 的文件 MDL 文件－ simulink 生成的模型描述文件； DLL 文件－由Mex技术生成的 matlab 可调用函数库； MAT 文件－ matlab 格式存储的二进制数据文件 P 文件 － M 文件变换后的伪代码文件。

变量存储命令 save 文件名 变量列表 文件名为要存储的文件名，如果不给出文件

名则默认为 matlab.mat ；变量列表为要存储的变量，各个变量名间用空格分割，如果不给出变量名列表，则将整个工作空间中所有变量都存入该文件。

例： save tmp a b c

将 a ， b ， c三个变量存到 tmp.mat 文件中，默认目录为 work目录。

save(‘temp space’,’a’,’b’,’c’)

可以使用任意的合法文件名。

变量装载命令 load 文件名 或 load （文件名） 从 mat 文件中将变量数据装载入工作空间。 ASCII 格式的变量存储 save temp.dat /ascii

此时，文件内容为可读的，当变量的精度被降低。

文件操作函数 打开文件 文件句柄 =fopen(‘ 文件名’，’打开方式‘ )

如果句柄的值大于 0 ，说明文件打开成功；打开方式：r － 只读w － 只写a － 追加r+ － 可读又可写…

关闭文件 fclose( 文件句柄 ) 成功，则返回 0 ；否则返回－ 1 。 如果想关闭 matlab 运行中打开的所有文件，可

以用 fclose(‘all’) 命令。 有格式读文件 A=fscanf( 文件句柄 ,’ 输入格式’ , 变量大小 N) 从文件中读取 N 个元素，赋给 A 。

有格式写文件 fprintf( 文件句柄 ,’ 输出格式’ , 输出变量表 )

输出格式控制变量的输出形式，每个描述格式的字符串以％引导，如％ s 表示字符格式，％ d 表示整型数格式，％ 23.13g 表示双精度浮点格式；

输出变量表中，变量名之间用逗号隔开。

读入整个一行 str=fgetl( 文件句柄 ) 或 str=fgets( 文件句柄 )

从文件中读入一整行信息，前者舍弃字符串末尾的回车符号，后者不舍弃。

字符串读写 类似于文件读写，把文件句柄替换为字符串变量。 sscanf( 字符串变量 ,‘ 输入格式’ , 变量大小 )

字符串变量 =sprintf(‘ 输出格式’，输出变量列表 )

例：文本文件显示。

function fileprint(fname)if nargin==1 f_id=eval(['fopen(''' fname,'.m'',''r'')']);else [fname,fpath]=uigetfile('*.m','Please enter a file name'); f_id=fopen([fpath,fname],'r');endi=0;while feof(f_id)==0 strText=fgetl(f_id); i=i+1; disp(sprintf('%4d:%s',i,strText));endfclose(f_id);

?fileprint('fileprint') 1:function fileprint(fname) 2:if nargin==1 3: f_id=eval(['fopen(''' fname,'.m'',''r'')']); 4:else 5: [fname,fpath]=uigetfile('*.m','Please enter a file name'); 6: f_id=fopen([fpath,fname],'r'); 7:end 8:i=0; 9:while feof(f_id)==0 10: strText=fgetl(f_id); 11: i=i+1; 12: disp(sprintf('%4d:%s',i,strText)); 13:end 14:fclose(f_id);

程序调试 语法错误 发生在程序代码的解释

过程中，一般有函数参数输入类型有误或矩阵运算阶数不符等情况。

执行错误 发生在程序运行过程中，

出现溢出或死循环等引起，错误与程序有关，较难发现。

?a=[1 2 ;3 4];?b=[1 2 3;4 5 6;7 8 9];?a*b??? Error using ==> *Inner matrix dimensions must agree.

?a =NaN?isnan(a)ans = 1?a=[];?isempty(a)ans = 1

尽量避免出现 NaN 、 inf或空矩阵等异常数据，要适当采取方法来控制。

错误检测 语法错误会给出相应的信息，容易检查定位； 将程序执行的中间结果输出到命令窗口，以方便检查；

使用 keyboard 函数中断程序，进入调试状态，实现交互式调试；

将函数头注释掉，从而函数变为脚本文件调试； 使用调试菜单或调试函数。

调试函数dbstop in <M 文件名 > at < 行号 > 用来在 M 文

件中设置断点；函数 dbstatus 用来显示断点信息；函数 dbtype 显示 M 文件文本（包括行号）；函数 dbstep 从断点处继续执行 M 文件；函数 dbstack 显示 M 文件执行时调用的堆栈等；函数 dbup/dbdown 可以实现工作空间的切换；

?dbtype db_test

1 function C=db_test(A,B)2 [num11,num12]=size(A);3 [num21,num22]=size(B);4 if(num12==num21)5 C=A*B6 else7 if(num11==num22)8 C=B*A;9 else10 error('input error!')11 end12 end13 return

例：

function C=db_test(A,B)[num11,num12]=size(A);[num21,num22]=size(B);if(num12==num21) C=A*Belse if(num11==num22) C=B*A; else error('input error!') endendreturn

?dbstop in db_test at 5?a=[1 2;3 4];?b=[1 2 3;4 5 6];?db_test(a,b)K?dbstatus

Breakpoint for e:\MATLABR11\work\db_test is on line 5.K?dbstack> In e:\MATLABR11\work\db_test.m at line 5K?whos Name Size Bytes Class

A 2x2 32 double array B 2x3 48 double array num11 1x1 8 double array num12 1x1 8 double array num21 1x1 8 double array num22 1x1 8 double array

Grand total is 14 elements using 112 bytes

K?dbupIn base workspace.K?dbquit?