MATLAB程序设计之循环结构入门详解

一、引言

Matlab可以类似C/C++语言或者Python语言一样可以编写程序以完成某些功能。Matlab程序包含三大程序结构，分别是顺序结构、选择结构和循环结构。本文主要给出了Matlab程序的循环结构的语法规则及相关的Demo。Matlab程序结构之循环结构主要包括for循环和while循环。下面将逐一进行讲解。

二、for…end循环结构

1.语法：
for…end循环用于事先已知循环次数的情形，其语法如下：

for 循环变量 = 起始值：步长：终止值
			循环体
end
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2.注意事项
（1）步长的缺省值是1。步长可以在正实数或负实数范围内任意指定，对于正数，循环变量的值大于终止值时，循环结束；对于负数，循环变量的值小于终止值时，循环结束；
（2）for和end语句中间的所有语句会自动缩进；
（3）for循环可以嵌套使用；
（4）不能通过内部对循环变量重新赋值而进行反复的循环或停止循环；
（5）循环中可以使用break或者continue中断或改变循环，其中
– break用来实现：跳出本层循环体
– continue用来实现：结束本次循环而进入当前层循环的下一次循环
3.for循环示例程序
Demo 1:一个三位整数各位数字的立方和等于该数本身则称该数为水仙花数。输出全部水仙花数。
参考代码：

clear all
clc
tic%开始计时
for m = 100 : 999
    m1 = fix( m / 100 );           
    m2 = rem( fix( m / 10 ), 10 );     
    m3 = rem( m, 10 ); 
    if m == m1^3 + m2^3 + m3^3
        disp( [ num2str( m ) ] )
    end
end
toc%计时结束，显示程序的运行时间
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运行结果：

153
370
371
407
时间已过 0.038234 秒。
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也可以使用如下代码来实现，即通过数组来实现，并使用了数组元素过滤的手段从数组中提取水仙花数。避免了使用循环。

clear all
clc
tic%开始计时
Arr = [ 100 : 999 ];
Arr100 = fix( Arr / 100);
Arr10  = rem( fix( Arr / 10), 10 );
Arr1   = rem( Arr, 10 );
ArrN   = Arr100.^3 + Arr10.^3 + Arr1.^3;
data   = Arr .* ( Arr == ArrN );%获取数组Arr中的水仙花数，非水仙花数设置为0
Arr( find( data > 0 ) )%把水仙花数单独显示出来
toc%计时结束，显示程序的运行时间
format compact
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运行结果：

ans =
   153   370   371   407
时间已过 0.004718 秒。
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3

提示：通过本例可以发现，有些循环也可以通过数组来实现。而且通过数组来实现可以有效提高运行速度。另外运行时间会根据系统的状态而得到不同的数据！！！

Demo 2:若一个数等于它的各个真因子之和，则称该数为完数，如6=1+2+3，所以6是完数。求1到10000之间的全部完数。
参考代码：

clear all
clc
for m = 1 : 10000
    s = 0; 
    for k = 1 : m/2
        if rem( m, k ) == 0
            s = s + k;
        end
    end
    if m == s
        disp( [ '完数：', num2str( m ) ] );
    end
end
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运行结果：
完数：6
完数：28
完数：496
完数：8128

**Demo 3**:把一个矩阵中各列元素改成列元素乘以列编号的平方。
此例子涉及了循环变量为矩阵的情形。如果循环变量等于一个矩阵，执行过程是依次将矩阵的各列元素赋给循环变量，然后执行循环体语句，直至各列元素处理完毕。
参考代码：
```matlab
clear all
clc
Arr = [ 1 : 2 : 6; 3 : 5; 1 : 3 ]
A = zeros( size(Arr) );
k = 1;
for i = Arr
    A( :, k ) = i * k^2;
    k = k + 1;
end
A
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运行结果：

Arr =
     1     3     5
     3     4     5
     1     2     3
A =
     1    12    45
     3    16    45
     1     8    27
     ```
**Demo 4**:在1到1000之间找前两个完数（break的例子）。
break的功能是结束本层循环。
参考代码：
```matlab
clear all
clc
count = 0;%计算器，记录完数的个数
for m = 1 : 10000
    s = 0; 
    for k = 1 : m/2
        if rem( m, k ) == 0
            s = s + k;
        end
    end
    if m == s
        disp( [ '完数：', num2str( m ) ] );
        count = count + 1;
        if count == 2 %当计数器等于2的时候，结束循环
            break;
        end
    end
end
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Demo5: 把一个数组中的负数改成其平方，正数保持不变。（continue的例子）
continue的用法与C/C++语言类似，即满足给定的条件后，跳过continue后面的代码而进入下一次循环。
参考代码：

clear all
clc
Arr = [ 1, -5, -3, 6, 9 ]
for i = 1 : length( Arr )
    if Arr( i ) > 0
        continue;
    end
    Arr( i ) = Arr( i )^2;
end
Arr
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运行结果：

Arr =
     1    -5    -3     6     9
Arr =
     1    25     9     6     9
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提示：本题按上述方法实现，是为了演示continue的用法。也可以使用其它的实现方法，即判断元素是否小于0。

三、while…end循环结构

1.语法：
while…end循环用于事先已知循环次数的情形，其语法如下：

while  条件表达式
            循环体语句组
end
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3

若表达式为真，则执行循环体的内容，执行后再判断表达式是否为真，若为假则跳出循环体，否则继续执行循环体。
2.while循环示例程序
Demo 6：从键盘输入若干个正整数，当输入0时结束输入，求这些数的平均值和它们之和。
参考代码：

clear all
clc
sum = 0;
count = 0;
val = input('Enter a number (end in 0):');
while ( val ~= 0 )
    sum = sum + val; 
    count = count + 1;
    val = input('Enter a number (end in 0):');
end
if ( count > 0 )    
    disp( [ '和：', num2str( sum ) ] );
    disp( [ '平均值：', num2str( sum/count ) ] ); 
end
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运行结果：

Enter a number (end in 0):1
Enter a number (end in 0):5
Enter a number (end in 0):8
Enter a number (end in 0):6
Enter a number (end in 0):9
Enter a number (end in 0):0
和：29
平均值：5.8
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注意：
对于for循环，很多时候都可以使用数组的运算替代循环，这样能够有效提高运行速度，例如Demo 1中的例子。