第2-3天第10章matlab軟件簡(jiǎn)介

1、02:14:01MCM1MATLAB軟件簡(jiǎn)介 10.1 基本操作 10.2 向量、矩陣及其運(yùn)算 10.3 MATLAB程序設(shè)計(jì) 10.4 MATLAB圖形處理 10.5 優(yōu)化工具箱02:14:01MCM2 利用MATLAB的命令窗口，可以完成較為簡(jiǎn)單的運(yùn)算，但遇到較為復(fù)雜的問題時(shí)，僅靠命令窗口來解決可能會(huì)非常繁瑣，這時(shí)我們就要考慮使用MATLAB的程序設(shè)計(jì)。MATLAB提供了一個(gè)完善的程序設(shè)計(jì)語言環(huán)境，使我們能方便地編寫復(fù)雜的程序，完成各種復(fù)雜的計(jì)算。MATLAB語言在形式上與C語言相似，但它的編程效率比C語言高得多，因?yàn)橛肕ATLAB語言編程，不需要事先定義變量，不需要考慮數(shù)據(jù)類型，系統(tǒng)會(huì)自

2、動(dòng)把所有的數(shù)據(jù)，包括標(biāo)量、向量、字符、字符串等統(tǒng)一處理成矩陣，矩陣的大小是根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)變化。在本節(jié)中我們主要介紹MATLAB類似于其它高級(jí)語言的關(guān)系運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、程序的控制結(jié)構(gòu)，以及MATLAB特有的M-文件。 10.3 MATLAB程序設(shè)計(jì)02:14:01MCM3 關(guān)系運(yùn)算是指對(duì)兩個(gè)量之間的大小比較，MATLAB提供了6個(gè)關(guān)系運(yùn)算符，如表10.3所示。大于=大于或等于 a1=58a1 = 0 a2=1 2 3;4 5 6;a3=6 5 4;3 2 1; a4=a2 a5=a2=3 矩陣與標(biāo)量間的關(guān)系運(yùn)算是指矩陣的每個(gè)元 素與該標(biāo)量進(jìn)行關(guān)系運(yùn)算。a5 = 0 0 1 1 1 1MATLAB提

3、供了3各邏輯運(yùn)算符，如下表10.4所示：表10.4&邏輯與|邏輯或邏輯非 邏輯運(yùn)算將每個(gè)非零元素當(dāng)作1（真）來處理。同關(guān)系運(yùn)算一樣，它也可以作用于格式相同的矩陣，運(yùn)算結(jié)果為由“0”和“1”組成的矩陣。 02:14:01MCM6 b1=3&0,b2=3|0,b3=(2=3) 數(shù)值的邏輯運(yùn)算。b1 = 0b2 = 1b3 = 1 b4=-2 -1 0;1 2 3;b5=1 3 5;-1 -3 -5; b6=(b4-2)&(b5=b4|b4 c=1 2 3;0 1 0; c1=any(c),c2=all(c) c1 = 1 1 1 矩陣c的每一列中都有非零元素。c2 = 0 1 0 矩陣c中只有第二

4、列中所有元素非零。02:14:01MCM8 MATLAB程序的控制結(jié)構(gòu)有順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)和選擇結(jié)構(gòu)三種。順序結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，即根據(jù)語句的書寫順序，從上到下按行執(zhí)行，執(zhí)行完所有語句后結(jié)束程序運(yùn)行。我們這里主要介紹循環(huán)結(jié)構(gòu)的控制流語句for、while和選擇結(jié)構(gòu)的控制流語句if、switch，這四個(gè)語句均以end結(jié)束。for循環(huán)語句的一般格式為：for 循環(huán)變量=冒號(hào)表達(dá)式循環(huán)體 end 其中的循環(huán)體可以是一條語句或命令，也可以是由逗號(hào)、分號(hào)隔開的若干語句或命令。冒號(hào)表達(dá)式用來控制循環(huán)的次數(shù)，對(duì)于由冒號(hào)表達(dá)式確定的每一個(gè)循環(huán)變量的值，循環(huán)體中的所有語句都被重復(fù)執(zhí)行。02:14:01MCM9我們利用

