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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 +#d}3^_] 6(X5n5C 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: KZxA\,Y'5 7JNy;$]/ >> (5*2+1.3-0.8)*10/25 ]O;Hlty(g A|esVUo<3^ ans =4.2000 .V\M/q\Tv {)vue0
vP MATLAB会将运算结果直接存入一变数ans,代表MATLAB运算後的答 案(Answer)并显示其数值於萤幕上。 !tNJLOYf [8K+zT5 小提示: ">>"是MATLAB的提示符号(Prompt),但在PC中文视窗系统下,由於编码方式不同,此提示符号常会消失不见,但这并不会影响到MATLAB的运算结果。 ",
:Ta| #Rkld v' 我们也可将上述运算式的结果设定给另一个变数x: h1 D#, MK<VjpP0( x = (5*2+1.3-0.8)*10^2/25 u8wZ2j4S 8zRb)B+ x = 42 XT|!XC!| ;|hEXd?b 此时MATLAB会直接显示x的值。由上例可知,MATLAB认识所有一般常用到的加(+)、减(-)、乘(*)、除(/)的数学运算符号,以及幂次运算(^)。 L#`9# Q s\`Vr;R:| 小提示: MATLAB将所有变数均存成double的形式,所以不需经过变数宣告(Variable declaration)。MATLAB同时也会自动进行记忆体的使用和回收,而不必像C语言,必须由使用者一一指定.这些功能使的MATLAB易学易用,使用者可专心致力於撰写程式,而不必被软体枝节问题所干扰。 2z\4?HJy G D$jP? 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: <}E^r_NvD elgCPX&:W y = sin(10)*exp(-0.3*4^2); F)0I7+lP ;
-RhI_ 若要显示变数y的值,直接键入y即可: Z`?<A da .=>T yq >>y a*pZcv< PSdH9ea y =-0.0045 :);]E-ch 4pF U` g= 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。 rI:KZ}GZ Hr$oT=x[ 下表即为MATLAB常用的基本数学函数及三角函数: %(-YOTDr LC/w".oq? 小整理:MATLAB常用的基本数学函数 T$]2U>=<J ~PNO|]8j abs(x):纯量的绝对值或向量的长度 P#H#@:/3 '^l/e: (H3 angle(z):复 数z的相角(Phase angle) vII8>x%* c=2e? sqrt(x):开平方 e^@/Bm+B 7[-jr;v real(z):复数z的实部 a{h(BI^~ K.2M=Q imag(z):复数z的虚 部 ~zz |U!TG er5}=cFZ conj(z):复数z的共轭复数 zJMKgw,i* KrkZv$u, round(x):四舍五入至最近整数 Q:~w;I oQDOwM, fix(x):无论正负,舍去小数至最近整数 ![5<\ 8m A6l0 floor(x):地板函数,即舍去正小数至最近整数 ZW2#'$b ABV\:u ceil(x):天花板函数,即加入正小数至最近整数 |?Q(4(D`* nRQIrUNq rat(x):将实数x化为分数表示 e#^|NQ<'A L>UYR++<6 rats(x):将实数x化为多项分数展开 2al~` V8&/O)} o sign(x):符号函数 (Signum function)。 K23_1-mbe ~rCnST 当x<0时,sign(x)=-1; (r[<g*+3 pOI+ 当x=0时,sign(x)=0; ^qbX9.\ oz5o=gt7 当x>0时,sign(x)=1。 Re1@2a> ~v>w%] > 小整理:MATLAB常用的三角函数 o33{tUp' `^J~^Z7Y- sin(x):正弦函数 ;(0:6P8I X}zKV cos(x):馀弦函数 Vd<=
y e+R.0E tan(x):正切函数 ap%o\&T; G^mk<pH asin(x):反正弦函数 xYu~}kMu QrA8KSLC acos(x):反馀弦函数 GvzPT2E! IVNNiNN*5 atan(x):反正切函数 h/TPd] Br~%S?4"o atan2(x,y):四象限的反正切函数 u
F*cS&'Z sf*SxdoZU sinh(x):超越正弦函数 T4!]^_t^ ` `;$Kr cosh(x):超越馀弦函数 r3j8[&B" '*,4F' tanh(x):超越正切函数 _SP
u`=~K 3+|6])Hi1 asinh(x):反超越正弦函数 *VlYl" M.8!BB7\8e acosh(x):反超越馀弦函数 .sG,TLE[< C]=E$^|{ atanh(x):反超越正切函数 [d&Faa[` Y!7P>?)`,X 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: hE6tu' 2mlE;.}8 x = [1 3 5 2]; x b0+4w| FoG<$9 y = 2*x+1 `X^e}EGWu GO)rpk9 y = 3 7 11 5 I@S<D"af QNJG}Upl 小提示:变数命名的规则 `2fuV]FW ^n2w6U0 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 C95,!q 0 j.Sb2 我们可以随意更改、增加或删除向量的元素: V[xy9L[# )[K3p{4 y(3) = 2 % 更改第三个元素 j d81E B)Q'a3d# y =3 7 2 5 XP` kf]9 K`X2N y(6) = 10 % 加入第六个元素 ;p_X7N m5p~>]}fYF y = 3 7 2 5 0 10 {;}8Z $ f!J^vDl y(4) = [] % 删除第四个元素, ~JNuy"8 )g --=w3 y = 3 7 2 0 10 Ax^'unfQ: $ B9=v 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: 5VTbW -&EmEXs% 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 <di_2hN J7_H.RPa ans = 9 w?tKL0c 9vbh5xX
