MATLAB入門(1)

MATLAB入門(1) MATLAB簡介參考書 1、參考書 1、MATLAB教程，張志涌等編著 2、科學計算引論-基于MATLAB的數值分析，美的數值分析，美Shoichiro Nakamura著章第一章Matlab入門1.1引言MATLAB是1984年由美國MathWorks公司的榮譽產品。 早在20世紀八十年代中期，MATLAB就曾在我國出現，但真正大規(guī)模流行是九十年代中期以后的事。 現在，就曾在我國出現，但真正大規(guī)模流行是九十年代中期以后的事。 現在，MATLAB已被從事科學研究、工程計算的廣大科技工作者、高校師生確認為必須掌握的計算工具，從理論通向實際的橋梁，和最可信賴的科技資源之一。 已被從事科學研究、工程計算的廣大科技工作者、高校師生確認為必須掌握的計算工具，從理論通向實際的橋梁，和最可信賴的科技資源之一。 1.2MATLAB的操作桌面和啟動 一、MATLAB的啟動 二、MATLAB操作桌面簡介 一、MATLAB的啟動 二、MATLAB操作桌面簡介八個常用交互界面1（Cd d） （11）指令窗（d Command Window） （2）歷史指令窗（Command History） （3）當前目錄瀏覽器（Current Directory） （4）工作空間瀏覽器（Workspace Browser） （5）交互界面分類目錄窗（Lauch Pad） （6）內存數組器（Array Editor） （7）M文件器/調試器（Editor/Debugger） （8）幫助導航/瀏覽器（Help Navigator/Browser） （2）歷史指令窗（Command History） （3）當前目錄瀏覽器（Current Directory） （4）工作空間瀏覽器（Workspace Browser） （5）交互界面分類目錄窗（Lauch Pad） （6）內存數組器（Array Editor） （7）M文件器/調試器（Editor/Debugger） （8）幫助導航/瀏覽器（Help Navigator/Browser）1.3指令窗簡介二變量與變量名(英文數字下連符)f2 一、算術運算符+加法，-減法，*乘法，/右除，左除，乘冪注意ab=b/a 二、變量與變量名(英文，數字，下連符)fe2_a變量名、函數名是對字母大小寫敏感的。 變量名的第一個字母必須是英文字母，最多31個字符。 變量名、函數名是對字母大小寫敏感的。 變量名的第一個字母必須是英文字母，最多31個字符。 2.函數名sin(x),cos(x),abs(x),sqrt(x),log(x),log10(x),exp(x)3.命令名if,else,elseif,end,for,while,1.特殊變量pi，i(j)，eps，inf，NaN(非數值）nargin（函數輸入自變量數）,nargout（函數輸出自變量數）【例】（函數輸出自變量數）【例】type cond【例】求的算術運算結果。 (12+2*(7-4)/32ans=223)47(212?【例】簡單矩陣的輸入步驟。 AA=1,2,1;4,5,6;1,8,9AA=121456189A?AA121456189【例】矩陣的分行輸入。 AA=1,2,34,5,67,8,9說明，；續(xù)行號的作用【例】畫出所表示的三維曲面。 的取值范圍是。 【例】畫出所表示的三維曲面。 的取值范圍是。 clear;x=-8:0.5:8;y=x;X=ones(size(y)*x;Y=y*ones(size(x);R=sqrt(X.2+Y.2)+eps;Z=sin(R)./R;mesh(X,Y,Z);2222)sin(y xy xz?yx,8,8?mesh(X,Y,Z);colormap(hot)xlabel(x),ylabel(y),zlabel(z) 四、數據顯示格式（系統(tǒng)默認的數據顯示格式是5位）format long,File-Preferences-Command Window-Numeric format 三、指令窗顯示方式缺省顯示方式6.1版View-Desktop Layout-Default7.0版Desktop-Desktop Layout-DefaultFile-Preferences-CommandWindowNumeric format43?33例計算體積體積r，其中r=2r=2;vol=(4/3)*pi*r3;r=2;vol=(4/3)*pi*r3;Cd:設置當前的工作目錄，clc:清除指令窗中顯示內容，clear:清除MATLAB工作空間中保存的變量dir:列出指定目錄下的文件和子目錄清單，edit:打開M文件器Exit，quit關閉/退出MATLAB 五、指令窗的常用控制命令more使其后的顯示內容分頁進行type:顯示指定M文件的內容，which指出其后文件所在目錄clf:清除圖形窗open:who whos workspace openwhowhosworkspaceopen變量名,open AAsaveload 六、指令窗中指令行的home使光標移到當前行的首端end使光標移到當前行的尾端清Esc清除當前行的全部內容Delete刪除光標右邊的字符Backsoace:刪除光標左邊的字符【例】指令行操作過程示例。 （【例】指令行操作過程示例。 （1）若用戶想計算的值，那末用戶應依次鍵入以下字符）若用戶想計算的值，那末用戶應依次鍵入以下字符y1=2*sin(0.3*pi)/(1+sqrt (5)y1=0500051)3.0sin(21?y0.5000 （2）通過反復按鍵盤的箭頭鍵，實現指令回調和，進行新的計算。 ）通過反復按鍵盤的箭頭鍵，實現指令回調和，進行新的計算。 y2=2*cos(0.3*pi)/(1+sqrt (5)y2=0.3633 一、歷史指令窗簡介歷史指令行的復制、粘貼、運行(左鍵雙擊)1.4歷史指令窗和實錄指令diary歷史指令行的復制、粘貼、運行(左鍵雙擊)窗 二、實錄指令窗diarydiary my_diary diary off注在word下打開M文件有兩種形式腳本M文件，函數M文件（1式）函數定義行格式function y=fun(x)functiony1,y2=fun(x,t,a)1.5用M文件開發(fā)程序function=fun(x) (2)H1行%注釋語句，用lookfor只查詢H1行 (3)幫助文本%.，用help查詢顯示 (4)函數體 (5)注釋語句函數定義行functionx1,x2=ff(a,b,c)H1%ff.m:this fileis tosolve%algebra equationax2+bx+c=0幫助文本%a,b,c:input arguments%x1,x2:output arguments,as arethe%roots ofequation?例解二次代數方程ff.mdta=b2-4*a*c;%calculating%discriminants1=-1*b+sqrt(dta);s2=-1*b-sqrt(dta);函數體%calculation rootsof equationx1=s1/(2*a);x2=s2/(2*a);? 一、Current Directory當前目錄瀏覽器簡介1.用戶目錄和當前目錄設置 (1)建立用戶目錄f:ming1.6當前目錄瀏覽器和文件管理 （2）應把用戶目錄設置成當前目錄cd f:ming2.借助當前目錄設置）應把用戶目錄設置成當前目錄cd f:ming2.借助當前目錄設置瀏覽器獲取M-文件 二、MATLAB搜索路徑pathtool-Filepathtool-Fileset pathadd folderming確定-savePath(path,f:ming)把f:ming設置在搜索路徑的尾端Path(f:ming,path)把f:ming設置在搜索路徑的首端1.7工作空間瀏覽器和數組器 一、工作空間瀏覽器簡介內存變量查閱、顯示、保存和 一、工作空間瀏覽器簡介內存變量查閱、顯示、保存和(）(復制，粘貼，刪除） 二、數組器和大數組的輸入 三、數據文件的存取 二、數組器和大數組的輸入 三、數據文件的存取Save filenameload filename【例】數據的存取。 （假定內存中已經存在變量X,Y,Z）（） （1）建立用戶目錄，并使之成為當前目錄，保存數據mkdir(c:,my_dir);cd c:my_dirsave safX YZdir.saf.mat2清sf Z （2）清空內存，從saf.mat向內存裝載變量Zclearload safZwhoYour variablesare:Zhelp子目錄名例help polyfunhelp函數名例help eye1.8交互界面分類目錄窗和幫助系統(tǒng)doc函數名Demolookfor關鍵字例help eye1.9數組的創(chuàng)建和運算數組是指由一組實數或復數排成的長方陣列，它可以是一維的“行”或“列”，可以是二維的“矩形”，也可以是三維的“若干維矩形的堆疊”，甚至更高的任意數組是指由一組實數或復數排成的長方陣列，它可以是一維的“行”或“列”，可以是二維的“矩形”，也可以是三維的“若干維矩形的堆疊”，甚至更高的任意維。 MATLAB精心設計數組和數組運算的目的在于（精心設計數組和數組運算的目的在于 （1）使計算程序簡單、易讀，使程序指令更接近于教科書上的計算公式；（）使計算程序簡單、易讀，使程序指令更接近于教科書上的計算公式； （2）提高程序的向量化程度，提高計算效率，節(jié)省計算機開銷。 ）提高程序的向量化程度，提高計算效率，節(jié)省計算機開銷。 一、一維數組變量x1=124,x2=1,2,1,x3=1;2;4?運行結果?x1=124x2=121x1=124x2=1211.直接輸入向量x3=124x3=1242.冒號創(chuàng)建向量?x1=3.4:6.7,x2=3.4:2:6.7x3=2.6:-0.8:0x1=3.4:6.7,x2=3.4:2:6.7x3=2.6:-0.8:0?