3.1　程序結(jié)構(gòu)

MATLAB語言有三種常用的程序控制結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。MATLAB語言里的任何復(fù)雜程序都可以由這三種基本結(jié)構(gòu)組成。

3.1.1　順序結(jié)構(gòu)

順序結(jié)構(gòu)是MATLAB語言程序的最基本的結(jié)構(gòu)，是指按照程序中的語句排列順序依次執(zhí)行，每行語句是從左往右執(zhí)行，不同行語句是從上往下執(zhí)行。一般數(shù)據(jù)的輸入和輸出、數(shù)據(jù)的計算和處理程序都是順序結(jié)構(gòu)。順序結(jié)構(gòu)的基本流程如圖3-1所示，程序先執(zhí)行語句A，然后執(zhí)行語句B，最后執(zhí)行語句C。

1．?dāng)?shù)據(jù)的輸入

MATLAB語言要從鍵盤輸入數(shù)據(jù)，可以使用input函數(shù)，該函數(shù)的調(diào)用格式有如下兩種。

1）x=input（'提示信息'）

其中，提示信息表示字符串，用于提示用戶輸入什么樣的數(shù)據(jù)，等待用戶從鍵盤輸入數(shù)據(jù)，賦值給變量x。

例如，從鍵盤中輸入變量x，可以用下面的命令實現(xiàn)：

執(zhí)行該語句時，命令行窗口顯示提示信息“輸入變量x：”，然后等待用戶從鍵盤輸入x的值。

2）str=input（'提示信息'，'s'）

其中，該格式用于用戶輸入一個字符串，賦值給字符變量str。

例如，用戶想從鍵盤輸入自己的名字，賦值給字符變量str，可以采用下面命令：

執(zhí)行該語句時，命令行窗口顯示提示信息“what's your name?”，然后等待用戶從鍵盤輸入字符變量str的值。

2．?dāng)?shù)據(jù)的輸出

MATLAB語言可以在命令窗口顯示輸出信息，可以用函數(shù)disp實現(xiàn)，該函數(shù)的調(diào)用格式如下：

其中，輸出信息可以是字符串，也可以是矩陣信息。例如：

需要注意，用disp函數(shù)顯示矩陣信息將不顯示矩陣的變量名，輸出格式更緊湊，沒有空行。

【例3-1】　從鍵盤輸入a、b和c的值，求解一元二次方程ax²＋bx＋c=0的根。

程序代碼如下：

程序運行結(jié)果是：

再一次運行程序后的結(jié)果是：

由上面程序結(jié)果可知，MATLAB語言的數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)輸出命令都是按照順序結(jié)構(gòu)執(zhí)行的。

3.1.2　選擇結(jié)構(gòu)

MATLAB語言的選擇結(jié)構(gòu)是根據(jù)選定的條件成立或者不成立，分別執(zhí)行不同的語句。選擇結(jié)構(gòu)有下面三種常用語句：if語句、switch語句和try語句。

1．if語句

在MATLAB語言中，if語句有三種格式。

1）單項選擇結(jié)構(gòu)

單項選擇語句的格式如下：

當(dāng)條件成立時，執(zhí)行語句組，執(zhí)行完后繼續(xù)執(zhí)行end后面的語句；若條件不成立，則直接執(zhí)行end后面的語句。單項選擇程序結(jié)構(gòu)流程圖如圖3-2所示。

【例3-2】　從鍵盤輸入一個值x，判斷當(dāng)x＞0時，計算的值并顯示。

程序代碼如下：

程序運行結(jié)果如下：

再一次運行程序，輸入x=﹣2，程序結(jié)果是：

由上面的程序結(jié)果可知，當(dāng)條件不滿足時，就直接執(zhí)行end后面的語句。

2）雙項選擇結(jié)構(gòu)

雙項選擇語句的格式如下：

當(dāng)條件1成立時，執(zhí)行語句組1，否則執(zhí)行語句組2，之后繼續(xù)執(zhí)行end后面的語句。雙項選擇程序結(jié)構(gòu)流程圖如圖3-3所示。

