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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 ZfU_4Pl-> j*"s~8u4 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: CJ_B. !wgj$5Rw. >> (5*2+1.3-0.8)*10/25 ctGjqHo `8I&(k<wLe ans =4.2000 l-&f81W vjpe'zx MATLAB会将运算结果直接存入一变数ans,代表MATLAB运算後的答 案(Answer)并显示其数值於萤幕上。 %}/)_RzQ L@wnzt 小提示: ">>"是MATLAB的提示符号(Prompt),但在PC中文视窗系统下,由於编码方式不同,此提示符号常会消失不见,但这并不会影响到MATLAB的运算结果。 JsV#: ;1KhUf;&F 我们也可将上述运算式的结果设定给另一个变数x: (w*$~p I ;_.tG x = (5*2+1.3-0.8)*10^2/25 ]zO]*d=m deNU[ x = 42 5Ai
Yx} _R]h]<TQ 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(^)。 xK/`XY vI-KH: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。 W6pS.} 3]'3{@{}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: SNQ+ XtoO ?@~FT1"6G y = sin(10)*exp(-0.3*4^2); SV.*Z|"^N G 6][@q 若要显示变数y的值,直接键入y即可: wdg[pt
/> L@/+u+j0 >>y /<mc~S7 Y !`H_Qo y =-0.0045 | c;S'36 J(Bn
n 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。 A#T;Gi P5N"7/PfW 下表即为MATLAB常用的基本数学函数及三角函数: .m<-)Kx oR+Fn}mG 小整理:MATLAB常用的基本数学函数 p'H5yg3h /fX]Yu abs(x):纯量的绝对值或向量的长度 @y,p-##e "PX~Yc angle(z):复 数z的相角(Phase angle) /(q* 62W3W1: W sqrt(x):开平方 6)W9/V-W m_pK'jc real(z):复数z的实部 B$\5=[U U<*dDE~z imag(z):复数z的虚 部 iB\d`NUf l!oU9 conj(z):复数z的共轭复数 }Iu 6]?|' =/zQJzN round(x):四舍五入至最近整数 O".#B rP*?a~< fix(x):无论正负,舍去小数至最近整数 QPBf++| tvd/Y|bV= floor(x):地板函数,即舍去正小数至最近整数 oL<^m?-u cM55
vVd ceil(x):天花板函数,即加入正小数至最近整数 .9`.\v6R *`dGapd3 rat(x):将实数x化为分数表示 vZ*593C8 k(T/ydrw rats(x):将实数x化为多项分数展开 P/^:IfuR r>
NgJf, sign(x):符号函数 (Signum function)。 J&lQ,T!?B oqG
0 @@ 当x<0时,sign(x)=-1; P,,@&*
: T;I a;<mfE 当x=0时,sign(x)=0; 0Tq6\: w@hm>6j 当x>0时,sign(x)=1。 M*%iMz *`|F?wF > 小整理:MATLAB常用的三角函数 :c
c#e&BO b8>rUGA{ sin(x):正弦函数 kGCd!$fsk \vKMNk;kz cos(x):馀弦函数 94H 6` g&v2=&aj tan(x):正切函数 x#'#
~EO-G $=t&NM asin(x):反正弦函数 9^ )=N=wV %|4Nmf$:Og acos(x):反馀弦函数 !5pnl0D K* eqYa`h@g^ atan(x):反正切函数 e3&R3{ "(/.3`g atan2(x,y):四象限的反正切函数 l,L#y4# 4h?[NOA" sinh(x):超越正弦函数 i{xgygp6f |6$6Za]: cosh(x):超越馀弦函数 =ejkE;
%L `}"*i_0-5' tanh(x):超越正切函数 <!R~G-D#_T _r&`[@m asinh(x):反超越正弦函数 M~=9ym G|v{[>tr acosh(x):反超越馀弦函数 ~`(#sjr6KR "4|D"|wI) atanh(x):反超越正切函数 <t&0[l Beqzw0 变数也可用来存放向量或矩阵,并进行各种运算,如下例的列向量(Row vector)运算: !Mceg b<NI6z8\ x = [1 3 5 2]; 2{% U\^- YqrieDFay! y = 2*x+1 gm\P`~+o DhYQ>Gv8U y = 3 7 11 5 V!(Ty%7 Z-.`JkKd8 小提示:变数命名的规则 GeD^-.^ ymiOtA Z 1.第一个字母必须是英文字母 2.字母间不可留空格 3.最多只能有19个字母,MATLAB会忽略多馀字母 ^,qi`Tk :[?hU}9 我们可以随意更改、增加或删除向量的元素: :iP2e+j C0Z
mv y(3) = 2 % 更改第三个元素 a^>0XXr}Y 1!~=8FTv y =3 7 2 5 &82Za% Gk
