Matlab創建M文件以及程序控制

1.創建M文件

1.1 M文件的建立與打開

• M文件是一個文本文件，它可以用任何編輯程序來建立和編輯，而一般常用且最爲方便的是使用MATLAB提供的文本編輯器。
  1．建立新的M文件
  爲建立新的M文件，啓動MATLAB編輯器有3種方法：

  • ① 在MATLAB主窗口選擇“主頁”選項卡，在“文件”命令組中單擊“新建腳本”命令按鈕。
    
    輸入數據，點擊保存。
    
    ② 在MATLAB命令行窗口輸入命令：
    edit 文件名
    啓動MATLAB編輯器後，輸入M文件的內容並存盤。
    ③ 在命令歷史窗口選中一些命令（按住Ctrl可同時選擇多條命令），然後從右鍵快捷菜單中選擇“創建腳本”命令，將會啓動MATLAB編輯器，並在編輯區中加入所選中的命令。

  2．打開已有的M文件
  打開已有的M文件，也有3種方法：

  • ① 菜單操作。在MATLAB主窗口選擇“主頁”選項卡，在“文件”命令組中單擊“打開”命令按鈕，再從彈出的下拉菜單中選擇“打開”命令，從“打開”對話框中選擇所需打開的M文件。
    
  • ② 命令操作。在MATLAB命令窗口輸入命令：edit 文件名，則打開指定的M文件。
  • ③ 命令按鈕操作。單擊MATLAB主窗口工具欄上的Open File命令按鈕，再從彈出的對話框中選擇所需打開的M文件。

1.2 M文件的分類

• 用MATLAB語言編寫的程序，稱爲M文件。M文件可以根據調用方式的不同分爲兩類：腳本文件(Script File)和函數文件(Function File)。
  
  腳本文件和函數文件的主要區別如下：
  • ① 腳本文件沒有輸入參數，也不返回輸出參數，而函數文件可以帶輸入參數，也可返回輸出參數。
  • ② 腳本文件對MATLAB工作空間中的變量進行操作，文件中所有命令的執行結果也完全返回到工作空間中，而函數文件中定義的變量爲局部變量，當函數文件執行完畢時，這些變量被清除。
  • ③ 腳本文件可以直接運行，在MATLAB命令行窗口輸入腳本文件的名字，就會順序執行腳本文件中的命令，而函數文件不能直接運行，而要以函數調用的方式來調用它。

1.3 M文件的路徑修改

• 方法一步驟:
  ① -> cd 想保存的文件夾路徑
  ② -> savepath
  樣例：

• 方法二步驟：
  ① -> 右鍵單機matlab圖標打開屬性
  ② -> 將起始位置路徑保存爲自己想保存的路徑
  

2.程序控制結構

2.1 順序結構

• 1．數據的輸入
  從鍵盤輸入數據，則可以使用input函數來進行，該函數的調用格式爲：
  A=input(提示信息，選項)；
  其中提示信息爲一個字符串，用於提示用戶輸入什麼樣的數據。
  如果在input函數調用時採用’s’選項，則允許用戶輸入一個字符串。
  例如：
  
• 2．數據的輸出
  MATLAB提供的命令窗口輸出函數主要有disp函數，其調用格式爲
  disp(輸出項)
  
  其中輸出項既可以爲字符串，也可以爲矩陣。
• 3．程序的暫停
  暫停程序的執行可以使用pause函數，其調用格式爲：
  pause(延遲秒數)
  如果省略延遲時間，直接使用pause，則將暫停程序，直到用戶按任一鍵後程序繼續執行。
  若要強行中止程序的運行可使用Ctrl+C命令。

2.2 選擇結構

• 1．if語句
  在MATLAB中，if語句有3種格式。
  (1) 單分支if語句：if 條件->語句組->end
  當條件成立時，則執行語句組，執行完之後繼續執行if語句的後繼語句，若條件不成立，則直接執行if語句的後繼語句。
  
  (2) 雙分支if語句：
  if 條件->語句組1->else->語句組2->end
  當條件成立時，執行語句組1，否則執行語句組2，語句組1或語句組2執行後，再執行if語句的後繼語句。
  

(3) 多分支if語句：
if 條件1->語句組1->elseif 條件2->語句組2 ……elseif 條件m->語句組m->else->語句組n->end

2．switch語句

• switch語句根據表達式的取值不同，分別執行不同的語句，其語句格式爲：
  switch 表達式->case 表達式1->語句組1->case 表達式2->語句組2 …… case 表達式m->語句組m->otherwise->語句組n->end
  

• Num2cell()函數
  num2cell的作用是把數值數組轉換爲cell數組
  最基本的用法是把數值數組的每個元素作爲cell數組的元素，得到一個和原數組維度完全相同的cell數組，例如：
  

