哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院matlab.ppt

MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 一些命令 1 showworkspace 命令是打開MATLAB的工作空間瀏覽器的命令 工作空間瀏覽器能夠顯示可進(jìn)行操作的變量的集合以及各變量的各種屬性 也可以用鍵入命令的方式Who僅顯示變量名Whos顯示同工作空間一樣的信息2 ShowGraphicsPropertyEditor顯示圖形屬性的編輯器 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 3 setpath 命令該命令允許用戶編輯m文件的目錄 也可以用MATLAB提供的命令來完成 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 數(shù)據(jù)格式表 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 以上的數(shù)據(jù)格式是在 Preference 對(duì)話框的 CommandWindow選項(xiàng)卡中設(shè)定 也可用命令直接給數(shù)據(jù)定義格式命令形式為 format類型此格式命令只改變顯示的數(shù)據(jù) 并不改變MATLAB的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)的格式 2 1MATLAB的運(yùn)行方式有兩種運(yùn)行方式 一 直接交互命令行操作方式二 m文件編輯運(yùn)行操作方式 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 在MATLAB中 m文件分為兩種 一 類似DOS的批處理文件 包含了一連串的MATLAB的指令 既不接受輸入?yún)?shù) 也不返回輸出參數(shù) 稱為腳本 script 二 函數(shù) Function 函數(shù)接受用戶的輸入?yún)?shù) 執(zhí)行函數(shù)的具體運(yùn)算 最后輸出結(jié)果 1 腳本文件 包括注解和指令兩部分 注解部分必須以 開頭 腳本文件使用與存放的變量和數(shù)據(jù)都在工作空間中 指向工作空間來操作 2 函數(shù)文件 該文件主要包含以下五部分 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 1 函數(shù)定義行 位于函數(shù)的第一行 格式為 function A1 A2 A3 函數(shù)名 B1 B2 B3 A1 A2 A3 為輸出參數(shù) B1 B2 B3 為輸入?yún)?shù)如無輸入或輸出參數(shù) 可以不寫相應(yīng)的參數(shù) 例如 functiontide x1 function y1 y2 tide 注 函數(shù)文件的名稱必須與函數(shù)名稱或函數(shù)文件中的主函數(shù)名稱相同 2 H1行 H1行緊接著函數(shù)定義行簡(jiǎn)要說明函數(shù)名和功能 是幫助文本的第一行 以 開始 lookforfunction name命令找到相關(guān)函數(shù) 但只顯示H1行 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 3 函數(shù)說明 函數(shù)說明位于H1行后 用來具體說明函數(shù)的功能和用法 同樣以 開頭 Helpdirection name就可顯示該目錄下所有函數(shù)的H1行 4 函數(shù)主體 函數(shù)主體在函數(shù)說明后 是所有進(jìn)行具體運(yùn)算和賦值程序的代碼 5 注解 在MATLAB中 還可以對(duì)某一行的具體內(nèi)容進(jìn)行注解 注 MATLAB通過判斷 m文件的第一行是否有關(guān)鍵字 function 來識(shí)別該文件是否為函數(shù)文件 如果一個(gè)m文件是腳本文件 那么在該文件中不允許再出現(xiàn)函數(shù)定義語句 但可以調(diào)用在同一工作空間的函數(shù)文件中定義的函數(shù) MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 MATLAB數(shù)據(jù)類型MATLAB定義了六種數(shù)據(jù)類型 字符char雙精度數(shù)值double稀疏數(shù)據(jù)sparse存儲(chǔ)型storage單元數(shù)組cell結(jié)構(gòu)數(shù)組structstorage又包括 int8 8位整形 unit8 無符號(hào)8位 int16unit16int32unit32該類型只用于內(nèi)存的有效存儲(chǔ) 可以對(duì)這種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行基本操作 但不能對(duì)它們執(zhí)行任何數(shù)學(xué)運(yùn)算 