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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 IHX#BY> /P:WQ* 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: )ZT0zIG }[R@HmN >> (5*2+1.3-0.8)*10/25 o2UJ*4 -VT?/=Y
s ans =4.2000 !(AFT! qk{UO
< 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。 UDq KF85H
K`Zb;R
X 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。 K`83C`w. 1|$Rzt%ge 我们也可将上述运算式的结果设定给另一个变数x: xI),0db <cc0 phr x = (5*2+1.3-0.8)*10^2/25 T#;*I#A: ee?Mo` x = 42 [ESs?v$ yXQ;LQ; 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(^)。 B{i;+[ase bM_(`]&* 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。 . T>}O0L" 6_
0w> 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: b4OR`dd*J .
zMM86 c y = sin(10)*exp(-0.3*4^2); QX3![;0F Kt7x'5 若要显示变数y的值,直接键入y即可: 1VsEic -L<Pm(v& >>y $?Mz[X L2A#OZZu y =-0.0045 f__WnW5h
F}4 0 在上例中,sin是正弦函数,exp是指数函数,这些都是MATLAB常用到的数学函数。 51'SA
B09 uzA'D ~)P 下表即为MATLAB常用的基本数学函数及三角函数: RN3D:b+ W,J,h6{F 小整理:MATLAB常用的基本数学函数 =5eDT~=2{U .T
X& X abs(x):纯量的绝对值或向量的长度 wLSYzz #9"_|d=l angle(z):复 数z的相角(Phase angle) E cz"O
P!ICno6[e sqrt(x):开平方 aRP+?}b"> nU *fne? real(z):复数z的实部 X'4
Yofs 1"6k5wrIA imag(z):复数z的虚 部 LK5H~FK pa73`Ca] conj(z):复数z的共轭复数 >Tx;<G 'Mqa2o'M round(x):四舍五入至最近整数 JH;DVPX9z iROM?/$ fix(x):无论正负,舍去小数至最近整数 7y7y<`)I5 }d]8fHG floor(x):地板函数,即舍去正小数至最近整数 3%a37/|~y 7rg[5hP T ceil(x):天花板函数,即加入正小数至最近整数 m~B=C>r}t ![tI(TPq rat(x):将实数x化为分数表示 cyE2= %%[TM(z rats(x):将实数x化为多项分数展开 DyZ90]N pwC/&bu sign(x):符号函数 (Signum function)。 xU"qB24]= 4e t#Q 当x<0时,sign(x)=-1; ^w\uOd` 4Pdk?vHK; 当x=0时,sign(x)=0; 1ouTZ'c? Q(3x"+ 当x>0时,sign(x)=1。 'b,D;'v _@TTVd > 小整理:MATLAB常用的三角函数 xGA0]
_ \&90$>h sin(x):正弦函数 ;N|>pSzmL ^IYN"yX_ cos(x):馀弦函数 ,&SJ?XAs ?Sxnq#r# tan(x):正切函数 G9q0E| I SmnZ@ asin(x):反正弦函数 5i?U- q4N$.hpb acos(x):反馀弦函数 D
]eF3a.G t |h mEHUk atan(x):反正切函数 $z]l4Hj w%\;|y4+ atan2(x,y):四象限的反正切函数 u{,^#I}
p]oo^ sinh(x):超越正弦函数 s#[Ej&2[= zL'n
J cosh(x):超越馀弦函数 1P_bG47 3!L)7Z/ tanh(x):超越正切函数 48`<{|r{ $@j7VPE asinh(x):反超越正弦函数 3R><AFMY? jGCW^#GE acosh(x):反超越馀弦函数 IM/\t!*7 )%7A. UO) atanh(x):反超越正切函数 \^cn}db) RYNzTA 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: fZO/HzX KWo)}m*6 x = [1 3 5 2]; aRmS{X3 =l+p nG y = 2*x+1 @C2<AmY9q* ceCshxTU y = 3 7 11 5 $7,dKC & 0^4*[?l9q 小提示:变数命名的规则 :xV&%Qa1 4$"Lf'sH6 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 tWFJx}H P+SCX#{y 我们可以随意更改、增加或删除向量的元素: o6R(BMwGa ?H`LrL/k y(3) = 2 % 更改第三个元素 OjI*HC ,3j*D+ y =3 7 2 5 r%m2$vx# DxBt83e y(6) = 10 % 加入第六个元素 K&*FI (a x@~V975Y y = 3 7 2 5 0 10 l
O^h)hrR 83a
