4.3 程序結(jié)構(gòu)

對(duì)于一般的程序設(shè)計(jì)語言來說，程序結(jié)構(gòu)大致可以分為順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)與分支結(jié)構(gòu)3種。MATLAB程序設(shè)計(jì)語言也不例外，但是要比其他程序設(shè)計(jì)語言好學(xué)得多，因?yàn)槠湔Z法不像C語言那樣復(fù)雜，并且具有功能強(qiáng)大的工具箱，使得它成為科研工作者及學(xué)生最易掌握的軟件之一。下面將分別就上述3種程序結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。

4.3.1 順序結(jié)構(gòu)

順序結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單、最易學(xué)的一種程序結(jié)構(gòu)，它由多個(gè)MATLAB語句順序構(gòu)成，各語句之間用分號(hào)“；”隔開（若不加分號(hào)，則必須分行編寫），程序執(zhí)行時(shí)也是按照由上至下的順序進(jìn)行的。

例4-14：方程求根運(yùn)算。

本實(shí)例求解一元二次方程ax²+bx+c=0的解，根據(jù)公式推導(dǎo)，根據(jù)定義a、b、c的值，求2x²+3x+4=0的解。

解：MATLAB程序如下。

例4-15：矩陣除法運(yùn)算。

本實(shí)例求解矩陣的左除和右除。

解：MATLAB程序如下。

4.3.2 循環(huán)結(jié)構(gòu)

在利用MATLAB進(jìn)行數(shù)值實(shí)驗(yàn)或工程計(jì)算時(shí)，用得最多的便是循環(huán)結(jié)構(gòu)了。在循環(huán)結(jié)構(gòu)中，被重復(fù)執(zhí)行的語句組稱為循環(huán)體。常用的循環(huán)結(jié)構(gòu)有兩種：for-end循環(huán)與while-end循環(huán)。下面分別簡(jiǎn)要介紹相應(yīng)的用法。

for-end循環(huán)

在for-end循環(huán)中，循環(huán)次數(shù)一般情況下是已知的，除非用其他語句提前終止循環(huán)。這種循環(huán)以for開頭，以end結(jié)束，其一般形式如下。

其中，“表達(dá)式”通常為形如m：s：n（s的默認(rèn)值為1）的向量，即變量的取值從m開始，以間隔s遞增一直到n，變量每取一次值，循環(huán)便執(zhí)行一次。事實(shí)上，這種循環(huán)在上一節(jié)就已經(jīng)用到了。下面來看一個(gè)特別的for-end循環(huán)示例。

例4-16：創(chuàng)建一個(gè)10階Hilbert矩陣。

解：MATLAB程序如下。

while-end循環(huán)

如果不知道所需要的循環(huán)到底要執(zhí)行多少次，那么就可以選擇while-end循環(huán)。這種循環(huán)以while開頭，以end結(jié)束，其一般形式如下。

其中，“表達(dá)式”即循環(huán)控制語句，一般是由邏輯運(yùn)算或關(guān)系運(yùn)算及一般運(yùn)算組成的表達(dá)式。若表達(dá)式的值非零，則執(zhí)行一次循環(huán)，否則停止循環(huán)。這種循環(huán)方式在編寫某一數(shù)值算法時(shí)用得非常多。一般來說，能用for-end循環(huán)實(shí)現(xiàn)的程序也能用while-end循環(huán)實(shí)現(xiàn)，如下例所示。

例4-17：函數(shù)求和運(yùn)算。

利用while-end循環(huán)求解。

解：MATLAB程序如下。

1）編寫名為qiuhe.m的M文件。

2）在命令行窗口中運(yùn)行，結(jié)果如下。

4.3.3 分支結(jié)構(gòu)

這種程序結(jié)構(gòu)也叫選擇結(jié)構(gòu)，即根據(jù)表達(dá)式值的情況來選擇執(zhí)行哪些語句。在編寫較復(fù)雜的算法時(shí)一般都會(huì)用到此結(jié)構(gòu)。MATLAB編程語言提供了3種分支結(jié)構(gòu)：if-else-end結(jié)構(gòu)、switch-case-end結(jié)構(gòu)和try-catch-end結(jié)構(gòu)。其中較常用的是前兩種。下面分別介紹這3種結(jié)構(gòu)的用法。

if-else-end結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)也是復(fù)雜結(jié)構(gòu)中最常用的一種分支結(jié)構(gòu)，具有以下3種形式。

