3.1　程序结构

MATLAB语言有三种常用的程序控制结构：顺序结构、选择结构和循环结构。MATLAB语言里的任何复杂程序都可以由这三种基本结构组成。

3.1.1　顺序结构

顺序结构是MATLAB语言程序的最基本的结构，是指按照程序中的语句排列顺序依次执行，每行语句是从左往右执行，不同行语句是从上往下执行。一般数据的输入和输出、数据的计算和处理程序都是顺序结构。顺序结构的基本流程如图3-1所示，程序先执行语句A，然后执行语句B，最后执行语句C。

1．数据的输入

MATLAB语言要从键盘输入数据，可以使用input函数，该函数的调用格式有如下两种。

1）x=input（'提示信息'）

其中，提示信息表示字符串，用于提示用户输入什么样的数据，等待用户从键盘输入数据，赋值给变量x。

例如，从键盘中输入变量x，可以用下面的命令实现：

执行该语句时，命令行窗口显示提示信息“输入变量x：”，然后等待用户从键盘输入x的值。

2）str=input（'提示信息'，'s'）

其中，该格式用于用户输入一个字符串，赋值给字符变量str。

例如，用户想从键盘输入自己的名字，赋值给字符变量str，可以采用下面命令：

执行该语句时，命令行窗口显示提示信息“what's your name?”，然后等待用户从键盘输入字符变量str的值。

2．数据的输出

MATLAB语言可以在命令窗口显示输出信息，可以用函数disp实现，该函数的调用格式如下：

其中，输出信息可以是字符串，也可以是矩阵信息。例如：

需要注意，用disp函数显示矩阵信息将不显示矩阵的变量名，输出格式更紧凑，没有空行。

【例3-1】　从键盘输入a、b和c的值，求解一元二次方程ax²＋bx＋c=0的根。

程序代码如下：

程序运行结果是：

再一次运行程序后的结果是：

由上面程序结果可知，MATLAB语言的数据输入、数据处理和数据输出命令都是按照顺序结构执行的。

3.1.2　选择结构

MATLAB语言的选择结构是根据选定的条件成立或者不成立，分别执行不同的语句。选择结构有下面三种常用语句：if语句、switch语句和try语句。

1．if语句

在MATLAB语言中，if语句有三种格式。

1）单项选择结构

单项选择语句的格式如下：

当条件成立时，执行语句组，执行完后继续执行end后面的语句；若条件不成立，则直接执行end后面的语句。单项选择程序结构流程图如图3-2所示。

【例3-2】　从键盘输入一个值x，判断当x＞0时，计算的值并显示。

程序代码如下：

程序运行结果如下：

再一次运行程序，输入x=﹣2，程序结果是：

由上面的程序结果可知，当条件不满足时，就直接执行end后面的语句。

2）双项选择结构

双项选择语句的格式如下：

当条件1成立时，执行语句组1，否则执行语句组2，之后继续执行end后面的语句。双项选择程序结构流程图如图3-3所示。

【例3-3】　从键盘输入一个值x，计算下面分段函数的值并显示。

程序代码如下：

程序运行结果是：

再一次运行程序，输入x=﹣2，程序结果是：

该例题如果用单项选择结构也可以实现，程序代码如下：

3）多项选择结构

多项选择语句的格式如下：

当条件1成立时，执行语句组1；否则当条件2成立时，执行语句组2；以此类推，最后执行end后面的语句。需要注意，if和end必须配对使用。多项选择程序的结构流程图如图3-4所示。

【例3-4】　从键盘输入一个值x，用下面的分段函数实现符号函数的功能。

程序代码如下：

程序运行结果如下：

若用MATLAB的符号函数sign验证，可以得到同样的结果：

2．switch语句

在MATLAB语言中，switch语句也用于多项选择。根据表达式的值的不同，分别执行不同的语句组。该语句的格式如下：

switch语句结构流程图如图3-5所示。当表达式的值等于表达式1的值时，执行语句组1；当表达式的值等于表达式2的值时，执行语句组2；以此类推，当表达式的值等于表达式m的值时，执行语句组m；当表达式的值不等于case所列表达式的值时，执行语句组n。需要注意，当任意一个case表达式为真，执行完其后的语句组，直接执行end后面的语句。

