Matlab编程入门（一）：编程基础详解

M文件编程

• 脚本文件

　　　　matlab有自己的命令行窗口，对于简单的命令，可以直接在命令行窗口输入，但随着命令行的增加或者命令本身复杂度的增加，再使用命令行就显得有些不便了，这时就需要脚本文件了。可以说，脚本文件是matlab指令集合的封装。

• 函数文件 　

　　　　函数文件以function开始，end结束，这也是区别于脚本文件的地方。

  在function后面接着定义输出参数，函数名和输入参数，比如： 　　　　　　　　　

     　　　　　　　　function [x,y,z] = math_count(a,b,c)    

　　　　x，y，z是输出参数，以方框括起来，math_count是函数名，a，b，c是输入参数，以圆括号括起来。

  也可以没有参数，比如：　　　　　　

　　　　　　　　　　 function printresults(x,y)    

　　　　printresults是函数名，x和y是输入参数，没有输出参数。

• 数据类型

　　  matlab共有6中基本数据类型，分别是数值类型、逻辑类型、字符串、函数句柄、结构体和单元数组。这里我们简单地介绍前四种。

1. 数值类型  

  基本的数值类型包括整数类型和浮点数类型，额外的数值类型还有复数类型、无穷量（Inf）和非数值量（NaN)，后面的两种算是matlab的特色类型，当然要记录一下啦！

• 复数类型

　　　　　　复数包括实部和虚部两部分，matlab中默认使用i和j作为复数的虚部标志。创建复数时，可以直接利用复数形式进行输入或使用函数complex。　　　　　　  

　　　　 　 z=1+2i 　%利用复数形式进行输入    

　　　　　 输出结果：

 　　　　　 z=complex(2,3)　　%利用complex（x,y）函数进行输入       

　　 输出结果：

　　　　　  z=complex（2）%利用complex（x），如果x是实数，z=x+0i，如果x是复数，z=x

　　　　 输出结果：

• 无穷量（Inf）和非数值量（NaN)

　　　　  Matlab中使用Inf和-Inf分别代表正无穷量和负无穷量，NaN代表非数值量。

正负无穷量通常由于运算溢出而产生的结果，而非数值量是由于0/0或Inf/Inf非正常运算产生的结果，并且这两个NaN是不同的。

Inf和NaN是Matlab中的特殊变量，除此之外，Matlab还有一些特殊的变量

1. ans：系统默认的用作保存运算结果的变量名 pi：圆周率 eps：机器零阀值，Matlab中的最小数

  2.逻辑类型

    Matlab把任何非0值当作为真，输出为1，把零当作假，输出为0.

    逻辑类型数据进行运算时需要用到关系操作符和逻辑运算符。

对于Matlab的关系操作符，与c/c++基本相同，只有不等号有所不同，在c/c++中不等号为！=，而Matlab中不等号是~ =。

 3.字符和字符串

字符和字符串分别是字符数组和字符串数组中的文本。

1. 字符数组是一个字符序列，如c='Hello Word!'
2. 字符串数组是文本片段的容器，字符串数组提供一组用于将文本处理为数据的函数。从R2017a开始，字符串也可以使用双引号创建，如str="You are best!"
3. string函数

R2016b以后，可以使用字符串数组string代替字符数组。官方文档表明，还可以按照标准数组运算对字符串数组

 进行索引、重构和串联，还可以使用 + 运算符向字符串追加文本。（一切都在向c++看齐啊）

4.函数句柄

　　函数句柄是一种间接调用函数的方式，相当于对一个函数取别名。

例如：如果你有一个函数为myfunction，现在给定语句

　　　　　　　　　　　f=@myfunction 　　%f是一个句柄，可以通过f调用myfunction　 

　    可以通过函数句柄构造匿名函数或指定回调函数，也可以函数句柄将一个函数传递给另一个函数，或者从主函数内部调用局部函数

   下面给出通过函数句柄间接调用函数的例子：

   在命令行窗口输入： 　　

　　　　　　　　　　　Handle=@sin; 　%也可以自己建立函数，通过函数句柄间接调用
　　　　　　　　　 >> x=0:pi/4:pi;　%通过冒号创建一维数组，0是第一个数，每次以pi/4为单位递增，pi是最后一个数
　　　　　　　　　 >> y=Handle(x)

