第3章 MATLAB 程序设计

### MATLAB程序设计精要 MATLAB，作为一款广泛应用于科学计算、算法开发和数据分析的强大工具，其程序设计能力是每一个用户必须掌握的核心技能。本文将深入解析MATLAB程序设计的关键概念，包括M文件的使用、变量管理、控制结构以及自定义函数的创建，帮助读者系统地理解并熟练运用这些知识点。 #### M文件的使用与操作 M文件是MATLAB中的脚本和函数文件，是执行MATLAB代码的主要方式。它们以`.m`为扩展名存储，可以通过MATLAB的文件菜单或直接在命令窗口中调用执行。 - **运行操作步骤**：首先启动MATLAB，通过菜单`File->New->M-file`打开编辑器。在编辑器中编写代码，保存时需确保文件名为`.m`格式，对于函数文件，文件名必须与函数名相同。在命令窗口中输入脚本文件名或函数名即可运行。 - **变量管理**：MATLAB中的变量无需显式声明类型，当新变量被创建时，系统自动为其分配内存。变量名由字母开头，可包含字母、数字和下划线，最长31个字符，且区分大小写。特殊变量如`pi`（圆周率）、`eps`（最小浮点数）、`Inf`（正无穷大）、`NaN`（不定值）、`i`, `j`（虚数单位）等预定义于环境中。 #### 控制结构 MATLAB提供了丰富的控制结构，用于实现复杂逻辑和循环操作： - **循环结构**：`for`循环用于固定次数的迭代，格式为`for 变量=初值：步长：终值`，例如，计算1到10的和可使用`for i=1:10`。`while`循环则用于不确定次数的迭代，如寻找斐波那契数列中首个超过10000的元素。 - **条件控制**：`if-elseif-else`结构用于基于条件执行不同的代码块。`switch-case`结构提供了一种基于不同条件选择执行路径的方法，特别适合处理离散值的决策流程。 #### 自定义函数 自定义函数是封装重复代码、提高代码复用性和模块化的重要手段。函数的基本格式为`function <因变量>=<函数名>(<自变量>)`，其中M文件的文件名必须与函数名一致。函数可以返回一个或多个输出，使用`[]`包裹多个输出。 - **函数示例**：例如，`randint.m`函数用于生成指定大小的随机整数矩阵。调用此类函数只需在命令窗口中输入`变量名=函数名(自变量组)`。 - **条件函数**：对于复杂的条件判断，可以在函数中嵌入`if-elseif-else`结构，如`fun.m`函数根据输入`x`的值返回不同的计算结果。 - **多参数函数**：对于涉及多个参数的函数，如`fun1.m`，可以定义两个输入参数，直接在MATLAB命令窗口中调用`fun1(1,2)`即可得到在特定坐标处的函数值。 通过以上详尽的解析，我们可以看到MATLAB程序设计涵盖了从简单脚本到复杂函数的广泛内容。熟练掌握这些基础知识，不仅能够高效地解决数学问题，还能为更高级的算法开发打下坚实的基础。无论是科学研究还是工程实践，MATLAB都是一款不可或缺的工具，其强大的编程环境为探索数据、建模和仿真提供了无限可能。