| cc2008 |
2008-10-21 19:23 |
MATLAB入门教程-MATLAB的基本知识
1-1、基本运算与函数 v 81rfB5 5cTY;@@ 在MATLAB下进行基本数学运算,只需将运算式直接打入提示号(>>)之後,并按入Enter键即可。例如: ;e{5)@h$ v5$s#f< >> (5*2+1.3-0.8)*10/25 <^><3U` ?[= U%sPu= ans =4.2000 Pl 8vD3=yK%^ MATLAB会将运算结果直接存入一变数ans,代表MATLAB运算後的答 案(Answer)并显示其数值於萤幕上。 ok0X<MR!I S+I^!gT 小提示: ">>"是MATLAB的提示符号(Prompt),但在PC中文视窗系统下,由於编码方式不同,此提示符号常会消失不见,但这并不会影响到MATLAB的运算结果。 =_-C%<4 5Pke8K 我们也可将上述运算式的结果设定给另一个变数x: l4T:d^Eb Cvn$]bt/s x = (5*2+1.3-0.8)*10^2/25 9([6d.`~ iuAq.$oi{ x = 42 JP=ZUu t4K56H.L? 此时MATLAB会直接显示x的值。由上例可知,MATLAB认识所有一般常用到的加(+)、减(-)、乘(*)、除(/)的数学运算符号,以及幂次运算(^)。 u-><}OVf~ ]b1Li} 小提示: MATLAB将所有变数均存成double的形式,所以不需经过变数宣告(Variable declaration)。MATLAB同时也会自动进行记忆体的使用和回收,而不必像C语言,必须由使用者一一指定.这些功能使的MATLAB易学易用,使用者可专心致力於撰写程式,而不必被软体枝节问题所干扰。 p:[LnL >FFVY{F 若不想让MATLAB每次都显示运算结果,只需在运算式最後加上分号(;)即可,如下例: m,6hee 2P}bG>M y = sin(10)*exp(-0.3*4^2); T.Zz;2I q=0 pQ1> 若要显示变数y的值,直接键入y即可: &]NZvqdj.] uxDLDA$; >>y E(Gr0#8 V
SAafux y =-0.0045 +/N1_ z7=fDe
- 在上例中,sin是正弦函数,exp是指数函数,这些都是MATLAB常用到的数学函数。 u,9q<&, a%J/0'(d 下表即为MATLAB常用的基本数学函数及三角函数: nCaLdj? }$aNOf%: 小整理:MATLAB常用的基本数学函数 z8iENECwj CeW7Ym abs(x):纯量的绝对值或向量的长度 {D(,ft;s^ !S,pRS+ angle(z):复 数z的相角(Phase angle) _*`q(dYcf ScJu_Af sqrt(x):开平方 v5 Y)al@ _rjBc;a real(z):复数z的实部 'Y)/~\FI 8=4^Lm imag(z):复数z的虚 部 ;=p;v .l {B^pnLc conj(z):复数z的共轭复数 n\>.T[$" gb-tNhJa@b round(x):四舍五入至最近整数 v"
FO NG)7G
fix(x):无论正负,舍去小数至最近整数 `A{'s %$?! Z;J`5=TS floor(x):地板函数,即舍去正小数至最近整数 *k6$ rWe
8D/oc ceil(x):天花板函数,即加入正小数至最近整数 0O;
Z hht+bpHl rat(x):将实数x化为分数表示 (`mOB6j v=Mz I#0L rats(x):将实数x化为多项分数展开
5KaSWw/ R=86w_ sign(x):符号函数 (Signum function)。 V"g~q?@F (WMLNv 当x<0时,sign(x)=-1; jl@K!=q 4Q&mC" 当x=0时,sign(x)=0; +V89J!7 C~_q^fXJt 当x>0时,sign(x)=1。 u]#8$M2 ZjavD^ky > 小整理:MATLAB常用的三角函数 6#-Z@fz% R\
e#$"a5 sin(x):正弦函数 v1K4 $&{F u2om5e: cos(x):馀弦函数 w6v1 q:20 `#<eA*^g5 tan(x):正切函数 J{x##p<F$ |vT=Nnu asin(x):反正弦函数 jL2MW(d^Q !$XO
U'n acos(x):反馀弦函数 bY&YSlO 6(sfpK' atan(x):反正切函数 cWc$yE' WMA*.$Zi atan2(x,y):四象限的反正切函数 IjgBa-o/V EyPy*_A sinh(x):超越正弦函数 P^n{Y~P=Q ]q37 Hj cosh(x):超越馀弦函数 :.C)7( 8S ^
M8k tanh(x):超越正切函数 :e52hK1[T su%Z{f)# asinh(x):反超越正弦函数 ~.!?5(AH8z
