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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 ?TLzOYJp k^i\<@v 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: G.B~n>}JU, Lk>GEi| >> (5*2+1.3-0.8)*10/25 F, 39'<N[ {;2Gl $\r ans =4.2000 4?c4GT9(6S g.]S5( MATLAB会将运算结果直接存入一变数ans,代表MATLAB运算後的答 案(Answer)并显示其数值於萤幕上。 9e _8Z@| ETMF.-P 小提示: ">>"是MATLAB的提示符号(Prompt),但在PC中文视窗系统下,由於编码方式不同,此提示符号常会消失不见,但这并不会影响到MATLAB的运算结果。 p_:bt7
B ?E6C|A$I 我们也可将上述运算式的结果设定给另一个变数x: 0)0,&@])7 #*zl;h1( x = (5*2+1.3-0.8)*10^2/25 j` 5K7~hv h3YWqSj x = 42 cxB{EH,2Um `%<^$Ng; 此时MATLAB会直接显示x的值。由上例可知,MATLAB认识所有一般常用到的加(+)、减(-)、乘(*)、除(/)的数学运算符号,以及幂次运算(^)。 ')82a49eA H\^zp5/ 小提示: MATLAB将所有变数均存成double的形式,所以不需经过变数宣告(Variable declaration)。MATLAB同时也会自动进行记忆体的使用和回收,而不必像C语言,必须由使用者一一指定.这些功能使的MATLAB易学易用,使用者可专心致力於撰写程式,而不必被软体枝节问题所干扰。 L
Rn) a
j13cC$ 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: \-nbV#{ F4|U\,g y = sin(10)*exp(-0.3*4^2); ^)%TQ. s+@`Z*B5 若要显示变数y的值,直接键入y即可: 8Rr ic[v ":Uv
u[- >>y S uo DRy,n)U& y =-0.0045 hTS?+l abw7{%2 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。 EL gq#z )oCb9K:km 下表即为MATLAB常用的基本数学函数及三角函数: L; (J6p]h J5j3#2l 小整理:MATLAB常用的基本数学函数 h3BDHz, a`E1rK' abs(x):纯量的绝对值或向量的长度 wxW\L!@ }\oy%]_mY angle(z):复 数z的相角(Phase angle) xL#UMvZ>;h G5hh$Nmpi sqrt(x):开平方 %7[Z/U= s+7#Tdh A real(z):复数z的实部 grbUR)f<?- s F!nSr imag(z):复数z的虚 部 i8+[-mh /{sFrEMP\ conj(z):复数z的共轭复数 +-d)/h.7 u0?,CQPL round(x):四舍五入至最近整数 b.lK0 Xo N~0~1
WQn fix(x):无论正负,舍去小数至最近整数 9yWQ}h -j"]1JLQ floor(x):地板函数,即舍去正小数至最近整数 9LK<u $C }N`m7PSf ceil(x):天花板函数,即加入正小数至最近整数 "inXHxqu/J m)oGeD( ! rat(x):将实数x化为分数表示 {~a+dEz e>~7RN rats(x):将实数x化为多项分数展开 "&{sE RYY ,#blY~h8^ sign(x):符号函数 (Signum function)。 n04lTME xa]e9u% 当x<0时,sign(x)=-1; ;lU]ilYv %5rC`9^ 当x=0时,sign(x)=0; 0k):OVfm= ~Jlo> 当x>0时,sign(x)=1。 Unc_e _=ziw|zI > 小整理:MATLAB常用的三角函数 DB>.Uf" /+g)J0u sin(x):正弦函数 CTh!|mG %wk3&EC. cos(x):馀弦函数 y~-dQ7r WB(Gx_o3 tan(x):正切函数 <o:|0=Swb = k7}[!T asin(x):反正弦函数 EI!e0V1! ai@hQJ* acos(x):反馀弦函数 jc-$l SZ3UR atan(x):反正切函数 ZGZ+BOFL =*Ru2 atan2(x,y):四象限的反正切函数 f'Cx% ie9,ye" sinh(x):超越正弦函数 pon0!\ZT= X$(Dem cosh(x):超越馀弦函数 H){lXR/#u '3eL^Aq tanh(x):超越正切函数 4y|%Oj u{d\3-]/ asinh(x):反超越正弦函数 ocDAg<wo jt,dr3|/n acosh(x):反超越馀弦函数 ),;O3:n ccm(r~lhJ atanh(x):反超越正切函数 F* h\ #? \\{+t<?J 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: hH])0C "GY/2; x = [1 3 5 2]; Q( g&/O @24)*d^1 y = 2*x+1 _zF*S]9
X -lDAxp6p y = 3 7 11 5 3qNLosm#M
