MATLAB程序设计及应用实例PPT教案学习课件.pptx

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1、会计学1MATLAB程序设计及应用实例程序设计及应用实例5.1 MATLAB程序设计程序设计n n5.1.1 M文件文件n n5.1.2 脚本文件和函数文件脚本文件和函数文件n n5.1.5 数据的输入输出数据的输入输出n n5.1.3 选择结构选择结构n n5.1.4 循环结构循环结构n n5.1.6 M文件调试文件调试第1页/共60页5.1.1 M文件文件n n例例 建立一个命令文件将变量建立一个命令文件将变量a,ba,b的值互换，的值互换，然后运行该命令文件。然后运行该命令文件。首先建立命令文件并以文件名首先建立命令文件并以文件名exch.mexch.m存盘：存盘：clear;clear

2、;a=1:10;b=11,12,13,14;15,16,17,18;a=1:10;b=11,12,13,14;15,16,17,18;c=a;a=b;b=c;c=a;a=b;b=c;a a b b 然后在然后在MATLABMATLAB的命令窗口中输入的命令窗口中输入exchexch，将会，将会执行该命令文件。执行该命令文件。第2页/共60页1.1.建立新的建立新的M M文件文件(1)(1)(1)(1)菜单操作菜单操作菜单操作菜单操作：MATLABMATLABMATLABMATLAB命令窗口的命令窗口的命令窗口的命令窗口的FileFileFileFile菜单菜单菜单菜单 NewNewNewNew

3、菜单项菜单项菜单项菜单项 M-fileM-fileM-fileM-file命令。命令。命令。命令。(2)(2)(2)(2)命令操作命令操作命令操作命令操作：在：在：在：在MATLABMATLABMATLABMATLAB命令窗口输入命令命令窗口输入命令命令窗口输入命令命令窗口输入命令editediteditedit。(3)(3)(3)(3)命令按钮操作命令按钮操作命令按钮操作命令按钮操作：单击：单击：单击：单击MATLABMATLABMATLABMATLAB命令窗口工具栏上的命令窗口工具栏上的命令窗口工具栏上的命令窗口工具栏上的“新建新建新建新建”命令按钮。命令按钮。命令按钮。命令按钮。2.2.

4、编辑已有的编辑已有的M M文件文件3.M3.M文件的分类文件的分类 P116 4.1.2P116 4.1.2内容内容分类：脚本文件分类：脚本文件分类：脚本文件分类：脚本文件(Script File)(Script File)(Script File)(Script File)和函数文件和函数文件和函数文件和函数文件(Function File)(Function File)(Function File)(Function File)。主要区别。主要区别。主要区别。主要区别。M文件的建立与编辑文件的建立与编辑第3页/共60页MM文件的基本结构文件的基本结构文件的基本结构文件的基本结构n n函数定

5、义行函数定义行n nH1行行 对程序的总体介绍对程序的总体介绍n n函数说明函数说明 对程序详细描述对程序详细描述n n程序主体程序主体n n注释注释 解释程序功能的文字解释程序功能的文字 说明：除程序主体外，其他部分以说明：除程序主体外，其他部分以%开头。开头。P116 实例实例第4页/共60页1 1 脚本文件脚本文件脚本文件脚本文件 没有输入和输出没有输入和输出没有输入和输出没有输入和输出由一系列指令组成由一系列指令组成由一系列指令组成由一系列指令组成可在命令窗口直接运行可在命令窗口直接运行可在命令窗口直接运行可在命令窗口直接运行产生的所有变量存储在产生的所有变量存储在产生的所有变量存储在

6、产生的所有变量存储在workspaceworkspace中。中。中。中。例例例例 exam5_1.mexam5_1.m。5.1.2 脚本文件和函数文件脚本文件和函数文件第5页/共60页(1)(1)函数文件的基本结构函数文件的基本结构函数文件由函数文件由函数文件由函数文件由functionfunction语句引导语句引导语句引导语句引导其基本结构为：其基本结构为：其基本结构为：其基本结构为：function function 输出形参表输出形参表输出形参表输出形参表=函数名函数名函数名函数名(输入形参表输入形参表输入形参表输入形参表)%注释说明部分注释说明部分注释说明部分注释说明部分 函数体语句

