Matlab程序單步調(diào)試方法及樣例分析

王若楠+田野+馬玉峰+劉立士

摘 要： 針對(duì)單步調(diào)試法在程序調(diào)試中的重要作用，引用了一個(gè)具體的樣例，進(jìn)行Matlab程序單步調(diào)試法的分析并逐步檢驗(yàn)，根據(jù)運(yùn)行結(jié)果與實(shí)際計(jì)算結(jié)果的比較，驗(yàn)證了該方法在程序調(diào)試中的重要地位，并且該實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可以應(yīng)用于復(fù)雜的算法驗(yàn)證中，具有很大的實(shí)用意義。

關(guān)鍵詞： 程序調(diào)試；系統(tǒng)質(zhì)量；運(yùn)行結(jié)果；計(jì)算結(jié)果；單步調(diào)試法

中圖分類號(hào)： TN92?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）15?0139?03

Single?step debugging method of Matlab program and instance analysis

WANG Ruonan， TIAN Ye， MA Yufeng， LIU Lishi

（School of Information Science and Engineering， Shenyang Ligong University， Shenyang 110159， China）

Abstract： A specific instance is cited and analyzed by using single?step debugging of Matlab program. The debugging method is verified step by step. In comparison with operation results and actual computation results， the important status of the proposed method in program debugging is verified. The experimental results can be applied in complicated algorithm verification. The method has great practical significance.

Keywords： program debugging； system quality； operation result； computation result； single?step debugging method

0 引 言

Matlab（Matrix Laboratory）作為一種高效的科學(xué)及工程計(jì)算語(yǔ)言，廣泛地應(yīng)用于數(shù)學(xué)分析、自動(dòng)控制、系統(tǒng)仿真、人工智能等領(lǐng)域[1?5]。

在Matlab應(yīng)用中，程序調(diào)試是保證系統(tǒng)質(zhì)量的關(guān)鍵步驟[6?7]，其主要目的是發(fā)現(xiàn)程序中的錯(cuò)誤并及時(shí)糾正。目前主要有直接調(diào)試和單步調(diào)試兩種方法。直接調(diào)試法主要應(yīng)用于簡(jiǎn)單的Matlab程序，如程序設(shè)計(jì)中的流程控制問(wèn)題；當(dāng)M文件很大或者M(jìn)文件中含有復(fù)雜的嵌套時(shí)，則需要單步調(diào)試法對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，文獻(xiàn)[8]采用單步調(diào)試法驗(yàn)證信號(hào)處理指標(biāo)和實(shí)時(shí)性是否滿足要求，文獻(xiàn)[9]針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)故障，采用繼電保護(hù)應(yīng)用軟件仿真驗(yàn)證系統(tǒng)，進(jìn)行單步跟蹤調(diào)試，準(zhǔn)確判斷裝置保護(hù)程序邏輯正確性。

上述研究只是應(yīng)用了單步調(diào)試方法，并沒(méi)有提到具體的調(diào)試步驟。因此，本文針對(duì)具體的樣例，進(jìn)行了Matlab環(huán)境下程序的單步調(diào)試，該樣例可為復(fù)雜的Matlab程序設(shè)計(jì)提供依據(jù)和參考。

1 單步調(diào)試法

程序調(diào)試中常見(jiàn)的錯(cuò)誤有以下三種：拼寫錯(cuò)誤、語(yǔ)法錯(cuò)誤與邏輯錯(cuò)誤[1]，Matlab會(huì)在程序運(yùn)行出錯(cuò)的時(shí)候提示是哪一行出現(xiàn)問(wèn)題，但卻不能確定導(dǎo)致出錯(cuò)的是哪一行，或者在運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有報(bào)錯(cuò)，但是得出的結(jié)果卻是不符合邏輯的。在這些情況下就需要單步調(diào)試解決問(wèn)題。單步調(diào)式法具體可以由以下幾個(gè)步驟完成：

（1） 設(shè)置斷點(diǎn)；

（2） 程序運(yùn)行到斷點(diǎn)時(shí)步進(jìn)；

（3） 在斷點(diǎn)處查看所調(diào)試的變量是否與邏輯值相符；

（4） Step in，進(jìn)入子程序，查看運(yùn)行情況；

（5） 在子程序中步進(jìn)或者直接跳出進(jìn)入主程序。

2 樣例分析

以公式[y=110n=010n?P（A（z，x）=n）+n=11∞P（A（z，x）=n）]為例，其中復(fù)合函數(shù)[A（z，x）]服從泊松分布，即[P（A（z，x）=n）]的概率[10]為：

