實(shí)驗(yàn)三 MATLAB編程基礎(chǔ)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、學(xué)習(xí)和掌握M文件的創(chuàng)建與使用； 2、學(xué)習(xí)和掌握MATLAB軟件程序的控制結(jié)構(gòu)與語(yǔ)句；3、學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單編程；【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、方法與步驟】一、M文件M文件有兩種形式：命令文件和M函數(shù)文件。它們都是由若干MATLAB語(yǔ)句或命令組成的文件。兩種文件的擴(kuò)展名都是.m。要注意的是M文件名一定以字母開(kāi)頭，而且最好不要與內(nèi)置函數(shù)重名。在M文件中，當(dāng)表達(dá)式后面接分號(hào)時(shí)，表達(dá)式的計(jì)算結(jié)果雖不顯示但中間結(jié)果仍保存在內(nèi)存中。若程序?yàn)槊钗募瑒t程序執(zhí)行完以后，中間變量仍予以保留；若程序?yàn)楹瘮?shù)文件，則程序執(zhí)行完以后，中間變量被全部刪除。1、文件的操作MATLAB 對(duì)文件的打開(kāi)、關(guān)閉和保存等操作與Word完全類似。在MATLAB中新建M文件的操作是在命令窗口中選擇File|New|M-File，然后用鼠標(biāo)單擊M-File，可以打開(kāi)MATLAB自帶的“M函數(shù)與M文件編輯器”（見(jiàn)圖2.4），用戶可以在此編輯窗口來(lái)編輯一個(gè)新的M文件。MATLAB自帶的“M函數(shù)與M文件編輯器”還可以用來(lái)對(duì)已經(jīng)存在的M文件進(jìn)行編輯、存儲(chǔ)、修改和讀取。2、命令文件命令文件的一般形式為： .m如a1.m, pp.m等都是合法的M文件名。M文件有兩種運(yùn)行方式：一是在命令窗口直接寫(xiě)文件名，按Enter鍵; 二是在編輯窗口打開(kāi)菜單Debug，再單擊Run。M文件保存的路徑一定要在搜索路徑上,否則M文件不能運(yùn)行。【例1】 用M命令文件畫(huà)出衰減振蕩曲線及其它的包絡(luò)線。的取值范圍是。解：步驟： 1.打開(kāi)MATLAB命令窗口，單擊File|New|M-file打開(kāi)M文件編輯器窗口； 2.在編輯窗口逐行寫(xiě)下列語(yǔ)句；t=0:pi/50:4*pi;y0=exp(-t/3);y=exp(-t/3).*sin(3*t);plot(t,y,-r,t,y0,:b,t,-y0,:b)3.保存M文件，并且保存在搜索路徑上，文件名為a1.m;4.運(yùn)行M文件。在MATLAB命令窗口寫(xiě)a1,并按Enter鍵，或者在M文件編輯器編輯窗口打開(kāi)菜單Debug，再單擊Run，即可得到下列衰減振蕩曲線與包絡(luò)的圖4 3、M函數(shù)文件 M函數(shù)文件的一般形式為：function =() M函數(shù)文件可以有多個(gè)因變量和多個(gè)自變量，當(dāng)有多個(gè)因變量時(shí)用括起來(lái)。為了更好的理解函數(shù)文件，請(qǐng)看下例：【例2】設(shè)可逆方陣為A，編寫(xiě)同時(shí)求的M函數(shù)文件。解：步驟： 1.打開(kāi)MATLAB命令窗口，單擊File|New|M-file，打開(kāi)M文件編輯器編輯窗口； 2.在編輯窗口逐行寫(xiě)下列語(yǔ)句；function da,a2,inva,traa=comp4(x)%M函數(shù)文件comp4.m同時(shí)求矩陣x的四個(gè)值%da為矩陣x的行列式%a2為矩陣x的平方%inva為矩陣x的逆矩陣%traa為矩陣x的轉(zhuǎn)置da=det(x)a2=x2inva=inv(x)traa=x3.保存M函數(shù)文件，并且保存在搜索路徑上，文件名為comp4.m;4窗口執(zhí)行下列語(yǔ)句：A=1,2;5,8； %輸入矩陣A。comp4(A) %調(diào)用comp4.m函數(shù)，計(jì)算矩陣A的。da = -2a2 = 11 18 45 74inva = -4.0000 1.0000 2.5000 -0.5000traa = 1 5 2 8二、程序的控制結(jié)構(gòu)與語(yǔ)句與其他程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言相似，Matlab程序的控制結(jié)構(gòu)也分為順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)三種，其控制語(yǔ)句主要有if,for,while和switch。