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MATLAB程序设计与应用

来源:动视网 责编:小OO 时间:2025-09-24 14:44:03
文档

MATLAB程序设计与应用

MATLAB程式设计与应用张智星1-1、基本运算与函数在MATLAB下进行基本数算,只需将运算式直接打入提示号(>>)之後,并按入Enter键即可。例如:>>(5*2+1.3-0.8)*10/25ans=4.2000MATLAB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。(为简便起见,在下述各例中,我们不再印出MATLAB的提示号。)===============================================小提示
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导读MATLAB程式设计与应用张智星1-1、基本运算与函数在MATLAB下进行基本数算,只需将运算式直接打入提示号(>>)之後,并按入Enter键即可。例如:>>(5*2+1.3-0.8)*10/25ans=4.2000MATLAB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。(为简便起见,在下述各例中,我们不再印出MATLAB的提示号。)===============================================小提示
MATLAB程式设计与应用

张智星

1-1、基本运算与函数

在MATLAB下进行基本数算,只需将运算式直接打入提示号(>>)之後,并按入Enter键即可。例如:

>>(5*2+1.3-0.8)*10/25

ans=

4.2000

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。(为简便起见,在下述各例中,我们不再印出MATLAB的提示号。)

===============================================

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。===============================================

我们也可将上述运算式的结果设定给另一个变数x:

x=(5*2+1.3-0.8)*10^2/25

x=

42

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(/)的数算符号,以及幂次运算(^)。

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。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:

y=sin(10)*exp(-0.3*4^2);

若要显示变数y的值,直接键入y即可:

>>y

y=

-0.0045

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。下表即为MATLAB常用的基本数学函数及三角函数:

===============================================

小整理:MATLAB常用的基本数学函数

abs(x):纯量的绝对值或向量的长度

angle(z):复数z的相角(Phase angle)

sqrt(x):开平方

real(z):复数z的实部imag(z):复数z的虚部

conj(z):复数z的共轭复数

round(x):四舍五入至最近整数

fix(x):无论正负,舍去小数至最近整数

floor(x):地板函数,即舍去正小数至最近整数

ceil(x):天花板函数,即加入正小数至最近整数

rat(x):将实数x化为分数表示

rats(x):将实数x化为多项分数展开

sign(x):符号函数(Signum function)。

当x<0时,sign(x)=-1;

当x=0时,sign(x)=0;

当x>0时,sign(x)=1。

rem(x,y):求x除以y的馀数

(x,y):整数x和y的最大公因数

lcm(x,y):整数x和y的最小公倍数

exp(x):自然指数

pow2(x):2的指数

log(x):以e为底的对数,即自然对数或

log2(x):以2为底的对数

log10(x):以10为底的对数

===============================================

小整理:MATLAB常用的三角函数

sin(x):正弦函数

cos(x):馀弦函数

tan(x):正切函数

asin(x):反正弦函数

acos(x):反馀弦函数

atan(x):反正切函数

atan2(x,y):四象限的反正切函数

sinh(x):超越正弦函数

cosh(x):超越馀弦函数

tanh(x):超越正切函数

asinh(x):反超越正弦函数

acosh(x):反超越馀弦函数

atanh(x):反超越正切函数

===============================================

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:

x=[1352];

y=2*x+1

y=

37115

===============================================

小提示:变数命名的规则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

===============================================

我们可以随意更改、增加或删除向量的元素:

y(3)=2%更改第三个元素

y=

3725

y(6)=10%加入第六个元素

y=

3725010

y(4)=[]%删除第四个元素,

y=

372010

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:

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

ans=

9

y(2:4)-1%取出y的第二至第四个元素来做运算

ans=

61-1

在上例中,2:4代表一个由2、3、4组成的向量,同样的方法可用於产生公

差为1的等差数列:

x=7:16

x=

710111213141516

若不希望公差为1,则可将所需公差直接至於4与13之间:

x=7:3:16%公差为3的等差数列

x=

7101316

事实上,我们可利用linspace来产生任意的等差数列:

x=linspace(4,10,6)%等差数列:首项为4,末项为10,项数为6

x=

4.0000

5.2000

6.4000

7.6000

8.800010.0000

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

LINSPACE Linearly spaced vector.

LINSPACE(x1,x2)generates a row vector of100linearly

equally spaced points between x1and x2.

LINSPACE(x1,x2,N)generates N points between x1and x2.

equally spaced points between x1and x2.

LINSPACE(x1,x2,N)generates N points between x1and x2.See also LOGSPACE,:.

