MATALB85基礎(chǔ)與實踐教程(第2版)第2章 程序結(jié)構(gòu)、函數(shù)運算及繪圖

1、2.1 程序結(jié)構(gòu)2.1.1if條件分支結(jié)構(gòu)2.1.2循環(huán)結(jié)構(gòu)2.1.3switch開關(guān)結(jié)構(gòu)2.1.4結(jié)構(gòu)內(nèi)部的流程控制2.2 MATLAB基本數(shù)學(xué)函數(shù)及運算2.2.1三角函數(shù)2.2.2取整運算函數(shù)2.2.3數(shù)的運算函數(shù)2.2.4多項式及函數(shù)運算2.3 自定義函數(shù)的編輯方法2.3.1利用M文件編寫自定義函數(shù)2.3.2利用命令語句建立函數(shù)2.4 基本繪圖函數(shù)及其操作2.4.1圖形窗口的打開和設(shè)置2.4.2二維圖形的基本繪制方法2.4.3三維圖形的基本繪制方法第2章 程序結(jié)構(gòu)、函數(shù)運算及繪圖 2.1 程序結(jié)構(gòu)程序結(jié)構(gòu)MATLAB的程序結(jié)構(gòu)一般可分為順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)和分支結(jié)構(gòu)等。通常情況MATLAB

2、程序是按編程語句的先后順序逐句解讀并執(zhí)行，即以順序方式運行。當(dāng)需要重復(fù)運算或在邏輯條件下運行時，則需要采用循環(huán)或分支形式的程序結(jié)構(gòu)。2.1.1 if2.1.1 if條件分支結(jié)構(gòu)條件分支結(jié)構(gòu)2.1.2 循環(huán)結(jié)構(gòu) 循環(huán)結(jié)構(gòu)分無條件循環(huán)和條件循環(huán)兩種情況。1. 1.無條件循環(huán)無條件循環(huán)結(jié)構(gòu)格式： for i=m:k:n %生成數(shù)組向量(序列)i,作為循環(huán)次數(shù)和參數(shù) 語句語句1 %循環(huán)體 end %結(jié)束循環(huán),即i=n時則結(jié)束循環(huán) 2. 2. 條件循環(huán)條件循環(huán)結(jié)構(gòu)格式： while 邏輯或關(guān)系式邏輯或關(guān)系式 %條件為真則執(zhí)行下面的循環(huán)體 語句語句1 %循環(huán)體 end %直到條件變?yōu)榧俳Y(jié)束本次循環(huán)2.1.

3、3 switch開關(guān)結(jié)構(gòu)switch switch 表達式表達式 case case 條件表達式條件表達式1 1 語句集語句集1 1 case case 條件表達式條件表達式2 2 語句集語句集2 2 . . otherwise otherwise 語句集語句集n n end end2.1.4結(jié)構(gòu)內(nèi)部的流程控制1 1、 continuecontinue命令命令。 通常被用于for和while循環(huán)體中，與if一起使用，當(dāng)if條件成立則終止本次循環(huán)，去執(zhí)行(即繼續(xù))下一輪的循環(huán)。2 2、breakbreak命令。命令。該命令能使包括break命令在內(nèi)的最內(nèi)層的for, while或if語句的終止。

4、與if一同使用，當(dāng)if條件為真時，break使程序跳出循環(huán)體,即強行結(jié)束循環(huán)。用break可隨時結(jié)束循環(huán)而不必等待循環(huán)的自然結(jié)束。 （參考例2-7）。3 3、 returnreturn命令命令。該命令用來結(jié)束當(dāng)前正在運行的函數(shù)，使其所在的函數(shù)程序結(jié)束運行，并返回到調(diào)用該函數(shù)程序的位置。（參考例2-8）。4 4、 pausepause命令命令。該命令使程序暫停運行，等待用戶按下任意鍵后再繼續(xù)運行。命令pause(n)可設(shè)定暫停時間n秒。5 5、 inputinput命令。命令。該命令提示用戶從鍵盤輸入數(shù)字、字符串或表達式，輸入完成并回車后，程序才能繼續(xù)執(zhí)行。使用格式可參考例1-16、2-1和例2