5、for循環(huán)來計(jì)算自然數(shù)15的階乘。 d=zeros(1,5); 開辟存放各階乘的地址, MATLAB可動(dòng)態(tài) 調(diào)節(jié)矩陣的格式，故只使用后面的語句 結(jié)果也是將各階乘存放到矩陣d中，但預(yù) 先開辟空間可節(jié)約運(yùn)行時(shí)間。 e=1; 對(duì)乘積因子變量e賦初值。 for i=1:5 循環(huán)變量i從1一直到5，步長(zhǎng)為1。 d(i)=e*i; 此for循環(huán)的循環(huán)體包含兩個(gè)語句，此 句作用是求i的階乘并存放在d(i)處且結(jié) 果不顯示（不顯示可節(jié)約運(yùn)行時(shí)間）。 e=d(i); 改變e的值且結(jié)果不顯示。end 結(jié)束for循環(huán)。 disp(d) 顯示各階乘。 1 2 6 24 12002:14:01MCM10 前述for語句

6、一般格式中的“冒號(hào)表達(dá)式”部分也可以是任意的向量或矩陣的變量名，此時(shí)，循環(huán)變量依次取向量的值或按矩陣的列依次取值。 f1=1 3 5;f2=1 3 5;4 6 8; i=1;j=1; for g=f1 f3(i)=g; i=i+1; 取出f1的各分量的值。 End for h=f2 f4(j)=h(2)*h(1);j=j+1; 求各列元素的乘積。 end disp(f3) 1 3 5 disp(f4) 4 18 4002:14:01MCM11for循環(huán)可以嵌套使用，如以下程序可以生成35Hilbert矩陣。 k=zeros(3,5); for i=1:3 for j=1:5 k(i,j)=1/

7、(i+j-1); end end format rat 改變顯示格式。 kk = 1 1/2 1/3 1/4 1/5 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 1/3 1/4 1/5 1/6 1/7 format 恢復(fù)顯示格式。02:14:01MCM12 for循環(huán)主要用于循環(huán)次數(shù)固定的情形，而很多實(shí)際計(jì)算中循環(huán)次數(shù)往往并不能預(yù)先確定，此時(shí)我們可以使用while循環(huán)語句。 while循環(huán)語句的一般格式為：while 條件循環(huán)體 end “條件”即執(zhí)行循環(huán)的條件，用來控制循環(huán)的次數(shù)，它可以是關(guān)系表達(dá)式或邏輯表達(dá)式。當(dāng)條件成立（即為1）時(shí)，循環(huán)體被執(zhí)行，直到條件不成立（即為0）時(shí)，結(jié)束循環(huán)。02:1

8、4:01MCM13我們利用while循環(huán)來尋找階乘小于100萬的最大的自然數(shù)。 m=1; while prod(1:m) m=m-1 結(jié)束循環(huán)的條件為階乘大于100萬，故最終的結(jié)果需減1。m = 9選擇結(jié)構(gòu)的if語句的格式主要有以下三種：格式1：if 條件 語句組 end當(dāng)條件成立時(shí)，執(zhí)行語句組，否則執(zhí)行end的后續(xù)語句。02:14:01MCM14格式2：if 條件 語句組1 else 語句組2 end格式3：if 條件1 語句組1 else if 條件2 語句組2 else if 條件n 語句組n else 語句組n+1 end 當(dāng)條件成立時(shí)，執(zhí)行語句組1，否則執(zhí)行語句組2。執(zhí)行完成之后，執(zhí)

9、行end的后續(xù)語句。 當(dāng)條件1成立時(shí)，執(zhí)行語句組1，執(zhí)行完成后，執(zhí)行end的后續(xù)語句；當(dāng)條件1不成立時(shí)，判斷條件2，若其成立，執(zhí)行語句組2，執(zhí)行完成后，執(zhí)行end的后續(xù)語句；依次類推，若所有條件均不成立，則執(zhí)行語句組n+1，執(zhí)行完成后，執(zhí)行end的后續(xù)語句。02:14:01MCM15 我們可以利用上述3種格式的if語句自定義左面的符號(hào)函數(shù)。若用格式1，需分別調(diào)用3次；若用格式2，則需使用嵌套；下面是用格式3書寫的程序。 if x0 y=1; else if xp=rand(1,100);i=1;s=0; 生成隨機(jī)數(shù)，循環(huán)變量、計(jì)數(shù)器賦初值。while 1 該條件總為真，如無中斷語句break，