【例3-3】　從鍵盤輸入一個值x，計算下面分段函數(shù)的值并顯示。

程序代碼如下：

程序運行結(jié)果是：

再一次運行程序，輸入x=﹣2，程序結(jié)果是：

該例題如果用單項選擇結(jié)構(gòu)也可以實現(xiàn)，程序代碼如下：

3）多項選擇結(jié)構(gòu)

多項選擇語句的格式如下：

當(dāng)條件1成立時，執(zhí)行語句組1；否則當(dāng)條件2成立時，執(zhí)行語句組2；以此類推，最后執(zhí)行end后面的語句。需要注意，if和end必須配對使用。多項選擇程序的結(jié)構(gòu)流程圖如圖3-4所示。

【例3-4】　從鍵盤輸入一個值x，用下面的分段函數(shù)實現(xiàn)符號函數(shù)的功能。

程序代碼如下：

程序運行結(jié)果如下：

若用MATLAB的符號函數(shù)sign驗證，可以得到同樣的結(jié)果：

2．switch語句

在MATLAB語言中，switch語句也用于多項選擇。根據(jù)表達式的值的不同，分別執(zhí)行不同的語句組。該語句的格式如下：

switch語句結(jié)構(gòu)流程圖如圖3-5所示。當(dāng)表達式的值等于表達式1的值時，執(zhí)行語句組1；當(dāng)表達式的值等于表達式2的值時，執(zhí)行語句組2；以此類推，當(dāng)表達式的值等于表達式m的值時，執(zhí)行語句組m；當(dāng)表達式的值不等于case所列表達式的值時，執(zhí)行語句組n。需要注意，當(dāng)任意一個case表達式為真，執(zhí)行完其后的語句組，直接執(zhí)行end后面的語句。

【例3-5】　某商場“十一”假期搞促銷活動，對顧客所購商品總價打折，折扣率標(biāo)準(zhǔn)如下，從鍵盤輸入顧客所購商品總價，計算打折后總價。

程序代碼如下：

num2cell函數(shù)的功能是將數(shù)值矩陣轉(zhuǎn)換為單元矩陣。程序運行結(jié)果如下：

3．try語句

在MATLAB語言里，try語句是一種試探性執(zhí)行語句，該語句的格式如下：

try語句先試探執(zhí)行語句組1，如果語句組1在執(zhí)行過程中出錯，則將錯誤信息賦值給系統(tǒng)變量lasterr，并轉(zhuǎn)去執(zhí)行語句組2。

【例3-6】　試用try語句求函數(shù)y=x?sin（x）的值，自變量的范圍為0≤x≤pi，步長為pi/10。

程序代碼如下：

程序運行結(jié)果如下：

3.1.3　循環(huán)結(jié)構(gòu)

循環(huán)結(jié)構(gòu)是MATLAB語言的一種非常重要的程序結(jié)構(gòu)，是按照給定的條件，重復(fù)執(zhí)行指定的語句。MATLAB語言提供兩種循環(huán)結(jié)構(gòu)語句：循環(huán)次數(shù)確定的for循環(huán)語句和循環(huán)次數(shù)不確定的while循環(huán)語句。

1．for循環(huán)語句

for循環(huán)語句是MATLAB語言的一種重要的程序結(jié)構(gòu)，是以指定次數(shù)重復(fù)執(zhí)行循環(huán)體內(nèi)的語句。for循環(huán)語句的格式如下：

其中

（1）表達式1的值為循環(huán)變量的初始值，表達式2的值為步長，表達式3的值為循環(huán)變量的終值；

（2）當(dāng)步長為1時，可以省略表達式2；

（3）當(dāng)步長為負值時，初值大于終值；

（4）循環(huán)體內(nèi)不能對循環(huán)變量重新設(shè)置；

（5）for循環(huán)允許嵌套使用；

（6）for和end配套使用，且小寫。

for循環(huán)語句的流程圖如圖3-6所示。首先計算3個表達式的值，將表達式1的值賦給循環(huán)變量k，然后判斷k值是否介于表達式1和表達式3的值之間，如果不是，結(jié)束循環(huán)，如果是，則執(zhí)行循環(huán)體語句，k增加一個表達式2的步長，然后再判斷k值是否介于表達式1和表達式3的值之間，直到條件不滿足，結(jié)束循環(huán)為止。

