第三章 matlab学习入门之编程基础_matlab大于0输出1,小于0输出负一-优快云博客

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第三章 matlab学习入门之编程基础

在这一章，你会学到的知识：
变量与语句；
程序控制；
M文件；
脚本；
函数；
变量检测；
程序调试；

前言

对于数据分析与简单建模，matlab是非常简单的一个工具，要使用matlab去分析数据，则需要对matlab编程有一定的了解，如学习过其他编程语言，则会非常容易入手。

一、变量与语句

与许多编程语言类似，matlab也由变量来组成函数的语句，通过变量将数据存储起来，是一段可操作的内存，这一点是共通的，接下来就介绍在matlab中有哪些类型的变量。

1.1变量命名

与python类似，matlab不需要事先声明变量，使用时声明赋值即可。
还是和python类似，不能使用matlab关键字作为变量名。

1.2变量类型

和许多编程语言类似，matlab变量分为三类，局部变量，全局变量，永久变量。
1.局部变量，在该函数的工作区，
2.全局变量，在全部工作区，声明格式：global x_val;
3.永久变量，永久保存在内存，声明格式：persistent a;

1.3特殊变量

matlab定义了有默认含义的变量，
如：ans，保存运算结果的变量名；pi，圆周率；inf，无穷大；NaN不定数；


>> eps  %机器零阈值，matlab中的最小数

ans =

   2.2204e-16

>>

1.4关键字

与许多编程语言类似，matlab也有许多关键字，使用iskeyword命令可以查到这20个关键字，如下：

>> kws=reshape(iskeyword,5,4)  %通过iskeyword返回20个关键字，通过reshape()函数，将20个关键字变成5,4的矩阵

kws = 

    'break'       'else'        'global'        'return'
    'case'        'elseif'      'if'            'spmd'  
    'catch'       'end'         'otherwise'     'switch'
    'classdef'    'for'         'parfor'        'try'   
    'continue'    'function'    'persistent'    'while' 

>>

1.5matlab语句组成

可以是变量，函数，程序控制语句，
句终符号有分号;使用分号;时语句的输出被抑制，
每一句语句，后面应该加上注释，%xxxxxx；增加语句可读性；

二、程序控制

与许多编程语言类似，matlab语句也有控制结构，类似的，顺序结构语句，分支结构语句，循环结构语句；

2.1顺序结构

与许多编程语句类似，顺序语句是构成matlab语句的基本结构，安装先后顺序执行，如下：


>> a=1;b=2;c=a*b;

>> a,b,c

a =

     1


b =

     2


c =

     2

>>

2.2分支结构

matlab中所谓分支结构就是许多编程语句里的条件语句结构，如if-else或switch-case这种，

2.2.1if-else-end结构

1.简单情况，需执行的指令只有一组，语法格式如下：
if expression %判断表达式真假
commands %若表达式为真，执行指令
end %执行结束
实例如下：

>> if 4>pi
magic(3)
end

ans =

     8     1     6
     3     5     7
     4     9     2

>>

2.一般情况，需执行的指令只有两组，语法格式如下：
if expression %判断表达式真假
commands1 %若表达式为真，执行指令1
else
commands2 %若表达式为假，执行指令2
end %执行结束
实例如下：

>> if 3>pi
magic(3)
else
eye(3)
end

ans =

     1     0     0
     0     1     0
     0     0     1

>>

3.复杂情况，需执行的指令只有多组，语法格式如下：
和c++类似的使用率elseif，拓展一下，在python中类似意思的关键字是elif，
if expression %判断表达式真假
commands1 %若表达式为真，执行指令1
elseif
commands2 %若表达式为假，执行指令2
else
commandsn
end %执行结束
实例如下：

>> if 2>pi
ones(4)
elseif 1>pi
eye(4)
else
magic(4)
end

ans =

    16     2     3    13
     5    11    10     8
     9     7     6    12
     4    14    15     1