如進(jìn)行要轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)類型 一般常用的為 chardouble MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 變量與常量變量MATLAB語言并不要求對(duì)所使用變量進(jìn)行事先聲明 也不需要指定變量類型 它會(huì)自動(dòng)根據(jù)所賦予變量的值或?qū)ψ兞克M(jìn)行的操作來確定變量的類型 在賦值過程中 如果變量已經(jīng)存在 MATLAB語言將使用新值代替舊值 并以新的變量類型代替舊的變量類型 命名原則 變量名區(qū)分大小寫 變量名長(zhǎng)度不超過31位 變量名以字母開頭 變量名中可以包含字母 數(shù)字 下劃線 但不能使用標(biāo)點(diǎn) MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 在沒有特殊聲明的情況下 MATLAB語言將所識(shí)別的一切變量視為局部變量 若要定義全局變量 在給該變量前加關(guān)鍵字global 一般全局變量常用大寫的英文字符表示 MATLAB語言中的常量 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 字符 字符串1 在MATLAB中 所有的字符串都用單引號(hào)設(shè)定后輸入或賦值 2 字符串的每個(gè)字符 包括空格 都是字符數(shù)組的一個(gè)元素 3 在MATLAB中 字符串和字符數(shù)組 或矩陣 基本上是等價(jià)的 4 字符數(shù)組的生成 函數(shù)char可以用來生成字符數(shù)組 或矩陣 5 字符串和數(shù)組之間的轉(zhuǎn)換 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 字符串轉(zhuǎn)換為數(shù)值代碼 此功能可由函數(shù)double來實(shí)現(xiàn) 字符數(shù)組轉(zhuǎn)換為字符串 此功能可由函數(shù)cellatr來實(shí)現(xiàn) 數(shù)值數(shù)組和字符串之間的轉(zhuǎn)換函數(shù)表 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 5 執(zhí)行字符串執(zhí)行字符串的功能在MATLAB中由函數(shù)eval來實(shí)現(xiàn)向量向量的生成直接輸入向量格式 a s1 s2 s3 注意 用空格和逗號(hào)分隔生成行向量 用分號(hào)分隔生成列向量 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 利用冒號(hào)表達(dá)式生成向量格式 a s1 s2 s3S1為起始值 s2為步距 s3為終止值如果省略s2的值 則步距取默認(rèn)值1線性等分向量的生成格式 d linspace x1 x2 n 作用 生成通過維數(shù)定義的等間隔為 x2 x1 n的向量對(duì)數(shù)等分向量的生成格式 d logspace x1 x2 n 作用 生成對(duì)數(shù)等分向量 d 1 10 x1 d n 10 x2 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 2 向量的運(yùn)算點(diǎn)積 由函數(shù)dot來實(shí)現(xiàn)格式 dot a b 或dot a b dim 叉積 由函數(shù)cross實(shí)現(xiàn)格式 d cross a b dim 作用 返回a和b的dim維向量的叉積 a和b必須同維 如果dim不寫 則默認(rèn)dim 3混合積 兩函數(shù)套用例 dot a cross b c MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 2 4矩陣與數(shù)組MATLAB中最重要的功能就是對(duì)矩陣的運(yùn)算 此時(shí)矩陣可以是數(shù)學(xué)意義上的矩陣 也可以是標(biāo)量或向量 標(biāo)量為1 1矩陣 向量為一個(gè)一維的矩陣 MATLAB可以進(jìn)行實(shí) 復(fù)數(shù)矩陣的數(shù)學(xué)計(jì)算 矩陣的輸入規(guī)則 矩陣的元素要寫在方括號(hào)中 每行內(nèi)的元素用逗號(hào)或空格分開 行與行之間用分號(hào)分開或用回車符分隔 例如 x 1 2 3 4 5 6 7 8 9 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 4 矩陣大小可不預(yù)先定義 5 矩陣元素可為運(yùn)算表達(dá)式 6 無任何元素的空矩陣亦合法 7 若不想獲得中間結(jié)果 可以 結(jié)束 矩陣的運(yùn)算矩陣的四則運(yùn)算矩陣的加減 要求加減的兩矩陣同階對(duì)應(yīng)元素相加 