第7周小课 Matlab程序设计

1/32DigitalSignalProcessing教学内容Matlab程序设计2/32DigitalSignalProcessing教学要求熟悉Matlab的基本编程方法熟练掌握Matlab语言M文件，程序控制的三种基本结构3/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计•在欧美各高等学校，Matlab成为线性代数、自动控制理论、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真、图像处理等诸多课程的基本教学工具，成为学生必须掌握的基本技能。•在设计研究单位和工业部门，Matlab已被广泛地用于研究和解决各种具体的工程问题。•可以预见，Matlab将在我国科学研究和工程应用中发挥越来越大的作用。4/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计交互式命令执行方式（命令窗口）逐条输入，逐条执行，操作简单、直观，但速度慢，执行过程不能保留。M文件的程序执行方式将命令编成程序存储在一个文件中（M文件），依次运行文件中的命令，可以重复进行。Matlab程序设计有传统高级语言的特征，又有自己独特的特点，可以利用数据结构的特点，使程序结构简单，编程效率高。5/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计用Matlab语言编写的程序，称为M文件。是由若干Matlab命令组合在一起构成的，它可以完成某些操作，也可以实现某种算法。M文件根据调用方式的不同分为两类：命令文件（ScriptFile）函数文件（FunctionFile）它们的扩展名都是.m6/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计命令文件没有输入参数，也不返回输出参数；函数文件可以带输入参数，也可以返回输出参数。命令文件对工作空间中的变量进行操作，文件中所有命令的执行结果也返回工作空间中；函数文件中定义的变量为局部变量，当函数文件执行完毕时，这些变量也被清除。命令文件可以直接运行；函数文件不能直接运行，要以函数调用的方式来调用它。7/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计（命令文件exch）命令文件：clear;a=1:10;b=[11,12,13,14;15,16,17,18];c=a;a=b;b=c;ab将文件保存为exch，并在命令窗口执行。执行结果（将a，b的值互换）a=1112131415161718b=123456789108/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计（函数文件）fexch.mfunction[a,b]=exch(a,b)c=a;a=b;b=c;然后在命令窗口调用该函数文件：clear;x=1:10;y=[11,12,13,14;15,16,17,18];[x,y]=fexch(x,y)输出结果为：a=1112131415161718b=12345678910函数参数a，b，c未保留在工作空间中，x，y保留在工作空间中。9/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计（M文件）M文件是一个文本文件，可以用任何编辑程序来建立和编辑，一般最常用的是使用Matlab提供的文本编辑器。该编辑器是一个集编辑和调试于一体的工作环境。10/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计（程序控制结构）顺序结构选择结构循环结构任何复杂的程序都可以由这3种基本结构构成。11/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计（顺序结构）顺序结构是指按照程序中语句的排列顺序依次执行，直到程序的最后一个语句。（最简单的一种程序）1、数据的输入从键盘输入数据，则可以使用input函数来进行，调用格式为：A=input（提示信息，选项）；其中提示信息为一个字符串，用于提示用户输入数据。例如：从键盘输入A矩阵，可以采用下面的命令来完成A=input（‘输入A矩阵’）；如果在input函数调用时采用’s’选项，则允许用户输入一个字符串。例：xm=input(‘What’’syourname?’,’s’);12/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计（顺序结构）2、数据的输出命令窗口输出函数主要有disp函数，其调用格式为：disp(输出项）其中输出项既可以为字符串，也可以为矩阵。例如：A=‘Hello,Tom’;disp(A)输出为：Hello,Tom又如：A=[1,2,3;4,5,6;7,8,9];disp(A)输出为：123456789%disp函数输出格式更紧凑13/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计（顺序结构）例5.2求一元二次方程的根。由于Matlab能进行复数运算，所以不需要判断方程的判别式，可直接根据求根公式求根。程序如下：a=input('a=?');b=input('b=?');c=input('c=?');d=b*b-4*a*c;x=[(-b+sqrt(d))/(2*a),(-b-sqrt(d))/(2*a)];disp(['x1=',num2str(x(1)),',x2=',num2str(x(2))]);程序输出为：a=?4b=?78c=?54x1=-0.7188,x2=-18.781220axbxc14/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计（顺序结构）3、程序的暂停程序执行过程中暂停，可用pause函数，其调用格式为：pause（延迟描述）如果省略延迟时间，直接使用pause，则将暂停程序，直到用户按任一键后程序继续执行。若要强行中止程序的运行可按Ctrl+C键。15/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计（选择结构）选择结构是根据给定的条件成立或不成立，分别执行不同的语句。