MATLAB基础：函数与函数控制语句

news2024/12/28 21:03:02

今天我们继续学习Matlab中函数相关知识。

API的查询和调用

help 命令是最基本的查询方法，可查询所有目录、指定目录、命令、函数。

我们直接点击帮助菜单即可查询所需的API函数。

lookfor 关键字用于搜索相关的命令和函数。

如，我们输入lookfor input，MATLAB就会显示所有关于input的API函数

type M 文件名用于显示文件代码。

如果想显示以.m扩展名结尾的就要加通配符

type *.m

which M 文件名用于显示指定文件的路径。

返回一个路径

demo 用于演示matlab功能。

如图，我们可以获取各种演示代码来解决实际问题

数据的输入和输出

input函数

输入函数

A=input('提示文字',数据类型);

如

str = input('请输入一段文字: ', 's');

 's' 表示用户输入的是字符串。如果没有 's'，MATLAB 默认期望用户输入的是数字或数组。

disp函数
disp(X)
  • X 可以是一个字符串、数字、数组、结构体或单元数组。
  • disp 函数会自动添加一个换行符，因此不需要在字符串末尾添加 \n 来换行。
  • 如果 disp 用于显示一个变量，它不会显示变量名，只显示变量的值。
  • 与 fprintf 函数不同，disp 不会允许格式化输出。如果你需要更精细地控制输出格式，应该使用 fprintf。

流程控制语句

分支语句包括

if（条件式），
    语句；
end；

if（条件式1），
    语句1；
elseif（条件式2），
    语句2；…；
else，
    语句；
end；

switch（分支变量）
case（值1），
    语句1；
case（值2），
    语句2；
    …;
otherwise 
    语句；
end

循环语句包括

for 循环变量=初值:增量:终值，
语句；
end；

while（条件式），
语句；
end。

其他语句包括

pause,暂停执行，直到用户按任意键继续

pause(seconds)，暂停执行几秒后继续

break,跳出当前循环

return,结束函数执行并返回一个值

error，error函数用于终止当前函数的执行并返回到调用函数，或者如果error在脚本中使用，则终止脚本的执行。使用error时，可以提供一个错误消息来描述发生了什么问题。

error('This is an error message');

脚本文件与函数文件

主要区别有：

  1. M脚本文档没有参数传递功能；函数文件具有参数传递功能。
  2. M脚本文档中的变量是全局的，在命令窗口也可用；函数文件中的变量是局部的。

脚本文件相当于一段写好的代码可以随时调用，省去了很多麻烦

在调用脚本文件时，直接在命令窗口中输入文件名即可

函数文件则相当于一个函数，调用时需要传参

function [输出参数列表] = 函数名(输入参数列表)

例：

函数定义

function area = calculateCircleArea(radius)
    % calculateCircleArea 计算圆的面积
    % 输入参数：
    %   radius - 圆的半径
    % 输出参数：
    %   area - 圆的面积

    % 声明PI常量
    PI = 3.141592653589793;

    % 计算面积
    area = PI * radius^2;
end

函数调用

​​[输出参数] = 函数文件名(输入参数1, 输入参数2, ..., 输入参数N)

S=calculateCircleArea(23)

注意：MATLAB调用函数文件时只认函数文件名，不认函数名，所以要保持函数文件名与函数名的统一以防止调用失败

函数句柄与匿名函数

函数句柄

用@作为取地址符将函数作为值赋给变量

首先，我们定义一个简单的函数

function result = square(x)
    result = x^2;
end

接下来，我们可以使用 @ 符号来创建一个指向 square 函数的句柄：

% 创建函数句柄
fHandle = @square;

现在 fHandle 是一个指向 square 函数的句柄。我们可以使用这个句柄来调用函数，并传入参数：

% 使用函数句柄调用函数
num = 5;
squaredNum = fHandle(num);  % 这将计算 5 的平方
disp(squaredNum);  % 显示结果

使用函数句柄的好处是，它可以像变量一样传递，使得函数调用更加灵活。例如，你可以将函数句柄传递给其他函数，或者存储在一个数组中，稍后调用。

feval函数
feval(fun, arg1, arg2, ..., argN)

其中fun是要调用的函数的名称（字符串或函数句柄），arg1, arg2, ..., argN是传递给该函数的参数。

用处：

使用字符串调用函数

% 调用 'sin' 函数
result = feval('sin', pi/2);
disp(result);  % 显示结果，应该是 1

使用函数句柄调用函数

​% 创建函数句柄
fHandle = @sin;

% 使用 feval 和函数句柄调用函数
result = feval(fHandle, pi/2);
disp(result);  % 显示结果，应该是 1

注意事项

  • 当函数名称是字符串时，feval非常有用。如果你已经有了函数的句柄，直接调用通常更简单，例如result = fHandle(pi/2);。
  • 在MATLAB的新版本中，feval已经不推荐使用，推荐的做法是直接使用函数句柄或者使用str2func将字符串转换为函数句柄，然后进行调用。