　　输出结果：

　　有同学可能会问，直接调用不也是可以吗，的确可以，但函数句柄有更多的优点，列举几个

1. 提高运行速度。matlab对函数的调用每次都要搜索所有的路径，使用函数句柄可以减少搜索，提高运行速度。
2. 使用更方便。比如说，我在这个目录运行后，创建了本目录的一个函数句柄，当我转到其他的目录下的时候，创建的函数句柄还是可以直接调用的，而不需要把那个函数文件拷贝          过来。因为你创建的函数句柄中已经包含了路径。

• 控制流

　　  Matlab的控制流也与c/c++大体相同，唯一要注意的是每个条件都有相应的end关键字。

• 顺序结构 选择结构 if—end if—else—end if—elseif—else—end

　　　 示例：

新建脚本文件，保存为exe1_1 　　

　　　　　　　　　　　　x=input('enter''x'':');%input函数返回你输入的整数，提示信息用''括起来，如果想要输出单引号，两个单引号'' ''即可
　　　　　　　　　　　　if(x>0)
　　　　　　　　　　　　　　y=1;
　　　　　　　　　　　　elseif(x==0)
   　　　　　　　 　　　　 y=0;
　　　　　　　　　　　　else y=-1;
　　　　　　　　　　　　end 　　  　  %不要忘记加end，Matlab不会自动补全end，最好一开始就写下来，养成良好的编程习惯至关重要
　　　　　　　　　　　　disp(y)  　　 %disp作为输出函数

　 在命令行窗口调用exe1_1,输入-5

得到结果：

• switch—case结构  
• 注意Matlab与c/c++语言的switch-case结构不一样：只要条件满足，立即返回,这也是为什么不用加break的原因。  

示例：新建脚本文件，保存为ex1_2  

 　　　　　　　　　　 　month=3;
 　　　　　　　　　    switch month
          　　　 　　       case {3,4,5}
              　　　　　       season='spring'　
         　　　　　　       case {6,7,8}
            　　　　　         season='summer'
        　　　　　　        case {9,10,11}
              　　　　　       season='autumn'
         　　　　　　       otherwise
            　　　　　         season='winter'
   　　　　　         end 

　　得到结果：

　　注意

1.M文件的搜索路径必须与当前路径一致,否则运行会出错，搜索路径即保存M文件的位置。可以直接修改当前路径与搜索路径一致，也可以添加搜索路径，这样就一劳永逸了。

 2.如果遇到不认识的函数，可以利用help/doc命令在命令行查找，格式为help/doc function,function为函数名，养成查阅文档的习惯很重要！  

• 循环结构

　　　　  每一个关键字后面都要有与之对应的end关键字

范例：

  使用0.618法(黄金分割法)极小化f(t)=exp(-t)+exp(t)，区间为[-1，1]。（即逼近函数在已知区间的极小值，找到对应的t

 0.618法主要思想：

    0.618法在给定区间[a，b]内适当插入两点a1，a2，并计算其函数值。

     a1，a2将区间分成三段，通过函数值大小的比较，删去其中一段，使搜索区间得以缩小，

    然后再在保留下来的区间上作同样的处理，如此迭代下去，从而得到极小点的数值近似解。

  0.618法主要步骤：

　　　　 1.在区间[a,b]内分别按照0.618和0.382的比例处取点a1 ，a2， 把[a,b]分为三段。　

　　　　 2.如果f(a1)>f(a2)，令a=a1,a1=a2,a2=a+0.618*(b-a)  

3.如果f(a1)<f(a2) ，令b=a2，a2=a1,a1=a+0.382*(b-a)

4.如果满足迭代条件或者超出给定迭代次数，程序终止，否则继续运行下去。

     新建名为fai.m的函数和zero_soe.m的函数

1             　　　　　　function z= fai(t)
2 　　　　　　　　　　 　　 %　　fai函数
3 　　　　　　　 　　　　　 %    给定函数
4 　　　　　　　 　　　　　 z=1*exp(-t)+1*exp(t);
5 　　　　　　　 　　　　   end                         　　　　

