02 结构化程序与自定义函数

• 编写脚本
• 结构化编程
• 自定义函数

编写脚本

• A file containing a series of MATLAB commands
  MATLAB脚本是一个包含一系列MATLAB命令的文件
• Pretty much like a C/C++ program
  与 C/C++ 程序类似
• Scripts need to be saved to a .m file before they can be run
  脚本运行前 需要保存为.m文件

不需要编译 是解释型语言

Start UP

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忘记函数名?

需要调试程序?

• MATLAB中的注释符号是 %

• 如果使用 %% 会将代码标记为 section(区块) 可以将代码分块运行

• 选中多行后 单击右键 选择 Comment 可注释多行 快捷键为 Ctrl + R

  • 取消注释的快捷键为 Ctrl + T

断点调试

单击行号 使用断点 breakpoint

• 

关于断点测试

MATLAB 在执行到断点处时, 会暂停执行, 可以对前面已执行部分的变量进行检查

自动缩进

选中需要缩进的代码 点击右键 选择 smart indent 可以自动添加缩进

快捷键 : ctrl + I

结构化编程

使用循环结构, 条件结构 等 使程序更加简洁

• if,elseif,else 条件为真时执行代码块
• for 多次执行代码块
• switch,case,otherwise 分支语句, otherwise 相当于 default
• try,catch 异常处理
• while 条件为真时重复执行代码块
• break 终止当前(最近的)循环
• continue 跳过当前循环
• end 终止代码块 或 用于标明数组的最后一个下标
• pause 暂停执行
• return 返回到调用函数

if elseif else

if condition1
	statement1
elseif condition2
	statement2
else
	statement3
end
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elseif 和 else 是可选的

示例程序

% 判断奇偶数

a = 3;
if rem(a,2) == 0
	disp('a is even')
else
	disp('a is odd')
end
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rem(para1, para2)函数,用于求余数 余数(remainder)
第一个参数是除数, 第二个参数是被除数 rem(para1, para2)相当于 para1 % para2 , 即 para1 对 para2 求模

switch

switch expression

case value1
	statement1
case value2
	statement2
.
.
.
otherwise
	statement
end
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将expression 与 value 进行逻辑比较, 如果结果为真, 则执行该分支下的语句

当 otherwise 分支存在时
会在所有 value 都与 expression 不匹配时, 执行otherwise分支下的语句

相当于编程语言中的default

❗️注意 与编程语言不同的是
MATLAB中的switch语句不会出现case穿透现象, 不需要加 break

示例程序

input_num = 1;
switch input_num
case -1
	disp('negative 1');
case 0
	disp('zere');
case 1
	disp('positive 1');
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while

while expression
	statement
end
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当 expression 成立的时候, 执行 statement , 直到 expression 不成立

示例程序

n = 1;
while prod(1:n) < 1e100
	n = n + 1;
end
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prod() 表示乘积 (product)
1:n 表示从1到n的向量

prod(1:n) 表示 n! 阶乘

e100 表示 $10^{100}$
1e100表示 $1\times 10^{100}$

for

for variable=start:increment:ending
	commands
end
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start 是起始值, ending是结束值
increment是步长

1:10 = [1,2,3,4,…,10]
1:2:10 = [1,3,5,7,9]

不指定步长时, 默认步长为 1

示例程序

for n=1:10
	a(n)=2^n;
end
disp(a)
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上式的 a 是一个数组

为变量预分配空间

Pre-allocating Space to Variables

看下面两个示例程序

tic
for ii = 1:2000
	for jj = 1:2000
		A(ii,jj) = ii + jj;
	end
end
toc
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tic
A = zeros(2000,2000)
for ii = 1:size(A,1)
	for jj = 1:size(A,2)
		A(ii,jj) = ii + jj
    end
end
toc
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第一个程序没有预分配空间, 在对A矩阵进行赋值时, 会不断对A进行扩容

第二个程序对A预分配空间, 不需要扩容, 效率更高

tic开始计时
toc结束计时

可以得到运行代码块的时间

逻辑运算符

以上运算符的运算结果均是 boolean 类型

Tips for Script Writing

• 在脚本的开始处

  • 使用 clear all 先前所有的变量
  • 使用 close all 关闭所有的图形

• 在语句的结尾添加分号 ; 避免不需要的输出

• 使用换行号 ... 增加程序的可读性

  • A = [1 2 3 4 5 6; ...
    	 6 5 4 3 2 1];
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• 遇到错误时(如死循环), 使用ctrl + c终止程序的运行

函数

函数与脚本的区别

• 相同点
  • 脚本和函数都是包含 MATLAB命令的 .m 文件
  • 需要执行相同操作(routines) 时, 可以编写函数
• 不同点
  • 脚本
    • 没有输入参数与返回参数
    • Operate on data in the global workspace
      操作全局工作区的数据
  • 函数
    • (可以)有输入参数与返回参数
    • Operate on data in the local workspace
      操作局部工作区的数据

MATLAB的内置函数

edit(which('mean.m'))
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mean 是计算平均值的函数

使用:
a[10 16 27 64];
mean(a)可计算数组 a 的平均值

自定义函数

User Define Function

• 写一个可以计算给定初始位置 $x_0$, 初速度 $v_o$, 时间 $t$ 内自由落体的函数:
  $$x=x_0+v_{0}t+\frac{1}{2}g{t}^2$$

function x = freebody(x0,vO,t)
% calculation of free falling
% 0: initial displacement in m
% vO: initial velocity in m/sec 
% t: the elapsed time in sec
% x: the depth of falling in m 
X = ×0 + v0.*t + 1/2*9.8*t.*t;
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*是数字之间直接相乘
如果输入向量, 会将两个向量直接相乘

.*是元素之间相乘
如果输入向量, 是将向量的对应元素相乘

多个参数与返回值的函数

质点的加速度和受力如下:
a = v 2 − v 1 t 2 − t 1 F = m a

aF​=t2​−t1​v2​−v1​​=ma​

function [a F] = acc(v2,v1,t2,t1,m)
a = (v2-v1)./(t2-t1);
F = m.*a;
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调用以上函数:

[Acc Force] = acc(20,10,5,4,1)
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Exercise

• Write a function that asks for a temperature in degrees Fahrenheit
• Compute the equivalent temperature in degrees Celsius
• Show the converted temperature in degrees Celsius
• The function should keep running until no number is provided to convert
• You may want to use these functions: input,isempty,break,disp,num2str

函数的默认参数

在没有给出对应参数时, 函数应该使用默认参数进行运算

实现这样的功能, 会用到以下默认变量

• inputname Variable name of function input 参数名
• mfilename File name of currently running function 当前函数的文件名
• nargin Number of function input arguments 参数数量
• nargout Number of function output arguments 返回值数量
• varargin Variable length input argument list 参数长度(向量参数)
• varargout Variable length output argument list 返回值长度(向量返回值)

function [volume] = pillar(Do, Di, height)
if nargin==2, % 如果输入的参数只有两个(没有输入 height)
	height=1; % 默认 height 设为 1
end 
volume=abs(Do.*2-Di.^2).*height*pi/4;
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Function Handle

创建匿名函数的方法

一个曲线的表达式没必要创建一个 .m 文件来储存

f = @(x) exp(-2*x); %此行为 Function Handle
x = 0:0.1:2;
plot(x,f(x));
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可以认为 f 是指向后面表达式 exp(-2*x) 的一个指针