7、函数体语句函数体语句函数体语句2 函数文件函数文件第6页/共60页n n函数文件的格式说明函数文件的格式说明(1)(1)关于函数文件名关于函数文件名关于函数文件名关于函数文件名:函数文件名与函数名也可以不相同函数文件名与函数名也可以不相同（一般设为相同！）（一般设为相同！）（一般设为相同！）（一般设为相同！）。当当两者不同时，两者不同时，MATLABMATLAB将忽略函数名而确认函数文件名，将忽略函数名而确认函数文件名，因此调用时使用函数文因此调用时使用函数文因此调用时使用函数文因此调用时使用函数文件名。件名。件名。件名。(2)(2)关于注释说明部分关于注释说明部分关于注释说明部分关于注释说明

8、部分。注释说明包括三部分内容：。注释说明包括三部分内容：紧随函数文件引导行之后以紧随函数文件引导行之后以%开头的第一注释行。开头的第一注释行。第一注释行及之后连续的注释行。第一注释行及之后连续的注释行。与在线帮助文本相与在线帮助文本相隔一空行的注释行。隔一空行的注释行。(1)函数文件的基本结构函数文件的基本结构第7页/共60页p函数调用的一般格式函数调用的一般格式：输出实参表输出实参表=函数名函数名(输入实参表输入实参表)注意：等号左边是方括号，右边输入参数用注意：等号左边是方括号，右边输入参数用括号括号（2）函数文件的调用）函数文件的调用第8页/共60页 例例例例5.1 5.1 5.1 5.

9、1 编写函数文件求半径为编写函数文件求半径为编写函数文件求半径为编写函数文件求半径为r r r r的圆的面积和周长的圆的面积和周长的圆的面积和周长的圆的面积和周长 function s,p=fcircle(r)%FCIRCLE calculate the area and perimeter of a circle of radii r%r 圆半径%s 圆面积%p 圆周长 s=pi*r*r;p=2*pi*r;以上函数文件以文件名fcircle.m存入c:matlab7workmas下，然后在MATLAB命令窗口调用该函数：s,p=fcircle(10)s,p=fcircle(10)第9页/共6

10、0页n n函数的递归调用函数的递归调用函数的递归调用函数的递归调用n n例：利用递归调用函数文件例：利用递归调用函数文件factor.mfactor.m：function f=factor(n)function f=factor(n)if n=1 if n=A&c=A&c=a&c=a&c=0&c=0&c=9 disp(abs(c)-abs(0);disp(abs(c)-abs(0);else else disp(c);disp(c);end end3.3.多分支多分支多分支多分支if if语句语句语句语句第23页/共60页5.1.4 选择结构选择结构-switch-switch语句语句n ns

11、witchswitchswitchswitch语句语句语句语句其语句格式为：其语句格式为：其语句格式为：其语句格式为：switch switch switch switch 表达式表达式表达式表达式 case case case case 值值值值1 1 1 1 语句组语句组语句组语句组1 1 1 1 case case case case 值值值值2 2 2 2 语句组语句组语句组语句组2 2 2 2 case case case case 值值值值m m m m 语句组语句组语句组语句组m m m m otherwise otherwise otherwise otherwise 语句组语

12、句组语句组语句组m+1m+1m+1m+1 end end end end第24页/共60页n n例例例例 某商场对顾客所购买的商品实行打折销售，已知打折标某商场对顾客所购买的商品实行打折销售，已知打折标某商场对顾客所购买的商品实行打折销售，已知打折标某商场对顾客所购买的商品实行打折销售，已知打折标准，求所售商品的实际销售价格准，求所售商品的实际销售价格准，求所售商品的实际销售价格准，求所售商品的实际销售价格n n程序如下：程序如下：price=input(price=input(请输入商品价格请输入商品价格););switch fix(price/100)switch fix(price/10

13、0)case 0,1 case 0,1 rate=0;rate=0;case 2,3,4 case 2,3,4 rate=3/100;rate=3/100;case num2cell(5:9)case num2cell(5:9)rate=5/100;rate=5/100;case num2cell(10:24)case num2cell(10:24)rate=8/100;rate=8/100;case num2cell(25:49)case num2cell(25:49)rate=10/100;rate=10/100;otherwise otherwise rate=14/100;rate=1