1Bhd- 小提示:变数命名的规则 qrxn%#\XP 0oiz V;B5% 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 2ms@CQy(00 [t }\8^y 我们可以随意更改、增加或删除向量的元素: Yp(F}<f? %UnL,V9) y(3) = 2 % 更改第三个元素 SE;Yb' unZYFA}( y =3 7 2 5 8{ooLdpX7 K|^'`FpPO y(6) = 10 % 加入第六个元素 NPY\ >pf io^L[ y = 3 7 2 5 0 10 (W'.vEl L^><APlX y(4) = [] % 删除第四个元素, fq,LXQ#G .{ +Obi y = 3 7 2 0 10 4k4 d% hiBZZ+^[ 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: l Taw6; C0v1x=(xiM 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 Ap)[;_9BD jSc!"Trl] ans = 9 uW4wTAk;qh 4_&+]S y(2:4)-1 % 取出y的第二至第四个元素来做运算 Z?"f# op5G}QZ ans = 6 1 -1 *47',Qy @eOD+h' 在上例中,2:4代表一个由2、3、4组成的向量 p^>_VE[S TVs#, 7>,(QHl 14Y<-OO:
k 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 9hn+eU yMVlTO 小整理:MATLAB的查询命令 D6L5X/# [3|&!:4g6 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。) (RBzpAiH 6)j4- 将列向量转置(Transpose)後,即可得到行向量(Column vector): RJhafUJ zH d.Im{-S z = x' IF~E; SR8)4:aKW z = 4.0000 m]Gxep0% fWk,k*Z9 5.2000 o4PJ9x5R! $L kTu 6.4000 wY'w'%A? ~OSgpM#O!T 7.6000 z}z 6Vg e !2SO*O 8.8000 7H!/et?S, M%(^GdI#Vf 10.0000 o7i>D6^^ Wb{0UkApJ 不论是行向量或列向量,我们均可用相同的函数找出其元素个数、最大值、最小值等: }p|S3/G?$! O3K TKL] length(z) % z的元素个数 JG/Pc1aK +,|aIF ans = 6 >h3m/aeNC dn1Fwy. max(z) % z的最大值 D`NPU
+{h.nqdAE ans = 10 #UesXv euiP<[|h= min(z) % z的最小值 #T3dfVWv X 7R&>Pf ans = 4 %iR"eEE m-u0U 小整理:适用於向量的常用函数有: QCAoL.v (J 1:J min(x): 向量x的元素的最小值
YG_|L[/# PrqyJ max(x): 向量x的元素的最大值 hZ`<ID 4H4ui&|7u6 mean(x): 向量x的元素的平均值 ;_p$5GVR| v|Y
ut~ median(x): 向量x的元素的中位数 lx\9 Y 8 c]%~X&Tg` std(x): 向量x的元素的标准差 W7#dc89} `F`{s`E) diff(x): 向量x的相邻元素的差 W+Q^u7K |}><)} sort(x): 对向量x的元素进行排序(Sorting) {&ykpu090 <BiSx length(x): 向量x的元素个数 \k
6'[ln lc[)O3,,B norm(x): 向量x的欧氏(Euclidean)长度 363KU@` *$Z,kZ^^ sum(x): 向量x的元素总和 IqAML|C .+(R,SvN%< prod(x): 向量x的元素总乘积 aqEmF dym K @ cumsum(x): 向量x的累计元素总和 ?[<#>,W cDIZkni= cumprod(x): 向量x的累计元素总乘积 Qo~|[]GE U'aJCM dot(x, y): 向量x和y的内 积 U#Wg"W{ E?-
~*T 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。) =Hbf()cN) wZfY~ rS8}(lf ,@kLH"a0 bae;2| w 6Ts[NXa 若要输入矩阵,则必须在每一列结尾加上分号(;),如下例: />n!2'! G=/^]E A = [1 2 3 4; 5 6 7 8; 9 10 11 12]; Ggry,3X3 v{SZ(; A = c] - " GY3sam 1 2 3 4 Ihp
Ea,v) eLIZ<zzW0} 5 6 7 8 x[=,$;o+ GkpYf~\Q 9 10 11 12 :%_h'9Qq {)(Mkm+d 同样地,我们可以对矩阵进行各种处理: \%&):OD1 @ZRg9M:N A(2,3) = 5 % 改变位於第二列,第三行的元素值 L*OG2liJ `S+n,,l A = 2@W`OW Njm #(QS5J&Qq 1 2 3 4 t$
97[ay tA]u=-_h 5 6 5 8 0avtfQ +f +