Rq&(R y(4) = [] % 删除第四个元素, b/EvcN8 } `dK\VK^ y = 3 7 2 0 10 9=SZL~#CE %WNy=V9txp 在上例中,MATLAB会忽略所有在百分比符号(%)之後的文字,因此百分比之後的文字均可视为程式的注解(Comments)。MATLAB亦可取出向量的一个元素或一部份来做运算: u+9Mc u" PD?H5W3@ x(2)*3+y(4) % 取出x的第二个元素和y的第四个元素来做运算 N%a[Y
}bVyvH ans = 9 jc<3\ 7 vC7sJIch2< y(2:4)-1 % 取出y的第二至第四个元素来做运算 uP$K{ ) ;,1i,? ans = 6 1 -1 ]~P? wg_Z!(Hr# 在上例中,2:4代表一个由2、3、4组成的向量 Fmu R(f= f
{
ueI< 7\xa_nrI ziOmmL(r 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 Rl~Tw9 okYsjK5 小整理:MATLAB的查询命令 z 4-wvn<* 5?O"N 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。) + y^s
6j} <3qbgn>}b 将列向量转置(Transpose)後,即可得到行向量(Column vector): {1Qwwhov ;@L#0 z = x' u-Vnmig9 m^7pbJ\| z = 4.0000 LP~$7a [Y*UCFhI0 5.2000 $lqV(s =mZw71, 6.4000 L*Y}pO P(4[<'HO 7.6000 4q[r
KNl m0 P5a%D 8.8000 R
Q8okA ,d7@*>T& 10.0000 1a<,/N}}t q\,H9/.0k 不论是行向量或列向量,我们均可用相同的函数找出其元素个数、最大值、最小值等: c"~TH.,d *<@ length(z) % z的元素个数 J4gIkZD | @YN\g K; ans = 6 FKQnz/ 0jXIx2y max(z) % z的最大值 FD*y[A
? pv T!6+
ans = 10 wFvilF
V '>6-ie^0 min(z) % z的最小值 IFgF5VG6g UY+~xzm ans = 4
p.%$ OjCT%6hy; 小整理:适用於向量的常用函数有: ;2iZX=P`n ;V;4# min(x): 向量x的元素的最小值 }PXWRv.gW Zy#r<j]T max(x): 向量x的元素的最大值 n33SWE( 7+ysE mean(x): 向量x的元素的平均值 \u*,~J)z 0Zq"- median(x): 向量x的元素的中位数 rf~Ss< h {m]n! std(x): 向量x的元素的标准差 ka'MF;!rc ;(afz?T diff(x): 向量x的相邻元素的差 N>~*Jp2; ^;2L`U@5 sort(x): 对向量x的元素进行排序(Sorting) iZ:-V8{ =19]a length(x): 向量x的元素个数 R%Z} J R. &Ls0!dWC norm(x): 向量x的欧氏(Euclidean)长度 o{
(v @|^Ch+%@ sum(x): 向量x的元素总和 OT [t
EqQ /Iskjcc60W prod(x): 向量x的元素总乘积 Z+}SM]m 0'~?u ' cumsum(x): 向量x的累计元素总和 6!'yU=Z` nQ+{1 C cumprod(x): 向量x的累计元素总乘积 l9Vim9R5T & #|vGhA dot(x, y): 向量x和y的内 积 k >MgrtJI R|vF*0)>W 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。) ZN?(lt)u9 LU]~d<i99 936t6K& QQw^c1@ C]`Y PM5 VjnSi 若要输入矩阵,则必须在每一列结尾加上分号(;),如下例: i^>
RjR w\M_3} A = [1 2 3 4; 5 6 7 8; 9 10 11 12]; 1Tl("XV3 [L275]4n!] A = x4.
#_o& `+gF|o9 1 2 3 4 @@$
_TaI I2 Kb.`'! 5 6 7 8 *Dn{MD7,M ANNL7Z3C 9 10 11 12 F lZ]R eyM3W}[S$/ 同样地,我们可以对矩阵进行各种处理: +`+a9+= E,X,RM~
+D A(2,3) = 5 % 改变位於第二列,第三行的元素值 ygPZkvZ 3ZVfZf A = RS1oPY
Yv;aQF"a 1 2 3 4 O~S}u f]lDJ?+
M 5 6 5 8 wVvU]UT &zT~3>2 9 10 11 12 0eLK9u3< _PaOw%Y9 B = A(2,1:3) % 取出部份矩阵B UvI!e4_ -1o1k-8d B = 5 6 5 5Q88OxH o#Y1Uamkf A = [A B'] % 将B转置後以行向量并入A jQDxbkIuzE BE2{qO{ A = 0(kp>%mbB . FruI#99 1 2 3 4 5 bcYz?o6 ~!;3W!@(E 5 6 5 8 6 D%A-& = H~@h
#6 9 10 11 12 5 NplSkv 8a h]D A(:, 2) = [] % 删除第二行(:代表所有列) W1s|7 <ZiO[dEV A = RoTT%c P_ 1K`A.J:Uy 1 3 4 5 H1]\B: p
c],H 5 5 8 6 )\(pDn$W ox6rR
9 11 12 5 {x:IsQZ \
C^D2Z6 A = [A; 4 3 2 1] % 加入第四列 ke0W? W@tLT[}CG A = 5"Yw$DB9 H,}?YW 1 3 4 5 vEsSqzc u;!Rv E8N 5 5 8 6 {
\ePJG# D6t]E)FH 9 11 12 5 ;w>B}v;RE 2KEww3.{ 4 3 2 1 NSq"\A\ R4/@dA0
A([1 4], :) = [] % 删除第一和第四列(:代表所有行) 0TpA3K 2XtQ"`) A = Oc.>$ =N