 1 　　　　　　　　　　　  function [k] = zero_soe(a0,b0,iter,tol)
 2 　　　　　　　　　　　  %UNTITLED3 精确线性搜索之0.618法
 3 　　　　　　　　　　　  %   a0，b0分别代表左端点，右端点
 4 　　　　　　　　　　 　 %   iter代表给定的迭代次数
 5 　　　　　　　　　　　  %   tol代表误差限
 6 　　　　　　　　　　　　m=a0+0.382*(b0-a0);  %试探点lameda0
 7 　　　　　　　　　　　　n=a0+0.618*(b0-a0);  %试探点u0
 8 　　　　　　　　　　　　ym=fai(m);
 9 　　　　　　　　　　　　yn=fai(n);
10 　　　　　　　　　　　　count=0;    %现有的迭代次数
11 　　　　　　　　　　　　while(count<iter)
12    　　　　　　 　　　　　　if(ym>yn)
13        　　　　　　 　　　　　　if(b0-m<=tol)
14            　　　　　　　　　　 　　k=n;
15            　　　　　　　　　　 　　return;
16         　　　　　　　　　　　　else
17            　　　　　　　　　　　　 a0=m;
18            　　　　　　　　　　　　 m=n;
19            　　　　　　　　 　　　　ym=yn;
20            　　　　　　　　　　　　 n=a0+0.618*(b0-a0);  
21            　　　　　　　　 　　　　yn=fai(n);
22            　　　　　　　　 　　　　count=count+1;
23         　　　　　　　　　　　　end         
24    　　　　　　 　　　　　　else 
25        　　　　　　 　　　　　　if(n-a0<=tol)
26            　　　　　　　　　　 　　k=m;
27           　　　　　　　　 　　 return;           
28        　　　　　　　　　　 　　else
29          　　　　　　 　　　　　　 b0=n;
30           　　　　　　　　　　　　 n=m;
31            　　　　　　　　　　　　yn=ym;
32           　　 　　　　　　　　　　m=a0+0.382*(b0-a0);
33            　　　　　　　　　　　　ym=fai(m);
34           　　　　 　　　　　　　　count=count+1;
35         　　　　　　　　　　　　end
36     　　　　　　　　　　　　end
37 　　　　　　　　　　　　end
38 　　　　　　　　　　　　if(count>=iter)
39    　　　　　　　　　　　　disp('迭代次数超过给定次数!') ;
40 　　　　　　　　　　　　end
41 　　　　　　　　　　　　end

　得到结果：

　通过求导可知函数的极小值对应的t等于0，可知极小化的结果是正确的。

（皆大欢喜[]~(￣▽￣)~*）

常用的函数命令

• 输入命令  

1. clc：清除命令行窗口
2. clf ：即clear figure，清楚图形窗口
3. clear：清除工作区的变量，clear all是清除全部变量
4. format：设置命令行窗口显示格式
5. iskeyword:确认输入是否为关键字，如果没有输入，则输出全部的关键字
6. who：显示当前变量名列表
7. whos：显示变量详细列表
8. which：查看关键字的路径 　

• 帮助  　　　　　　　　

1. help：命令行窗口中函数的帮助
2. doc：帮助浏览器中的参考页
3. demo：帮助浏览器中查看示例
4. lookfor：在所有帮助条目中查看关键字

常用快捷键

• Ctrl+R ：注释（对多行有效）
• Ctrl+T ：取消注释（对多行注释有效）
• Ctrl+Z ：取消上一次操作
• Ctrl+I     ：自动缩进（对多行有效）
• Ctrl+[     ：减少缩进（对多行有效）
• Ctrl+]     ：增加缩进（对多行有效）
• ↑光标键 ：选择最近的一次命令
• Esc：清除当前行

参考资料：

• 　Matlab 2016a自学一本通 /刘浩，韩晶编著 ~北京：电子工业出版社,2016,12
•   Mathworks 中国，附链接 Matlab快速入门—Mtahworks中国

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