運算結果x1=330400044040005504000664000練習C(1:2:7)=5;C(2:2:7)=1;D=1:2:7；D (8)=11;33.0400044.0400055.0400066.4000x2=3.40005.4000x3=2.60001.80001.00000.2000x2=3.40005.4000x3=2.60001.80001.00000.20003.生成線性等分向量指令x=linspac e(a,b,n)在a,b區(qū)間產生n個等分點(包括端點)?x=linspac e(0,1,5)?結果?x=?00.25000.50000.75001.0000【例】子數組的賦值。 rand(state,0)x=rand(1,5)x=0.95010.23110.60680.48600.8913x (3)=0x=0.95010.231100.48600.8913)=x(14)11x=1.00000.231101.00000.8913【例】子數組的尋訪。 rand(state,0)x=rand(1,5)x=0.95010.23110.60680.48600.8913x (3)ans=0.6068x(125)ans=4.一維數組的子數組尋訪、賦值、添加、提取、刪除、大小添加、提取、刪除、大小x=23;x1=9,x,5y=2;3;y1=-1;y;71 (34)0.95010.23110.8913x(1:3)ans=0.95010.23110.6068x(3:end)ans=0.60680.48600.8913x(3:-1:1)ans=0.60680.23110.9501x(find(x0.5)ans=0.95010.60680.89131;y;7w=y1(3:4)z=x1z (3)=length(x1)size(y1)5.向量的運算?設x=x1x2x3;y=y1y2y3;為兩個三維向量，為兩個三維向量，a,b為標量。 ?向量的數乘a*x=a*x1a*x2a*x3?向量的平移x+b=x1+b x2+b x3+b?向量和x+y=x1+y1x2+y2x3+y3?向量差x-y=x1-y1x2-y2x3-y3?x/a=x1/a x2/a x3/a向量的數組運算(四則運算）?x.*y=x1*y1x2*y2x3*y3?x./y=x1/y1x2/y2x3/y3?x.y=y1/x1y2/x2y3/x3?x.5=x15x25x35?2.x=2x12x22x3?x.y=x1y1x2y2x3y3向量的數組運算（函數計算）?Matlab有許多內部函數，可直接作用于向量產生一個同維的函數向量。 有許多內部函數，可直接作用于向量產生一個同維的函數向量。 ?x=linspac e(0,4*pi,100);（產生100維向量x x）?y=sin(x);(y也自動為100維向量)?y y11=sin(x).22;?y2=exp(-x).*sin(x);?觀察結果 二、二維數組變量1.直接輸入法創(chuàng)建簡單矩陣。 二、二維數組變量1.直接輸入法創(chuàng)建簡單矩陣。 ?A=1234;5678;9101112?B=-1.3,sqrt (3);(1+2)*4/5,sin (5);exp (2),6?觀察運行結果2.利用M文件創(chuàng)建和保存數組組【例】創(chuàng)建和保存數組AM的的MyMatrix.m文件。 %MyMatrix.m Creationand preservationofmatrix AMAM=101,102,103,104,105,106,107,108,109;.201,202,203,204,205,206,207,208,209;.301,302,303,304,305,306,307,308,309;? (2)二維數組的整行或整列可以用一個冒號表示。 A(1,:)表示A A的第一行A(:,3)表示A A的第三列33.二維數組元素的標識? (1)數組元素的標識A(i,j)表示矩陣A A的第i i行行j j列的元素；觀察運行結果C(1,:)=A(3,:);C(2,:)=A(2,:);C(3,:)=A(1,:);C?取出A A的 11、33行和 11、33列的交叉處元素構成新矩陣A A11 (3)向量標識方式A(vr,vc)vr=i1,i2,ik、vc=j1,j2,ju分別是含有矩陣分別是含有矩陣A A的行號和列號的單調向量。 )A(vr,vc)是取出矩陣A A的第k i1,i2,ik行與j1,j2,ju列交叉處的元素所構成新矩陣。 新矩陣A A11?程序?A=10112;01-123;?30510;23121,?vr=1,3;vc=1,3;?A1=A(vr,vc)?觀察結果?將A A分為四塊，并把它們賦值到矩陣B B中，觀察運行后的結果。 中，觀察運行后的結果。 ?程序?A11=A(1:2,1:2),A12=A(1:2,3:5),?A21=A(3:4,1:2),A22=A(3:4,3:5)?B=A11A12;A21A22?結果4.矩陣的修改和提取?修改矩陣A A，將它的第11行變?yōu)?0。 ?程序?A=10112;01-123;?30510;23121?A(1,:)=00000;AA1?刪除上面矩陣A A的第 11、33行。 ?程序?A(1,3,:)=?結果5.生成特殊矩陣?全11陣?ones(n),ones(m,n),ones(size(A)?全零陣?)zeros(n)，zeros(m,n),zeros(size(A)?常常用于對某個矩陣或向量賦00初值?單位陣?eye(n)，eye(m,n)?隨機陣?rand(m,n)，rand(n)=rand(n,n)用于隨機模擬，常和用于隨機模擬，常和rand(seed,k)配合使用。 ?將rand指令運行多次，觀察結果。 ?程序?y1=rand(1,5),y2=rand(1,5),?rand(seed,3),x1=rand(1,5),?rand(seed,3),x2=rand(1,5)?結果6.矩陣的數組運算+-.*./.?C=A+B,C=A-B?C=A.*B?C=A./B或B.A?C=A.p,C=p.A?C=A./B?for i=1:3for j=1:3?C=s+B C=s*A?C=s./B或B.sc(i,j)=a(i,j)/b(i,j);endend?sin(A)log(A)exp(A)?函數數組運算規(guī)則的定義f(x),例sin(x)?sin(A).*B7.數據的簡單分析?1.當數據為行向量或列向量時，函數對整個向量進行計算當數據為行向量或列向量時，函數對整個向量進行計算.?2.當數據為矩陣時，命令對列進行計算，即把每一列數據當成同一變量的不同觀察值。 當數據為矩陣時，命令對列進行計算，即把每一列數據當成同一變量的不同觀察值。 ?(max(求最大)、(min(求最小)、(mean(求平)()()均值)、(sum(求和)、(std(求標準差)、(c umsum(求累積和)、(median(求中值)、diff(差分)、sort(升序排列)、sortrows(行升序排列行升序排列)等等。 ?max(求最大)?x=1352;m=max(x),s,i=max(x)?A=1234;2361;3712;8123;?t,j=max(A(2:4,2:4)m=max(A),s,i=max(A),?觀察生成一個3366的隨機數矩陣，并將其各列排序、求各列的最大值與各列元素之和。 的隨機數矩陣，并將其各列排序、求各列的最大值與各列元素之和。 ?程序?rand(seed,1);A=rand(3,6),?Asort=sort(A),Amax=max(A),m=Asum sum(A)?結果 一、關系運算符=關系運算比較兩個數值關系成立時結果為關系運算比較兩個數值關系成立時結果為1（表示真），否則為0（表示假）。 1.10關系運算和邏輯運算【例】關系運算示例。 A=1:9,B=10-A,r0=(A5)L2=(A3)&(A3or g3or g3|g3|g0,a=6;end例if(a=2|b=3)&c4),g=1;endif(a=2|b=3)&c4),g=1;end0,0;if xy?000111xy xxx?例計算分段函數;0&1,;1;yelse if x xyxelseyend?4.switch語句多分支選擇語句switch表達式例case value1語句1case value2語句function y=funa(a)m,n=size(a);if m=n&det(a)=0,k=1;else k=2;endswitch kcase1for i=1:n語句2otherwise語句nendfor i1:nak=a(1:i,1:i);dak=det(ak);y(i)=dak;endcase2y=rank(a);otherwisedisp(singular matrix)end1.for循環(huán)參數=初值步長終值語句初值步長終值語句end步長為1時可省略1.12循環(huán)結構for/end和while/end例生成Hilbert矩陣for i=1:3for j=1:4a(i,j)=1/(i+j-1);endendformat ratfor i=3:-1:1for j=4:-1:1a(i,j)=1/(i+j-1);endendformat rat例for x=-xx6y=x2-5*x-3end例c=0;x=-xx680690for i=1:length(x)if x(i)=10000a(i),break;end;end,ians=10946i=21 （4）input等待鍵盤輸入R=input(How manyapples)How manyapples2R= （2）return語句中斷函數的執(zhí)行 （3）pause語句等待用戶反應命令pause(n)R2 （5）keyboard請求鍵盤輸入命令 （6）記錄程序運行時間cputime,tic,toc,etimea=rand(100,100);b=rand(100,1);tic,x=ab;toc例r=0;while r10r=input(type radiu