標(biāo)量與矩陣的加減法是矩陣的每個(gè)元素與該標(biāo)量相加減 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 矩陣的乘法 矩陣的除法左除x A B是方程A X B的解右除x B A是方程X A B的解其中B A A B 2 矩陣與常數(shù)間的運(yùn)算是同此矩陣的各元素之間進(jìn)行運(yùn)算 3 矩陣的逆運(yùn)算格式 D inv a MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 4 矩陣的乘方運(yùn)算格式 A B作用 1 如果A和B都是矩陣 則不能運(yùn)算 2 如果B是個(gè)正整數(shù) 結(jié)果是A自乘B次 3 如果B是個(gè)負(fù)整數(shù) 則首先對(duì)A取逆 然后它自乘B次 4 如果B是個(gè)標(biāo)量 則對(duì)A中每個(gè)元素B次方 矩陣的轉(zhuǎn)置格式 A 矩陣為復(fù)矩陣 則轉(zhuǎn)置為共軛轉(zhuǎn)置 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 數(shù)組的運(yùn)算數(shù)組的加減 對(duì)應(yīng)元素相加減 符號(hào) 數(shù)組的乘法 對(duì)應(yīng)元素相乘 要求A B必須同維 除非一個(gè)為標(biāo)量 格式 A B3 數(shù)組的除法 同乘法格式 右除A B左除A B4 數(shù)組的乘方 格式 A B說明 如果A和B都是數(shù)組 則表示且A和B長(zhǎng)度相同 如果B為標(biāo)量 則 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 在MATLAB中矩陣的輸入有下列方式 顯示列表輸入 外部文件加載 在 m文件中創(chuàng)建 通過MATLAB函數(shù)庫(kù)生成 注 輸入時(shí) 元素可以為常數(shù) 也可以為變量 表達(dá)式或函數(shù) 其維數(shù)可以擴(kuò)大或縮小 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 顯示列表輸入 按矩陣的格式規(guī)定輸入 對(duì)于簡(jiǎn)單的矩陣非常方便 對(duì)復(fù)雜的矩陣 可將矩陣元素分行輸入 此時(shí)用回車鍵代替分號(hào) 外部數(shù)據(jù)文件加載 用戶可以使用load命令加載外部數(shù)據(jù)文件來創(chuàng)建矩陣 例如將生成的矩陣保存為file mat文件 然后在命令窗口中用loadfile mat加載在 m文件中創(chuàng)建 如果用戶將一個(gè)數(shù)據(jù)文件保存為 m文件 則用戶在命令窗口中輸入文件名 將顯示矩陣 通過MATLAB函數(shù)庫(kù)生成 MATLAB為用戶提供了四個(gè)產(chǎn)生基本矩陣的函數(shù)和一些能夠產(chǎn)生特殊矩陣的函數(shù) MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 四個(gè)產(chǎn)生基本矩陣的函數(shù) zeros函數(shù)ones函數(shù)rand函數(shù)randn函數(shù)產(chǎn)生特殊矩陣的函數(shù)有 magic函數(shù)diag函數(shù)triu函數(shù)eye函數(shù)size函數(shù) 1 zeros函數(shù)作用 能夠生成元素全為零的矩陣格式 矩陣名 zeros m n 2 ones函數(shù)作用 能夠生成元素全為1的矩陣 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 格式 矩陣名 ones m n 3 rand函數(shù)作用 能夠生成統(tǒng)一分布隨機(jī)元素的矩陣 元素?cái)?shù)值范圍為 0 0 1 0 格式 矩陣名 rand m n 4 randn函數(shù)作用 能夠生成正態(tài)分布隨機(jī)元素的矩陣 元素?cái)?shù)值范圍為 0 0 1 0 格式 矩陣名 rand m n MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 5 magic函數(shù)作用 能夠自動(dòng)生成一種特殊的n階矩陣 這些矩陣的行 列和對(duì)角線上的元素之和都相等 格式 矩陣名 magic n 6 diag函數(shù)作用 自動(dòng)生成指定矩陣的對(duì)角矩陣 格式 Y diag D 7 triu函數(shù)作用 自動(dòng)生成指定矩陣的上三角矩陣 格式 Y triu D MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 8 tril函數(shù)作用 自動(dòng)生成指定矩陣的下三角矩陣 格式 Y tril D 9 eye函數(shù)和size函數(shù)作用 