第三章 MATLAB程序设计基础 chapter 3: Foundation of matlab program design 数据及数据文件( Data and data file) 1.数据类型: Data mode)用于编程和计算的数据类型(表3-1) 数组: 字符数组( Character array) 数值数组( Numeric array 包括整形in8,uint8,intl6,uinl6,int32,uint32)单精度 ( signal),双精度(dube)( MATLAB最常用的变量类型), 稀疏( sparce)数组。、 Int-- Integrate Uint---Unsigned INteger data 单元数组 ell array) 结构数组 Structure array Java 类 (Java class) 函数句柄( Function handlel) 在工作空间浏览器中不同的数据类型有着不同的图标标识,(见 图3-2) 2.数据文件( Data file MATLAB支持的各种数据文件( Readable file formats of MATLAB)及其调用方法和返回值见(表3-2) (1)二进制数据文件:( Binary date file)以mat为扩展名。是标准的 MATLAB数据文件,以二进制编码形式存储。mat文件可以由 MATLAB提供的save和load命令直接存取。 (2)ASCⅡ码数据文件:( ASCI code data file)扩展名为t,dat 等,可以是在 MATLAB环境下存储的,也可能是其他软件的计算
第三章 MATLAB 程序设计基础 chapter 3: Foundation of MATLAB program design 一、 数据及数据文件(Data and Data file) 1. 数据类型：(Data mode) 用于编程和计算的数据类型（表 3—1） 数组： 字符数组(Character array)、 数值数组(Numeric array)— 包括整形(int8,uint8,int16,uint16,int32,uint32)单精度 (signal), 双精度(duble)（MATLAB 最常用的变量类型）, 稀疏（sparce）数组。、 Int---Integrate. Uint---Unsigned INTeger data 单元数组(Cell array)、 结构数组(Structure array) Java 类（Java class） 函数句柄(Function handle) 在工作空间浏览器中不同的数据类型有着不同的图标标识，（见 图 3—2）_ 2. 数据文件(Data file) MATLAB 支持的 各种数 据文件 (Readable file formats of MATLAB)及其调用方法和返回值见（表 3—2） （1）二进制数据文件:(Binary date file) 以.mat 为扩展名。是标准的 MATLAB 数据文件，以二进制编码形式存储。.mat 文件可以由 MATLAB 提供的 save 和 load 命令直接存取。 （2）ASCⅡ码数据文件：（ASCⅡ code data file）扩展名为.txt, .dat 等， 可以是在 MATLAB 环境下存储的，也可能是其他软件的计算
结果,可以被 MATLAB调用,也可以用文本编辑器打开进行观察与 修改。可以用save和load命令进行读入和存取。 (3)图象文件: Graphics file)扩展名为bmp,jpg.fif等,用于图形图 象处理,可以用 imread和 amorite命令进行读入和存取 (4).声音文件:( Sound file)扩展名为wav,用 wavered和 wavwrite 命令进行读入和存取。 Readable file formats Data formats Command Returns MAT-MATLAB workspace load Variables in file Double DAT- Formatted text importdata Double DLM- Delimited tex dread Double array. TAB-Tab separated text dread Double array. Spreadsheet formats XLS- Excel worksheet mIsread Double array and cell array. WKI- Lotus 123 worksheet wklread Double array and cell array. Scientific data formats CDF- Common Data Format cdfread Cell array of cDF records FITS- Flexible Image Transport System fitsread Primary or extension table data HDF Hierarchical data Format hdfread hdf or hdf-eos data set Movie format Avi- Movie viread MATLAB movie Image formats TIFF-TIFF image Imre Truecolor, grayscale or indexed image(s). PNG -PNG image imread Truecolor, grayscale or indexed Image. HDF-HDF image imread Truecolor or indexed image(s). BMP-BMP image Truecolor or indexed image. JPEG-JPEG image imread Truecolor or grayscale image. GIF -GIF image imread Indexed image PCX -PCX image imread Indexed image ⅹwD- XWD image Imre Indexed image. CUR- Cursor image imread Indexed image. ICO-Icon image lmra Indexed image Ras- Sun raster image imread Truecolor or indexed PBM -PBM image imread Grayscale image
结果，可以被 MATLAB 调用，也可以用文本编辑器打开进行观察与 修改。 可以用 save 和 load 命令进行读入和存取。 (3).图象文件:(Graphics file) 扩展名为.bmp, .jpg .tif 等，用于图形图 象处理，可以用 imread 和 imwrite 命令进行读入和存取。 (4).声音文件: (Sound file) 扩展名为.wav ,用 waveread 和 wavwrite 命令进行读入和存取。 Readable file formats. Data formats Command Returns MAT- MATLAB workspace load Variables in file. CSV- Comma separated numbers csvread Double array. DAT- Formatted text importdata Double array. DLM- Delimited text dlmread Double array. TAB- Tab separated text dlmread Double array. Spreadsheet formats XLS - Excel worksheet xlsread Double array and cell array. WK1- Lotus 123 worksheet wk1read Double array and cell array. Scientific data formats CDF - Common Data Format cdfread Cell array of CDF records FITS- Flexible Image Transport System fitsread Primary or extension table data HDF - Hierarchical Data Format hdfread HDF or HDF-EOS data set Movie formats AVI - Movie aviread MATLAB movie. Image formats TIFF - TIFF image imread Truecolor, grayscale or indexed image(s). PNG - PNG image imread Truecolor, grayscale or indexed image. HDF - HDF image imread Truecolor or indexed image(s). BMP - BMP image imread Truecolor or indexed image. JPEG - JPEG image imread Truecolor or grayscale image. GIF - GIF image imread Indexed image. PCX - PCX image imread Indexed image. XWD - XWD image imread Indexed image. CUR - Cursor image imread Indexed image. ICO - Icon image imread Indexed image. RAS - Sun raster image imread Truecolor or indexed. PBM - PBM image imread Grayscale image
PGM - PGMimage imread Grayscale image. PPM -PPM image imread Truecolor image. Audio formats au -NeXT/Sun sound aurea Sound data and sample rate. SND- NeXT/Sun sound aurea Sound data and sample rate. WAV-Microsoft Wave sound wavread Sound data and sample rate 3.数据输入向导( Import wizard) File菜单下的工具 Import wizard用于将各种类型数据文件中 的数据导入工作空间,称为数据输入向导。