MATLAB结构化编程与函数定义（02）：详细教程

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MATLAB02:结构化编程和函数定义

• 结构化编程
• 流程控制语句和逻辑运算符 流程控制语句示例 使用循环语句应尽量预先分配内存空间 编写脚本时应注意的问题 在脚本开头应添加语句清空工作区 在运算和赋值语句后应添加分号`;`抑制输出 使用省略号`...`拼接多行语句
• 函数
• 查看内置函数 以`函数名.m`文件形式定义函数 MATLAB内置的函数参数 MATLAB函数定义示例1 MATLAB函数定义示例2 以函数句柄形式定义函数

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结构化编程

流程控制语句和逻辑 运算符  

与大多数 编程语言  相同,MATLAB有以下流程控制语句:

上述所有循环和条件语句都要在末尾以end闭合.

MATLAB还有以下逻辑运算符:

&&和||运算符支持逻辑短路功能.

流程控制语句示例

下面演示各流程控制语句:

1. if语句: if rem(a, 2) == 0 disp('a is even'); else disp('a is odd'); end 一键获取完整项目代码matlab运行12345
2. switch语句: switch input_num case -1 disp('negative 1'); case 0 disp('zero'); case 1 disp('positive 1'); otherwise disp('other value'); end 一键获取完整项目代码matlab运行12345678910
3. while语句: n = 1; while prod(1:n) < 1e100 n = n + 1; end 一键获取完整项目代码matlab运行1234
4. for语句: for n=1:10 a(n)=2^n; end disp(a) 一键获取完整项目代码matlab运行1234
5. break语句: x = 2; k = 0; error = inf; error_threshold = 1e-32; while error > error_threshold if k > 100 break end x = x - sin(x)/cos(x); error = abs(x - pi); k = k + 1; end 一键获取完整项目代码matlab运行12345678910

使用循环语句应尽量预先分配内存空间

若一个变量所需要的内存空间是一个可预测的定值,我们应尽量提前为其分配内存空间.

以下面两段程序为例,演示这一点:

• 程序一: tic for ii = 1:2000 for jj = 1:2000 A(ii,jj) = ii + jj; end end toc 一键获取完整项目代码matlab运行1234567 程序输出Elapsed time is 4.616199 seconds.
• 程序二: tic A = zeros(2000, 2000); % 预先为变量分配内存空间 for ii = 1:size(A,1) for jj = 1:size(A,2) A(ii,jj) = ii + jj; end end toc 一键获取完整项目代码matlab运行12345678 程序输出Elapsed time is 2.786401 seconds.

可以看到,程序一比程序二所用的时间更长.这是因为: 对于程序一,没有预先为变量A分配内存,因此每当A的形状发生改变时,都需要重新为A分配内存地址,这花费了更多的时间.

编写 脚本 时应注意的问题

在脚本开头应添加语句清空工作区

在每个脚本的开头,应添加下述语句,清空工作区 缓存  以及之前程序运行的痕迹:

clear all	% 清空工作区内存中的变量
close all 	% 关闭之前程序绘制的图像
clc			% 清空之前程序在终端的输出

在运算和赋值语句后应添加分号;抑制输出

在所有运算和赋值语句都应该添加分号;抑制输出,若需要向终端输出一个变量,应对其调用disp方法.

使用省略号...拼接多行语句

在MATLAB中,省略号...可以将多行语句拼接为一行,灵活使用该语句可以提高代码可读性.

annPoints_sampled = annPoints(annPoints(:,1)>x1 & ...
    annPoints(:,1) < x2 & ...
    annPoints(:,2) > y1 & ...
    annPoints(:,2) < y2);

函数

与其他语言相似,MATLAB也可以定义函数.与脚本类似,函数可以被存入函数名.m文件中,也可以以函数句柄的形式定义在内存中.

查看内置函数

我们可以使用which命令查看内置函数源代码文件的位置,与edit命令结合可以查看内置函数的源代码.

运行下面语句可以打开MATLAB内置的mean函数的源文件:

edit(which('mean.m'))

可以在编辑器中看到mean函数的源代码如下:

以函数名.m文件形式定义函数

在MATLAB文件中定义函数的格式如下:

function [输出变量名] = 函数名(输入变量名) 
% 函数的文档

函数代码

• function是一个关键字,声明该文件中保存的是一个函数.
• 输入变量和输出变量是非必须的,函数既可以没有输入变量,也可以没有输出变量.
• 函数名应与.m文件名相同,且不包含特殊字符(最好不要有中文).

MATLAB内置的函数参数

在MATLAB中,内置了一些函数参数如下:

MATLAB不提供其他高级语言的指定默认参数值以及函数重载等语法,但灵活使用上述内置的函数参数,可以在一定程度上实现指定默认参数值以及方法重载:

function [volume]=pillar(Do,Di,height)
if nargin==2,
	height=1;
end
volume=abs(Do.^2-Di.^2).*height*pi/4;

MATLAB函数定义示例1

下面程序用来计算自由落体运动中位移量:
x = x 0 + v 0 t + 1 2 g t 2 x = x_0 + v_0 t + \frac{1}{2} g t^2 x=x0​+v0​t+21​gt2

function x = freebody(x0,v0,t)
% calculation of free falling
% x0: initial displacement in m
% v0: initial velocity in m/sec
% t: the elapsed time in sec
% x: the depth of falling in m
x = x0 + v0.*t + 1/2*9.8*t.*t;

该函数演示了一个MATLAB编程技巧: 计算乘法时应尽量使用.*而非*,因为前者不仅对参数t为标量的情况可用,也对变量t为向量或 矩阵  的情况可用.

freebody(0, 0, 2)			% 得到 19.6000
freebody(0, 0, [0 1 2 3])	% 得到 [0 4.9000 19.6000 44.1000]
freebody(0, 0, [0 1; 2 3])	% 得到 [0 4.9000; 19.6000 44.1000]

MATLAB函数定义示例2

下面函数实现了从华氏温度到摄氏温度的转换,该函数可以识别输入的待转换样例的个数,当输入的待转换样例个数为0时,退出函数.

function F2C()
while 1
    F_degree = input('tempreature in Fahrenheit: ', 's');
    F_degree = str2num(F_degree);
    if isempty(F_degree)
        return
    end
    C_degree = (F_degree-32)*5/9;
    disp(['tempreature in Celsius: ' num2str(C_degree)])
end

   (需要按Ctrl+C退出程序)

以函数句柄形式定义函数

我们也可以使用函数句柄的形式定义函数,这更接近数学上的函数定义,其语法如下:

函数句柄 = @(输入变量) 输出变量 

可以直接通过函数句柄调用该方法.

f = @(x) exp(-2*x);
x = 0:0.1:2;
plot(x, f(x));

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