g)\ 3 y(6) = 10 % 加入第六个元素 k|'{$/n |9Q4VY'"; y = 3 7 2 5 0 10 Z.ky=vCt IC"bg<L,* y(4) = [] % 删除第四个元素, .Cwgl jhOQ)QE| y = 3 7 2 0 10 |
U ) yY_Zq\ 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: JTA65T{3 y@Z@ eK3 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 T{<riJ`O :c)N"EJlI2 ans = 9 XEl-5-M" 7&;M"?m& y(2:4)-1 % 取出y的第二至第四个元素来做运算 +twl`Z3n la+RK ans = 6 1 -1 #q#C_" yyB;'4Af 在上例中,2:4代表一个由2、3、4组成的向量 P|*c7+q w+($=n~ 5+Fr/C lLhvpvT 若对MATLAB函数用法有疑问,可随时使用help来寻求线上支援(on-line help):help linspace "NWILZwEV KcKdhqdN- 小整理:MATLAB的查询命令 =z#6mSx|W
&8$Gyu 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。) g9C/Oj`I |7ct2o~un 将列向量转置(Transpose)後,即可得到行向量(Column vector): [}:;B$, VZF; z = x' ;+C2P@M )S"!)\4 b z = 4.0000 1seWR" 5XtIVHA@{ 5.2000 uIh68UM ,Y9bXC8+dU 6.4000 ISa}Km>Q -4wr)zjfW 7.6000 u|(;SY X6 E^5m 8.8000 hNU$a?eVpR 7]sRHX0o% 10.0000 (-S\%,hO [h&)h+xt 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: YF8;s4 cPunMHD length(z) % z的元素个数 {0L.,T~g+[ zH|YVg ans = 6 L;RHshTy
NW]zMU{c max(z) % z的最大值 UA4="/ '`+8'3K~E ans = 10 /tdRUX ^k J>4 min(z) % z的最小值 ~}"5KX\=# *RYok{w ans = 4 Dc@OrQu >:J7u*>$ ' 小整理:适用於向量的常用函数有: 6+UTEw; p C^=?!:U min(x): 向量x的元素的最小值 CKE):kHu Z1}@N/>> max(x): 向量x的元素的最大值 M"\Iw'5$ 8&Md=ZvK` mean(x): 向量x的元素的平均值 -#Bk JIc(hRf9> median(x): 向量x的元素的中位数 k'8tqIUN] P+L#p(K std(x): 向量x的元素的标准差 gCV+amP NoOrQ m diff(x): 向量x的相邻元素的差 8AVtUU [CG3&J sort(x): 对向量x的元素进行排序(Sorting) EvYe1Y- 4^Ke?;v length(x): 向量x的元素个数 0gRm LX 1K#%mV_ norm(x): 向量x的欧氏(Euclidean)长度 ZS<`.L6B3 &j}:8Tst sum(x): 向量x的元素总和 cY^'Cj "IHFme@^ prod(x): 向量x的元素总乘积 K+\2cf?bU 5pU/X.lc cumsum(x): 向量x的累计元素总和 Na>w~ b+`qGJrej cumprod(x): 向量x的累计元素总乘积 8'PK}heBU 5<XWbGW dot(x, y): 向量x和y的内 积 Skg}/Ek
:al
,zxs 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。) RkZyqt
@+ 4L bll%[9 !^'6&NR#K Ot+Z}Z- '':MhRb ]JR2Av 若要输入矩阵,则必须在每一列结尾加上分号(;),如下例: GdYQq. MTip4L W9 A = [1 2 3 4; 5 6 7 8; 9 10 11 12]; m[CyvcF*u /_X`i[ A = Q?V+
0J Zi?:< H} 1 2 3 4 ^z`d2it v|MT^. 5 6 7 8 R=<%! WMa`!Q 9 10 11 12 J4x|Af p klAvi%^jE 同样地,我们可以对矩阵进行各种处理: j}O qWX>/ `mH]QjAO A(2,3) = 5 % 改变位於第二列,第三行的元素值 BNgm+1?L H$V`,=H A = GExr] 2r zR4]buHnE 1 2 3 4 Z~w2m6;s u#y#(1
= 5 6 5 8 gFd*\Dk 8|(],NyEJ 9 10 11 12 GYg.B<Q. ,^7]F"5 B = A(2,1:3) % 取出部份矩阵B "@^Q"RF @+0dgkJ B = 5 6 5 wPX^P @?jtB A = [A B'] % 将B转置後以行向量并入A M0g=gmau Xr:s-L A = q6ZewuV. L?Ys(a"k 1 2 3 4 5 artn _ +MD84YR 5 6 5 8 6 sH>`eqY t3!OqM 9 10 11 12 5 (S4HU_,88 E%(s=YhW A(:, 2) = [] % 删除第二行(:代表所有列) 61b*uoq0w? NMQG[py!f A = `x=$n5=8 D.-G!0! 1 3 4 5 1szObhN-l `*elzW 5 5 8 6 A*vuS Qt( c%WO#}r| 9 11 12 5 MN8>I=p Y
