MATLAB基础3.0

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.M文件 函数 控制流程 调试

目录

• 1.M文件及其使用
• • 1.1.MATLAB工作方式
  • 1.2. .M文件及其使用
  • • 1.2.1.两种形式
    • 1.2.2.局部变量与全局变量
    • 1.2.3.函数调用与变量传递
    • 1.2.4.数据的输入与输出
• 2.程序结构与流程控制
• • 2.1.流程控制
  • • 2.1.1.for
    • 2.1.2.while
    • 2.1.3.if
    • 2.1.4.switch
    • 2.1.5.try-catch
  • 2.2.其它流程控制语句
  • • 2.2.1.continue
    • 2.2.2.break
    • 2.2.3.return
• 3.函数类型
• • 3.1.主函数
  • 3.2.子函数
  • 3.3.私有函数
  • 3.4.嵌套函数
  • 3.4.重载函数
• 4.程序调试

1.M文件及其使用

1.1.MATLAB工作方式

1. 交互式指令行操作方式

在命令窗口中执行命令，适合于对简单问题的数学演算、结果分析及测试

2. M文件的编辑工作方式

实现一次执行多条MATLAB语句的方式
M文件是由MATLAB语句（命令或函数）构成的ASCII码文本文件，文件以 “.m”为扩展名

1.2. .M文件及其使用

1.2.1.两种形式

1.脚本文件（Script File）

组成： 命令与函数的组合，没有输入、输出参数
适用： 自动执行一些列的命令或函数，避免在命令窗口重复输入
变量： 脚本文件结束后，其运行时所产生的变量仍然保存在workspace中，直到被clear或退出MATLAB

1. 编译脚本文件：

clear
clc
theta = -pi:0.01:pi;               %-π到π，步长为0.01
rho(1,:) = 2*sin(5*theta).^2;
rho(2,:) = cos(10*theta).^3;
rho(3,:) = sin(theta).^2;
rho(4,:) = 5*cos(3.5*theta).^3; 
for k =1:4                         % 循环控制
    subplot(2,2,k)                 % 图形输出
    polar(theta,rho(k,:))          % 绘制极坐标图
end

2. 保存脚本文件（自定义名字）：
   

3. （添加到路径）运行：
   

4. 工作区变量
   

2.函数文件

标志： 第一句以function语句引导的M文件，可输入和返回输出参数
适用： 构造一个新的函数，存储后，可在其他脚本文件或函数文件中调用此函数
组成： 1.第一行（函数声明）：function [ nargout1,nargout2,…]=name ( nargin1,nargin2,…)
           %函数名(name)必须与M文件同名
           %可以没有输入与输出参数
           %[ ] 定义函数的输出参数列表 ( ) 定义函数的输入参数列表

       2.H1行（帮助文本）：%开始，函数调用方法和功能简介，lookfor查询时显示（可在其他地方适用 help name查看）
           %帮助文本内容1：简要说明( 通常只有一到两行，用来简略说明这个函数的作用，不必要包含如何使用)
           %帮助文本内容2：使用方式和语法（syntax）(比较详细，会有多行，是用来解释如何使用此函数，包括但不限于输入输出)
           %帮助文本内容3：扩展阅读 (一般一个函数文件只要前两个就可以了，但是有时这个函数会跟其他一些函数有一定关系，或者我们有更详细的帮助外部帮助文档，需要在帮助说明里面超链接展示出来)

       3.函数体（函数主体部分）：包含所有函数程序代码，是函数的主体部分

       4.注释：%开始，可以出现在函数文件的任何地方

       5.end：标志一个函数的结束

1. 编译函数文件（%Vecop…%That’all部分为帮助文本，非函数必要部分）：

function [dp,cp]=vecop(v,w)

%Vecop     Returns the dot product and cross product of two numeric vectors
%
%     dp = Vecop(v,w) the dot-product
%     cp = Vecop(v,w) the the cross product
%     v = [1;2;3] w = [1;2;3]
%     Both of v and w are 3-by-1 numerical vector
%     
%     That'all

dp=sum(v.*w);                 %dot-product
cp=zeros(3,1);                %creat 3-by-1 zeros