y(2:4)-1 % 取出y的第二至第四个元素来做运算 709eLhXrH r9Z/y*q ans = 6 1 -1 'MUrszOO.e 0c5_L6_z 在上例中,2:4代表一个由2、3、4组成的向量 }m H>lN VL{#.;QQa 5 q , *e6|SZ &3 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 @(cS8%wK yx2.7h3 小整理:MATLAB的查询命令 ! -c*lb eC$v0Gtq help:用来查询已知命令的用法。例如已知inv是用来计算反矩阵,键入help inv即可得知有关inv命令的用法。(键入help help则显示help的用法,请试看看!) lookfor:用来寻找未知的命令。例如要寻找计算反矩阵的命令,可键入 lookfor inverse,MATLAB即会列出所有和关键字inverse相关的指令。找到所需的命令後 ,即可用help进一步找出其用法。(lookfor事实上是对所有在搜寻路径下的M档案进行关键字对第一注解行的比对,详见後叙。) mvgm o K8J2eV\ 将列向量转置(Transpose)後,即可得到行向量(Column vector): Ng"vBycy >>$|,Q-. z = x' 4iz&"~&1 ]CZLaID~
z = 4.0000 W\,lII0 BB.TrQM.# 5.2000 M: "ci;*$ doc 6.4000 i'wF>EBz <dL04F 7.6000 4c=kT@=jX .dCP8| 8.8000 GX)QIe~;qJ 2]9<%-=S 10.0000 h`]/3Ma*: 3~</lAm; 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: X=pt}j,QrP aELT"b,x length(z) % z的元素个数 ^,K.)s f hG2 ans = 6 A{2$hKqHi RuNH
(>Eb max(z) % z的最大值 ! |h2&tH l :Nxl ans = 10 xD#I&. f#kevf9zc min(z) % z的最小值 ?0NSjK5ma k6L373e#Q ans = 4 !>y}Xq{bm3 )m8>w6" 小整理:适用於向量的常用函数有: yl<$yd0Zdu 2U'JzE^Do min(x): 向量x的元素的最小值 a<'$` z|s Zk#i9[g9* max(x): 向量x的元素的最大值 .eNwC .8i 6Y)^)dOi mean(x): 向量x的元素的平均值 DD 5EHJR R%_H\-wo median(x): 向量x的元素的中位数 hS{
*l9v7 0^.4eX:E_ std(x): 向量x的元素的标准差 z%3"d0 !VX_'GyK diff(x): 向量x的相邻元素的差 l;}7A,u aE+$&_>ef sort(x): 对向量x的元素进行排序(Sorting) [l%fL9 ?VZXJO{^ length(x): 向量x的元素个数 Ym{%"EB jjwMvf.R norm(x): 向量x的欧氏(Euclidean)长度 }t
D!xI; a/<pf\O sum(x): 向量x的元素总和 06 Esc^D ^xw [d}0S prod(x): 向量x的元素总乘积 p5;,/
|Ft "8iiRzt# cumsum(x): 向量x的累计元素总和 k\&IFSp cw]>a&d cumprod(x): 向量x的累计元素总乘积 /W$y"!^)J1 @VC9gdO/ dot(x, y): 向量x和y的内 积 [{p?BTs G'?f!fz; 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。) QjjJtKz _HHJw""j aQ&8fteFR o*wC{VP_ Q`p}X&^a $F@L$&~ 若要输入矩阵,则必须在每一列结尾加上分号(;),如下例: 9g&)6,< fFZ`rPb A = [1 2 3 4; 5 6 7 8; 9 10 11 12]; @7l=+`.i BRU9LS A = YNgR1:l l`FR.)2h 1 2 3 4 X:SzkkVl7 r< ?o}Qq 5 6 7 8 n?e@): ~?`9i>3W~ 9 10 11 12 Q$.V:# 5lHN8k=mm2 同样地,我们可以对矩阵进行各种处理: kL PO+lg+ COan)<Ku A(2,3) = 5 % 改变位於第二列,第三行的元素值 *Nf4bH%MN M ,_^hm7 A = 1f@U:<: 0(U3~k6 1 2 3 4 x U13fl 0bPJEEd 5 6 5 8 0'%+X| f}lT|.)?VD 9 10 11 12 PD}SPOA`U3 wwK~H B = A(2,1:3) % 取出部份矩阵B =Qj+Ug' (ju
aDn) B = 5 6 5 )Vg{Y [! >xU72l#5 A = [A B'] % 将B转置後以行向量并入A ,p*ntj{ J]|6l/i A = TM/|K|_ 1fO2)$Y 1 2 3 4 5 {?