【例3-5】　某商场“十一”假期搞促销活动，对顾客所购商品总价打折，折扣率标准如下，从键盘输入顾客所购商品总价，计算打折后总价。

程序代码如下：

num2cell函数的功能是将数值矩阵转换为单元矩阵。程序运行结果如下：

3．try语句

在MATLAB语言里，try语句是一种试探性执行语句，该语句的格式如下：

try语句先试探执行语句组1，如果语句组1在执行过程中出错，则将错误信息赋值给系统变量lasterr，并转去执行语句组2。

【例3-6】　试用try语句求函数y=x∗sin（x）的值，自变量的范围为0≤x≤pi，步长为pi/10。

程序代码如下：

程序运行结果如下：

3.1.3　循环结构

循环结构是MATLAB语言的一种非常重要的程序结构，是按照给定的条件，重复执行指定的语句。MATLAB语言提供两种循环结构语句：循环次数确定的for循环语句和循环次数不确定的while循环语句。

1．for循环语句

for循环语句是MATLAB语言的一种重要的程序结构，是以指定次数重复执行循环体内的语句。for循环语句的格式如下：

其中

（1）表达式1的值为循环变量的初始值，表达式2的值为步长，表达式3的值为循环变量的终值；

（2）当步长为1时，可以省略表达式2；

（3）当步长为负值时，初值大于终值；

（4）循环体内不能对循环变量重新设置；

（5）for循环允许嵌套使用；

（6）for和end配套使用，且小写。

for循环语句的流程图如图3-6所示。首先计算3个表达式的值，将表达式1的值赋给循环变量k，然后判断k值是否介于表达式1和表达式3的值之间，如果不是，结束循环，如果是，则执行循环体语句，k增加一个表达式2的步长，然后再判断k值是否介于表达式1和表达式3的值之间，直到条件不满足，结束循环为止。

【例3-7】　利用for循环语句，求解1~100的数字之和。

程序代码如下：

程序运行结果如下：

【例3-8】　利用for循环语句，验证当n等于1000和1 000 000时，y的值。

程序代码如下：

程序运行结果如下：

MATLAB是一种基于矩阵的语言，为了提高程序执行速度，也可以用向量的点运算来代替循环操作。可以用下面的程序代替：

程序运行结果：

由以上程序结果可知，当n都取值1 000 000时，用后一种方法编写的程序比前一种方法的运算速度快很多。

循环的嵌套是指在一个循环结构的循环体中又包含另一个循环结构，或称为多重循环结构。设计多重循环时要注意外循环和内循环之间的关系，以及各循环体语句的放置位置。总的循环次数是外循环次数与内循环次数的乘积。可以用多个for和end配套实现多重循环。

【例3-9】　利用for循环的嵌套语句，求解x（i，j）=i²＋j²，i∈[1：4]，j∈[5：1]。

程序代码如下：

程序运行结果如下：

【例3-10】　若一个整数等于它的各个真因子之和，则称该数为完数。利用for双重循环语句，求解[1，10000]之间的所有完数。

程序代码如下：

程序运行结果如下：

2．while循环语句

while循环语句是MATLAB语言的一种重要的程序结构，是在满足条件下重复执行循环体内的语句，循环次数一般是不确定的。while循环语句的格式如下：

其中，当条件表达式为真，就执行循环体语句；否则，就结束循环。while和end匹配使用。

while循环结构的流程图如图3-7所示。当条件表达式为真，执行循环体语句，修改循环控制变量，再次判断表达式是否为真，直至条件表达式为假，跳出循环体。

【例3-11】　利用while循环语句，求解sum=1＋2＋…＋n≥800时，最小正整数n的值。

程序代码如下：

程序运行结果如下：

【例3-12】　所谓水仙花数是指一个三位数，各位数字的立方和等于该数本身，例如153=1 3＋5 3＋3 3，所以153是一个水仙花数。试用while循环语句编程找出100~999所有的水仙花数。

程序代码如下：

程序运行结果如下：

3.1.4　程序控制命令

MATLAB语言有许多程序控制命令，主要有pause暂停命令、continue继续命令、break中断命令和return退出命令等。

1．pause命令

在MATLAB语言中，pause命令可以使程序运行停止，等待用户按任意键继续，也可设定暂停时间。该命令的调用格式如下：

2．continue命令

MATLAB语言的continue命令一般用于for或while循环语句中，与if语句配套使用，达到跳出本次循环，执行下次循环的目的。

例如：

程序运行结果如下：

3．break命令

MATLAB语言的break命令一般用于for或while循环语句中，与if语句配套使用终止循环，或跳出最内层循环。

例如：

程序运行结果如下：

4．return命令

MATLAB语言的return命令一般用于直接退出程序，与if语句配套使用。

例如：

程序运行结果如下：