}$(j#h 9 10 11 12 &NOCRabc >0_{80bdO B = A(2,1:3) % 取出部份矩阵B *cZ7? 7K ~)7U B = 5 6 5 6"?#E[ #[ g/(BV7V A = [A B'] % 将B转置後以行向量并入A 5=\^DeM@
H WcQkeh3n A = _0BQnzC= 4V c``Um 1 2 3 4 5 +IMt$}7[ Y9I|s{~ 5 6 5 8 6 KrR`A(=WL %k<+#j6ZH 9 10 11 12 5 ?D|kCw69SE 3xN_z?Rg A(:, 2) = [] % 删除第二行(:代表所有列) m#ig.z|A p( )LQT! A = '14 86q@[$ ii&ckg>]z 1 3 4 5 IwBO#HR~) Khl0 ~ 5 5 8 6 2I|lY>Z M)U)Sc zHO 9 11 12 5 J\>/J% Nf)SR#; A = [A; 4 3 2 1] % 加入第四列 u@P1`E1Q -p%cw0*Y]C A = ZuZCIqN RP^vx`9h 1 3 4 5 bc:3 5. sy-#Eo#3 5 5 8 6 ~1aM5Ba{ x0%yz+i{: 9 11 12 5 <EdNF&S- _2)QL 4 3 2 1 |Qb@. k)[c!\a[i A([1 4], :) = [] % 删除第一和第四列(:代表所有行) 6y "]2UgQk >vR2K^ A = _k;HhLj` )||CU]"b? 5 5 8 6 J qmL|S) ;JMmr-@ 9 11 12 5 2Q7X"ek~[ pe>?m ^gz[ 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。 d(:I~m gyPwNE 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)。 F\v~2/J5v lauq(aD_C 此外,若要重新安排矩阵的形状,可用reshape命令: ZD7qw*3+ ,b5vnW\ B = reshape(A, 4, 2) % 4是新矩阵的列数,2是新矩阵的行数 jW4>WDN: #_|O93HN' B = B#}EYY Gd'_X D 5 8 keG\-f xn@oNKD0 9 12 0P!Fci/t L
" 'd(MD 5 6 V#+F*w?&D US"UkY-\ 11 5 FD~
UF;VQ 8H T3C\$s 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。 c.5u \I9" 7Ka4?@bQ MATLAB可在同时执行数个命令,只要以逗号或分号将命令隔开: "zz b`T[8 'i: lV' x = sin(pi/3); y = x^2; z = y*10, .6I'V3:Kg 8J- ?bo z = 'H4?V
=zDvZ(5 7.5000 ?A24h!7 B/^o$i 若一个数学运算是太长,可用三个句点将其延伸到下一行: R=$}uDFmW IS`ADDU[S z = 10*sin(pi/3)* ... rx@i.+ QC&,C}t, sin(pi/3); y+V>,W)r7 Y7 K2@257 若要检视现存於工作空间(Workspace)的变数,可键入who: `s3:Vsv4 la4%Vqwgu who qn,fx6v4 "`%UC# Your variables are: ep Dp* ?^^TR/ testfile x CC'N"Xb <b\8<mTr 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: .7:ecFKk f^F"e'1 whos (H:A|Lw 84i0h$ZZo Name Size Bytes Class kA)`i`gt ]scr@e A 2x4 64 double array a<>cbP Bn=YGEvz B 4x2 64 double array +"JWsD(C( ) ]<^*b> ans 1x1 8 double array ='C;^
Bk %K06owV(S) x 1x1 8 double array qV,x )y:V B(6*U~Kn% y 1x1 8 double array ]1|7V|N6 SJ:Teab z 1x1 8 double array sJl>evw B<$6Dj%L Grand total is 20 elements using 160 bytes q|IU+r:! 3 RzFxO 使用clear可以删除工作空间的变数: BQeg-M "A5z!6T{ clear A =^l`c$G< )nK+`{;@! A D~`RLPMk 78<fbN5}r ??? Undefined function or variable 'A'. 5lM 3In@ :<0lC j 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: kGakdLl [9Tnp]q pi ~DB:/VSmu kE!ky\E ans = 3.1416 h uR ^l se}$/Y}t 下表即为MATLAB常用到的永久常数。 A@4{-e\ XaoVv2=G~ 小整理:MATLAB的永久常数 i或j:基本虚数单位 w
!<-e> ymnK `/J!Q eps:系统的浮点(Floating-point)精确度 A 2\3.3 f9IqcCSW inf:无限大, 例如1/0 nan或NaN:非数值(Not a number) ,例如0/0 A_2lG!!