%cross-products
cp(1)=v(2)*w(3)-w(2)*v(3);
cp(2)=v(3)*w(1)-w(3)*v(1);
cp(3)=v(1)*w(2)-w(1)*v(2);

end

注意：帮助文档可以使用中文，但此处为了显得专业，就用的英文，嘿嘿，也没有强制的格式，可以自由发挥

2. 保存（m文件与函数名一致）
   

3. 调用
   

4. 查看帮助文档
   

注意： 函数调用可以作为另一个函数调用的输入参数
如下（自定义summing函数，调用sum求和函数作为输入参数，实现求和功能）

1.2.2.局部变量与全局变量

局部变量

在函数文件中定义及使用的变量都是局部变量，只在本函数工作区内有效,函数运行结束后,这些局部变量被释放,不再占内存空间

全局变量

常用于大型编程
global定义全局变量
    %指定全局变量后，该变量能够分开在子函数、主函数中使用
    %使用global在主函数和子函数中分别进行定义即可

function ysw4_4
clc
clear
close all
global a 
a=2;
x=3;
y=ysw(x)


function y=ysw(x)
global a
y=a*(x^2);

1.2.3.函数调用与变量传递

1.命令式调用

函数名 参数列表 %参数之间使用空格隔开
name nargin1 nargin2 …

2.函数式调用

[输出参数列表] = 函数名(输入参数列表) %参数之间使用逗号隔开，可返回多于一个的参数，调用时参数被赋值
[out1,out2,…] = name(in1,in2,…)

3.检查参数个数

nargin：输入参数个数

function y = computetest(a,b)
%计算输入变量的平方和，没有输入，默认两变量为0，一个输入，另一个默认为0
if nargin == 0
    a = 0;
    b = 0;
elseif nargin == 1
    b = 0;
end

y = a^2 + b^2;
end

nargout：输出参数个数

4.可变参数个数

varargin：调用者调用该函数时根据需要来改变输入参数的个数。以元胞数组保存

function acceptVariableNumInputs(varargin)
%接受个数不定的输入项，并显示每个输入项的值
    fprintf('Number of arguments: %d\\n',nargin)
    celldisp(varargin)
end

varargout：调用者调用该函数时根据需要来改变输出参数的个数
    function varargout=myfunc(vin1,vin2,…)
    function[vout1vout2…varargout]=myfunc(vin1,vin2,…)

1.2.4.数据的输入与输出

cell与structure

Name={'Jack','Marry','Peter','Rose','Tom'};
Mark={72,83,56,94,100};
Rank=cell(1,5);
S=struct('Name',Name,'Marks',Mark,'Rank',Rank);

1.数据文件

后缀名	说明
.mat	二进制文件
.txt .dat	ascll码数据文件，使用save存储load读入
.bmp .jpg .tif	图像文件，使用imread（读入）和imwrite（存储）
.wav	声音文件，使用wavread（读入）和wavwrite（存储） 新版MATLAB使用audioread（读入）和audiowrite（存储）

2.数据的输入向导

工具栏’导入数据’

选择需要的文件，完成数据导入

mat 数据文件：导入到工作空间中的变量名与M文件中的变量名及变量类型相同
声音数据文件：导入到工作空间的数据变量包括数据和采样频率两部分

3.数据的存储save

指令	说明
save	将matlab工作空间中所有变量以二进制格式存储（此时默认文件名为matlab .mat)
save dfile	将matlab工作空间中所有变量以二进制格式存入名为dfile.mat文件
save dfile x	将变量x以二进制形式存入dfile.mat文件
save dfile.dat x -ascii	将x以8位ASCII码数据文件形式存入dfile.dat
save dfile.dat x –ascii –double	将x以16位ASCII码数据文件形式存入dfile.dat
save(‘fname’,‘a’,’-ascii’)	将a以ASCII码数据文件形式存入fname定义的文件中