在 Import对话框中输入 需要导入的数据文件名后出现 Import wizard窗口,可预观测将要导 入的数据、显示图象、播放声音等。 几种数据的导入: (1)mat数据文件( mat data file) 调入途径:Fie输入文件名,也可用 Browse打开文件浏览器选择 输入文件; Clipboard,数据从剪贴板中调入, 窗口内容:左侧,变量名称、大小、类型。右侧观察前10行10列信 Next:显示数据输入向导窗口第二页。 (2)ASCⅡ码数据文件:( ASC I code data file)输入ASCⅡ数 据文件名选择显示数据内容(data)或头文本内容( textdata) 选择Next下一页进行导入内容选择(通过钩选决定将何变量导入工 作空间)-按 Finish完成导入操作或按 Cancel终止数据的导入。 (3)图象数据文件:( Graphics data file)输入图形数据文件名一点 击 show image(可在图象上拖曳放大区域)--按 Finish完成数据 导入(或按 Cancel终止数据导入)。 (4)声音数据文件:( Sound data file)输入声音数据文件名-点击 Play Sound弹出一个显示声音数据波形的图形窗口(按 Play agine 按钮重新播放声音,按Done按钮关闭预观察窗口)-按 Finish完 成数据导入(或按 Cancel终止数据导入)
PGM - PGM image imread Grayscale image. PPM - PPM image imread Truecolor image. Audio formats AU - NeXT/Sun sound auread Sound data and sample rate. SND - NeXT/Sun sound auread Sound data and sample rate. WAV - Microsoft Wave sound wavread Sound data and sample rate. 3. 数据输入向导(Import wizard) File 菜单下的工具 Import Wizard 用于将各种类型数据文件中 的数据导入工作空间，称为数据输入向导。在 Import 对话框中输入 需要导入的数据文件名后出现 Import Wizard 窗口，可预观测将要导 入的数据、显示图象、播放声音等。 几种数据的导入： (1) mat 数据文件( mat data file) 调入途径： File 输入文件名，也可用 Browse 打开文件浏览器选择 输入文件；Clipboard，数据从剪贴板中调入。 窗口内容：左侧，变量名称、大小、类型。右侧观察前 10 行 10 列信 息。 Next： 显示数据输入向导窗口第二页。 （2）ASCⅡ码数据文件：(ASCⅡ code data file) 输入 ASCⅡ数 据文件名---选择显示数据内容 （data）或头文本内容（textdata）--- 选择 Next 下一页进行导入内容选择（通过钩选决定将何变量导入工 作空间）---- 按 Finish 完成导入操作或按 Cancel 终止数据的导入。 （3）图象数据文件：(Graphics data file) 输入图形数据文件名---点 击 show image（可在图象上拖曳放大区域）------按 Finish 完成数据 导入（或按 Cancel 终止数据导入）。 （4）声音数据文件：(Sound data file) 输入声音数据文件名---点击 Play Sound 弹出一个显示声音数据波形的图形窗口（按 Play agine 按钮重新播放声音，按 Done 按钮关闭预观察窗口）------按 Finish 完 成数据导入（或按 Cancel 终止数据导入）
(5)剪贴板的数据:( Clipboard data)需要导入已存放在系统剪贴 板中的数据,点数据输入向导窗口中的 Clipboard选项,-Next进入 下一页一按 Finish完成数据导入(或按 Cancel终止数据导入)。 二.M文件( M-file) MATLAB的两种工作方式:1,交互式命令操作方式 Interactive mode)通过命令窗口进行交互式操作;2,M文件( M-file)的编程 工作方式( programming mode) 1.M文件编程:( M-file program)可用普通文本编辑器编制 MATLAB文件,文件由纯ASCⅡ字符组成,确定文件名后加m扩展 名,称为M文件。 MATLAB提供了一个方便的编辑/调试器,功能较多,推荐使用。 建立M文件的一般步骤:( normal process of M- file creating) (1)打开文件编辑器:( Opening the file editor)最简单的方法是在 操作桌面的工具栏上选择新建文件键(NewM-Fle)或打开已 有文件键( Open File,也可以在命令窗口输入命令ed建立新文 件或输入 edit filename,打开名为 filename的M文件; (2)编写程序内容:( Compose the program content)编写新的文件 或修改已有文件; (3)保存文件:( save file)文件运行前必须完成保存操作,与一般 的文件编辑保存操作相同; (4)运行文件:( running file)在命令窗口输入文件名即可运行。如 要在编辑器中直接完成运行,可在编辑器的Deb吗g菜单下save and run选项,或按Run快捷键,最快捷的方法是直接按F5 键执行运行。 M文件有两种形式:命令文件( Script File)和函数文件( Function file 2.命令文件:( Script File)M文件中最简单的一种,是可用于自动重 复执行的一组 MATLAB命令和函数组合,不需输出输入参数,用M 文件可以调用工作空间已有的变量或创建新的变量。运行过程中产生