K|(C 5}X<(q( 5 6 5 8 6 v't6
yud vSYunI 9 10 11 12 5 /]k ,,& XC7Ty'#"KX A(:, 2) = [] % 删除第二行(:代表所有列) m|nL!Wc 8tT&BmT A = oieQ2>lYh j:v~MrQ7| 1 3 4 5 7}#*3*] 'XP>} m 5 5 8 6 Jv 6nlK` i3M?D}(Bs 9 11 12 5 ~C/Yv&58
(^tr}?C A = [A; 4 3 2 1] % 加入第四列 J3lG"Ww QLF,/" A = ;"d ,~nLn y(/jTS/hd 1 3 4 5 E'&OOEMN- .-('C> @ 5 5 8 6 0okO+QU,a a%MzNH 9 11 12 5 C}(<PNT 8m/FKO (r 4 3 2 1 <K DH >+Sv9S A([1 4], :) = [] % 删除第一和第四列(:代表所有行) Pp1zW3+Q 0\\ueMj A = 2d5}`> "4Lg8qm 5 5 8 6 9atjK4+o B^8ZoF 9 11 12 5 Gsds!z$ 0v_6cYA 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。 *1|YLy nV!2Dfd 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)。 TRs[ ~K)n 'L>&ZgLy 此外,若要重新安排矩阵的形状,可用reshape命令: 86;+r'3p. m%e^&N#%6r B = reshape(A, 4, 2) % 4是新矩阵的列数,2是新矩阵的行数 Fe_::NVvk 936Ff*%(l B = Tm%$J vh9kwJyT 5 8 t7jh?] XysFwi 9 12 +8LM~voB NqiB8hZ~ 5 6 n~1tm MuDFdbtR 11 5 :0
W6uFNOU c[(yU#@ 小提示: A(:)就是将矩阵A每一列堆叠起来,成为一个行向量,而这也是MATLAB变数的内部储存方式。以前例而言,reshape(A, 8, 1)和A(:)同样都会产生一个8x1的矩阵。 tyc8{t#Z );Tx5Z} MATLAB可在同时执行数个命令,只要以逗号或分号将命令隔开: O{lIs_1.Z l?3vNa FeR x = sin(pi/3); y = x^2; z = y*10, Zvd ;KGO(a 33=Mm/<m$P z = ~mN g[] bWGyLo, 7.5000 :wQC_; +IwdMJ8&8 若一个数学运算是太长,可用三个句点将其延伸到下一行: 8ku?
W [MV`pF)x z = 10*sin(pi/3)* ... D3<IuWeM k-{yu8*'; sin(pi/3); kmZ.U># Oq #o1> 若要检视现存於工作空间(Workspace)的变数,可键入who: Cr'
!"F GLo\q:5A who ;): 8yBMk fUb1/-} Your variables are: *<B)Z e{v,x1Y_z( testfile x 4 hL`=[AB gsW=3m&` 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: ^H'hD Lf5%M|o.) whos 1Z\(:ab13 p@#]mVJ>9 Name Size Bytes Class 6{5q@9F zl0;84:H A 2x4 64 double array ;l$9gD>R =hJfL}&O3 B 4x2 64 double array `-~`<#E[ v2IEJ ans 1x1 8 double array A|2 <A
! #.~ga7Q x 1x1 8 double array _GE=kw;:
`>%- y 1x1 8 double array H":/Ckok >g>?Y G z 1x1 8 double array E|Q{]&$;Z" 0Xp
nbB~~I Grand total is 20 elements using 160 bytes V{43HA10b L_E^}^1! 使用clear可以删除工作空间的变数: DP|TIt ,Rl [.{^" <Z< clear A =.DTR5(_h Nfr:`$k A Ud$Q0m& Cy`26[E$S ??? Undefined function or variable 'A'. :*#rRQ>t f(!E!\&n^ 另外MATLAB有些永久常数(Permanent constants),虽然在工作空间中看不 到,但使用者可直接取用,例如: FX7M4t#< v5B"
A"N pi Dh2#$[/@1 VF\{ra; ans = 3.1416 P= e4lF. R_7
6W& 下表即为MATLAB常用到的永久常数。 ZOp^`c9~ Jth=.9mrM 小整理:MATLAB的永久常数 i或j:基本虚数单位 :]yg <]~ZPk[ eps:系统的浮点(Floating-point)精确度 4ffU;6~l' "t=UX
