四、MATLAB程序流程控制语句

声明：
笔记是学习慕课网《科学计算与MATLAB语言》课程和刘卫国主编的《MATLAB程序设计与应用（第3版）》后的个人总结，方便自己以后巩固和复习！

4.1 M文件

4.1.1 M文件的建立与打开

M文件是一个文本文件，它可以用任何编辑程序来建立和编辑，而一般常用且最为方便的是使用MATLAB提供的文本编辑器。

1．建立新的M文件

为建立新的M文件，启动MATLAB编辑器有3种方法。
① 在MATLAB主窗口选择“主页”选项卡，在“文件”命令组中单击“新建脚本”命令按钮。

② 在MATLAB命令行窗口输入命令：
edit 文件名
启动MATLAB编辑器后，输入M文件的内容并存盘。
③ 在命令历史窗口选中一些命令（按住Ctrl可同时选择多条命令），然后从右键快捷菜单中选择“创建脚本”命令，将会启动MATLAB编辑器，并在编辑区中加入所选中的命令。

2．打开已有的M文件

打开已有的M文件，也有3种方法：
(1) 菜单操作。在MATLAB主窗口选择“主页”选项卡，在“文件”命令组中单击“打开”命令按钮，再从弹出的下拉菜单中选择“打开”命令，从“打开”对话框中选择所需打开的M文件。

(2) 命令操作。在MATLAB命令窗口输入命令：edit 文件名，则打开指定的M文件。
(3) 命令按钮操作。单击MATLAB主窗口工具栏上的Open File命令按钮，再从弹出的对话框中选择所需打开的M文件。

4.1.2 M文件的分类

用MATLAB语言编写的程序，称为M文件。M文件可以根据调用方式的不同分为两类：脚本文件(Script File)和函数文件(Function File)。

脚本文件和函数文件的主要区别如下：
① 脚本文件没有输入参数，也不返回输出参数，而函数文件可以带输入参数，也可返回输出参数。
② 脚本文件对MATLAB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完全返回到工作空间中，而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，这些变量被清除。
③ 脚本文件可以直接运行，在MATLAB命令行窗口输入脚本文件的名字，就会顺序执行脚本文件中的命令，而函数文件不能直接运行，而要以函数调用的方式来调用它。

建立一个命令文件将变量a,b的值互换，然后运行该命令文件。
程序1：
首先建立命令文件并以文件名exch.m存盘：

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clear;
a=1:10;
b=[11,12,13,14;15,16,17,18];
c=a;a=b;b=c;
a
b

然后在MATLAB的命令窗口中输入exch，将会执行该命令文件。

4.2 程序控制结构

4.2.1 顺序结构

1．数据的输入

从键盘输入数据，则可以使用input函数来进行，该函数的调用格式为：

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A=input(提示信息，选项)；

其中提示信息为一个字符串，用于提示用户输入什么样的数据。
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。例如：

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xm=input('What''s your name?','s');
2．数据的输出

​ MATLAB提供的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4-2 求一元二次方程ax2 +bx+c=0的根。
程序如下：

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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))]);

3．程序的暂停

​ 暂停程序的执行可以使用pause函数，其调用格式为：

1
pause(延迟秒数)

​ 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使用Ctrl+C命令。

4.2.2 选择结构

1．if语句

​ 在MATLAB中，if语句有3种格式。
​ (1) 单分支if语句：

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if  条件
	语句组
end

当条件成立时，则执行语句组，执行完之后继续执行if语句的后继语句，若条件不成立，则直接执行if语句的后继语句。

(2) 双分支if语句：

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if  条件
    语句组1
else
     语句组2
end

​ 当条件成立时，执行语句组1，否则执行语句组2，语句组1或语句组2执行后，再执行if语句的后继语句。

计算分段函数。

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x=input('请输入x的值:');
if x==10
     y=cos(x+1)+sqrt(x*x+1);
else
     y=x*sqrt(x+sqrt(x));
end
y

(3) 多分支if语句：

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if  条件1
    语句组1
elseif  条件2
    语句组2
   ……
elseif  条件m
     语句组m
else
     语句组n
end

例：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。

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c=input('请输入一个字符','s');
if c>='A' & c<='Z'
   disp(setstr(abs(c)+abs('a')-abs('A')));
elseif c>='a'& c<='z'
    disp(setstr(abs(c)- abs('a')+abs('A')));
elseif c>='0'& c<='9'
    disp(abs(c)-abs('0'));
else
    disp(c);
end
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，其语句格式为：

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switch  表达式
   case  表达式1
      语句组1
   case  表达式2
      语句组2
      ……
   case  表达式m
      语句组m
   otherwise
      语句组n
end

当表达式的值等于表达式1的值时，执行语句组1，当表达式的值等于表达式2的值时，执行语句组2，…，当表达式的值等于表达式m的值时，执行语句组m，当表达式的值不等于case所列的表达式的值时，执行语句组n。当任意一个分支的语句执行完后，直接执行switch语句的下一句

例：某商场对顾客所购买的商品实行打折销售，标准如下(商品价格用price来表示)：
price<200 没有折扣
200≤price<500 3%折扣
500≤price<1000 5%折扣
1000≤price<2500 8%折扣
2500≤price<5000 10%折扣
5000≤price 14%折扣
输入所售商品的价格，求其实际销售价格。

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price=input('请输入商品价格');
switch fix(price/100) 
   case {0,1}             %价格小于200
      rate=0;
   case {2,3,4}            %价格大于等于200但小于500
      rate=3/100;
   case num2cell(5:9)       %价格大于等于500但小于1000
      rate=5/100;
   case num2cell(10:24)     %价格大于等于1000但小于2500
      rate=8/100;
   case num2cell(25:49)     %价格大于等于2500但小于5000
      rate=10/100;
   otherwise               %价格大于等于5000
      rate=14/100;
end
price=price*(1-rate)              %输出商品实际销售价格
3．try语句