4.数据的导入load

指令	说明
load	将磁盘文件matlab.mat的内容读入内存
load dfile	将磁盘文件dfile.mat的内容读入内存
load dfile.dat –mat	将磁盘文件dfile.dat的内容读入内存.这是一个ASCII码文件
S=load(‘fname’)	将由fname.mat定义文件名的数据文件调入结构变量S中

2.程序结构与流程控制

2.1.流程控制

2.1.1.for

格式一

for 循环变量=m:s:n
    循环体语句
end

---

m:初值 s:步长(不写时，默认为1) n:终值
当初值=终值时，不管步长为何值，均执行一次循环体

水仙花数
    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

function narcissisticNumber
for m=100:999
m1=fix(m/100);              %求m的百位数字
m2=rem(fix(m/10),10);       %对m除以10取整，然后对10取余数，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
end

fix(x)%向0取整
rem(x,y)%求余x/y
mod(x,y)%取模x/y

格式二

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

s=0;
a=[12,13,14;15,16,17;18,19,20;21,22,23]; %三列
for k=a 
s=s+k; %执行三次
end
disp(s); %矩阵的列之和, s是列向量

2.1.2.while

while 表达式(循环条件)
    循环体语句
end

---

表达式的结果非零，就重复执行

从键盘输入数字，当输入为0时停止输入，求和与平均值
    输入一个非0数，执行一次while循环，当输入为0时，结束while循环，执行if语句

sum=0;                %和
cnt=0;                %输入个数
val=input('Enter a number (end in 0):');
while (val~=0)        %~= 不等于
     sum=sum+val;
     cnt=cnt+1;
     val=input('Enter a number (end in 0):');
end
if (cnt > 0)
    sum
    mean=sum/cnt      %求平均值
end

2.1.3.if

单分支语句

if 条件
    语句体
end

---

当条件成立时，则执行语句体，否则跳过if语句

双分支语句

if 条件
    语句体1
else
    语句体2
end

计算分段函数的值

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

多分支语句

if 条件1
    语句体1
elseif 条件2
    语句体2
…
elseif 条件m
    语句体m
else
    语句体n
end

输入大写字母，转换为小写输出；输入小写字母，转换为大写输出；输入其他，不变

function exchC(c)
if c>='A' && c<='Z'     %判断是否为大写
	lower(c)            %转换为小写
elseif c>='a'&& c<='z'  %判断是否为小写
    upper(c)            %转换为大写
elseif c>='0'&& c<='9'  %判断是否为数字
    disp(c)
else
    disp(c)
end
end

2.1.4.switch

switch 表达式
case 对照表1
    语句体1
case 对照表2
    语句体2
…
otherwise
    语句体n
end

---

switch 后的表达式的值与case后的表达式相比较，如相同就执行相应的语句

switch 表达式必须为标量或字符向量

case 对照表必须为标量、字符向量或者标量或字符向量的元胞数组

MATLAB中只完成第一个满足条件的case，不再继续比较，因此不需要break语句

商场优惠
    输入所售商品的价格，求其实际销售价格

price=input('请输入商品价格');
switch fix(price/100) 
   case {0,1}           %价格小于200 %不能用[]替换{}
      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(10:25) %价格大于等于1000但小于2500
      rate=8/100;
   otherwise            %价格大于等于2500
      rate=10/100;
end
price=price*(1-rate)    %输出商品实际销售价格

2.1.5.try-catch

try
    语句1_1 语句1_2 …
catch
    语句2_1 语句2_2 …
end

---

如果语句1_i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catch和end间的语句
若try和catch之间的语句没有错误，则不执行catch和end间的语句

A=[1,2,3;4,5,6]; B=[7,8,9;10,11,12];
try
   C=A+B   
   D=A*B               %此语句有错
catch
   E=A.*B
end
lasterr                %显示出错原因

2.2.其它流程控制语句

2.2.1.continue

continue:在for和while循环中,如果遇到continue语句,则跳过本次循环中的剩余语句，继续下次循环

a=3;b=6;
     for i=1:3
            b=b+1
          if i< 2
           continue
          end           %if语句结束
          a=a+2
      end               %for语句结束

