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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 P5?VrZy kZG .Id 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: }8 z:L< OlCqv-B2& >> (5*2+1.3-0.8)*10/25 vQ*[tp#qU u$R5Q{H_ ans =4.2000 )7*'r@ Dq<la+VlO MATLAB会将运算结果直接存入一变数ans,代表MATLAB运算後的答 案(Answer)并显示其数值於萤幕上。 + kMj|()>\ LXo$\~M8G8 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。 S&}7XjY QZ&(e2z 我们也可将上述运算式的结果设定给另一个变数x: 7_2D4CI <Ja&z M x = (5*2+1.3-0.8)*10^2/25 YjDQ`f/ G~5pMyOR x = 42 <ZSXOh,' |s!
_;6 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(^)。 teS>t!d 1 .+O2qB 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。 Cy?]o?_? ;"nO'wN:h 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: xJ$uoy3+ 2%WeB/)9 y = sin(10)*exp(-0.3*4^2); vm|u~Yd,s `6VnL) 若要显示变数y的值,直接键入y即可: iKaX8c,zI ch8VJ^%Ra1 >>y ,pD sU @ "a[;{s{{. y =-0.0045 rQ*w3F?: .5Y{Yme 在上例中,sin是正弦函数,exp是指数函数,这些都是MATLAB常用到的数学函数。 16/ V5 Jt5V{9:(' 下表即为MATLAB常用的基本数学函数及三角函数: |V\{U j m
.(ja 小整理:MATLAB常用的基本数学函数 PFX,X "]=OR> abs(x):纯量的绝对值或向量的长度 AF#:*<Ev
Hy3J2p9. angle(z):复 数z的相角(Phase angle) nZB~l= Trs~KcsD sqrt(x):开平方 6HCg<_j] w0g@ <(
3 real(z):复数z的实部 S} UYkns* 6 EqN>. imag(z):复数z的虚 部 Q$U.vF7BnP ]z'L1vQl7 conj(z):复数z的共轭复数 ;t +p2i : 2%eh round(x):四舍五入至最近整数 k4$zM/ob YWn""8p;P fix(x):无论正负,舍去小数至最近整数 Mrk3r/
8w M@es8\&S. floor(x):地板函数,即舍去正小数至最近整数 ,mm97I #Q=73~
ceil(x):天花板函数,即加入正小数至最近整数 >Y4^<!\v o`n8Fk}i rat(x):将实数x化为分数表示 Xd:{.AXW %BC%fVdP rats(x):将实数x化为多项分数展开 ,5zY1C==Ut Cl3vp_ sign(x):符号函数 (Signum function)。 S=P}Jpq?Y; WILa8"M 当x<0时,sign(x)=-1; C2R"96M7q sBZn0h@ 当x=0时,sign(x)=0; /b
#w.>e #6c,_! 当x>0时,sign(x)=1。 Pa{DB?P
&5K3AL > 小整理:MATLAB常用的三角函数 ]7<$1ta &]a(5 sin(x):正弦函数 (QIU 3EN b&!}SZ cos(x):馀弦函数 W2XWb<QSEV oU1N>,
tan(x):正切函数 H 2I EB&hgz&_ asin(x):反正弦函数 Bs0~P 4^ B>E4," acos(x):反馀弦函数 !jl^__
.DR 3q/"4D atan(x):反正切函数 0(c,J$I]Z! =55)|$hgD atan2(x,y):四象限的反正切函数 a`yCPnB( 0* x?rO? sinh(x):超越正弦函数 @; 9KP6d H$?MPA-c cosh(x):超越馀弦函数 ~L&z?'V dKPXs-5 tanh(x):超越正切函数 "d/54PKWx I SZEP8w asinh(x):反超越正弦函数 J",Cwk\ /b{@'] acosh(x):反超越馀弦函数 i8Be%y%y pD P*
3 atanh(x):反超越正切函数 W!el[@ (~\HizSl 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: =Cf@!wZ^ w`boQ_Ir x = [1 3 5 2]; y46sL~HRv H '5zl^8I y = 2*x+1 U{EcV%C2 q ) 5s'( y = 3 7 11 5 T^8`ji ?a+J4Zr3 小提示:变数命名的规则 MIr[_ *@lVesC2 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 qu1! KS f~?5;f:E 我们可以随意更改、增加或删除向量的元素:
_JpTHpqu y1Br4K5C y(3) = 2 % 更改第三个元素 meB9:w[m F$v ^S+Ch y =3 7 2 5 t:.X=/02 \o,et9zDJ3 y(6) = 10 % 加入第六个元素 'u PI~l`g
fCb&$oRr! y = 3 7 2 5 0 10 1N]-WCxQ G?s;L NR y(4) = [] % 删除第四个元素, aQWg?,Ju6 9@h-q(-
y = 3 7 2 0 10 sAX4giaLD _B4N2t$ 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: ,