c`hP 5 5 8 6 3Z0\I\E lg1D>=(mY 9 11 12 5 | QA8"&r J[l K 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。 zvD5i,I Fo#*_y5\ 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)。 (
~>Q2DS p!ErH]lH 此外,若要重新安排矩阵的形状,可用reshape命令: hd~rC*I O^#u%/ B = reshape(A, 4, 2) % 4是新矩阵的列数,2是新矩阵的行数 UL%ihWq pB./L&h B = St`m52V(5X B^9 #X5! 5 8 X\%3uPQ e?>suIB 9 12 WQx;tX W=?87PkJu 5 6 ks D1NB;9 BE~[%6T7 11 5 mxGN[%ve 6ZBD$1$A! 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。 bG)MG0<TT B*IDx`^Y MATLAB可在同时执行数个命令,只要以逗号或分号将命令隔开: 8H?AL
RG -cgukl4Va x = sin(pi/3); y = x^2; z = y*10, _3a
5/IZ pZxL?N! z = @:B1 Fev3CV$ 7.5000 $P3nP=mf 4)I#[&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: Z"Oa5V6[A '9@R=#nd z = 10*sin(pi/3)* ... ?C35 =L%3q <]p sin(pi/3); #cS,5(BM t;Om9 若要检视现存於工作空间(Workspace)的变数,可键入who: N &=2 / q;.]e#wvh who "'Uk0>d=_I |m- `,
we Your variables are: (_ah~VnO 'OCo1|iK~ testfile x Ah{pidUx $:!T/*p* 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: )AXH^& :g#it@
whos 8[;oUVb5 2]=I'U<E! Name Size Bytes Class p)xI5,b$9 ton`ji\^ A 2x4 64 double array ^~ $& ZnLk :6' B 4x2 64 double array X:&p9_O@ ]bb}[#AY ans 1x1 8 double array "%*lE0Tx C)s1'
=TZ x 1x1 8 double array W+e*(W|d6 P1 stL, y 1x1 8 double array :
"te- [[h)4H{T z 1x1 8 double array )O C[;>F7 vqMk)htIz Grand total is 20 elements using 160 bytes 5l0rw)
_x6E_i-( 使用clear可以删除工作空间的变数: /? 1Yf -Jo :+]. clear A Q0Qm0B5eY Mk/!,N<h# A {))S<_yN 3}{5
X' ??? Undefined function or variable 'A'. /(ju %L>nXj 另外MATLAB有些永久常数(Permanent constants),虽然在工作空间中看不 到,但使用者可直接取用,例如: #UCQiQfP vx}Z pi &iy(oM =^y{@[p`( ans = 3.1416 1[g!^5W umZ
g}|C_ 下表即为MATLAB常用到的永久常数。 &d3 '{~: p[F=L P 小整理:MATLAB的永久常数 i或j:基本虚数单位 Q;ZHx.ye{ Dh(T)yc eps:系统的浮点(Floating-point)精确度 VfqY_NmgC >"g<-!p@ inf:无限大, 例如1/0 nan或NaN:非数值(Not a number) ,例如0/0 ec4%Wk2 76Vyhf&7 pi:圆周率 p(= 3.1415926...) RG
r'<o ) .4re0:V realmax:系统所能表示的最大数值 \*!%YTZ~ W$Q)aA7 realmin:系统所能表示的最小数值 3k*:B~1 w[7.@ %^[ nargin: 函数的输入引数个数 3p
1EScH =>}.W:= nargin: 函数的输出引数个数 ->2wrOH|H k-cIb@+" 1-2、重复命令 ]n]uN~)9 %>9+1lUhV 最简单的重复命令是for?圈(for-loop),其基本形式为: Y:!/4GF D7WI(j\ for 变数 = 矩阵; ciGpluQF 4IP\iw#w 运算式; d?&!y]RS# t#pqXY/;D end r>:L$_]L CziaxJ 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。 R-A'v&= |Iok(0V 举例来说,下列命令会产生一个长度为6的调和数列(Harmonic sequence): O})u' lc3S|4 x = zeros(1,6); % x是一个16的零矩阵 t>6x)2,TC 7hN6IP*so for i = 1:6, $mI:Im`s (o6[4( G x(i) = 1/i; #S53u?JV8 ,;cel^.b end e8ULf~I F;Q_*0mIQ 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: 2Z;`#{ C*EhexK,} format rat % 使用分数来表示数值 aEEz4,x_ N5f0|U& disp(x) {GQ
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