[P（A（z，x）=n）=（z?x）n?e-z?xn！] （1）

將式（1）代入樣例公式得：

[y=110y1+y2] （2）

其中：

[y1=n=010n?（z?x）n?e-z?xn！] （3）

[y2=n=11∞（z?x）n?e-z?xn！] （4）

仿真參數(shù)[z]設(shè)置為1，以[x=1]為例，使用單步調(diào)試法測(cè)試程序的正確性。圖1為該公式的主程序示意圖。

圖1 主程序

程序中的[s1（1，x）]和[s2（1，x）]分別對(duì)應(yīng)公式中的[y1]和[y2]。

首先設(shè)置斷點(diǎn)，如圖2所示。

圖2 主程序斷點(diǎn)設(shè)置

單擊運(yùn)行程序，當(dāng)程序運(yùn)行到斷點(diǎn)處時(shí)即暫停，然后單擊單步運(yùn)行，當(dāng)程序運(yùn)行到第二個(gè)斷點(diǎn)時(shí)，即進(jìn)入泊松子程序，如圖3所示。

圖3 泊松子程序

運(yùn)行完這一步后，跳出子程序，回到主程序，此時(shí)程序的各參數(shù)運(yùn)行結(jié)果如圖4所示。

此時(shí)，將[z=1，][x=1]與[n=0]代入式（3），得出此時(shí)[y1]的累加結(jié)果為[y1=0]，此結(jié)果與上述程序運(yùn)行結(jié)果相符，繼續(xù)測(cè)試當(dāng)[n=1]時(shí)的結(jié)果。點(diǎn)擊繼續(xù)程序的運(yùn)行，當(dāng)?shù)诙芜\(yùn)行完時(shí)，各參數(shù)運(yùn)行結(jié)果如圖5所示。

圖4 [n=0]時(shí)的運(yùn)行結(jié)果

圖5 [n=1]時(shí)的運(yùn)行結(jié)果

此時(shí)，將[z=1，][x=1]與[n=1]代入式（3），得出此時(shí)[y1]的累加結(jié)果如圖6所示。

圖6 [n=1]時(shí)的計(jì)算結(jié)果

此結(jié)果與上述程序運(yùn)行結(jié)果相符，繼續(xù)測(cè)試當(dāng)[n=2]時(shí)的運(yùn)行結(jié)果。點(diǎn)擊繼續(xù)程序的運(yùn)行，當(dāng)?shù)谌芜\(yùn)行完時(shí)，各參數(shù)運(yùn)行結(jié)果如圖7所示。

圖7 [n=2]時(shí)的運(yùn)行結(jié)果

此時(shí)，將[z=1，][x=1]與[n=2]代入式（3），得出此時(shí)[y1]的累加結(jié)果如圖8所示。

圖8 [n=2]時(shí)的計(jì)算結(jié)果

此結(jié)果與上述程序運(yùn)行結(jié)果相符，可以表明該主程序的第一部分是正確的。

繼續(xù)設(shè)置斷點(diǎn)，如圖9所示。

圖9 主程序第二次設(shè)置斷點(diǎn)

單步運(yùn)行程序，當(dāng)運(yùn)行完一次后，各參數(shù)運(yùn)行結(jié)果如圖10所示。

圖10 [n=11]時(shí)的運(yùn)行結(jié)果

將[z=1，][x=1]與[n=11]代入式（4），得出此時(shí)[y2]的累加結(jié)果如圖11所示。

圖11 [n=11]時(shí)的計(jì)算結(jié)果

此結(jié)果與上述程序運(yùn)行結(jié)果相符，繼續(xù)測(cè)試當(dāng)[n=12]時(shí)的運(yùn)行結(jié)果。點(diǎn)擊繼續(xù)程序的運(yùn)行，當(dāng)?shù)诙芜\(yùn)行完時(shí)，各參數(shù)運(yùn)行結(jié)果如圖12所示。

圖12 [n=12]時(shí)的運(yùn)行結(jié)果

將[z=1，][x=1]與[n=12]代入式（4），此時(shí)[y2]的累加結(jié)果如圖13所示。

圖13 [n=12]時(shí)的計(jì)算結(jié)果

此結(jié)果與上述程序運(yùn)行結(jié)果相符，可以表明該主程序的第二部分是正確的。

綜合上述的分析，該程序的第一部分及第二部分對(duì)于每次累加后[y1]和[y2]的結(jié)果都是正確的，所以，其編寫是正確的。因此，該樣例成功運(yùn)用單步調(diào)試法完成了本程序的測(cè)試，為后續(xù)大數(shù)量數(shù)據(jù)的運(yùn)行提供了基礎(chǔ)。

3 結(jié) 論

通過(guò)以上實(shí)例的分析，驗(yàn)證了單步調(diào)試法在程序測(cè)試中的重要作用。通過(guò)此方法，程序員可以通過(guò)Matlab搭建系統(tǒng)模型，利用Matlab軟件本身的計(jì)算優(yōu)勢(shì)，在程序編譯過(guò)程中快速找到錯(cuò)誤所在，提高編寫程序的效率，還可以應(yīng)用于復(fù)雜的算法測(cè)控中，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

注：本文通訊作者為田野。

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