14、4/100;end end price=price*(1-rate)price=price*(1-rate)5.1.4 选择结构选择结构-switch语句语句第25页/共60页5.1.4 选择结构选择结构-try-try语句语句语句格式为：语句格式为：语句格式为：语句格式为：trytry 语句组语句组1 1catchcatch 语句组语句组2 2endend try try语句先试探性执行语句组语句先试探性执行语句组1 1，如果语句组，如果语句组1 1在执行过程中出现错在执行过程中出现错误，则将错误信息赋给保留的误，则将错误信息赋给保留的lasterrlasterr变量，并转去执行语句组变量，

15、并转去执行语句组2 2。这。这种试探性执行语句是其他高级语言所没有的种试探性执行语句是其他高级语言所没有的。第26页/共60页5.1.4 选择结构选择结构-try-try语句语句n n例例例例 矩阵乘法运算要求两矩阵的维数相容，否则会出错。先求两矩阵的乘积，若矩阵乘法运算要求两矩阵的维数相容，否则会出错。先求两矩阵的乘积，若矩阵乘法运算要求两矩阵的维数相容，否则会出错。先求两矩阵的乘积，若矩阵乘法运算要求两矩阵的维数相容，否则会出错。先求两矩阵的乘积，若出错，则自动转去求两矩阵的点乘出错，则自动转去求两矩阵的点乘出错，则自动转去求两矩阵的点乘出错，则自动转去求两矩阵的点乘n n程序如下：程序如

16、下：程序如下：程序如下：main5_3.mmain5_3.mmain5_3.mmain5_3.mA=1,2,3;4,5,6;B=7,8,9;10,11,12;A=1,2,3;4,5,6;B=7,8,9;10,11,12;A=1,2,3;4,5,6;B=7,8,9;10,11,12;A=1,2,3;4,5,6;B=7,8,9;10,11,12;trytrytrytry C=A*B;C=A*B;C=A*B;C=A*B;catchcatchcatchcatch C=A.*B;C=A.*B;C=A.*B;C=A.*B;endendendendC C C Clasterr%lasterr%lasterr

17、%lasterr%显示出错原因显示出错原因显示出错原因显示出错原因第27页/共60页5.1.5 循环结构循环结构n n循环语句循环语句循环语句循环语句n nforfor语句语句语句语句n nwhilewhile语句语句语句语句n n循环的嵌套循环的嵌套循环的嵌套循环的嵌套第28页/共60页5.1.5 循环结构循环结构-for语句语句n n1.for1.for语句语句语句语句n n语句格式为：语句格式为：语句格式为：语句格式为：for for 循环变量循环变量循环变量循环变量=表达式表达式表达式表达式1:1:表达式表达式表达式表达式2:2:表达式表达式表达式表达式3 3 循环体语句循环体语句循环

18、体语句循环体语句 endend第29页/共60页n nfor语句更一般的格式：语句更一般的格式：for for 循环变量循环变量循环变量循环变量=矩阵表达式矩阵表达式矩阵表达式矩阵表达式 循环体语句循环体语句循环体语句循环体语句 endend 执行过程是依次将矩阵的执行过程是依次将矩阵的各列元素赋给循环变各列元素赋给循环变各列元素赋给循环变各列元素赋给循环变量量量量，然后执行循环体语句，直至各列元素处理，然后执行循环体语句，直至各列元素处理完毕。实际上，完毕。实际上，“表达式表达式1:1:表达式表达式2:2:表达式表达式3 3”是是一个仅为一行的矩阵一个仅为一行的矩阵(行向量行向量)，因而列向

19、量是，因而列向量是单个数据单个数据。5.1.5 循环结构循环结构-for语句语句第30页/共60页n n例例例例 已知已知已知已知5 5 5 5个学生个学生个学生个学生4 4 4 4门功课的成绩，求每名学生的总成绩门功课的成绩，求每名学生的总成绩门功课的成绩，求每名学生的总成绩门功课的成绩，求每名学生的总成绩n n程序如下：程序如下：程序如下：程序如下：s=0;s=0;s=0;s=0;a=65,76,56,78;98,83,74,85;76,67,78,79;98,58,4a=65,76,56,78;98,83,74,85;76,67,78,79;98,58,4a=65,76,56,78;98