（5）剪贴板的数据：(Clipboard data) 需要导入已存放在系统剪贴 板中的数据，点数据输入向导窗口中的 Clipboard 选项，--Next 进入 下一页--按 Finish 完成数据导入（或按 Cancel 终止数据导入）。 二． M 文件(M-file) MATLAB 的两种工作方式：1，交互式命令操作方式(interactive mode)—通过命令窗口进行交互式操作；2，M 文件(M-file) 的编程 工作方式(programmingmode)。 1． M 文件编程：(M-file program)可用普通文本编辑器编制 MATLAB 文件，文件由纯 ASCⅡ字符组成，确定文件名后加.m 扩展 名，称为 M 文件。 MATLAB 提供了一个方便的编辑/调试器，功能较多，推荐使用。 建立 M 文件的一般步骤：(normal process of M- file creating) （1）打开文件编辑器：(Opening the file editor) 最简单的方法是在 操作桌面的工具栏上选择新建文件键（New M- File）或打开已 有文件键(Open File),也可以在命令窗口输入命令edit建立新文 件或输入 edit filename, 打开名为 filename 的 M 文件； （2）编写程序内容：(Compose the program content) 编写新的文件 或修改已有文件； （3）保存文件：(save file) 文件运行前必须完成保存操作，与一般 的文件编辑保存操作相同； （4）运行文件：(running file) 在命令窗口输入文件名即可运行。如 要在编辑器中直接完成运行，可在编辑器的 Debug 菜单下 save and run 选项，或按 Run 快捷键，最快捷的方法是直接按 F5 键执行运行。 M 文件有两种形式：命令文件（Script File）和函数文件(Function File) 2. 命令文件: (Script File) M 文件中最简单的一种，是可用于自动重 复执行的一组 MATLAB 命令和函数组合，不需输出输入参数，用 M 文件可以调用工作空间已有的变量或创建新的变量。运行过程中产生
的变量都是全局变量 建立一个命令文件等价于从命令窗口中顺序输入文件里的命令,程 序不需要预先定义,只要依次将命令编辑在命令文件中,再将程序保 存成为扩展名为m的M文件即可 运行命令文件时,只需在命令窗口键入文件名即可。 例:用三角函数计算画出花瓣图形。 theta=-pi: 0.01: pi rho(l, )=2 sin(5*theta). 2 %计算四种不同rho rho(2, )=cos(10*theta). 3; rho(3, sin(theta). 2 rho(4 )-=5*cos(3.5*theta). 3; for k= 1: 4 Subplot(2, 2, k), polar(theta, rho(k,: ) end 将程序保存成名为 petals的M文件并运行。 注 (1)“%“引导注释行,不予执行; (2)不需要用“end”最为M文件的结束标志; (3)若文件存放在自己的目录上,在运行文件前,应先将自己的目 录设置为当前工作目录。最简单方法:在当前目录浏览器中设 (4)运行后存放在工作空间的变量可以用工作空间浏览器查看。 3。函数文件( Function File) 如果M文件的第一个可执行行以 function开始,便是函数文件,每 一个函数文件定义一个函数。函数文件区别于命令文件之处在于命令 文件的变量在文件执行完成后保留在工作空间中而函数文件内定义 的变量只在函数文件内起作用,文件执行完后即被清除。 例:建立 average函数用于计算矢量中单元的平均值
的变量都是全局变量。 建立一个命令文件等价于从命令窗口中顺序输入文件里的命令，程 序不需要预先定义，只要依次将命令编辑在命令文件中，再将程序保 存成为扩展名为.m 的 M 文件即可。 运行命令文件时，只需在命令窗口键入文件名即可。 例：用三角函数计算画出花瓣图形。 theta=-pi:0.01:pi; rho(1,:) =2*sin(5*theta).^2; %计算四种不同 rho rho(2,:)=cos(10*theta).^3; rho(3,: )=sin(theta).^2; rho(4,: )=5*cos(3.5*theta).^3; for k = 1:4 Subplot(2,2,k), polar(theta,rho(k,: )) end 将程序保存成名为 petals 的 M 文件,并运行。 注： （1） ‘%‘引导注释行，不予执行； （2） 不需要用“end”最为 M 文件的结束标志； （3） 若文件存放在自己的目录上，在运行文件前，应先将自己的目 录设置为当前工作目录。最简单方法：在当前目录浏览器中设 置。 （4） 运行后存放在工作空间的变量可以用工作空间浏览器查看。 3。函数文件(Function File) 如果 M 文件的第一个可执行行以 function 开始，便是函数文件，每 一个函数文件定义一个函数。函数文件区别于命令文件之处在于命令 文件的变量在文件执行完成后保留在工作空间中，而函数文件内定义 的变量只在函数文件内起作用，文件执行完后即被清除。 例：建立 average 函数用于计算矢量中单元的平均值