3．try語句
語句格式爲：try->語句組1->catch->語句組2->end

try語句先試探性執行語句組1，如果語句組1在執行過程中出現錯誤，則將錯誤信息賦給保留的lasterr變量，並轉去執行語句組2。

2.3 循環結構

• 1．for語句
  for語句的格式1：
  for 循環變量=表達式1:表達式2:表達式3->循環體語句->end
  水仙花數：
  
  for語句的格式2：
  for 循環變量=矩陣表達式->循環體語句->end
  執行過程是依次將矩陣的各列元素賦給循環變量，然後執行循環體語句，直至各列元素處理完畢。
  

• 2．while語句
  while語句的一般格式爲：
  while (條件)-> 循環體語句-> end
  其執行過程爲：若條件成立，則執行循環體語句，執行後再判斷條件是否成立，如果不成立則跳出循環。
  求輸入的數的和，當輸入0時停止

• 3．break語句和continue語句
  與循環結構相關的語句還有break語句和continue語句。它們一般與if語句配合使用。
  break語句用於終止循環的執行。當在循環體內執行到該語句時，程序將跳出循環，繼續執行循環語句的下一語句。
  continue語句控制跳過循環體中的某些語句。當在循環體內執行到該語句時，程序將跳過循環體中所有剩下的語句，繼續下一次循環。
  求[100，200]q區間內第一個能整除21的數：

• 4．循環的嵌套
  如果一個循環結構的循環體又包括一個循環結構，就稱爲循環的嵌套，或稱爲多重循環結構。
  求1-500間的完數：
  

3. 函數文件

3.1 函數文件的基本結構

• 函數文件由function語句引導，其基本結構爲：
  ->function 輸出形參表=函數名(輸入形參表)
->註釋說明部分
->函數體語句
  其中以function開頭的一行爲引導行，表示該M文件是一個函數文件。函數名的命名規則與變量名相同。輸入形參爲函數的輸入參數，輸出形參爲函數的輸出參數。當輸出形參多於一個時，則應該用方括號括起來。
  

3.2 函數調用

• 1.函數調用的一般格式是：
  [輸出實參表]=函數名(輸入實參表)
  要注意的是，函數調用時各實參出現的順序、個數，應與函數定義時形參的順序、個數一致，否則會出錯。函數調用時，先將實參傳遞給相應的形參，從而實現參數傳遞，然後再執行函數的功能。
• 2．函數的遞歸調用
  在MATLAB中，函數可以嵌套調用，即一個函數可以調用別的函數，甚至調用它自身。一個函數調用它自身稱爲函數的遞歸調用。
  

3.3 函數參數的可調性

• 在調用函數時，MATLAB用兩個永久變量nargin和nargout分別記錄調用該函數時的輸入實參和輸出實參的個數。只要在函數文件中包含這兩個變量，就可以準確地知道該函數文件被調用時的輸入輸出參數個數，從而決定函數如何進行處理。
  
  3.4 全局變量與局部變量
• 函數文件中的變量是局部的，即在一個函數文件中定義的變量不能被另一個函數文件引用。如果在若干函數中都把某一變量定義爲全局變量，那麼這些函數將共用這個變量，作用域是整個工作空間，即全程有效。
  全局變量用global命令定義，格式爲：
  global 變量名

4. 特殊形式的函數

1. 子函數
   在MATLAB中，可以在一個M文件中同時定義多個函數，其中M文件中出現的第一個函數稱爲主函數（primary function），其他函數稱爲子函數（subfunction），但需要注意的是子函數只能由同一M文件中的函數調用。在保存M文件時，M文件名一般和主函數名相同，外部程序只能對主函數進行調用。
2. 內聯函數
   以字符串形式存在的函數表達式可以通過inline函數轉化成內聯函數。例如a=’(x+y)^{2’，可以通過f=inline(a)生成內聯函數f(x,y)=(x+y)}2。

a=’(x+y)^2’;
f=inline(a)
f =
內聯函數:
f(x,y) = (x+y)^2

f(3,4)
ans =
49

3. 匿名函數
   匿名函數的基本格式如下：
   匿名函數名=@(輸入參數) 匿名函數表達式
   其中，匿名函數的輸入參數可以是一個，也可以是多個，有多個參數時，參數間用逗號分隔。例如：

f=@(x,y) x ^ 2 + y ^ 2;
f(3,4)
ans =
25

5. 程序調試與優化

5.1 程序調試方法
一般來說，應用程序的錯誤有兩類，一類是語法錯誤，另一類是運行時的錯誤。語法錯誤包括詞法或文法的錯誤，例如函數名的拼寫錯、表達式書寫錯等。

程序運行時的錯誤是指程序的運行結果有錯誤，這類錯誤也稱爲程序邏輯錯誤。
1．利用調試函數進行程序調試
2．利用調試工具進行程序調試

5.2 程序性能分析與優化

1．程序性能分析
2. 程序優化
（1）採用向量化運算
在實際MATLAB程序設計中，爲了提高程序的執行速度，常用向量或矩陣運算來代替循環操作。
（2）預分配內存空間
通過在循環之前預分配向量或數組的內存空間可以提高for循環的處理速度。
（3）減小運算強度
在實現有關運算時，儘量採用運算量更小的運算，從而提高運算速度。一般來說，乘法比乘方運算快，加法比乘法運算快。