-3 inf:无限大, 例如1/0 nan或NaN:非数值(Not a number) ,例如0/0 n|6?J_{<b> Yhe+u\vGs\ pi:圆周率 p(= 3.1415926...) 3!>/smb! XjxPIdX_H realmax:系统所能表示的最大数值 FW_G\W. {>/)5AGs realmin:系统所能表示的最小数值 u %'y_C3 Z{} n8b* nargin: 函数的输入引数个数 r?\|f:M3 \<X2ns@Tf nargin: 函数的输出引数个数 Ey'J]KVW ?d4Boe0-a2 1-2、重复命令 R+d<
fe te)n{K", 最简单的重复命令是for?圈(for-loop),其基本形式为: C w%BZ 2yvVeo&3 for 变数 = 矩阵; t=Jm|wJnUA (|dPeix| 运算式; <FQFv
IKg +ZclGchw end 7u::5 W-q n08;
< 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。 )%qtE34` U-eI\Lu 举例来说,下列命令会产生一个长度为6的调和数列(Harmonic sequence): +1/b^Ac Fom>'g* x = zeros(1,6); % x是一个16的零矩阵 %J _ymJ'pd Ssf+b!e] for i = 1:6, }a ^|L"
:@/"abv x(i) = 1/i; ZjS(ad*.2 srK53vKMHW end -6`;},Yr ~r&D6Y 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: @; ;G88= 0cFn{q'u format rat % 使用分数来表示数值 tFiR!f) =*O=E@] disp(x) > ws!5q dMV=jJ%Y 1 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 f?^S bp w.uK?A>W, 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 B)6#Lp3 (ND%} h = zeros(6); yUe+":7k. W$'0Dc for i = 1:6, \(fq8AL? @VK6JjIq for j = 1:6, |1Hc& B.*"Xfr8 h(i,j) = 1/(i+j-1); _*E!gPO .YR8v1Cp end \ha-"Aqze3 h/K@IAd end ,{8v4b- 5un^yRMB- disp(h) CT p!di| p411 `]Zf 1 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 8W -@N ^A!$i$NON 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 1/7 o @KW/RN" k. GA8=]> 1/3 1/4 1/5 1/6 1/7 1/8 !Lkm? (_ R=M!e<' 1/4 1/5 1/6 1/7 1/8 1/9 "hPCQp`Tj mmP U
1/5 1/6 1/7 1/8 1/9 1/10 Fw"$A0 `!i-#~n 1/6 1/7 1/8 1/9 1/10 1/11 3sbK7,4 e_rzA 小提示:预先配置矩阵 在上面的例子,我们使用zeros来预先配置(Allocate)了一个适当大小的矩阵。若不预先配置矩阵,程式仍可执行,但此时MATLAB需要动态地增加(或减小)矩阵的大小,因而降低程式的执行效率。所以在使用一个矩阵时,若能在事前知道其大小,则最好先使用zeros或ones等命令来预先配置所需的记忆体(即矩阵)大小。 u7].}60.' y@;%Uv& <2<87PU QVtM.oi!Q 在下例中,for?圈列出先前产生的Hilbert矩阵的每一行的平方和: URw5U1 OCK>%o$[ for i = h, g_q<ze E\$C/}T disp(norm(i)^2); % 印出每一行的平方和 mQr0sI,o] Z 0*%Rq end hs(W;tR@W g_z/{1$ 6ep>hS4A& 62\&RRB
i 1299/871 u|fXP)>. CS@&^SEj 282/551 XUSvhr$| 2"&)W dm 650/2343 A'-_TFwW 4!%F\c46 524/2933 op @iGC+ 6+`tn 559/4431 v>mn/a ?WFh',`: 831/8801 |W7rr1]~S XvKFPr0~ 在上例中,每一次i的值就是矩阵h的一行,所以写出来的命令特别简洁。 926Tl 9wh2f7k 令一个常用到的重复命令是while?圈,其基本形式为: 4c159wsnQ >NM\TLET~ while 条件式; T):SGW +sZUJ 运算式; n]N 96oD X_?97iXjx end .CbGDZ |vILp/"9=W 也就是说,只要条件示成立,运算式就会一再被执行。例如先前产生调和数列的例子,我们可用while?圈改写如下: kWW w<cA `xz&Scil x = zeros(1,6); % x是一个16的零矩阵 a07=tD ?c#$dc" i = 1; g/Wh,f3 ,Em$ !n while i <= 6, k6**u ziEz.Wn" x(i) = 1/i; ry0%a[[ sl|_=oXT i = i+1; DQXS$uBT cQUC.TZ_ end %2l7Hmp4H )^O-X.1 format short Of[;Qn +R.N%_ L%cVykWY" >e& | |