在這些結(jié)構(gòu)中，包含大量的Matlab命令，故經(jīng)常將它們存儲(chǔ)在M文件中。（一）順序結(jié)構(gòu)根據(jù)語(yǔ)句的書(shū)寫(xiě)順序，從上到下一行一行地執(zhí)行，直到所有的語(yǔ)句執(zhí)行完畢后則結(jié)束程序的執(zhí)行。如：x=2;y=x+2;x=x+1;y=4 %輸出y的結(jié)果x=3 %輸出x的結(jié)果（二）選擇結(jié)構(gòu)與if-else-end語(yǔ)句選擇結(jié)構(gòu)是指由if 語(yǔ)句組成的程序，它根據(jù)邏輯表達(dá)式的值來(lái)決定語(yǔ)句是否被執(zhí)行。選擇結(jié)構(gòu)主要有以下3種形式：1、一個(gè)選擇條件if expression(表達(dá)式) commands(執(zhí)行語(yǔ)句) end 功能:如果表達(dá)式的值為真,就執(zhí)行語(yǔ)句,否則執(zhí)行end后面的語(yǔ)句.2、兩個(gè)選擇條件if expression(表達(dá)式) commands1(執(zhí)行語(yǔ)句1) elsecommands2(執(zhí)行語(yǔ)句2) end 功能:如果表達(dá)式的值為真,就執(zhí)行語(yǔ)句1,否則執(zhí)行語(yǔ)句2.3、三個(gè)或更多的選擇條件if expression1(表達(dá)式1) commands1(執(zhí)行語(yǔ)句1) else if expression2(表達(dá)式2) commands2(執(zhí)行語(yǔ)句2) else commands3(執(zhí)行語(yǔ)句3) endend 功能:如果表達(dá)式1的值為真,就執(zhí)行語(yǔ)句1,然后跳出if執(zhí)行語(yǔ)句;否則判斷表達(dá)式2,如果表達(dá)式2的值為真,就執(zhí)行語(yǔ)句2,然后跳出if執(zhí)行語(yǔ)句.否則依此類推,一直進(jìn)行下去.如果所有的表達(dá)式的值都為假,就執(zhí)行end后面的語(yǔ)句.【例3】 設(shè)函數(shù)，編寫(xiě)M函數(shù)，并計(jì)算函數(shù)值。解:(1)建立M函數(shù)文件yx.m。function y=yx(x)if x=1 & x10 & x=30 y=3*x-11else y=sin(x)+log(x)endendend(2)調(diào)用M函數(shù)文件,計(jì)算。result=yx(0.2),yx(2),yx(30),yx(10*pi) result = 0.2000 3.0000 79.0000 3.44734、switch-case-end分支除了if 語(yǔ)句之外，mMatlab還提供了switch語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)三個(gè)或更多的選擇條件的程序結(jié)構(gòu)。其格式如下： switch expression(表達(dá)式) case value1(常量表達(dá)式1) commands1(語(yǔ)句塊1) case value2(常量表達(dá)式2) commands2(語(yǔ)句塊2) case value n(常量表達(dá)式n) commands n (語(yǔ)句塊n)otherwisecommands n+1 (語(yǔ)句塊n+1)end 功能：當(dāng)邏輯表達(dá)式expression的值為“value1”時(shí)，則執(zhí)行語(yǔ)句塊1（commands1)；當(dāng)邏輯表達(dá)式expression的值為“value2”時(shí)，則執(zhí)行語(yǔ)句塊2（commands2)；以此類推。若以上均不滿足時(shí)，則執(zhí)行語(yǔ)句塊n+1（commands n+1）。與if語(yǔ)句不同的是，各個(gè)case 和otherwise 語(yǔ)句出現(xiàn)的先后順序不會(huì)影響程序運(yùn)行的結(jié)果。【例4】編一個(gè)轉(zhuǎn)換成績(jī)等級(jí)的函數(shù)文件，其中成績(jī)等級(jí)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)為考試成績(jī)分?jǐn)?shù)在90，100分顯示優(yōu)秀；在80，90)分顯示良好；在60，80)分顯示及格；在0，60)分顯示不及格。