5、-4。2.2 MATLAB基本數(shù)學(xué)函數(shù)及運算基本數(shù)學(xué)函數(shù)及運算MATLABMATLAB提供了大量內(nèi)建的數(shù)學(xué)函數(shù)。除了如數(shù)學(xué)手冊提供了大量內(nèi)建的數(shù)學(xué)函數(shù)。除了如數(shù)學(xué)手冊上常有的基本函數(shù)外，大量的應(yīng)用型函數(shù)幾乎涵蓋了目上常有的基本函數(shù)外，大量的應(yīng)用型函數(shù)幾乎涵蓋了目前數(shù)學(xué)和其它科學(xué)計算所需的子程序。這些子程序均是前數(shù)學(xué)和其它科學(xué)計算所需的子程序。這些子程序均是以標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)的形式給出，使用時只需給出函數(shù)所要求的以標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)的形式給出，使用時只需給出函數(shù)所要求的參數(shù)后即可直接調(diào)用。用戶也可以通過參數(shù)后即可直接調(diào)用。用戶也可以通過MM文件編程來自文件編程來自建函數(shù)實現(xiàn)共享。以下按數(shù)學(xué)分類給出一些常用的基本建

6、函數(shù)實現(xiàn)共享。以下按數(shù)學(xué)分類給出一些常用的基本函數(shù)。函數(shù)。 2.2.1 三角函數(shù) MATLAB給出了常用的三角函數(shù)、反三角函數(shù)、雙曲函數(shù)等函數(shù)命令。2.2.2 取整運算函數(shù) 用于對數(shù)值進行不同方式的取整，如四舍五入、取最大整數(shù)（向右?。?、取數(shù)的最小整數(shù)（向左取）等。見表2-2。2.2.3 數(shù)的運算函數(shù) 用于對數(shù)值進行各種運算，如求絕對值或模值、最大數(shù)或最小數(shù)、求和運算等。2.2.4 多項式及函數(shù)運算 多項式函數(shù)是常見的函數(shù)形式之一, 任何函數(shù)或曲線都可以用多項式函數(shù)來逼近, 因此在工程實踐中, 多項式函數(shù)的運算具有廣泛的實用意義。2.3 自定義函數(shù)的編輯方法自定義函數(shù)的編輯方法 MATLAB提

7、供了豐富的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)函數(shù)和專用的基本函數(shù)，稱為內(nèi)建函數(shù)，如sin, cos, log, factor等，單用戶也可以針對不同的用途和目的來定義和構(gòu)建具有特定功能的子程序，稱為自定義函數(shù)或自建函數(shù)。在章節(jié)1.1.6中提及過的 M-file 除了可以用來撰寫程序文件外，還有另一個重要的用途，就是可以用來編輯自定義函數(shù)文件。這樣的文件稱為M函數(shù)文件。將自定義的函數(shù)文件以函數(shù)名加擴展名.m進行保存后，就可以和內(nèi)建函數(shù)命令一樣被重復(fù)調(diào)用和共享。 2.3.1 利用M文件編寫自定義函數(shù) 首先通過File/New/M-File，打開一個M文件編輯窗。MATLAB除了對自定義函數(shù)有特定的格式要求外，一個易于使用且

8、可讀性好的自建函數(shù)應(yīng)具有如下格式形式： % % 函數(shù)的整體說明函數(shù)的整體說明 function function 返回參數(shù)列表返回參數(shù)列表=函數(shù)名函數(shù)名( (函數(shù)變量列表函數(shù)變量列表) ) % % 注釋部分：函數(shù)功能、參數(shù)和變量、版權(quán)作者版本注釋部分：函數(shù)功能、參數(shù)和變量、版權(quán)作者版本 日期等說明。日期等說明。 參數(shù)和變量的檢驗和提示參數(shù)和變量的檢驗和提示 函數(shù)功能語句集函數(shù)功能語句集圖2-3 內(nèi)建函數(shù)linspace 的源程序2.3.1 利用M文件編寫自定義函數(shù)2.3.2 利用命令語句建立函數(shù)1. 1. 用用symssyms建立符號及符號函數(shù)建立符號及符號函數(shù)例例2-25 符號函數(shù)的建立與調(diào)

9、用。1）單變量函數(shù)syms x y %定義函數(shù)及變量為符號型y=2*x2+7*x; %建立函數(shù)表達式x=40; y=subs(y,x) %給定x，求yy =602. 2. 用用sym(sym(函數(shù)式函數(shù)式) )建立符號函數(shù)建立符號函數(shù)y=sym(2*x2+7*x) %建立函數(shù)表達式x=3; y=subs(y,x) %給定x，求yy = 393. 3. 用用inline(inline(函數(shù)式函數(shù)式,變量變量1,1,變量變量2, 2, 變量變量n)n)建立函數(shù)建立函數(shù) inline()稱為內(nèi)聯(lián)函數(shù)命令，其中帶有單引號的變量列表 變量i, i=1,2,n被定義為符號變量。變量列表缺省時，則變量未定義