function y=average(x) %oAVERAGE Mean of vector elements %AVERaGE(X), Where X is a vector, is the mean of vector element. %oNon-vector input results in an error Im, n]=size(x); f((m=1)(n=1)|(m=1&n==1) error( Input must be a vector) end y=sum(x)length(x); 将文件存盘,缺省状态下自动存储名为 average.m的函数。这样 只要接受一个输入参数便可计算返回一个输出参数,与其他 MATLAB函数一样使用。 例:用已建立的 average函数文件求1-99的平均值。 z=1:99; average(z) 函数文件的基本组成部分: (1)函数定义行:( the lines for function identification)由 function引导,并定义函数名、输入参数和输出参数,函数定义行必 须放在文件的第一个可执行上。可以设多个输入输出参数,如: function, y, z=sphere(theta, phi, rho) 也可以没有输出参数,如: function printresults(x) (1)H行: ines h) lookfor查询时使用的; (2)帮助文本:( Help text)建立在线查询信息; (3)函数体:( Function body)包含全部的用于完成计算及 给输出参数赋值等工作的语句 (4)注释:( explanatory notes)以%起始导行尾结束部分的 说明文字。可放置在程序中的任何部位。 2.局部变量与全局变量 Local variable and globalvariable
function y = average(x) %AVERAGE Mean of vector elements. %AVERAGE(X),Where X is a vector, is the mean of vector element. %Non-vector input results in an error. [m,n]=size(x); if(~((m==1) | (n==1)) | (m==1& n==1)) error(' Input must be a vector') end y=sum(x)/length(x); 将文件存盘，缺省状态下自动存储名为 average.m 的函数。这样 只要接受一个输入参数便可计算返回一个输出参数，与其他 MATLAB 函数一样使用。 例：用已建立的 average 函数文件求 1~99 的平均值。 z=1:99; average(z) 函数文件的基本组成部分： （1）函数定义行：(the lines for function identification) 由 function 引导，并定义函数名、输入参数和输出参数，函数定义行必 须放在文件的第一个可执行上。可以设多个输入输出参数， 如： function[x,y,z]=sphere(theta,phi,rho) 也可以没有输出参数，如： function printresults(x) （1）H1 行：(Lines H1)lookfor 查询时使用的； （2）帮助文本：(Help text) 建立在线查询信息； （3）函数体： (Function body) 包含全部的用于完成计算及 给输出参数赋值等工作的语句； （4）注释：(explanatory notes) 以%起始导行尾结束部分的 说明文字。可放置在程序中的任何部位。 2． 局部变量与全局变量 (Local variable and Global variable)
用 global就可以把一个变量定义为全局变量。 MATLAB中变量 名是区分大小写的,习惯上常将大写字母定为全局变量。如: globaIAbc 三.程序结构( Structure of program) 8种控制程序流程 (control flow statement)的语句:for; while,ir, switch, try, continue, break, return 1。循环语句( Loop statement) (1)for语句: forv=表达式 通常为一个矢量形式为:ms:n 语句体 end 例 n=10 orE:n x(i)=(i+1).^2 end 49162536496481100121 例:嵌套循环:注意与end的配对。 m=. fori=l fori=l:n a(j)=1/(计+j-1); end end format rat