====================================================

小整理:MATLAB的查询命令

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。)

======================================================

Matlab入门教程--基本运算与函数(二)

将列向量转置(Transpose)後,即可得到行向量(Column vector):

z=x'

z=

4.0000

5.2000

6.4000

7.6000

8.8000

10.0000

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:

length(z)%z的元素个数

ans=

6

max(z)%z的最大值

ans=

10

min(z)%z的最小值

ans=

4

===============================================

小整理:适用於向量的常用函数有:

min(x):向量x的元素的最小值

max(x):向量x的元素的最大值

mean(x):向量x的元素的平均值

median(x):向量x的元素的中位数

std(x):向量x的元素的标准差

diff(x):向量x的相邻元素的差

sort(x):对向量x的元素进行排序(Sorting)

length(x):向量x的元素个数

norm(x):向量x的欧氏(Euclidean)长度

sum(x):向量x的元素总和prod(x):向量x的元素总乘积

cumsum(x):向量x的累计元素总和

cumprod(x):向量x的累计元素总乘积

dot(x,y):向量x和y的内积

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。)

若要输入矩阵,则必须在每一列结尾加上分号(;),如下例:

A=[1234;5678;9101112];

A=

1234

5678

9101112

同样地,我们可以对矩阵进行各种处理:

A(2,3)=5%改变位於第二列,第三行的元素值

A=

1234

5658

9101112

B=A(2,1:3)%取出部份矩阵B

B=

565

A=[A B']%将B转置後以行向量并入A

A=

12345

56586

91011125

A(:,2)=[]%删除第二行(:代表所有列)

A=

1345

5586

911125

A=[A;4321]%加入第四列

A=

1345

5586

911125

4321

A([14],:)=[]%删除第一和第四列(:代表所有行)A=

5586

911125

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。

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)。

此外,若要重新安排矩阵的形状,可用reshape命令:

B=reshape(A,4,2)%4是新矩阵的列数,2是新矩阵的行数

B=

58

912

56

115

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。

MATLAB可在同时执行数个命令,只要以逗号或分号将命令隔开:

x=sin(pi/3);y=x^2;z=y*10,

z=

7.5000

若一个数算是太长,可用三个句点将其延伸到下一行:

z=10*sin(pi/3)*...

sin(pi/3);

若要检视现存於工作空间(Workspace)的变数,可键入who:

who

Your variables are:

testfile x

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:

whos

Name Size Bytes Class

A2x4double array

B4x2double array

ans1x18double array

x1x18double array

y1x18double array

z1x18double array

Grand total is20elements using160bytes

使用clear可以删除工作空间的变数:

clear A

A

?Undefined function or variable'A'.

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:

pi

ans=

3.1416

===============================================

下表即为MATLAB常用到的永久常数。

小整理:MATLAB的永久常数i或j:基本虚数单位(即)

eps:系统的浮点(Floating-point)精确度

inf:无限大,例如1/0

nan或NaN:非数值(Not a number),例如0/0

pi:圆周率p(=3.1415926...)

realmax:系统所能表示的最大数值

realmin:系统所能表示的最小数值

nargin:函数的输入引数个数

nargin:函数的输出引数个数

===============================================

Matlab入门教程--流程控制

1-2、重复命令

最简单的重复命令是for 圈(for-loop),其基本形式为:

for变数=矩阵;

运算式;

end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。

举例来说,下列命令会产生一个长度为6的调和数列(Harmonic sequence):

x=zeros(1,6);%x是一个16的零矩阵

for i=1:6,

x(i)=1/i;

end

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:

format rat%使用分数来表示数值

disp(x)

11/21/31/41/51/6

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:

h=zeros(6);

for i=1:6,

for j=1:6,

h(i,j)=1/(i+j-1);

end

end

disp(h)

11/21/31/41/51/6

1/21/31/41/51/61/7

1/31/41/51/61/71/8

1/41/51/61/71/81/9

1/51/61/71/81/91/10

1/61/71/81/91/101/11

小提示:预先配置矩阵

在上面的例子,我们使用zeros来预先配置(Allocate)了一个适当大小的矩阵。若不预先配置矩阵,程式仍可执行,但此时MATLAB需要动态地增加(或减小)矩阵的大小,因而降低程式的执行效率。所以在使用一个矩阵时,若能在事前知道其大小,则最好先使用zeros或ones等命令来预先配置所需的记忆体(即矩阵)大小。

在下例中,for 圈列出先前产生的Hilbert矩阵的每一行的平方和:

for i=h,

disp(norm(i)^2);%印出每一行的平方和

end

1299/871

282/551

650/2343

524/2933

559/4431

831/8801

在上例中,每一次i的值就是矩阵h的一行,所以写出来的命令特别简洁。

令一个常用到的重复命令是while 圈,其基本形式为:

while条件式;

运算式;

end

也就是说,只要条件示成立,运算式就会一再被执行。例如先前产生调和数列的例子,我们可用while 圈改写如下:

x=zeros(1,6);%x是一个16的零矩阵

i=1;

while i<=6,

x(i)=1/i;

i=i+1;

end

format short

1-3、逻辑命令

最简单的逻辑命令是if,...,end,其基本形式为:

if条件式;

运算式;

end

if rand(1,1)>0.5,

disp('Given random number is greater than0.5.');

endGiven random number is greater than0.5.