20、,83,74,85;76,67,78,79;98,58,4a=65,76,56,78;98,83,74,85;76,67,78,79;98,58,42,73;67,89,76,87;2,73;67,89,76,87;2,73;67,89,76,87;2,73;67,89,76,87;for k=afor k=afor k=afor k=a s=s+k;s=s+k;s=s+k;s=s+k;endendendenddisp(s);disp(s);disp(s);disp(s);5.1.5 循环结构循环结构-for语句语句第31页/共60页5.1.5 循环结构循环结构-while语句语句n nwhi

21、lewhile语句的一般格式为：语句的一般格式为：while(while(while(while(条件条件条件条件)循环体语句循环体语句循环体语句循环体语句 endendendend 其执行过程为：若条件成立，则执行循环体语句，其执行过程为：若条件成立，则执行循环体语句，执行后再判断条件是否成立，如果不成立则跳执行后再判断条件是否成立，如果不成立则跳出循环出循环第32页/共60页其他常用指令其他常用指令n nContinuen nBreak第33页/共60页continuecontinue命令命令通常用于通常用于for或或while循环语句中循环语句中,与与if语句一起使用语句一起使用,达到达

22、到跳过跳过本次循环本次循环,去执行下一轮循环去执行下一轮循环的目的的目的分析下列程序，说明运行结果及原因分析下列程序，说明运行结果及原因a=3;b=6;for i=1:3 b=b+1;if i2 continue%当当if条件满足时不再执行后面语句条件满足时不再执行后面语句，跳，跳 出本次循环。出本次循环。end a=a+2%当当i2i2a=7b=9第34页/共60页 break命令命令通常用于通常用于for或或while循环语句中循环语句中,与与if语句一起使用语句一起使用,中止本次循中止本次循环环,跳出最内层循环跳出最内层循环分析下列程序，说明运行结果及原因分析下列程序，说明运行结果及原因

23、a=3;b=6;for i=1:3 b=b+1;if i2 break%当当if条件满足时不再执行循环条件满足时不再执行循环 end a=a+2end运行结果运行结果:a=7b=9i2i2a=3b=6第35页/共60页程序流控制语句程序流控制语句 return指令指令 终止当前的命令序列，把控制返回到调用函数或终止当前的命令序列，把控制返回到调用函数或键盘。键盘。keyboard 把把“控制权控制权”交给键盘。交给键盘。error和和warning 显示出错和警告信息。显示出错和警告信息。第36页/共60页5.1.5 循环的嵌套循环的嵌套n n如果一个循环结构的循环体又包括一个循环结构，就称为

24、循环的嵌套，或称为多重循环结构。可以按照嵌套层数，分别叫做二重循环、三重循环等。处于内部的循环叫作内循环，处于外部的循环叫作外循环。n n在设计多重循环时，要特别注意内、外循环之间的关系，以及各语句放置的位置，不要搞错。第37页/共60页补充：补充：补充：补充：1 Matlab1 Matlab1 Matlab1 Matlab命令执行过程命令执行过程命令执行过程命令执行过程输入输入 china输出变量输出变量china的值的值变量？变量？执行该执行该内部函数内部函数当前目录中有当前目录中有china.m？内联函数？内联函数？搜索路径中有搜索路径中有china.m？否否执行该执行该M文件文件执行该

25、执行该M文件文件报错！报错！子函数？子函数？私有函数？私有函数？执行该执行该M文件文件是是是是是是是是是是否否否否第38页/共60页2 MATLAB2 MATLAB程序设计原则和技巧程序设计原则和技巧程序设计原则和技巧程序设计原则和技巧1 1、后面的内容是程序的注解，要善于运用注解、后面的内容是程序的注解，要善于运用注解使程序使程序更具可读性更具可读性。2 2、养成在主程序开头用、养成在主程序开头用clearclear指令清除变量的习惯指令清除变量的习惯，以消，以消除工作空间中其他变量对程序运行的影响。但注意在除工作空间中其他变量对程序运行的影响。但注意在子程序中不要用子程序中不要用clear