Z1 &MuV &xj,.; 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 L!5="s[} suX^"Io%! ans = 9 4tiCxf) *bcemH8f y(2:4)-1 % 取出y的第二至第四个元素来做运算 F%ukT6xp Ov:U3P?% ans = 6 1 -1 `sdbo](76 eZpi+BRS6 在上例中,2:4代表一个由2、3、4组成的向量 #B$_ily)
#s=\ @MH/efW. #R=6$ 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 %E":Wv ~:="o/wo 小整理:MATLAB的查询命令 S`spUq1o KH$o X\v 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。) QUdF`_U7 2c9]Ja3:6 将列向量转置(Transpose)後,即可得到行向量(Column vector): Ag]Hk%
TY#pj z = x' P^/e!%UgC h_t<Jl z = 4.0000 Ga"<qmLMc =-uk7uZM 5.2000 b\"2O4K,) wqn}t] 6.4000 KDAZG+u+ N;av 7.6000 {<^PYN>` -QydUr/(o 8.8000 TSd;L
u%hr t7$2/C 10.0000 L_YY, aQfrDM<*XS 不论是行向量或列向量,我们均可用相同的函数找出其元素个数、最大值、最小值等: ~u80v h' HuL9' M length(z) % z的元素个数 /I'
np jDM^e4U.l ans = 6 \tg}K0E?R5 2fJ2o[v max(z) % z的最大值 qg-?Z,EB ^sVB:? ans = 10 852Bh'u_ .SSj=q4? min(z) % z的最小值 %xI,A '# I'RhA\` ans = 4 !~aDmY2 k*xgF[T
8 小整理:适用於向量的常用函数有: d\aU rsPn ,`< [ej min(x): 向量x的元素的最小值 &mp@;wI6@ h3Z0NJ=xM max(x): 向量x的元素的最大值 /7<l`RSr 'Sjcm@ILm mean(x): 向量x的元素的平均值 hGvuA9d~ KC{HX? median(x): 向量x的元素的中位数 My!<_Hp-W 9y"*H2$# std(x): 向量x的元素的标准差 Rm!Iv&{ e|ngnkf(G diff(x): 向量x的相邻元素的差 qS|t7* sjV>&eb sort(x): 对向量x的元素进行排序(Sorting) 'PrrP3lO_~ ,;yiV<AD length(x): 向量x的元素个数 aYQIe7J90J _(s|@UT# norm(x): 向量x的欧氏(Euclidean)长度 f#UT~/~bL2 jDO[u!J6.% sum(x): 向量x的元素总和 \a8<DR\@O n-n{+Dl! prod(x): 向量x的元素总乘积 @bj3N mmG+"g$| cumsum(x): 向量x的累计元素总和 E=Z.v o4CgtqRs cumprod(x): 向量x的累计元素总乘积 Jtxwt[ ,9W|$2=F dot(x, y): 向量x和y的内 积 "?GA}e"R ?_9A`LC*
cross(x, y): 向量x和y的外积 (大部份的向量函数也可适用於矩阵,详见下述。) u<l[S Rj9YAW$ 'Bp7LtG92
K$dSg1t
r-s.i+\ \ueo^p]_? 若要输入矩阵,则必须在每一列结尾加上分号(;),如下例: T8,?\7)S9 Kuz
/ A = [1 2 3 4; 5 6 7 8; 9 10 11 12]; J]A!>|Ic }Zue?!KQ A = _Jc[`2Uv_c !A
)2<<4 1 2 3 4 `)5E_E3 7Rf${Wv0 5 6 7 8 f\}fUg2 c-L1 Bkw 9 10 11 12 )Fh+6 /[iqga= 同样地,我们可以对矩阵进行各种处理: 6.| {l8%r Pwn3/+"%K A(2,3) = 5 % 改变位於第二列,第三行的元素值 RHdcRojF 'Tni; A = +pcpb)VL RjY(MSc 1 2 3 4 qcSlY&6+ 0yhC_mI 5 6 5 8 g?.ls{H 5J^S-K^r 9 10 11 12 0>?%{Xy Z6eM~$Y B = A(2,1:3) % 取出部份矩阵B fD<9k ?8AchbK;N B = 5 6 5 diF-`~ cRm+?/ A = [A B'] % 将B转置後以行向量并入A 88]V6Rm9[* AM4lAq_ A = K!c "g,S eM";P/XaX 1 2 3 4 5 t'e1r&^:r~ n.&z^&$w\) 5 6 5 8 6 tA2Py uHj"nd13 9 10 11 12 5 +ML4.$lc^ \wR $_X& A(:, 2) = [] % 删除第二行(:代表所有列) (7l'e=J0 cn62:p]5 A = s9R#rwIc z ;>xI~ 1 3 4 5 -?_#Yttu 'aYUF&GG 5 5 8 6 CatbEXO {t<E*5N]a 9 11 12 5 .ME>ICA }^!8I7J. A = [A; 4 3 2 1] % 加入第四列 ;L1Q"Hxh u^HC1r|% A = S{HAFrkm7 <$6r1y*G 1 3 4 5 U($bR|%D :w|ef; 5 5 8 6 ZqtL4M~9 )ry7a
.39b 9 11 12 5 rC`pTN ;gS)o#v0 4 3 2 1 muh[wo &8p]yo2zO A([1 4], :) = [] % 删除第一和第四列(:代表所有行) =35g:fL