mL{uV$ A = [A; 4 3 2 1] % 加入第四列 c1r+?q$f _n/73Oh A = fL#r@TB-s b;{"@b,Y 1 3 4 5 :<mJRsDf "GR*d{ 5 5 8 6
q)f_!N FZW`ADq] 9 11 12 5 '6})L AorY#oq 4 3 2 1 Z#B}#*<C z9g ++]rkJ A([1 4], :) = [] % 删除第一和第四列(:代表所有行) L ph0C^8 7#d:TXS A = Q"B8l[ QeC\(4? 5 5 8 6 [*Ai@:F 'l=>H#}<B 9 11 12 5 <ch}]-_ ;Ce?f=4 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。 t0jE\6r LT
Pr8^ 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)。 J5HN*Wd %#rtNDi 此外,若要重新安排矩阵的形状,可用reshape命令: C0KFN b_ak@LYiu B = reshape(A, 4, 2) % 4是新矩阵的列数,2是新矩阵的行数 ZG2EOy tk R~(h B = sT"ICooc l^}u S|c( 5 8 Z$g'h1,zW ?d3FR! 9 12 1U#W=Fg' Gp
\-AwE 5 6 5I,NvHD4 #*/nUbsg 11 5 A$N%deb qR!ZtJ5j 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。 m~*qS4 (3mL!1\ MATLAB可在同时执行数个命令,只要以逗号或分号将命令隔开: <W!n lh
$u.rO7) x = sin(pi/3); y = x^2; z = y*10, .%{B=_7 Wz=&
0>Mm_ z = OblHN* 9#9bm 7.5000 T)sIV5bk O5vfcX4> 若一个数学运算是太长,可用三个句点将其延伸到下一行: |f @A-d X s|H7;.3gp z = 10*sin(pi/3)* ... ^7/v[J<< x%r$/= sin(pi/3); AV2Jl"1)z Ycm .qud
? 若要检视现存於工作空间(Workspace)的变数,可键入who: j@(S7=^C6% e-P{)L<s5 who a'|]_`36x ;"0bVs`.^e Your variables are: M&V4|D J)B3o$ testfile x r<1W.xd": Bo8f52| 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: hG.}>(VV ;"Qq/knVL whos zO\_^A|8H Yb5@W/' Name Size Bytes Class }v2p]D5n. Xe\}(O A 2x4 64 double array 53:u6bb; AZhI~QWo B 4x2 64 double array 9C,gJp}P JS8pN5 ans 1x1 8 double array mfI[9G guYP| x 1x1 8 double array O4f9n ";(m,if- y 1x1 8 double array A\rY~$Vr yC5>k;/6#K z 1x1 8 double array _ymSo`IvR +qjZ;5( Grand total is 20 elements using 160 bytes q1 q~%+Jy CPNV\qCY 使用clear可以删除工作空间的变数: u c!6?+0h p+b9D clear A hl**G4z9q J+ :3==, A rjcH[U( N)E'k%?, ??? Undefined function or variable 'A'. vFJ4`Gjw( Ja*,ht(5 另外MATLAB有些永久常数(Permanent constants),虽然在工作空间中看不 到,但使用者可直接取用,例如: 8M!9gvcaO b_{+O qI pi M_E$w$l2< 9<CUm"%J ans = 3.1416 hOLlZP+ bupW*fD: 下表即为MATLAB常用到的永久常数。 !K*3bY`# K
~\b+ 小整理:MATLAB的永久常数 i或j:基本虚数单位 K6B6@ !?i9fYu eps:系统的浮点(Floating-point)精确度 !$iwU3~< md{1Jn" inf:无限大, 例如1/0 nan或NaN:非数值(Not a number) ,例如0/0 %`G}/" NPBOG1q% pi:圆周率 p(= 3.1415926...) $?kTS1I( Ve[Kv07 realmax:系统所能表示的最大数值 Gv)*[7 <MhODC") realmin:系统所能表示的最小数值 >/GYw"KK i0x[w>\- nargin: 函数的输入引数个数 'SG<F,[3 |1OF!(: nargin: 函数的输出引数个数 P1TTaYu o~:({ 1-2、重复命令 * e,8o2C$ pDr/8HEh 最简单的重复命令是for?圈(for-loop),其基本形式为: uX7"u*@Q*~ y>UQm|o<W for 变数 = 矩阵; R<h:>.M gY-}!9kW] 运算式; 8.`5"9Vh =%FhY^- end fk5pPm|MiL bb/A}<
zD 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。 gavf$be
}`$({\^w 举例来说,下列命令会产生一个长度为6的调和数列(Harmonic sequence): , YE+k`: 4%jSqT@ x = zeros(1,6); % x是一个16的零矩阵 Y-DHW/Z~ < | |