*X0K2| acosh(x):反超越馀弦函数 uvNnW}G4 [)bz6\d[ atanh(x):反超越正切函数 P@-R5GK >02i8:Tp5K 变数也可用来存放向量或矩阵,并进行各种运算,如下例的列向量(Row vector)运算: [lrmuf
RNl\`>Cz x = [1 3 5 2]; FBE @pd &<#/&Pq/i y = 2*x+1 bmSpbX\ .Wd.)^? y = 3 7 11 5 Z,(%v.d >^sz5d+X 小提示:变数命名的规则 j(UX
6lR +}`p"<'u 1.第一个字母必须是英文字母 2.字母间不可留空格 3.最多只能有19个字母,MATLAB会忽略多馀字母 / *Ou$ i:AjWC@] 我们可以随意更改、增加或删除向量的元素: nqUH6( 'aLPTVM^ y(3) = 2 % 更改第三个元素 k-;.0!D^ AW]("pt y =3 7 2 5 0<6rU /0X0#+kn y(6) = 10 % 加入第六个元素 }u38:(^`ai ;e`D#khB y = 3 7 2 5 0 10 x Q@&W; mw2rSU I{ y(4) = [] % 删除第四个元素, WX+< 4j F%Ro98?{ y = 3 7 2 0 10 {^2({A#& 1"*Nb5s 在上例中,MATLAB会忽略所有在百分比符号(%)之後的文字,因此百分比之後的文字均可视为程式的注解(Comments)。MATLAB亦可取出向量的一个元素或一部份来做运算: "`y W]v IiYuUN1D x(2)*3+y(4) % 取出x的第二个元素和y的第四个元素来做运算
qQ2 :qt82tbn ans = 9 QYFN:XZ S"I#>^ y(2:4)-1 % 取出y的第二至第四个元素来做运算 ])3lH%4- oX%PsS ans = 6 1 -1 7"h=MB_ UEx(~> 在上例中,2:4代表一个由2、3、4组成的向量 tF{{cd
Y)@oo=oG ]l9,t5Y PprQq_j 若对MATLAB函数用法有疑问,可随时使用help来寻求线上支援(on-line help):help linspace h7Shl<f GN}9$: 小整理:MATLAB的查询命令 q[Sp|C6x n0
fF,?gm help:用来查询已知命令的用法。例如已知inv是用来计算反矩阵,键入help inv即可得知有关inv命令的用法。(键入help help则显示help的用法,请试看看!) lookfor:用来寻找未知的命令。例如要寻找计算反矩阵的命令,可键入 lookfor inverse,MATLAB即会列出所有和关键字inverse相关的指令。找到所需的命令後 ,即可用help进一步找出其用法。(lookfor事实上是对所有在搜寻路径下的M档案进行关键字对第一注解行的比对,详见後叙。) [rD+8,zVm $j$\ccG 将列向量转置(Transpose)後,即可得到行向量(Column vector): FRs|!\S= "!w[U{ z = x' &@`H^8 Hzk1LKsT# z = 4.0000 h|$zHm ;
HR\R 5.2000 ;mM\,
{Z )%nt61P\W 6.4000 C {H' 4Tbi%vF{ 7.6000 s\n,Z?m Nys'4kx7 8.8000 z}Mb4{d1 D7n&9Z 10.0000 ta+"lM7A}$ #o}{cXX# 不论是行向量或列向量,我们均可用相同的函数找出其元素个数、最大值、最小值等: PN)TX~} cfO^CC length(z) % z的元素个数 UJyiRP:#]> A~%g" ans = 6 3n=O8Fp Hme@9(zD. max(z) % z的最大值 `Q!FMv6Y^ F#3$p$;B$ ans = 10 !:!@dC%8_ BGk<NEzH min(z) % z的最小值 R'$ T6FB5 z;z'`A ans = 4 JUUF^/J n"`SL<K1 小整理:适用於向量的常用函数有: wft:eQ VN55!l'OV min(x): 向量x的元素的最小值 VS@rM<K{ ^ZViQ$a"h; max(x): 向量x的元素的最大值 Q& unA3 J{'zkR?Lr mean(x): 向量x的元素的平均值 /F Y-q,Ovf! median(x): 向量x的元素的中位数 5{x[EXE' $SD@D6`lL std(x): 向量x的元素的标准差 w7]p9B k)4lX|}Vm diff(x): 向量x的相邻元素的差 ^.