解:(1)建立M函數(shù)文件ff.m function result=ff(x) n=fix(x/10); switch n case 9,10 disp(優(yōu)秀) case 8 disp(良好)case 6,7 disp(及格)otherwise disp(不及格)end (2)調(diào)用M函數(shù)文件判斷99分,56分,72分各屬于哪個(gè)范圍。ff(99) 優(yōu)秀ff(56) 不及格ff(72) 及格（三）循環(huán)結(jié)構(gòu)、for循環(huán)、while循環(huán)實(shí)現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)的語(yǔ)句有兩種：for循環(huán)和while循環(huán)1、for循環(huán)語(yǔ)句 for循環(huán)允許一組命令以固定的或預(yù)定的次數(shù)重復(fù)，它的一般形式為： for i=（初值）：（步長(zhǎng)）：（終值）commands(執(zhí)行語(yǔ)句1).commands(執(zhí)行語(yǔ)句n) end其中，步長(zhǎng)為1時(shí)可以省略，commands稱為循環(huán)體。for循環(huán)的循環(huán)體中，可以多次嵌套for和其它的結(jié)構(gòu)體。for循環(huán)語(yǔ)句的執(zhí)行過(guò)程為：首先循環(huán)變量x取初值，執(zhí)行完所有的循環(huán)體語(yǔ)句后，x=x+步長(zhǎng)，并判斷x是否超過(guò)終值，若未超過(guò)，則繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)體中的所有語(yǔ)句；否則，退出循環(huán)，執(zhí)行end的后續(xù)語(yǔ)句。【例5】利用for循環(huán)求1100的整數(shù)之和。解:(1) 建立命令文件exam1.m%利用for循環(huán)求1100的整數(shù)之和sum=0;for i=1:100 sum=sum+i; endsum(2) 執(zhí)行命令文件exam1.mexam1sum = 50502、while循環(huán)語(yǔ)句與for循環(huán)以固定次數(shù)執(zhí)行一組命令相反，while循環(huán)以不定的次數(shù)執(zhí)行一組語(yǔ)句。其一般格式為while expression(表達(dá)式) commands(循環(huán)體語(yǔ)句)end說(shuō)明：表達(dá)式一般是由邏輯運(yùn)算和關(guān)系運(yùn)算以及一般的運(yùn)算組成的表達(dá)式，以判斷循環(huán)要繼續(xù)進(jìn)行還是要停止循環(huán)。只要表達(dá)式的值非零，即為邏輯為“真“，程序就繼續(xù)循環(huán)，只要表達(dá)式的值為零就停止循環(huán)。【例6】 利用while循環(huán)來(lái)計(jì)算1!+2!+50！的值。解: (1)建立命令文件exam3.m %利用while循環(huán)來(lái)計(jì)算1!+2!+.+50！的值sum=0;i=1;while i51 prd=1; j=1; while j=i prd=prd*j; j=j+1; end sum=sum+prd; i=i+1;enddisp(1!+2!+.+50！的和為:)sum(2) 執(zhí)行命令文件exam3.m。 exam31!+2!+.+50！的和為：sum = 2.5613e+018【例7】設(shè)銀行年利率為4.14%.將10000元錢存入銀行，問(wèn)多長(zhǎng)時(shí)間會(huì)連本帶利翻一番？解: (1)建立命令文件while.mmoney=10000years=0while money=k+1 disp(int2str(m) %以字符串的形式顯示素?cái)?shù). end end(2) 執(zhí)行命令文件exam2.m。exam2101 103 107 109 113 127 131 137 139 149 151 157 163 167 173 179 181 191 193 197 199說(shuō)明:break語(yǔ)句能在for循環(huán)和while循環(huán)中退出循環(huán)，繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)后面的命令。