size函數(shù)用來返回指定矩陣的行數(shù)和列數(shù) eye函數(shù)產(chǎn)生指定行數(shù)和列數(shù)的單位矩陣 兩個(gè)函數(shù)共同使用可產(chǎn)生與指定矩陣同階的單位矩陣 格式 Y eye size D 10 repmat函數(shù) MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 作用 創(chuàng)建m n維塊矩陣 每一塊為已知矩陣 格式 Y repmat D m n 或Y repmat D m n 矩陣組合一個(gè)矩陣中的元素也可以時(shí)一個(gè)小矩陣 但此時(shí)應(yīng)該注意維數(shù)的問題 11 reshape函數(shù)格式 Y reshape D m n 作用 用來對(duì)矩陣D進(jìn)行變維 m n為變維后的矩陣的行數(shù)和列數(shù) m n必須與原矩陣的元素個(gè)數(shù)相等 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 冒號(hào)表達(dá)式 給行向量賦值格式 a s1 s2 s3s1為起始值 s2為步距 s3為終止值 如果s2為負(fù)值 則要求s1大于s3的值 否則產(chǎn)生一個(gè)空向量 如果省略s2的值 則步距取默認(rèn)值1注 冒號(hào)主要用于以下幾個(gè)方面 1 輸入行向量 2 從向量 矩陣和數(shù)組中挑選指定的行 列或元素 3 產(chǎn)生簡(jiǎn)單的表格 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 矩陣的基本函數(shù)運(yùn)算特征值函數(shù) eig和eigs格式 B eig A 返回矩陣A的特征值 并依次構(gòu)成B的列向量 格式 F D eig A 返回兩個(gè)矩陣F和D 其中F為特征向量矩陣 D為特征值矩陣 格式 F D eig A nobalance 同上 只是這種方式不采用預(yù)先平衡的方式 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 格式 D eig A B 若B是一個(gè)與A同階的方陣 則該格式將返回一個(gè)表示廣義特征值的向量 eigs函數(shù)是使用迭代法求解特征值和特征向量的函數(shù) 2 秩函數(shù) 格式 rank D 3 跡函數(shù) 矩陣所有對(duì)角線上元素的和稱為矩陣的跡 格式 trace D MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 特殊矩陣 空陣在MATLAB中定義 為空陣 一個(gè)被賦予空陣的變量具有一下性質(zhì) 在MATLAB工作內(nèi)存中確實(shí)存在被賦空陣的變量 空陣中不包括任何元素 它的階數(shù)是0 x0 空陣可以在MATLAB的運(yùn)算中傳遞 可以用clear從內(nèi)存中清除空陣變量 注意 空陣不是 0 也不是 不存在 它可以用來使矩陣按要求進(jìn)行縮維 例如 a 2 5 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 多項(xiàng)式運(yùn)算多項(xiàng)式的表示方法 用一下的行向量表示 P a0 a1 an 用函數(shù)poly2sym可以將多項(xiàng)式向量表示成為符號(hào)形式 系數(shù)向量的直接輸入法 特征多項(xiàng)式輸入法 由函數(shù)poly實(shí)現(xiàn)由根創(chuàng)建多項(xiàng)式 由函數(shù)poly實(shí)現(xiàn) MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 2 求多項(xiàng)式的值 兩種形式 一種在輸入變量值代入多項(xiàng)式計(jì)算時(shí)是以數(shù)組為單元 此時(shí)的計(jì)算函數(shù)為polyval 另一種是以矩陣為計(jì)算單元 進(jìn)行矩陣式運(yùn)算 此時(shí)的計(jì)算函數(shù)為polyvalm 這兩種計(jì)算在數(shù)值上有很大的差別 這主要源于矩陣計(jì)算和數(shù)組計(jì)算的差別 3 求多項(xiàng)式的根一種是直接調(diào)用MATLAB的函數(shù)roots 求多項(xiàng)式的所有根 另一種是通過建立多項(xiàng)式的伴隨矩陣再求其特征值的方法得到多項(xiàng)式的所有根 4 多項(xiàng)式的乘除法運(yùn)算多項(xiàng)式的乘法由函數(shù)conv實(shí)現(xiàn) MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 多項(xiàng)式的除法由函數(shù)deconv來實(shí)現(xiàn) 5 多項(xiàng)式的微分 函數(shù)polyder6 多項(xiàng)式的擬合 函數(shù)polyfit調(diào)用格式 Polyfit X Y n 其中X Y為擬合數(shù)據(jù) n為擬合多項(xiàng)式的階數(shù) p