使用str2func替代feval

如果你有一个函数的名称作为字符串，并且想要调用这个函数，可以使用str2func来将字符串转换为函数句柄，然后直接调用该函数：

​% 将字符串转换为函数句柄
fHandle = str2func('sin');

% 使用函数句柄调用函数
result = fHandle(pi/2);
disp(result);  % 显示结果，应该是 1​

这种用法比使用feval更符合现代MATLAB的编码风格。

eval函数

 基本语法

eval(expression)

其中 expression 是一个包含 MATLAB 表达式、语句或函数调用的字符串。

示例

执行表达式

% 定义一个字符串，其中包含 MATLAB 表达式
str = 'a = 5; b = 10;';

% 使用 eval 执行字符串中的表达式
eval(str);

% 显示结果
disp(['a = ', num2str(a)]);
disp(['b = ', num2str(b)]);

在上面的示例中，eval 会执行字符串 str 中的语句，从而定义了变量 a 和 b。

调用函数

% 定义一个字符串，其中包含对函数的调用
str = 'disp(''Hello, World!'')';

% 使用 eval 执行字符串中的函数调用
eval(str);

在这个例子中，eval 执行了字符串 str 中的 disp 函数调用，输出了 “Hello, World!”。

注意事项

  • eval 应该谨慎使用，因为它会执行字符串中的任何代码，包括可能有害的代码。
  • 使用 eval 可能会影响代码的性能，因为它需要解析和执行字符串中的代码。
  • 在可能的情况下，使用函数句柄、匿名函数或其他编程结构来避免 eval 是更好的做法。

匿名函数 

匿名函数是MATLAB中一种创建简单函数的便捷方式，无需为其编写单独的函数文件。匿名函数可以定义在一个变量中，并且通常在单个表达式中使用。它们非常适合快速定义简单的操作或作为回调函数传递给其他函数。

基本语法

functionVariable = @(inputVariables) expression
  • functionVariable：存储匿名函数的变量名。
  • @：匿名函数的创建运算符。
  • inputVariables：匿名函数的输入参数，可以是单个变量或多个变量。
  • expression：使用输入参数计算的结果表达式。

创建一个计算两个数之和的匿名函数：

add = @(x, y) x + y;
result = add(3, 4);  % 计算 3 和 4 的和
disp(result);  % 显示结果：7
 arrayfun 与 cellfun 函数

在MATLAB中，arrayfun 是一个非常有用的函数，它经常与匿名函数结合使用，允许你对数组中的每个元素应用一个函数，并返回结果数组。这对于需要对数组中的每个元素执行相同操作的情况非常有用。

基本语法

​B = arrayfun(func, A)
  • B：输出数组，其中包含对输入数组 A 中每个元素应用函数 func 后的结果。
  • func：一个函数句柄，它定义了要对输入数组 A 中每个元素执行的操作。
  • A：输入数组，可以是数值数组、元胞数组或结构体数组。

下面的例子使用 arrayfun 来计算一个数值数组中每个元素的平方：

A = 1:5;  % 创建一个行向量
B = arrayfun(@(x) x.^2, A);  % 对每个元素求平方
disp(B);  % 显示结果

cellfun函数与arrayfun函数类似，只不过处理值、返回值为一个元胞数组。

函数重载

在MATLAB中，函数重载是通过编写多个同名函数，每个函数处理不同的情况来实现的。这种方式使得代码更加灵活，可以根据不同的输入情况执行不同的操作。

基于参数数量重载

1、重写函数

function result = myfunc(a)
    result = a^2;
end

function result = myfunc(a, b)
    result = a^2 + b^2;
end

2、使用nargin与nargout

nargin:记录调用函数时输入变量个数；
nargout:记录调用函数时输出变量的个数。

示例：

function [f1, f2] = exam_arg(a, b, c)
  if nargin == 1
    f1 = a;
  elseif nargin == 2
    f1 = (a + b)/2;
  elseif nargin == 3
    f1 = (a + b + c)/3;
  end
  if nargout == 0
    error('没有输出参数。');
  elseif nargout == 2
    f2 = '计算平均值';
  end
end

根据参数类型重载

function result = myfunc(a)
    if ischar(a)
        result = 'String: ' + a;
    elseif isnumeric(a)
        result = a^2;
    else
        error('Unsupported type');
    end
end

注意事项 

  • MATLAB中的函数重载不是传统意义上的重载，因为它不支持基于参数类型的重载，而是通过参数数量和varargin（可变数量输入参数）来实现类似的功能。
  • 当调用一个函数时，MATLAB会根据提供的参数数量和类型来选择最合适的函数实现。
  • 使用isa函数或class函数可以在函数内部检查参数的类型。
  • 如果没有找到匹配的函数实现，MATLAB将抛出一个错误。

今天就学习到这里，我们明天继续学习MATLAB。

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