$r1/U Wb-'E%K sort(x): 对向量x的元素进行排序(Sorting) 8^ ZM U{ ef1N#z%gt length(x): 向量x的元素个数 TVEF+t dpOL1rrE norm(x): 向量x的欧氏(Euclidean)长度 ZkVvL4yIK )]e d;V sum(x): 向量x的元素总和 r^Rcjyc1 5)zj){wL prod(x): 向量x的元素总乘积 N*4IxY'vX/ C&#KdvN/r cumsum(x): 向量x的累计元素总和 eVNBhR}HS Ga/\kO)x_ cumprod(x): 向量x的累计元素总乘积 ( ;S]{z% W0 ,"V'C dot(x, y): 向量x和y的内 积 -<HvhW :?of./Df| cross(x, y): 向量x和y的外积 (大部份的向量函数也可适用於矩阵,详见下述。) nQ(:7PFa' ->#@rF:S E/Gs',Y whp\*]8 ."@a1_F| Jhq5G" 若要输入矩阵,则必须在每一列结尾加上分号(;),如下例: >C d&K9H z_iyuLRdb A = [1 2 3 4; 5 6 7 8; 9 10 11 12]; VBj;2~Xj4h NBR'^6 A = 'MM~~: UC2OYZb 1 2 3 4 L08;z LYo7?rp 5 6 7 8 F v^80M=z ng)yCa_Ny 9 10 11 12 ^=M(K '' Env}g CX 同样地,我们可以对矩阵进行各种处理: $TW+LWb KVe'2Q< A(2,3) = 5 % 改变位於第二列,第三行的元素值 ra#)*fG,~ 3<Y;mA=hw A = lNnbd?D8 E$zq8-p| 1 2 3 4 */h9 "B )RKhEm%Vr2 5 6 5 8 DB=cc HC, 0"W 9 10 11 12 {qdhp_~^l `U>b6{K B = A(2,1:3) % 取出部份矩阵B vM;dPE7 v7I*W/ B = 5 6 5 s 17gi,"X BGYm]b\j[ A = [A B'] % 将B转置後以行向量并入A >qGR^yvb 5oy MR_yl A = :s985sEv #)eJz1~ 1 2 3 4 5 Z8_gI[Zn g<5Pc, 5 6 5 8 6 +}Wo=R} FQ ^^6Rl 9 10 11 12 5 /XK`v=~(l{ "TNUw&ih A(:, 2) = [] % 删除第二行(:代表所有列) ':>*=& >~8Df61o` A = ^\9G{}VY xa^HU~ 1 3 4 5 @+vTGjHA )/^$JYz 5 5 8 6 l\y*wr` 9
3I9`!e 9 11 12 5 fmN)~-DV9` 90v18k A = [A; 4 3 2 1] % 加入第四列 W {/z-& cCCplL A = (:muxby% x5Pt\/ow 1 3 4 5 'a[|}nJ3 [|Pe'?zkf 5 5 8 6 ]>i0;RME }iloX# 9 11 12 5 U2?gODh' 1g.9R@Kc$ 4 3 2 1 pU'sADC + # >%bq x A([1 4], :) = [] % 删除第一和第四列(:代表所有行) 3k0%H]wt $yK!Q)e: A = mR@Xt# xT8"+} 5 5 8 6 J8DbAB4X
n(1"6 9 11 12 5 QYGxr+D K0@7/*% 这几种矩阵处理的方式可以相互叠代运用,产生各种意想不到的效果,就看各位的巧思和创意。 )5OU!c Z9^$jw] 小提示:在MATLAB的内部资料结构中,每一个矩阵都是一个以行为主(Column-oriented )的阵列(Array)因此对於矩阵元素的存取,我们可用一维或二维的索引(Index)来定址。举例来说,在上述矩阵A中,位於第二列、第三行的元素可写为A(2,3) (二维索引)或A(6)(一维索引,即将所有直行进行堆叠後的第六个元素)。 _Q}z 6+_\ !r
<|F 此外,若要重新安排矩阵的形状,可用reshape命令: %lmRe(M ;^i,Q} b/ B = reshape(A, 4, 2) % 4是新矩阵的列数,2是新矩阵的行数 m(P)oqwM 0G 1o3[F B = PSE|4{' Q7%#3ML 5 8 g_X7@Dt r8.v0b"1 9 12 &Hxr3[+$ v a;wQ~& 5 6 d2C:3-4 SLo/7$rct 11 5 [{*#cr f F#wa)XH 小提示: A(:)就是将矩阵A每一列堆叠起来,成为一个行向量,而这也是MATLAB变数的内部储存方式。以前例而言,reshape(A, 8, 1)和A(:)同样都会产生一个8x1的矩阵。 {r8CzJ'f _@TTVd MATLAB可在同时执行数个命令,只要以逗号或分号将命令隔开: xGA0]