s polyfit X Y n 其中p為擬合多項(xiàng)式系數(shù)向量 s為擬合多項(xiàng)式系數(shù)向量的結(jié)構(gòu)信息 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 符號(hào)運(yùn)算功能 符號(hào)表達(dá)式的生成與字符串的生成方式一樣 但這種方式對(duì)空格很敏感 因此 不要在字符間亂加空格符 用sym命令生成格式 f sym 表達(dá)式 3 用syms命令生成格式 syms變量f 表達(dá)式 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 符號(hào)函數(shù)的運(yùn)算復(fù)合函數(shù)運(yùn)算格式 compose f g 返回當(dāng)f f x 和g g y 時(shí)的復(fù)合函數(shù)f g y 格式 compose f g z 返回的復(fù)合函數(shù)以z為自變量 2 反函數(shù)的運(yùn)算格式 g finverse f MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 符號(hào)矩陣的運(yùn)算此運(yùn)算和矩陣的運(yùn)算基本一致符號(hào)矩陣的簡(jiǎn)化因式分解格式 factor s 2 符號(hào)矩陣的展開格式 expand s 3 同類式合并格式 collect S v MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 將符號(hào)矩陣S中的各元素的v的同冪項(xiàng)系數(shù)合并 格式 collect S 對(duì)默認(rèn)變量進(jìn)行同類項(xiàng)合并4 符號(hào)簡(jiǎn)化格式 simple S 尋找符號(hào)矩陣或符號(hào)表達(dá)式的最簡(jiǎn)型格式 simplify S 簡(jiǎn)化符號(hào)矩陣的每一個(gè)元素 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 5 分式通分格式 n d numden A 把A的各元素轉(zhuǎn)換為分子和分母都是整系數(shù)的最佳多項(xiàng)式型 n為分母 d為分子6 符號(hào)極限格式 limit F x a 計(jì)算符號(hào)表達(dá)式F在x a條件下的極限值7 符號(hào)積分格式 int S int S v int S a b int S v a b 8 符號(hào)函數(shù)的簡(jiǎn)易繪圖函數(shù)explot格式 ezplot f xmin xmax fig MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 二維圖形 基本繪圖命令1格式 plot y plot x y plot x y s MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 雙縱坐標(biāo)繪制二維圖的函數(shù) plotyy格式 plotyy x1 y1 x2 y2 fun1 fun2 fun可以為plot semilogx semilogy loglog如果要對(duì)圖中曲線的線型 顏色以及數(shù)據(jù)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)加以控制 應(yīng)該使用后面介紹的句柄圖形控制來完成 三維圖形 plot3函數(shù)格式 plot3 x1 y1 z1 s1 x2 y2 z2 s2 2 網(wǎng)圖函數(shù)格式 mesh x y z c 三維網(wǎng)格圖meshc將網(wǎng)格與等高線結(jié)合 meshz屏蔽的網(wǎng)格圖 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 meshgrid生成網(wǎng)格點(diǎn)格式 X Y meshgrid x y 3 繪制著色圖函數(shù) surf格式 surf x y z c 圖形標(biāo)注 title為圖形添加標(biāo)題 xlabel ylabel為x y坐標(biāo)軸添加標(biāo)注格式 xlabel 標(biāo)注 屬性1 屬性值1 文本標(biāo)注格式 text x y 標(biāo)注文本及控制字符串 格式 gtext 標(biāo)注文本及控制字符串 MATLAB語言 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 圖例標(biāo)注格式 legend 標(biāo)注1 標(biāo)注2 定位代號(hào) 0 自動(dòng)定位 使得圖標(biāo)與圖形重復(fù)最少 1 置于圖形的右上角 默認(rèn)值 2 置于圖形的左上角 3 置于圖形的左下角 4 置于圖形的右下角 1 置于圖形的右外側(cè) 圖形保持 holdon off