10、，此時可進行函數(shù)運算但不能進行變量運算。 2.3.2 利用命令語句建立函數(shù)2.4 基本繪圖函數(shù)及其操作基本繪圖函數(shù)及其操作 MATLAB不僅具有強大的計算功能，還具有非常好的數(shù)據(jù)可視化功能，幾乎可以滿足一般科學(xué)計算中所需的圖形繪制與交互功能。如二維平面曲線、三維空間曲線和曲面等靜態(tài)和動態(tài)顯示等。也可以實現(xiàn)不同坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換和圖形繪制。 2.4.1 圖形窗口的打開和設(shè)置打開圖形窗口有兩種命令格式：1. figure 1. figure 或或figure(m)figure(m)命令figure可創(chuàng)建一個按自然順序進行編號的圖形窗口，而figure(m) 則創(chuàng)建一個指定圖形編號為m的圖形窗口。2.

11、 subplot(n,m,k)2. subplot(n,m,k)或或subplot nmk subplot nmk 在一個圖形窗口中設(shè)置n行m列（nm）個子圖形窗口并選定第k個子窗口作為當(dāng)前繪圖窗口。2.4.2 二維圖形的基本繪制方法 在設(shè)定了圖形窗口后，以后的繪圖命令會在該圖形窗口中進行繪圖。線性坐標(biāo)繪圖函數(shù)命令plot()是最常用的二維繪圖命令格式。以下介紹plot()的用法。1. 1. 繪制一條曲線繪制一條曲線 繪制曲線y(x)的一般格式為: plot(x,y,color line marker) 2. 2. 繪制多條曲線繪制多條曲線 3. 3. 圖形參數(shù)的設(shè)置圖形參數(shù)的設(shè)置 圖形參數(shù)包

12、括圖形、坐標(biāo)及其標(biāo)題與標(biāo)識等參數(shù)，可對圖形線型、顏色、說明、坐標(biāo)比例及其標(biāo)識等特征進行設(shè)置和修改。但不能對由繪圖命令繪制的曲線形狀做任何改動。圖形及標(biāo)識設(shè)置圖形及標(biāo)識設(shè)置坐標(biāo)參數(shù)設(shè)置坐標(biāo)參數(shù)設(shè)置(1)在圖形窗口中進行參數(shù)設(shè)置在圖形窗口中進行參數(shù)設(shè)置2.4.2 二維圖形的基本繪制方法4. 4.其他二維繪圖格式其他二維繪圖格式 除了上述最基本的繪圖格式外，其它類型的常用二維繪圖格式如表2-8所示。2.4.2 二維圖形的基本繪制方法5. 5. 二維動畫圖形制作二維動畫圖形制作 MATLAB支持電影動畫制作和放映，即預(yù)先將圖形制作好，放在圖形緩沖區(qū)中，再一幀一幀地播放。制作函數(shù)命令格式有：m=movi

13、ein(n) 創(chuàng)建具有n列的矩陣m，用于存放n 幀畫面，每一列對應(yīng)一幀圖像。m(i)=getframe 將plot()等圖形命令函數(shù)制作的第I 幅圖作為第i幀畫面以列的 形式保存在矩陣m中。movie(m,k,fps) 影片播放函數(shù)。以每秒fps幀放映 矩陣m中的畫面k遍。缺省時為 movie(m)。2.4.2 二維圖形的基本繪制方法2.4.3 三維圖形的基本繪制方法1. 1. 三維曲線繪制三維曲線繪制二維曲線繪圖命令plot()可以擴展到三維曲線的繪制，命令格式為： plot3(x,y,z, color line marker) plot3(x,y,z, color line marker)

14、 plot3(x1,y1,z1, color1 line1 marker1,x2,y2,z2, color2 line2 marker2,) plot3(x1,y1,z1, color1 line1 marker1,x2,y2,z2, color2 line2 marker2,)其中color line marker的設(shè)置與二維圖形時的情況相同。2.4.3 三維圖形的基本繪制方法2. 2. 三維觀察視角的設(shè)置三維觀察視角的設(shè)置三維圖的空間觀察點的視角方位關(guān)系如圖2-22所示。默認情況下，觀察點的視角方位為：方位角=-37.5o，仰角=30o。用戶可以用命令view(, )進行設(shè)定。3. 3. 三維曲面繪制三維曲面繪制 已知二