语句格式为：

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try
   语句组1
catch
   语句组2
end

try语句先试探性执行语句组1，如果语句组1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。

4.2.3 循环结构

1．for语句

for语句的格式为：

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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:表达式2:表达式3”是一个冒号表达式，将产生一个行向量，3个表达式分别代表初值、步长和终值。步长为1时，表达式2可以省略。

例： 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。
程序如下：

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for m=100:999
m1=fix(m/100);           %求m的百位数字
m2=rem(fix(m/10),10);   %求m的十位数字
m3=rem(m,10);             %求m的个位数字
if m==m1*m1*m1+m2*m2*m2+m3*m3*m3
disp(m)
end
end

or语句更一般的格式为：

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for 循环变量=矩阵表达式
       循环体语句
    end

​ 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。

2．while语句
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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，如果不成立则跳出循环。

3．break语句和continue语句

​ 与循环结构相关的语句还有break语句和continue语句。它们一般与if语句配合使用。
​ break语句用于终止循环的执行。当在循环体内执行到该语句时，程序将跳出循环，继续执行循环语句的下一语句。
​ continue语句控制跳过循环体中的某些语句。当在循环体内执行到该语句时，程序将跳过循环体中所有剩下的语句，继续下一次循环。

4．循环的嵌套

​ 如果一个循环结构的循环体又包括一个循环结构，就称为循环的嵌套，或称为多重循环结构。
例： 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[1,500]之间的全部完数。

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for m=1:500
s=0;
for k=1:m/2
if rem(m,k)==0
s=s+k;
end
end
if m==s
    disp(m);
end
end

4.3 函数文件

4.3.1 函数文件的基本结构

​ 函数文件由function语句引导，其基本结构为：

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function 输出形参表=函数名(输入形参表)
    注释说明部分
    函数体语句

其中以function开头的一行为引导行，表示该M文件是一个函数文件。函数名的命名规则与变量名相同。输入形参为函数的输入参数，输出形参为函数的输出参数。当输出形参多于一个时，则应该用方括号括起来。

4.3.2 函数调用

1.函数调用的一般格式是：

1
[输出实参表]=函数名(输入实参表)

​ 要注意的是，函数调用时各实参出现的顺序、个数，应与函数定义时形参的顺序、个数一致，否则会出错。函数调用时，先将实参传递给相应的形参，从而实现参数传递，然后再执行函数的功能。

2．函数的递归调用
在MATLAB中，函数可以嵌套调用，即一个函数可以调用别的函数，甚至调用它自身。一个函数调用它自身称为函数的递归调用。

例： 利用函数的递归调用，求n！。
n!本身就是以递归的形式定义的：
显然，求n!需要求(n-1)!，这时可采用递归调用。递归调用函数文件

factor.m如下：

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function f=factor(n)
if n<=1
   f=1;
else
   f=factor(n-1)*n;    %递归调用求(n-1)!
end
4.3.3 函数参数的可调性

​ 在调用函数时，MATLAB用两个永久变量nargin和nargout分别记录调用该函数时的输入实参和输出实参的个数。只要在函数文件中包含这两个变量，就可以准确地知道该函数文件被调用时的输入输出参数个数，从而决定函数如何进行处理。

注意：

for k = [1,2,3,4]与 for k = [1;2;3;4]执行的次数不一样，第一个执行4次，第二只执行1次。

4.3.4 全局变量与局部变量

函数文件中的变量是局部的，即在一个函数文件中定义的变量不能被另一个函数文件引用。如果在若干函数中都把某一变量定义为全局变量，那么这些函数将共用这个变量，作用域是整个工作空间，即全程有效。
全局变量用global命令定义，格式为：

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global 变量名

4.4特殊形式的函数

4.3.1、子函数

在MATLAB中，可以在一个M文件中同时定义多个函数，其中M文件中出现的第一个函数称为主函数（primary function），其他函数称为子函数（subfunction），但需要注意的是子函数只能由同一M文件中的函数调用。在保存M文件时，M文件名一般和主函数名相同，外部程序只能对主函数进行调用。

2. 内联函数

以字符串形式存在的函数表达式可以通过inline函数转化成内联函数。例如a=’(x+y)^2’，可以通过f=inline(a)生成内联函数f(x,y)=(x+y)^2。

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>> a='(x+y)^2';
f=inline(a)
f =
     内联函数:
     f(x,y) = (x+y)^2
f(3,4)
ans =
    49

3. 匿名函数

匿名函数的基本格式如下：

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匿名函数名=@(输入参数) 匿名函数表达式

其中，匿名函数的输入参数可以是一个，也可以是多个，有多个参数时，参数间用逗号分隔。例如：

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

4.5程序调试与优化

4.5.1 程序调试方法

一般来说，应用程序的错误有两类，一类是语法错误，另一类是运行时的错误。语法错误包括词法或文法的错误，例如函数名的拼写错、表达式书写错等。

程序优化

（1）采用向量化运算
在实际MATLAB程序设计中，为了提高程序的执行速度，常用向量或矩阵运算来代替循环操作。
（2）预分配内存空间
通过在循环之前预分配向量或数组的内存空间可以提高for循环的处理速度。
（3）减小运算强度
在实现有关运算时，尽量采用运算量更小的运算，从而提高运算速度。一般来说，乘法比乘方运算快，加法比乘法运算快。