用 global 就可以把一个变量定义为全局变量。MATLAB 中变量 名是区分大小写的，习惯上常将大写字母定为全局变量。如： global A B C 三． 程序结构（Structure of program） 8 种控制程序流程(control flow statement) 的语句：for, while, if, switch, try, continue, break, return 1。循环语句(Loop statement) （1） for 语句: for v=表达式 通常为一个矢量 形式为： m:s:n 语句体 end 例： n=10 for i=1:n x(i)=(i+1).^2; end x x = 4 9 16 25 36 49 64 81 100 121 例：嵌套循环：注意与 end 的配对。 m=3; n=4; for i=1:m for j=1:n a(i,j)=1/(i+j-1); end end format rat a a =
12 1/3 1/4 12 1/3 1/4 1/5 1/3 1/4 1/5 1/6 例:运用非1步长,产生0-20以内的偶数 fori=0:2:20 (i/2+1)=i d 02468101214161820 (2). While语句:为条件循环语句。循环不确定次数,只要表达式 的结果非零,语句体就重复执行,直到循环条件不成立为止。 While表达式 语句体 en 例: while循环,求解n!达到100位数的第一个n是多少。 n while prod(l: n<lelon n=n+1; en 2.条件语句( Selection statement) (1)if-end语句 (simple if statement) 表达式 语句体 end (2) if-else-end语句
1 1/2 1/3 1/4 1/2 1/3 1/4 1/5 1/3 1/4 1/5 1/6 例： 运用非 1 步长，产生 0-20 以内的偶数 for i=0:2:20 a(i/2+1)=i ; end a a = 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 （2）．While 语句：为条件循环语句。循环不确定次数，只要表达式 的结果非零，语句体就重复执行，直到循环条件不成立为止。 While 表达式 语句体 end 例：while 循环，求解 n！达到 100 位数的第一个 n 是多少。 n=1; while prod(1:n)<1e100 n=n+1; end n n = 70 2. 条件语句(Selection statement) (1) if—end 语句(simple if statement) if 表达式 语句体 end （2）if—else--end 语句
if表达式 语句体1 else 语句体2 end 当计算的表达式结果为真时执行语句体1,结果为假时执行语 句体2。 例:判断学生是否通过学业 if((attendance>=0.90)&(grade>=60)) pass=l; els fail end (1) if--elseif-end语句 if表达式1 语句体1; elseif表达式2 语句体2 ese 语句体3; end 例:用色彩区分数据点的范围。 n=100; x=1:n y=randn(l, n); hold on fori=l:n y()<-
if 表达式 语句体 1； else 语句体 2： end 当计算的表达式结果为真时执行语句体 1，结果为假时执行语 句体 2。 例：判断学生是否通过学业。 if ((attendance>=0.90) & (grade>=60)) pass=1; else fail=1; end （1）if—elseif—end 语句 if 表达式 1 语句体 1； elseif 表达式 2 语句体 2; else 语句体 3; end 例： 用色彩区分数据点的范围。 n=100; x=1:n; y=randn(1,n); hold on for i=1:n if y(i)<-1
plot(x(i)y(i),”g") elseif y(i)>=-1 y(i) plot(x(i)y(i),’ob") elseif y(i>=l plot(x(i)y(i),’xr) d en hold off (3)分支语句: switch-case-end 通过对某个变量值的比较做各种不同的执行选择。 形式: switch表达式(数字或字符串) case数字或字符串1 语句体1; case数字或字符串2 语句体2 otherwise 语句体n end 例:检查 input num的数值 switch input num dip( negative one);%当 input num=1时显示 case 0 disp(zero); %当 input num=0时显示 case 1 disp( positive one);%当 input num=1时显示
plot(x(i),y(i),'*g') elseif y(i)>=-1 & y(i)=1 plot(x(i),y(i),'xr') end end hold off (3) 分支语句：switch—case—end 通过对某个变量值的比较做各种不同的执行选择。 形式： switch 表达式（数字或字符串） case 数字或字符串 1 语句体 1； case 数字或字符串 2 语句体 2； …… otherwise 语句体 n； end 例：检查 input_num 的数值. switch input_num case -1 disp(‘negative one’); %当 input_num=-1 时显示 case 0 disp(‘zero’); %当 input_num= 0 时显示 case 1 disp(‘positive one’); %当 input_num= 1 时显示