1.形式1

說明 若表達(dá)式的值非零，則執(zhí)行if與end之間的語句組，否則直接執(zhí)行end后面的語句。

例4-18：請(qǐng)求未處理文本輸入。

解：MATLAB程序如下。

1）編寫名為domore.m的M文件。

2）在命令行窗口中運(yùn)行，結(jié)果如下。

2.形式2

說明 若表達(dá)式的值非零，則執(zhí)行語句組1，否則執(zhí)行語句組2。通過M文件，畫出下列分段函數(shù)所表示的曲面。

例4-19：矩陣變換。

本實(shí)例編寫一個(gè)分段函數(shù)的程序。

解：MATLAB程序如下。

1）編寫名為example的M文件。

2）在命令行窗口中運(yùn)行，結(jié)果如下。

3.形式3

說明 程序執(zhí)行時(shí)先判斷表達(dá)式1的值，若非零則執(zhí)行語句組1，然后執(zhí)行end后面的語句，否則判斷表達(dá)式2的值，若非零則執(zhí)行語句組2，然后執(zhí)行end后面的語句，否則繼續(xù)上面的過程。如果所有的表達(dá)式都不成立，則執(zhí)行else與end之間的語句組n。

例4-20：將隨機(jī)矩陣中小于0.5的元素替換為0。

解：MATLAB程序如下。

switch-case-end結(jié)構(gòu)

一般來說，這種分支結(jié)構(gòu)也可以由if-else-end結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，但那樣會(huì)使程序變得更加復(fù)雜且不易維護(hù)。switch-case-end分支結(jié)構(gòu)一目了然，而且更便于后期維護(hù)。這種結(jié)構(gòu)的形式如下。

其中，switch后面的“變量或表達(dá)式”可以是任何類型的變量或表達(dá)式。如果變量或表達(dá)式的值與其后某個(gè)case后的常量表達(dá)式的值相等，就執(zhí)行這個(gè)case和下一個(gè)case之間的語句組，否則執(zhí)行otherwise后面的語句組n+1；執(zhí)行完一個(gè)語句組，程序便退出該分支結(jié)構(gòu)，執(zhí)行end后面的語句。下面來看一個(gè)這種結(jié)構(gòu)的例子。

例4-21：方法判斷。

本實(shí)例編寫一個(gè)使用方法判斷的程序。

解：MATLAB程序如下。

1）編寫名為mm6的M文件。

2）在命令行窗口中運(yùn)行，結(jié)果如下。

例4-22：乘積評(píng)定。

編寫一個(gè)學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)定函數(shù)，要求若該生考試成績(jī)?cè)?5～100之間，則評(píng)定為“優(yōu)秀”；若在70～84之間，則評(píng)定為“良好”；若在60～69之間，則評(píng)定為“及格”；若在60分以下，則評(píng)定為“不及格”。

解：MATLAB程序如下。

1）首先建立名為grade_assess.m的函數(shù)文件。

2）構(gòu)造一個(gè)姓名名單以及相應(yīng)的分?jǐn)?shù)，來看一下程序的運(yùn)行結(jié)果。

try-catch-end結(jié)構(gòu)

有些MATLAB參考書中沒有提到這種結(jié)構(gòu)，因?yàn)樯鲜鰞煞N分支結(jié)構(gòu)足以處理實(shí)際中的各種情況。但是這種結(jié)構(gòu)在程序調(diào)試時(shí)很有用，因此在這里簡(jiǎn)單介紹一下這種分支結(jié)構(gòu)。其一般形式如下。

在程序不出錯(cuò)的情況下，這種結(jié)構(gòu)只有語句組1被執(zhí)行；若程序出現(xiàn)錯(cuò)誤，那么錯(cuò)誤信息將被捕獲，并存放在lasterr變量中，然后執(zhí)行語句組2；若在執(zhí)行語句組2的時(shí)候，程序又出現(xiàn)錯(cuò)誤，那么程序?qū)⒆詣?dòng)終止，除非相應(yīng)的錯(cuò)誤信息被另一個(gè)try-catch-end結(jié)構(gòu)捕獲。下面來看一個(gè)例子。

例4-23：矩陣的串聯(lián)。

利用try-catch-end結(jié)構(gòu)調(diào)試程序，顯示無法垂直串聯(lián)矩陣的原因。

解：MATLAB程序如下。

在利用MATLAB編程解決實(shí)際問題時(shí)，可能要提前終止for與while等循環(huán)結(jié)構(gòu)，有時(shí)還可能要顯示必要的出錯(cuò)或警告信息、顯示批處理文件的執(zhí)行過程等，而這些特殊要求的實(shí)現(xiàn)就需要用到本節(jié)所要講述的程序流程控制命令，如break命令、pause命令、continue命令、return命令、echo命令、error命令與warning命令等。

例4-24：查看內(nèi)存。

顯示函數(shù)的執(zhí)行過程。

解：MATLAB程序如下。