【例3-7】　利用for循環(huán)語句，求解1~100的數(shù)字之和。

程序代碼如下：

程序運行結(jié)果如下：

【例3-8】　利用for循環(huán)語句，驗證當(dāng)n等于1000和1 000 000時，y的值。

程序代碼如下：

程序運行結(jié)果如下：

MATLAB是一種基于矩陣的語言，為了提高程序執(zhí)行速度，也可以用向量的點運算來代替循環(huán)操作。可以用下面的程序代替：

程序運行結(jié)果：

由以上程序結(jié)果可知，當(dāng)n都取值1 000 000時，用后一種方法編寫的程序比前一種方法的運算速度快很多。

循環(huán)的嵌套是指在一個循環(huán)結(jié)構(gòu)的循環(huán)體中又包含另一個循環(huán)結(jié)構(gòu)，或稱為多重循環(huán)結(jié)構(gòu)。設(shè)計多重循環(huán)時要注意外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)之間的關(guān)系，以及各循環(huán)體語句的放置位置。總的循環(huán)次數(shù)是外循環(huán)次數(shù)與內(nèi)循環(huán)次數(shù)的乘積。可以用多個for和end配套實現(xiàn)多重循環(huán)。

【例3-9】　利用for循環(huán)的嵌套語句，求解x（i，j）=i²＋j²，i∈[1：4]，j∈[5：1]。

程序代碼如下：

程序運行結(jié)果如下：

【例3-10】　若一個整數(shù)等于它的各個真因子之和，則稱該數(shù)為完數(shù)。利用for雙重循環(huán)語句，求解[1，10000]之間的所有完數(shù)。

程序代碼如下：

程序運行結(jié)果如下：

2．while循環(huán)語句

while循環(huán)語句是MATLAB語言的一種重要的程序結(jié)構(gòu)，是在滿足條件下重復(fù)執(zhí)行循環(huán)體內(nèi)的語句，循環(huán)次數(shù)一般是不確定的。while循環(huán)語句的格式如下：

其中，當(dāng)條件表達式為真，就執(zhí)行循環(huán)體語句；否則，就結(jié)束循環(huán)。while和end匹配使用。

while循環(huán)結(jié)構(gòu)的流程圖如圖3-7所示。當(dāng)條件表達式為真，執(zhí)行循環(huán)體語句，修改循環(huán)控制變量，再次判斷表達式是否為真，直至條件表達式為假，跳出循環(huán)體。

【例3-11】　利用while循環(huán)語句，求解sum=1＋2＋…＋n≥800時，最小正整數(shù)n的值。

程序代碼如下：

程序運行結(jié)果如下：

【例3-12】　所謂水仙花數(shù)是指一個三位數(shù)，各位數(shù)字的立方和等于該數(shù)本身，例如153=1 3＋5 3＋3 3，所以153是一個水仙花數(shù)。試用while循環(huán)語句編程找出100~999所有的水仙花數(shù)。

程序代碼如下：

程序運行結(jié)果如下：

3.1.4　程序控制命令

MATLAB語言有許多程序控制命令，主要有pause暫停命令、continue繼續(xù)命令、break中斷命令和return退出命令等。

1．pause命令

在MATLAB語言中，pause命令可以使程序運行停止，等待用戶按任意鍵繼續(xù)，也可設(shè)定暫停時間。該命令的調(diào)用格式如下：

2．continue命令

MATLAB語言的continue命令一般用于for或while循環(huán)語句中，與if語句配套使用，達到跳出本次循環(huán)，執(zhí)行下次循環(huán)的目的。

例如：

程序運行結(jié)果如下：

3．break命令

MATLAB語言的break命令一般用于for或while循環(huán)語句中，與if語句配套使用終止循環(huán)，或跳出最內(nèi)層循環(huán)。

例如：

程序運行結(jié)果如下：

4．return命令

MATLAB語言的return命令一般用于直接退出程序，與if語句配套使用。

例如：

程序運行結(jié)果如下：