MATLAB编程指南：Version 7详解

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"[Matlab.PDF电子教程].MatLab.7.Programming" MATLAB（Matrix Laboratory）是由The MathWorks公司开发的一种高级编程语言，专为技术计算设计。它结合了数值分析、矩阵计算、图形可视化以及与其他编程环境的接口等功能，广泛应用于工程计算、科学建模、信号处理和控制系统等领域。本教程专注于MATLAB Version 7，也被称为MATLAB 7，这是该软件的一个重要版本，包含了多个改进和新特性。在MATLAB 7中，用户可以体验到更为强大的编程环境，包括增强的语法、新的数据类型、更高效的代码执行以及改进的调试工具。以下是一些关键知识点： 1. 语法和编程基础：MATLAB是一种面向对象的编程语言，支持函数、循环、条件语句等基本编程结构。了解如何声明变量、使用运算符、控制流程是学习MATLAB的基础。 2. 矩阵和数组操作：MATLAB以矩阵为基础，支持向量、矩阵及多维数组的操作，如索引、切片、转置、矩阵乘法等。理解这些操作对于进行高效的数值计算至关重要。 3. 函数和脚本：MATLAB允许编写独立的函数文件和脚本文件。函数文件包含一个或多个函数定义，而脚本文件则是一系列连续执行的命令。 4. 图形绘制：MATLAB具有强大的图形功能，可以创建2D和3D图形，包括线图、散点图、柱状图、饼图以及复杂的3D表面图。通过`plot`、`surf`等函数，用户可以自定义颜色、标记、轴标签等属性。 5. 数值计算：MATLAB内置了许多用于数值计算的函数，如线性代数、微积分、优化、随机数生成等。例如，`linalg`包提供了矩阵求解器，`optim`包则包含各种优化算法。 6. 数据导入和导出：MATLAB支持多种数据格式的导入和导出，如文本文件、Excel表格、图像文件等，这使得MATLAB能够与多种数据源进行交互。 7. 文件I/O和系统交互：MATLAB提供了读写文件的功能，如`fopen`、`fprintf`等，还能够调用系统命令，与操作系统进行交互。 8. 面向对象编程：MATLAB 7引入了面向对象编程的概念，用户可以定义类、对象，并实现继承、封装和多态性。 9. 编译和部署：MATLAB Compiler可以将MATLAB代码编译成独立的可执行文件或DLL，以便在没有MATLAB环境的机器上运行。 10. 社区和支持：MATLAB拥有庞大的用户社区，可以通过The MathWorks的网站、新sgroup `comp.soft-sys.matlab`获取技术支持，或者向`bugs@mathworks.com`报告软件错误。学习MATLAB不仅需要掌握上述基础知识，还需要不断实践和探索，才能充分利用其功能解决实际问题。在MATLAB 7的教程中，读者会逐步深入到这个强大的计算环境中，体验到其带来的便利和效率。

xiv Contents

Scheduling Program Execution with Timers

Using a MATLAB Timer Object . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-2

Example: Displaying a Message . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-3

Creating Timer Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-4

Timer Object Naming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-5

Working with Timer Object Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-6

Retrieving the Value of Timer Object Properties . . . . . . . . . . . . 9-6

Setting the Value of Timer Object Properties . . . . . . . . . . . . . . 9-7

Starting and Stopping Timers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-9

Starting a Timer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-9

Starting a Timer at a Specified Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-10

Stopping Timer Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-10

Blocking the MATLAB Command Line . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-11

Creating and Executing Callback Functions . . . . . . . . . . . . 9-13

Associating Commands with Timer Object Events . . . . . . . . . 9-13

Creating Callback Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-14

Specifying the Value of Callback Function Properties . . . . . . 9-16

Timer Object Execution Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-18

Executing a Timer Callback Function Once . . . . . . . . . . . . . . . 9-18

Executing a Timer Callback Function Multiple Times . . . . . . 9-19

Handling Callback Function Queuing Conflicts . . . . . . . . . . . 9-20

Deleting Timer Objects from Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-22

Testing the Validity of a Timer Object . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-22

Deleting All Existing Timer Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-22

Finding All Timer Objects in Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-23

Finding Invisible Timer Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-23

Improving Performance and Memory Usage

Analyzing Your Program’s Performance . . . . . . . . . . . . . . . 10-2

The M-File Profiler Utility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-2

Stopwatch Timer Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-2

Techniques for Improving Performance . . . . . . . . . . . . . . . . 10-4

Vectorizing Loops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-4

Preallocating Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-7

Coding Loops in a MEX-File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-9

Assigning to Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-9

Operating on Real Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-10

Using Appropriate Logical Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-10

Overloading Built-In Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-11

Functions Are Generally Faster Than Scripts . . . . . . . . . . . . 10-11

Load and Save Are Faster Than File I/O Functions . . . . . . . 10-11

Avoid Large Background Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-11

Making Efficient Use of Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-12

Memory Management Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-12

Preallocating Arrays to Reduce Fragmentation . . . . . . . . . . . 10-13

Enlarging Arrays with repmat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-13