2.2.2.break

break:在for循环和while循环中遇到break语句，退出循环，执行下一行语句。在循环嵌套中，break只存在于最内层的循环体中

a=3;b=6;
     for i=1:3
            b=b+1
          if  i > 2
           break
          end           %if语句结束
          a=a+2
      end               %for语句结束

2.2.3.return

return: 用于终止当前的函数，并返回到调用的函数。程序终止控制语句

function nummax(a,b)
%比较两个正数的大小

%当a、b都小于0时，结束函数
if(a<=0|b<=0)
    disp('input error')
    return; 
	a 
elseif a>b
    fprintf('the large number is %f',a)
elseif a<b
    fprintf('the large number is %f',b)
else
    fprintf(' %f equals%f',a,b)
end
end

3.函数类型

3.1.主函数

1. 结构上与其他函数没有区别
2. 其他函数均排在其后面
3. 惯例其与m文件同名
4. 若不与文件同名，只能用文件名引用该函数

3.2.子函数

1. 函数文件中可以含有一个或多个子函数
2. 子函数由 function 语句引导
3. 主函数必须位于最前面，子函数出现的次序任意
4. 子函数只能被主函数和位于同一个函数文件中的其它子函数调用
5. 除了用 global 定义的全局变量外，子函数中的变量都是局部变量，子函数与主函数及其它子函数之间通过输入、输出参数进行数据传递

3.3.私有函数

1. 其作用是限定某一些函数（private文件夹内）只能被另一些函数使用，其他函数不能使用
2. private函数是那些放在以private子文件夹下的函数。这些函数被称为private是因为它们只对满足如下条件的函数或脚本可见
   2.1. 调用私有函数的函数和private文件夹处于同一目录下
   2.2. 调用私有函数的脚本，它应该被满足上一条件的函数调用

3.4.嵌套函数

1. 在任意一个函数体内部定义的函数称为其外部函数的嵌套函数
2. 嵌套函数不能在程序控制语句中定义，即不能在if判断语句、while循环语句中定义。
3. 嵌套函数跟其它M文件函数一样，包含M文件的基本元素，当嵌套函数结束时必须用end表示结束
   可以进行多重嵌套

function x=nestFun(p1,p2) 
% 嵌套函数实现 x=p1+2*p2
x1=nestFunIn(p2);              %调用嵌套函数
function y=nestFunIn(p3)       %调用嵌套函数
y=2*p3;
end
x=x1+p1;
end

1.调用嵌套函数原则：

function A(x,y)
B(x,y);
D(y);
	function B(x,y)        %函数A(x,y)的嵌套函数，一级嵌套
	C(x);
	D(y);
        function C(x)       %函数B(x,y)的嵌套函数，二级嵌套
        D(x); 
        end
	end

	function D(x)          %函数A(x,y)的嵌套函数，一级嵌套
	…..
	end

end

1.一个函数可以调用自己函数体中的嵌套函数，如A可以调用B和D，但不能调用C
2.同一级的嵌套函数也可以相互调用，如B和D
3.可以调用比自己级别高的嵌套函数，如C可以调用D

2.嵌套函数变量调用规则：

1.被主函数赋值的变量可以被主函数中任意一个嵌套函数访问
2.一个嵌套函数的变量值可以被任何包含它的函数访问

3.嵌套函数中使用函数句柄

function h=getcubehandle
h=@findcube;

	function cube=findcube(x) %嵌套函数
	cube=x.^3;
	end
end

3.4.重载函数

1. 函数重载允许多个函数使用相同的函数名，不同的输入参数类型
2. 在函数调用时，系统根据输入参数的情况自动选择相应的函数执行
3. 函数重载为程序编写和用户调用都提供了很大的方便

4.程序调试

程序调试的常用方法：

1. 去掉分号，此语句运行的中间结果在命令窗口中显示
2. 加入显示感兴趣变量语句，如disp(变量x)
3. keyboard命令放在函数中，当函数运行keyboard命令，可给键盘暂时控制权
4. 函数第一行function语句前加上%，变为脚本文件，然后执行此脚本文件。发生错误时，可以查看Matlab工作空间
5. MATLAB自带代码编辑调试器

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