Iw)}YZmn A = H7{)"P]{f Z3C]n,I 5 5 8 6 .|\}]O` /\L-y,>X 9 11 12 5 tuT>,BbR !3O8B0K)v 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。 0R2KI,WI b|SDg%e 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)。 C K#^`w JRti2Mu 此外,若要重新安排矩阵的形状,可用reshape命令: l k~VvRq {}.M(nPtv; B = reshape(A, 4, 2) % 4是新矩阵的列数,2是新矩阵的行数 QZwUv<* @:,B /B; B = =Msr+P9Ai qQ&=Z`p! 5 8 `$PdI4~J
}?eO.l{ 9 12 M Ewa^ nXU`^<nA 5 6 W;Y"J_ DT;n)7+, 11 5 \wZ
4enm
Vs1H)T% 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。 9%#u,I Y0z)5),[U: MATLAB可在同时执行数个命令,只要以逗号或分号将命令隔开: *XUJv&ZN b=L4A,w~a x = sin(pi/3); y = x^2; z = y*10, 5q^5DH_; 3VZ}5 z = Oj=g;iY H*.v*ro9_ 7.5000 tDC?St1 D6I-:{ws 若一个数学运算是太长,可用三个句点将其延伸到下一行: ,kQCCn] (Sv=R(_s z = 10*sin(pi/3)* ... @vc9L Yt!o
Hn sin(pi/3); y&n-8L_ $x~U&a 若要检视现存於工作空间(Workspace)的变数,可键入who: V3S"LJ i,h)VCc who
S4S}go*G[ 49o /S2b4z Your variables are: <`V_H~Z $x/VO\Z{- testfile x (.J6>"K< oA* 88c+{f 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: 2^X<n{0N) Mdw"^x$7 whos r1&eA% eh Qef5eih Name Size Bytes Class g#iRkz%l)& "8$Muwm A 2x4 64 double array wzj:PS F05]6NVv B 4x2 64 double array }~v& :IX_|8e ^ ans 1x1 8 double array 5yL\@7u` *DgRF/S x 1x1 8 double array P(bds lqcPV) n y 1x1 8 double array ,7I
<lZVEg z 1x1 8 double array e +Ikw1y"f |;(>q Grand total is 20 elements using 160 bytes cK- jN9U 'kSm}}y 使用clear可以删除工作空间的变数: 6/.kL;AI vX?C9Fr 2 clear A |fB/ hs \ P\y ZcL A C';Dc4j ?BX}0RWMh7 ??? Undefined function or variable 'A'. +3k.xP?QS s$kvLy< 另外MATLAB有些永久常数(Permanent constants),虽然在工作空间中看不 到,但使用者可直接取用,例如: )+Yu7=S Y%!k'\n[2 pi 4nXemU= Jz]OWb * ans = 3.1416 uf1s}/M k]9y+WC2 下表即为MATLAB常用到的永久常数。 -;O"Y?ME Elt"tJ 小整理:MATLAB的永久常数 i或j:基本虚数单位 QuBA'4ht Us\Nmso
z eps:系统的浮点(Floating-point)精确度 dn&484 [4Q;5 'Dj inf:无限大, 例如1/0 nan或NaN:非数值(Not a number) ,例如0/0 ub2B!6f a 5,BvT>zFY pi:圆周率 p(= 3.1415926...) YB_fy8Tfx O<J<)_W) realmax:系统所能表示的最大数值 h^YUu`P _=9m[
realmin:系统所能表示的最小数值 hT%
>)71 ,=[r6k< nargin: 函数的输入引数个数 mMT\"bb' l>6p')F! nargin: 函数的输出引数个数 w}YcAnuB{% /A-VT 1-2、重复命令 ;3iWV"&_A tlYB'8bJY 最简单的重复命令是for?圈(for-loop),其基本形式为: E;YD5^B dpT?*qLM for 变数 = 矩阵; "g/UpnH " eS-i@ 运算式; !/]z-z2> 5^{ I}Q end :|-^et]a8 8g?2( MT; 其中变数的值会被依次设定为矩阵的每一行,来执行介於for和end之间的运算式。因此,若无意外情况,运算式执行的次数会等於矩阵的行数。 _z\qtl~3 ;<=z^1X9 举例来说,下列命令会产生一个长度为6的调和数列(Harmonic sequence): Knp}88DR^j paUJq?Af x = zeros(1,6); % x是一个16的零矩阵 O4!!*0(+91 a_zf*; for i = 1:6, yQq|!'MK k 9Qq%Fw_ x(i) = 1/i; keJ-ohv) !>fi3#Fi end V$ho9gQ!l[ >}r
1A 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: N.vkM`Z 5*O]`Q7 format rat % 使用分数来表示数值 0IQ|`C. =%{E^z>1 disp(x) 91ec^g %htbEKWR 1 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 d 1 O+qS U8eU[|-8O/ 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 7'7o^>
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