10、循環(huán)將 if p(i)=0.5 無休止地運(yùn)行。 s=s+1; end i=i+1; if i100 設(shè)置循環(huán)中斷條件。 break 該條件總為真，如無中斷語句break，循環(huán)將無 休止地運(yùn)行。 end end ss = 54 換新的100個(gè)隨機(jī)數(shù)得到的統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)可能不同。02:14:01MCM17 選擇結(jié)構(gòu)的switch語句根據(jù)表達(dá)式的值來選擇執(zhí)行相應(yīng)的語句組。switch的格式為： switch 表達(dá)式 case 值1 語句組1 case 值2 語句組2 case 值n 語句組n otherwise 語句組n1 end 當(dāng)表達(dá)式的值為值1時(shí)，執(zhí)行語句組1，執(zhí)行完成后，執(zhí)行end的后續(xù)語句；當(dāng)表

11、達(dá)式的值為值2時(shí)，執(zhí)行語句組2，執(zhí)行完成后，執(zhí)行end的后續(xù)語句；依次類推，若以上均不滿足，執(zhí)行語句組n1，執(zhí)行完成后，執(zhí)行end的后續(xù)語句。02:14:01MCM18 到目前為止，我們?nèi)匀灰恢痹诿畲翱谥鹦休斎霐?shù)據(jù)和命令來實(shí)現(xiàn)計(jì)算等功能。這種方法對(duì)于較為簡(jiǎn)單的問題還可以接受，一旦問題較為復(fù)雜，這種方法就顯得相當(dāng)麻煩，這時(shí)MATLAB提供的以m為擴(kuò)展名的M文件的作用就突顯出來了。M 文件有兩種類型：文本M文件和函數(shù)M文件。 建立M文件可以在MATLAB的主窗口的File下拉式菜單中選擇New，再選擇M-file，此時(shí)MATLAB將打開一個(gè)文本編輯窗口，在此窗口中輸入一系列的命令和數(shù)據(jù)。編輯結(jié)束

12、后，在此窗口的File下拉式菜單中選擇Save，將彈出保存對(duì)話框，選擇文件的保存位置并鍵入文件名稱（需遵循變量的命名規(guī)則）和“.m”，單擊保存按鈕即完成M文件的建立。已經(jīng)建立好的M文件可以隨時(shí)打開、編輯、修改，方法同Windows操作系統(tǒng)。02:14:01MCM19 文本M文件就是命令行的簡(jiǎn)單疊加，調(diào)用文本M文件時(shí)，MATLAB會(huì)自動(dòng)按順序執(zhí)行文件中的命令行。以下是我們自己編寫的命名為Fibo.m的一個(gè)文本M文件，它的功能是產(chǎn)生前n個(gè)Fibonnaci數(shù)。f=1 1;i=1;if n= =1 f(2)= ;elseif n=2 %如果n為2，不執(zhí)行任何語句else while i n=10;F

13、ibo 產(chǎn)生前10個(gè)Fibonnaci數(shù)；文件中未指定n的大 小，需事先指定。f = 1 1 2 3 5 8 13 21 34 5502:14:01MCM21 函數(shù)M文件是另一類M文件。MATLAB所提供的絕大多數(shù)功能函數(shù)都是由函數(shù)M文件實(shí)現(xiàn)的，可見函數(shù)M文件的重要性。我們可以根據(jù)需要建立自己的函數(shù)M文件，它能夠像系統(tǒng)中的功能函數(shù)一樣方便地調(diào)用，從而極大地?cái)U(kuò)展了MATLAB的功能。函數(shù)M文件的第一行有特殊的格式，必須以function開頭。函數(shù)M文件的一般格式為：function 輸出參數(shù)表=函數(shù)名(形式參數(shù)) 語句組02:14:01MCM22 這里的輸出參數(shù)表可以是一個(gè)變量，也可以是多個(gè)變量

14、，他們表示要計(jì)算的量。如果是一個(gè)參數(shù)，雙括號(hào)可以去掉；如果是多個(gè)變量，兩兩之間用逗號(hào)隔開。這里的函數(shù)名必須與該文件的文件名一致，這樣才能保證成功調(diào)用。形式參數(shù)是一組形式變量，本身沒有任何意義，只有在調(diào)用時(shí)賦予它們實(shí)際值才有意義。 我們編寫一個(gè)命名為Fibon.m的函數(shù)M文件，它的功能是產(chǎn)生前n個(gè)Fibonnaci數(shù)，并計(jì)算這n個(gè)數(shù)之和。02:14:01MCM23function f,s=fibon(n) %返回兩個(gè)量f、s，n為形式參數(shù)。f=1 1;i=1;if n=1 f(2)= ;Else if n=2 %如果n為2，不執(zhí)行任何語句。else while i fib,fibs=Fibon(10) 返回值分別賦予fib和fibsfib = 1