6 +bb-uoZf pi:圆周率 p(= 3.1415926...) i~M-V=Zg ?[WUix; realmax:系统所能表示的最大数值 fjuPGg~ qw)Ou]L= realmin:系统所能表示的最小数值 6{g&9~V I?%#`Rvu nargin: 函数的输入引数个数 4$ah~E>,t r&:yZN nargin: 函数的输出引数个数 +#A~O4%t 4<5*HpW 1-2、重复命令 9+.3GRt7 nvc(<Ovw 最简单的重复命令是for?圈(for-loop),其基本形式为: 3RcnoXX_ uaCI2I for 变数 = 矩阵; @ Yo*h"s f'qM?GlET 运算式; 2n#H%&^?a ]~ S
zb end CwyE8v :x^e T 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。 oL!C(\ERh ')2LP;( 举例来说,下列命令会产生一个长度为6的调和数列(Harmonic sequence): 89P7iSV#* 5a2;@}%V x = zeros(1,6); % x是一个16的零矩阵 ygK,t*T20 `}a-prT<f for i = 1:6, &0d5".|s )]\-Uy$x x(i) = 1/i; tZ*>S]qD (#qQ;ch end vo~Qo;m $`lGPi(Jc 在上例中,矩阵x最初是一个16的零矩阵,在for?圈中,变数i的值依次是1到6,因此矩阵x的第i个元素的值依次被设为1/i。我们可用分数来显示此数列: e. E$Ej]w F+W{R+6 format rat % 使用分数来表示数值 5*Dh#FRp t+,2 p|B disp(x) )<e,- XujY GNW.n(a 1 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 %xp 69 64^3ve3/a= 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 5 (q4o` _5OxESE h = zeros(6); Sg\+al7 ,WAJ&
'^ for i = 1:6, /NuO>kQa wX
<ov0?[ for j = 1:6, ?-<>he F9r|EU#; h(i,j) = 1/(i+j-1); N~?(<DyZR bY~V?yNgKM end X'xnJtk nY?&k$n end LF+E5{=:R N7)K\)DS!z disp(h) $"6Gv &,\my-4c> 1 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 i\#?M " DJ1!Xuu 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 1/7 ]v+yeGIK S /38XaKc{6 1/3 1/4 1/5 1/6 1/7 1/8 UunZ/A$]m .B!
Z0 1/4 1/5 1/6 1/7 1/8 1/9 FyChH7 FgR9$ is+ 1/5 1/6 1/7 1/8 1/9 1/10 Pa?C-Xn^ vVjk9_Ul 1/6 1/7 1/8 1/9 1/10 1/11 aeEio;G1 |>wGl 小提示:预先配置矩阵 在上面的例子,我们使用zeros来预先配置(Allocate)了一个适当大小的矩阵。若不预先配置矩阵,程式仍可执行,但此时MATLAB需要动态地增加(或减小)矩阵的大小,因而降低程式的执行效率。所以在使用一个矩阵时,若能在事前知道其大小,则最好先使用zeros或ones等命令来预先配置所需的记忆体(即矩阵)大小。 5d-rF:# bu=RU B!4~A{ o;OEb 在下例中,for?圈列出先前产生的Hilbert矩阵的每一行的平方和: Ve xxdg x((Rm_' for i = h, 0aJcX) v"_E0
3! disp(norm(i)^2); % 印出每一行的平方和 e^N}(Kpy 0u
+_D8G end m@",Zr`f= U[Lr+nKo\ w/9%C(w6 HI[Pf%${ 1299/871 %{?9#)) E9'
2_e 282/551 '*<I<? z; x]IJ; 650/2343 s|k&@jH) }:!X@C~ 524/2933 z:&/O&? q
w@g7 559/4431 |w5,%#AeO$ X3?RwN:P 831/8801 /0XmU@B !.499H3 在上例中,每一次i的值就是矩阵h的一行,所以写出来的命令特别简洁。 y~Mu~/s Q 87'zf 令一个常用到的重复命令是while?圈,其基本形式为: K87yQOjPv h-DHIk3/ while 条件式; ,E"n 7*6mr bGxHzzU} 运算式; QZuKM 'D+ $weC '-n@ end M
C y~~DL Of}C.N8 也就是说,只要条件示成立,运算式就会一再被执行。例如先前产生调和数列的例子,我们可用while?圈改写如下: m ^w{:\p e$&n)>% x = zeros(1,6); % x是一个16的零矩阵 oc#hAjB. )_6W@s i = 1; %D~Mij [2!C^\t while i <= 6, 7`&6l+S| ~.tYYX< x(i) = 1/i; l(\F2_,2W R*r"}; i = i+1; }y vH)q YPA$38 end :>F3es` %pqB/ format short 1MmEP _(I)C`8m "8~PfLJ+ <j3|Mh_(I 1-3、逻辑命令 ~YByyJG
hD4>mpk 最简单的逻辑命令是if, ..., end,其基本形式为: mA@!t>=oMq /!qP=ngw9 if 条件式; cwzgIm+ p7HLSB2Rp 运算式; T6."j_ G& | |