26、clear。3 3、参数值要集中放在程序的开始部分，以便维护。要充、参数值要集中放在程序的开始部分，以便维护。要充分利用分利用MATLABMATLAB工具箱提供的指令来执行所要进行的工具箱提供的指令来执行所要进行的运算，在语句行之后输入分号使其及运算，在语句行之后输入分号使其及中间结果不在屏中间结果不在屏幕上显示幕上显示，以提高执行速度。，以提高执行速度。第39页/共60页4 4、程序、程序尽量模块化尽量模块化，也就是采用主程序调用子程序的方，也就是采用主程序调用子程序的方法，将所有子程序合并在一起来执行全部的操作。法，将所有子程序合并在一起来执行全部的操作。5 5、充分利用、充分利用Debu

27、ggerDebugger来进行程序的调试来进行程序的调试（设置断点、单（设置断点、单步执行、连续执行）步执行、连续执行）6 6、设置好、设置好MATLABMATLAB的工作路径，以便程序运行。的工作路径，以便程序运行。第40页/共60页 1.矢量化尽可能使用向量和矩阵操作例例 求求t=cputime;s=0;for i=1:100000 s=s+(1/2i+1/3i);endcputime-tans=向量运算向量运算t=cputime;n=1:100000;s=sum(1./2.n+1./3.n)；cputime-tans=第41页/共60页2.2.阵列预分配阵列预分配 阵列矩阵的初始化工作；

28、在成熟规范的商业软件里必不可少，阵列矩阵的初始化工作；在成熟规范的商业软件里必不可少，同时也是一个良好的编程素养的体现。同时也是一个良好的编程素养的体现。3.3.变量管理变量管理 matlabmatlab中的变量类型是不需要预先定义的，编程过程中不要改中的变量类型是不需要预先定义的，编程过程中不要改变变量的使用类型。变变量的使用类型。例如例如chardouble,realcomplexchardouble,realcomplex x=23;x=23;程序，程序，x=x=A A 4.4.尽量使用尽量使用MATLABMATLAB内部定义的函数内部定义的函数第42页/共60页本节内容是需本节内容是需

29、上机应用上机应用的重点内容。的重点内容。程序出错主要为两类：程序出错主要为两类：1 1、语法错误语法错误 如缺如缺（或或）等，在运行时可检测出大多数该类错等，在运行时可检测出大多数该类错误，并指出错在哪一行。误，并指出错在哪一行。2 2、算法错误算法错误 逻辑上的错误逻辑上的错误，不易查找，遇到此类错误时需耐心。一般，不易查找，遇到此类错误时需耐心。一般可考虑如下方法：可考虑如下方法：直接调试法和工具调试法直接调试法和工具调试法5.1.6 程序的调试程序的调试第43页/共60页 直接调试法是指在利用直接调试法是指在利用matlabmatlab的相关指令对程序进行调试。的相关指令对程序进行调试。

30、主要方法有：主要方法有：删除句尾分号和利用删除句尾分号和利用dispdisp语句，显示中间结果；语句，显示中间结果；在适当位置加上在适当位置加上keyboardkeyboard语句，使程序暂停；语句，使程序暂停；在函数定义行之前加上在函数定义行之前加上%注释，使之变成脚本语言；注释，使之变成脚本语言；利用利用echoecho指令，使运行时在屏幕上逐行显示文件内容。指令，使运行时在屏幕上逐行显示文件内容。Ctrl+CCtrl+C强行停止程序强行停止程序直接调试法直接调试法直接调试法直接调试法第44页/共60页直接调试法一些辅助函数：直接调试法一些辅助函数：n n常用指令：常用指令：return,

31、echo,input,pause,keyboard,break;return,echo,input,pause,keyboard,break;echo echo命令可以使文件命令在执行时可见，这对程序的命令可以使文件命令在执行时可见，这对程序的 调试和演示很有用。调试和演示很有用。keyboardkeyboard请求键盘输入命令请求键盘输入命令 pausepause等待用户反映命令等待用户反映命令n n警告命令：警告命令：error,warning.lasterr,lastwarn,error,warning.lasterr,lastwarn,n n提示命令提示命令:warndlg,error