Working with Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-13

Converting Full Matrices into Sparse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-15

Structure of Arrays vs. Array of Structures . . . . . . . . . . . . . . 10-15

Working with Large Amounts of Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-15

Resolving “Out of Memory” Errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-16

General Suggestions For Reclaiming Memory . . . . . . . . . . . . 10-16

Compressing Data in Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-16

Increasing System Swap Space . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-17

Freeing Up System Resources on Windows Systems . . . . . . . 10-18

Reloading Variables on UNIX Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-18

xvi Contents

Programming Tips

Command and Function Syntax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-3

Syntax Help . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-3

Command and Function Syntaxes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-3

Command Line Continuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-3

Completing Commands Using the Tab Key . . . . . . . . . . . . . . . 11-4

Recalling Commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-4

Clearing Commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-5

Suppressing Output to the Screen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-5

Help . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-6

Using the Help Browser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-6

Help on Functions from the Help Browser . . . . . . . . . . . . . . . . 11-7

Help on Functions from the Command Window . . . . . . . . . . . 11-7

Topical Help . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-7

Paged Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-8

Writing Your Own Help . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-8

Help for Subfunctions and Private Functions . . . . . . . . . . . . . 11-9

Help for Methods and Overloaded Functions . . . . . . . . . . . . . . 11-9

Development Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-10

Workspace Browser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-10

Using the Find and Replace Utility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-10

Commenting Out a Block of Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-11

Creating M-Files from Command History . . . . . . . . . . . . . . . 11-11

Editing M-Files in EMACS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-11

M-File Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-12

M-File Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-12

Using Lowercase for Function Names . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-12

Getting a Function’s Name and Path . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-13

What M-Files Does a Function Use? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-13

Dependent Functions, Built-Ins, Classes . . . . . . . . . . . . . . . . 11-13

Function Arguments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-14

Getting the Input and Output Arguments . . . . . . . . . . . . . . . 11-14

Variable Numbers of Arguments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-14

String or Numeric Arguments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-15

xvii

Passing Arguments in a Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-15

Passing Arguments in a Cell Array . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-15

Program Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-16

Planning the Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-16

Using Pseudo-Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-16

Selecting the Right Data Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-16

General Coding Practices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-17

Naming a Function Uniquely . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-17

The Importance of Comments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-17

Coding in Steps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-18

Making Modifications in Steps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-18

Functions with One Calling Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-18

Testing the Final Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-18

Debugging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-19

The MATLAB Debug Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-19

More Debug Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-19

The MATLAB Graphical Debugger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-20

A Quick Way to Examine Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-20

Setting Breakpoints from the Command Line . . . . . . . . . . . . 11-21

Finding Line Numbers to Set Breakpoints . . . . . . . . . . . . . . . 11-21

Stopping Execution on an Error or Warning . . . . . . . . . . . . . 11-21

Locating an Error from the Error Message . . . . . . . . . . . . . . 11-21

Using Warnings to Help Debug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-22

Making Code Execution Visible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-22

Debugging Scripts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-22

Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-23

Rules for Variable Names . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-23

Making Sure Variable Names Are Valid . . . . . . . . . . . . . . . . 11-23

Don’t Use Function Names for Variables . . . . . . . . . . . . . . . . 11-24

Checking for Reserved Keywords . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-24

Avoid Using i and j for Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-24

Avoid Overwriting Variables in Scripts . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-25

Persistent Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-25

Protecting Persistent Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-25

Global Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-26

xviii Contents

Strings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-27

Creating Strings with Concatenation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-27

Comparing Methods of Concatenation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-27

Store Arrays of Strings in a Cell Array . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-28

Converting Between Strings and Cell Arrays . . . . . . . . . . . . 11-28

Search and Replace Using Regular Expressions . . . . . . . . . . 11-29

Evaluating Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-30

Find Alternatives to Using eval . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-30

Assigning to a Series of Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-30

Short-Circuit Logical Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-31

Changing the Counter Variable within a for Loop . . . . . . . . . 11-31

MATLAB Path . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-32

Precedence Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-32

File Precedence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-33

Adding a Directory to the Search Path . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-33

Handles to Functions Not on the Path . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-33

Making Toolbox File Changes Visible to MATLAB . . . . . . . . 11-34

Making Nontoolbox File Changes Visible to MATLAB . . . . . 11-35

Change Notification on Windows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-35

Program Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-36

Using break, continue, and return . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-36

Using switch Versus if . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-37

MATLAB case Evaluates Strings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-37

Multiple Conditions in a case Statement . . . . . . . . . . . . . . . . 11-37

Implicit Break in switch-case . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-38

Variable Scope in a switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-38

Catching Errors with try-catch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-38

Nested try-catch Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-39

Forcing an Early Return from a Function . . . . . . . . . . . . . . . 11-39

Save and Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-40

Saving Data from the Workspace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-40

Loading Data into the Workspace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-40

Viewing Variables in a MAT-File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-41

Appending to a MAT-File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-41

Save and Load on Startup or Quit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-42

Saving to an ASCII File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-42

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