>>

2.2.2switch-case结构

和许多编程语言类似的结构，给出一个变量value,然后和表达式值进行对比，语法格式为：
switch value %value是需要比较的变量，变量可以是字符串或标量
case test1 %如果value等于test，执行指令
command1
case test2
command2
…
case testn
commandn
otherwise %如果value不等于前面所有test，执行commands指令
commands
实例如下：

>> cock=22;
>> switch cock
case 13
response='还可以小老弟'
case 10
response='小老弟得加把劲'
case 15
response='小老弟还凑合'
case 17
response='挺棒哦小老弟'
case 22
response='大公鸡欺负小猫咪'
otherwise
response='你是小猫咪？'
end

response =

大公鸡欺负小猫咪

>>

2.2.3try-catch结构

主要用在程序调试，平时写程序不能这样写，语法格式如下：
try
command1 %指令1被执行，若正确执行完，
catch
command2 %指令1发生错误，执行指令2，
注意：只有command1错误，才会执行指令2，当command1发生错误时，可用lasterr查询出错原因，若lasterr运行结果为空字符串，表明command1成功执行，
实例如下;

>> n=16;
>> matrix=magic(3)    %构造一个3阶方阵

matrix =

     8     1     6
     3     5     7
     4     9     2

>> try
mat_num=matrix(n)        %取第n个数，当然取不到
catch
mat_end=matrix(end)      %取最后一个数
reason=lasterr                 %返回try出错原因
end

mat_end =

     2


reason =

索引超出矩阵维度。

>>

2.3循环结构

与许多编程语言类似，matlab中的循环也是for循环和while循环两种。

1.for循环

语法格式如下：
for x=array
commands
end
其中，循环次数由数组array决定，for循环内部用分号;抑制输出，

代码如下（示例）：

>> for i=1:4
       for j=1:4
          if i>j       %如果i>j，矩阵i行j列取值为π乘以i的平方
              mat(i,j)=pi*i^2;
          else       %如果i<=j，矩阵i行j列取值为π乘以j的平方
              mat(i,j)=pi*j^2;
          end
       end
    end
>> mat  %查看矩阵数据

mat =

    3.1416   12.5664   28.2743   50.2655
   12.5664   12.5664   28.2743   50.2655
   28.2743   28.2743   28.2743   50.2655
   50.2655   50.2655   50.2655   50.2655

>>

一个小例题，求1+3+5+…+1001的和，
思考一下，如何用刚学的matlab编程求解，

>> sum=0;   %声明一个初始值0的标量
>> for i=1:2:1001   %初始化一个数组，步长为2,1，3，5，...，1001
sum=sum+i;
end
>> sum

sum =

      251001

>>

2.while循环

while循环和for循环基本一样，不同之处在于while循环次数是不定的，直至条件为假，语法格式为：
while expression %判断逻辑值真假
commands
end
用while实现上面那个问题的求解。
代码如下（示例）：

>> sum=0,i=1;

sum =

     0

>> while i<=1001    %边界小于1001即可
sum=sum+i;    %累加上i
i=i+2;       %步长为2
end
>> sum

sum =

      251001

>>

其他控制命令。
input(),等待用户输入数值，字符串，表达式等，按enter键输入到工作区，收回控制权，
value=input(‘message’)
value=input(‘message’,‘s’) %以字符串形式输入

>> message=input('message')
message55

message =

    55

>>

pause %暂停执行，等待用户任意键继续
pause(n) %暂停n秒
continue %继续，跳过当前指令，继续循环
break %跳出循环
error(‘message’) %显示出错信息message，终止程序
warning(‘message’) %显示警告message，继续运行程序