_ \&90$>h x = sin(pi/3); y = x^2; z = y*10, ;N|>pSzmL PBv43uIL z = ,&SJ?XAs `s $@6r$ 7.5000 !W7ekPnK 2[hl^f^%, 若一个数学运算是太长,可用三个句点将其延伸到下一行: i=+6R .zt]R@@6 z = 10*sin(pi/3)* ... N~d]}J8}gx Nb1lawC sin(pi/3); uBgHtjmae GAlO<Mu 若要检视现存於工作空间(Workspace)的变数,可键入who: vGw}e&YI ^S|^1 who 5ntP{p%> R[;Z<K\Nn? Your variables are: ^B9wmxe Fu/CX4R_| testfile x <-pbLL 9 ffVYlNQ7L 这些是由使用者定义的变数。若要知道这些变数的详细资料,可键入: xWm'E2 8ic_|hfY whos mUbaR bJD"&h5 Name Size Bytes Class 5EUkp6Y j@2 hI,+ A 2x4 64 double array 4J1Q])G9 ![V-
e B 4x2 64 double array ~Zm(p*\T (I5ra_FVs ans 1x1 8 double array Yt^+31/% 9P$'ON'" x 1x1 8 double array u4'Lm+&O d\f5\Y y 1x1 8 double array z6qC6Ck| Su7?-vY z 1x1 8 double array .8m)^ET I"1\R8
R Grand total is 20 elements using 160 bytes s7?kU3y=s S}E@*t2h 使用clear可以删除工作空间的变数: : Ej IV]e wkGF&U clear A lI 8"o>-~ ZU|nKt<GK A {~"=6iyj a lR}|ez ??? Undefined function or variable 'A'. JoYzC8/r l?q^j;{Dw 另外MATLAB有些永久常数(Permanent constants),虽然在工作空间中看不 到,但使用者可直接取用,例如: m[pzu2R (2(hl--'n pi F\e'z LtQy(F%8/ ans = 3.1416 w <ID< c2nZd.SD| 下表即为MATLAB常用到的永久常数。 /d4xHt5a <3bh-) 小整理:MATLAB的永久常数 i或j:基本虚数单位 i469<^A R&QT
'i eps:系统的浮点(Floating-point)精确度 /dqKFxB1
P/Zo inf:无限大, 例如1/0 nan或NaN:非数值(Not a number) ,例如0/0 sw1XN?O
,Y!)V pi:圆周率 p(= 3.1415926...) 'e)t+ ;H^!yj5H realmax:系统所能表示的最大数值 Wac8x%J
ICi- iX realmin:系统所能表示的最小数值 x>@UqUJV j405G4BVW nargin: 函数的输入引数个数 TaC)N ]k8XLgJ nargin: 函数的输出引数个数 D7%89qt ~-6;h.x= 1-2、重复命令 ,'j5tU?c R3~&|>7/T 最简单的重复命令是for?圈(for-loop),其基本形式为: 1pK7EK3R (GV6%l#I for 变数 = 矩阵; t*x;{{jL#( X[w9~t$\ 运算式; ZFzOW {^qc`oF end 1/m/Iw@ r,}Zc W+ 其中变数的值会被依次设定为矩阵的每一行,来执行介於for和end之间的运算式。因此,若无意外情况,运算式执行的次数会等於矩阵的行数。 EW`3h9v~ ;i]cmy 举例来说,下列命令会产生一个长度为6的调和数列(Harmonic sequence): ,LW0{(&z mF1oY[xa_ x = zeros(1,6); % x是一个16的零矩阵 LF0~H}S;6B K( p1+GHC for i = 1:6, ,[~EThcq Ort\J~O x(i) = 1/i; li{_biey} !cpBX>{w end oGM.{\i d_`Ze.^
在上例中,矩阵x最初是一个16的零矩阵,在for?圈中,变数i的值依次是1到6,因此矩阵x的第i个元素的值依次被设为1/i。我们可用分数来显示此数列: B}(YD;7vJ ()?)Ybqss format rat % 使用分数来表示数值 ?`vb\K<5H; '>6-ie^0 disp(x) C@[:}ZGMV Y/+ D4^L 1 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 p)oW'#@a _)|!.r&)63 for圈可以是多层的,下例产生一个16的Hilbert矩阵h,其中为於第i列、第j行的元素为 xv2;h4{< ReRRFkO"2 h = zeros(6); f|`{PP`\ n33SWE( for i = 1:6, 7+ysE 7Ct m({I- for j = 1:6, 'i,<j
s3\f rf~Ss< h(i,j) = 1/(i+j-1); {R#nGsrt; z}& | |