Matlab用于实现选择结构的语句有if语句，switch语句和try语句。1.if语句在Matlab中，if语句有3种格式。(1)单分支if语句语句格式：if条件语句组end例如：当x是整数矩阵时，输出x的值iffix(x)==xdisp(x);end16/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计（选择结构）(2)双分支if语句语句格式：if条件语句组1else语句组2end当条件成立时，执行语句组1，否则执行语句组2，然后再执行if语句的后续语句。17/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计（选择结构）例计算分段函数：2cos(1)1,10,10xxxyxxxx程序如下：x=input(‘请输入x的值：');ifx==10y=cos(x+1)+sqrt(x*x+1);elsey=x*sqrt(x+sqrt(x));endy也可以用单分支if语句来实现：x=input('请输入x的值：');y=cos(x+1)+sqrt(x*x+1);ifx~=10y=x*sqrt(x+sqrt(x));endy18/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计（选择结构）(3)多分支if语句语句格式：if条件1语句组1elseif条件2语句组2…elseif条件m语句组melse语句组nend19/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计（选择结构）输入一个字符，若为大写字母，则输出其对应的小写字母；若为小写字母，则输出其对应的大写字母；若为数字字符则输出其对应的数值，若为其他字符则原样输出。程序如下：c=input(‘请输入一个字符’，‘s’);ifc=‘A’&c=‘Z’disp(setstr(abs(c)+abs(‘a’)-abs(‘A’)));elseifc=‘a’&c=‘z’disp(setstr(abs(c)-abs(‘a’)+abs(‘A’)));elseifc=‘0’&c=‘9’disp(abs(c)-abs(‘0’));elsedisp(c);end20/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计（选择结构）2、switch语句switch语句根据表达式的取值不同，分别执行不同的语句，其语句格式：switch表达式case表达式1语句组1case表达式2语句组2…case表达式m语句组motherwise语句组nend21/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计（选择结构）某商场对顾客所购买的商品实行打折销售，标准如下：price200没有折扣200=price5003%折扣500=price10005%折扣1000=price25008%折扣2500=price500010%折扣5000=price14%折扣输入所售商品的价格，求其实际销售价格。请同学们试着编程实现。22/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计（选择结构）price=input(‘请输入商品价格’）；switchfix（price/100)case{0,1}%价格小于200rate=0;case{2,3,4}rate=3/100;%价格大于等于200但小于500casenum2cell(5:9)rate=5/100;%价格大于等于500但小于1000casenum2cell(10:24)rate=8/100;%价格大于等于1000但小于2500casenum2cell(25:49)rate=10/100;%价格大于等于2500但小于5000otherwiserate=14/100;%价格大于等于5000endprice=price*(1-rate)%输出商品实际销售价格23/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计（选择结构）3.try语句try语句是一种试探性执行语句，其语句格式为：try语句组1catch语句组2endtry语句先试探性执行语句组1，如果在执行过程中出现错误，则将错误信息赋给保留的lasterr变量，并转去执行语句组2.24/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计（选择结构）矩阵乘法运算要求两矩阵的维数相容，否则会出错。先求两矩阵的乘积，若出错则自动转去求两矩阵的点乘。程序如下：A=[1,2,3;4,5,6];B=[7,8,9;10,11,12];tryC=A*B;catchC=A.*B;endClasterr%显示出错原因C=71627405572ans=Errorusing==mtimesInnermatrixdimensionsmustagree.25/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计（循环结构）循环是指按照给定的条件，重复执行指定的语句，Matlab提供了两种实现循环结构的语句：for语句和while语句。1、for语句for语句的格式为：for循环变量=表达式1：表达式2：表达式3循环体语句end其中表达式1的值为循环变量的初值，表达式2的值为步长，表达式3的值为循环变量的终值。步长为1时，表达式2可以省略。26/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计（循环结构）已知，当n=100时，求y的值。程序如下：y=0;n=100;fori=1:ny=y+1/i/i;endy输出结果为：y=1.6350利用Matlab的特点，常用向量运算来代替循环操作，程序可以如下:n=100;i=1:n;f=1./i.^2;y=sum(f)22221111123yn27/32DigitalSignalProcessingMatlab程序设计（循环结构）2、while语句while语句的一般格式为：while条件循环体语句end其执行过程为：若条件成立，则执行循环体语句，执行后再判断条件是否成立，如