三、M文件与脚本

M文件有函数和脚本两种类型，
可以通过文本编辑器来创建外部文本文件，
当处理复杂运算，使用M文件来编程，matlab提供了文本编辑器，

3.1M文件

一如何创建新的M文件呢？
有几种方法，
1.在matlab命令行窗口运行命令edit;
2.在matlab主页标签的文件File标签栏，选择新建New按钮，在右拉菜单中选择脚本script或者函数function。
编辑完成后，点击保存，给文件命名。

二如何打开创建好的M文件呢？
有几种方法，
1.在matlab命令行窗口运行命令edit filename;filename是已创建好的M文件名；
2.在matlab主页标签的文件File标签栏，选择打开open按钮，点击打开，选择要打开的M文件；

三如何保存创建好或者修改过的M文件呢？
在matlab主页标签的文件File标签栏，选择保存按钮；

可以使用what 指令查看用户定义的M文件，

M文件内容主要包括脚本script和函数function两种，是可以直接被matlab执行的文件，于matlab而言，是源文件。

3.2脚本

和普通程序类似，实例如下：
写一个M文件脚本

%this is a script example
syms x1 y1 x2 y2 x

x1=input('输入x1');
y1=input('输入y1');
x2=input('输入x2');
y2=input('输入y2');

if (1)
   k=(y1-y2)/(x1-x2);
   b=y1;
   fprintf('y=%d*(x-%d)+ %d\n\n',k,x1,b);

end

脚本写好，保存后，可以在命令行窗口调用，输入脚本名即可，或者在文件夹选择脚本点击运行。
如下：

>> testscript
输入x11
输入y12
输入x23
输入y24
y=1*(x-1)+ 2

>>

四、函数

M文件名称和函数名称必须一致，
函数文件的第一行为function引导的函数声明行，改行列出所有输入输出变量名称，

>> mat=magic(3)

mat =

     8     1     6
     3     5     7
     4     9     2

>> b=mean(mat)

b =

     5     5     5

>>

子函数，在matlab中，
如下：

function [avg,med]=ee(x)

n=length(x);  %得到输入数据长度
avg=myavg(x,n);  %使用myavg()得到平均值
med=mymed(x,n);  %使用mymed()得到中位数
end
function a=myavg(v,n)

a=sum(v)/n;  %求数组之和，再除以数组长度
end

function m=mymed(v,n)
w=sort(v);   %先对数组排序
if rem(n,2)==1  %n/2余数1，则+1除以2
    m=w((n+1)/2);  %使用索引得到数组中位数
else          %n/2余数0，则除以2
    m=w(n/2);
end
end

在命令行窗口调用ee函数，

>> [a,m]=ee([1 3 5 9 11])

a =

    5.8000


m =

     5

>>

内联函数

>> f=inline('3*x.^2')

f =

     内联函数:
     f(x) = 3*x.^2

>> f(pi)

ans =

   29.6088

eval(),feval()函数
用于将函数和文本连接起来
1.eval()函数
将数值字符转换为双精度数值，

>> s='[1,2,3;4,5,6;7,8,9]'

s =

[1,2,3;4,5,6;7,8,9]

>> eval(s)

ans =

     1     2     3
     4     5     6
     7     8     9

>> a=eval(s)

a =

     1     2     3
     4     5     6
     7     8     9

>>

feval()函数
将字符串函数名，转换为能用的函数

>> s=@magic

s = 

    @magic

>> magic3=feval(s,3)

magic3 =

     8     1     6
     3     5     7
     4     9     2

>> s1=@sin

s1 = 

    @sin

>> sin1=feval(s1,[pi,pi/2,pi/6])

sin1 =

    0.0000    1.0000    0.5000

>>

函数编写建议
代码尽量向量化

>> x=1:2:10;
>> y=log(x);
>> y

y =

         0    1.0986    1.6094    1.9459    2.1972

>>

预分配向量数组加快循环。

五、M文件变量检测

六、程序调试

七、程序调试

总结

提示：这里对文章进行总结：

例如：以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了pandas的使用，而pandas提供了大量能使我们快速便捷地处理数据的函数和方法。