三、程序調(diào)試和錯(cuò)誤處理對(duì)于編程者來(lái)說(shuō)，程序運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤是在所難免的。在大規(guī)模、多人共同參與的情況下，掌握程序調(diào)試的方法和技巧對(duì)提高工作效率很重要。一般來(lái)說(shuō)，錯(cuò)誤分兩種，即語(yǔ)法錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤。語(yǔ)法錯(cuò)誤一般是變量名與函數(shù)名的誤寫(xiě)、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的缺漏和end的漏寫(xiě)等。對(duì)于這類錯(cuò)誤，MATLAB在運(yùn)行中一般都能發(fā)現(xiàn)，終止執(zhí)行并報(bào)錯(cuò)，編程者一般很容易發(fā)現(xiàn)并糾正。而邏輯錯(cuò)誤可能是程序本身的算法問(wèn)題，也可能是MATLAB的指令使用不當(dāng)，導(dǎo)致最終的結(jié)果與預(yù)期值偏離，這種錯(cuò)誤發(fā)生在運(yùn)行過(guò)程中，影響因素比較多，而這時(shí)函數(shù)的工作空間已被刪除，調(diào)試起來(lái)比較困難。下面介紹程序的常見(jiàn)調(diào)試方法。1、用“Debug”菜單進(jìn)行調(diào)試“Debug”菜單下各個(gè)子項(xiàng)的含義如下：（1）Step:在調(diào)試模式下，執(zhí)行M文件的當(dāng)前行，對(duì)應(yīng)的快捷鍵是F10.（2）Step In：在調(diào)試模式下，執(zhí)行M文件的當(dāng)前行，如果M文件的當(dāng)前行調(diào)用了另一個(gè)函數(shù)，那么進(jìn)入該函數(shù)內(nèi)部，對(duì)應(yīng)的快捷鍵是F11.（3）Step Out：在當(dāng)前模式下執(zhí)行Step In進(jìn)入某一個(gè)函數(shù)內(nèi)部之后，執(zhí)行Step Out可以完成函數(shù)剩余部分的所有代碼，并退出函數(shù)，暫停在進(jìn)入函數(shù)內(nèi)部前的M文件所在行末尾。（4）Run：運(yùn)行當(dāng)前M文件，對(duì)應(yīng)的快捷鍵是F5；當(dāng)前M文件設(shè)置了斷電時(shí)，然后運(yùn)行到斷電后暫停。（5）Go Until Cursor：運(yùn)行當(dāng)前M文件到光標(biāo)所在行尾。需要注意的是，以上這些調(diào)試項(xiàng)，除了Run都需要首先在M文件中設(shè)置斷點(diǎn)，然后Run運(yùn)行到斷電位置后，這些調(diào)試項(xiàng)才可啟用。（6）Set/Clear Breakpoint:在光標(biāo)所在行開(kāi)頭設(shè)置或清除斷點(diǎn)。（7）Set/Modify Conditional Breakpoint.:在光標(biāo)所在行開(kāi)頭設(shè)置或修改條件斷點(diǎn)，選擇此子項(xiàng)，會(huì)打開(kāi)條件斷點(diǎn)設(shè)置對(duì)話框，用于設(shè)置在滿足什么條件時(shí)此處斷點(diǎn)有效。（8）Enable/Disable Breakpoint：將當(dāng)前行的斷點(diǎn)設(shè)置為有效或無(wú)效。（9）Clear Breakpoint in all files:清除M文件中的斷點(diǎn)。（10）Stop if Errors/Warninggs：設(shè)置出現(xiàn)某種運(yùn)行錯(cuò)誤或警告時(shí)，停止程序運(yùn)行，選擇此子項(xiàng)，會(huì)打開(kāi)錯(cuò)誤、警告設(shè)置對(duì)話框。（11）Exit Debug Mode：退出調(diào)試模式。 通常的調(diào)試過(guò)程：先點(diǎn)擊“Run”按鈕，運(yùn)行一遍M文件，針對(duì)系統(tǒng)給出的具體的出錯(cuò)信息，在適當(dāng)?shù)牡胤皆O(shè)置斷點(diǎn)或條件斷點(diǎn)，在此運(yùn)行到斷點(diǎn)位置，此時(shí)MATLAB把運(yùn)行控制權(quán)交給鍵盤，命令窗