32、dlg:warndlg,errordlg第45页/共60页工具调试法工具调试法工具调试法工具调试法 工具调试法是指利用工具调试法是指利用matlabmatlab的相关调试工具对程序进行调试的相关调试工具对程序进行调试 调试步骤为：调试步骤为：(1)(1)在程序可疑处设置断点；在程序可疑处设置断点；(2)(2)执行程序；执行程序；(3)(3)检查程序运行至断点处变检查程序运行至断点处变 量当前值量当前值(4)(4)在程序中一步步执行在程序中一步步执行(5)(5)结束调试状态。结束调试状态。(6)(6)取消断点。取消断点。第46页/共60页1 1DebugDebug菜单项菜单项 该菜单项用于程序调

33、试，需要与该菜单项用于程序调试，需要与BreakpointsBreakpoints菜单项配菜单项配合使用。合使用。StepStep：单步运行：单步运行 Step InStep In：单步运行，调用函数时进入函数程序：单步运行，调用函数时进入函数程序 Step OutStep Out：RunRun：运行：运行 Go Until CursorGo Until Cursor：运行到光标处：运行到光标处工具调试法工具调试法调试菜单项调试菜单项第47页/共60页2 2BreakpointsBreakpoints菜单项（菜单项（matlab7.0matlab7.0以上菜单内容在以上菜单内容在DebugDe

34、bug菜单中包括）菜单中包括）Set/Clear BreakpointSet/Clear Breakpoint：设置：设置/清除断点清除断点 Set/Modify Conditional BreakpointSet/Modify Conditional Breakpoint：设置条件断点：设置条件断点 Enable/Disable BreakpointEnable/Disable Breakpoint：使能断点：使能断点 Clear Breakpoint in All FilesClear Breakpoint in All Files：清除断点：清除断点 Stop if Errors/War

35、ningsStop if Errors/Warnings：错误停止条件设置：错误停止条件设置设置条件断点时注意光标的位置设置条件断点时注意光标的位置第48页/共60页设置错误停止条件设置条件断点第49页/共60页常见错误常见错误n n中英文输入法未注意n n习惯用i,j作为变量n n变量名同函数名文件名相同n n搜索路径设置不当第50页/共60页5.2 MATLAB应用实例应用实例n n5.2.1 在高数中的应用在高数中的应用n n5.2.2 在线性代数中的应用在线性代数中的应用n n5.2.3 在普通物理中的应用在普通物理中的应用n n5.2.4 在电路中的应用在电路中的应用第51页/共60

36、页5.2.1 在高数中的应用在高数中的应用n n函数的傅立叶级数函数的傅立叶级数第52页/共60页程序实现：程序实现：function s=mfourier(f,n)syms x a b cs=int(f,-pi,pi)/(2*pi)%计算a0for k=1:na(k)=int(f*cos(k*x),-pi,pi)/pi;b(k)=int(f*sin(k*x),-pi,pi)/pi;s=s+a(k)*cos(k*x)+b(k)*sin(k*x)end第53页/共60页n n矩阵的代数运算矩阵的代数运算n n加减乘除加减乘除加减乘除加减乘除n n矩阵求逆，转置，秩，行列式矩阵求逆，转置，秩，行列

37、式矩阵求逆，转置，秩，行列式矩阵求逆，转置，秩，行列式n n线性方程组求解等线性方程组求解等线性方程组求解等线性方程组求解等5.2.2 在线性代数中的应用在线性代数中的应用第54页/共60页n nP201 例64n n设目标相对于射点的高度为yh，给定初速，试计算物体在真空中飞行的时间和距离。5.2.3 在普通物理中的应用在普通物理中的应用第55页/共60页n n三相不平衡交流电路分析。三相不平衡交流电路分析。n n计算下图电路中各支路电流并绘制相量图。计算下图电路中各支路电流并绘制相量图。5.2.4 在电路中的应用在电路中的应用rarcrbrbcrabraciaicibiaciabibc第56页/共60页第57页/共60页作业作业n n编写程序，画出下列分段函数所编写程序，画出下列分段函数所表示的曲面。表示的曲面。第58页/共60页已知积分已知积分k k的表达式为的表达式为编程编程:(1)(1)画出画出0a30a3时时,积分积分k的函数图形的函数图形(2)并计算并计算第59页/共60页