1-4、集合多个命令於一个M档案

若要一次执行大量的MATLAB命令,可将这些命令存放於一个副档名为m的档案,并在MATLAB提示号下键入此档案的主档名即可。此种包含MATLAB命令的档案都以m为副档名,因此通称M档案(M-files)。例如一个名为test.m的M档案,包含一连串的MATLAB命令,那麽只要直接键入test,即可执行其所包含的命令:

pwd%显示现在的目录

ans=

D:\\MATLAB5\\bin

cd c:\\data\\mlbook%进入test.m所在的目录

type test.m%显示test.m的内容

%This is my first test M-file.

%Roger Jang,March3,1997

fprintf('Start of test.m!\\n');

for i=1:3,

fprintf('i=%d--->i^3=%d\\n',i,i^3);

end

fprintf('End of test.m!\\n');

test%执行test.m

Start of test.m!

i=1--->i^3=1

i=2--->i^3=8

i=3--->i^3=27

End of test.m!

小提示:第一注解行(H1help line)

test.m的前两行是注解,可以使程式易於了解与管理。特别要说明的是,第一注解行通常用来简短说明此M档案的功能,以便lookfor能以关键字比对的方式来找出此M档案。举例来说,test.m的第一注解行包含test这个字,因此如果键入lookfor test,MATLAB即可列出所有在第一注解行包含test的M档案,因而test.m也会被列名在内。

严格来说,M档案可再细分为命令集(Scripts)及函数(Functions)。前述的test.m 即为命令集,其效用和将命令逐一输入完全一样,因此若在命令集可以直接使用工作空间的变数,而且在命令集中设定的变数,也都在工作空间中看得到。函数则需要用到输入引数(Input

arguments)和输出引数(Output arguments)来传递资讯,这就像是C语言的函数,或是FORTRAN语言的副程序(Subroutines)。举例来说,若要计算一个正整数的阶乘(Factorial),我们可以写一个如下的MATLAB函数并将之存档於fact.m:

function output=fact(n)

%FACT Calculate factorial of a given positive integer.

output=1;

for i=1:n,

output=output*i;

end

其中fact是函数名,n是输入引数,output是输出引数,而i则是此函数用到的暂时变数。要使用此函数,直接键入函数名及适当输入引数值即可:

y=fact(5)

y=

120

(当然,在执行fact之前,你必须先进入fact.m所在的目录。)在执行fact(5)时,MATLAB会跳入一个下层的暂时工作空间(Temperary workspace),将变数n的值设定为5,然後进行各项函数的内部运算,所有内部运算所产生的变数(包含输入引数n、暂时变数i,以及输出引数output)都存在此暂时工作空间中。运算完毕後,MATLAB会将最後输出引数output的值设定给上层的变数y,并将清除此暂时工作空间及其所含的所有变数。换句话说,在呼叫函数时,你只能经由输入引数来控制函数的输入,经由输出引数来得到函数的输出,但所有的暂时变数都会随着函数的结束而消失,你并无法得到它们的值。

小提示:有关阶乘函数

前面(及後面)用到的阶乘函数只是纯粹用来说明MATLAB的函数观念。若实际要计算一个正整数n的阶乘(即n!)时,可直接写成prod(1:n),或是直接呼叫gamma函数:gamma(n-1)。

MATLAB的函数也可以是递 式的(Recursive),也就是说,一个函数可以呼叫它本身。举例来说,n!=

n*(n-1)!,因此前面的阶乘函数可以改成递 式的写法:

function output=fact(n)%FACT Calculate factorial of a given positive integer

recursively.

if n==1,%Terminating condition

output=1;

return;

end

output=n*fact(n-1);

在写一个递 函数时,一定要包含结束条件(Terminating condition),否则此函数将会一再呼叫自己,永远不会停止,直到电脑的记忆体被耗尽为止。以上例而言,n==1即满足结束条件,此时我们直接将output设为1,而不再呼叫此函数本身。

发信人:alphazhao(子羽&三笑),信区:Modelling

标题:Matlab入门(3)

发信站:武汉白云黄鹤站(Fri Dec1014:41:491999),站内信件

发信人:Mars(混沌·分形·周期三),信区:MATH

标题:Matlab入门教程--流程控制

发信站:一网深情(Sun Nov2917:35:361998),转信

1-2、重复命令

最简单的重复命令是for 圈(for-loop),其基本形式为:

for变数=矩阵;

运算式;

end

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。

举例来说,下列命令会产生一个长度为6的调和数列(Harmonic sequence):

x=zeros(1,6);%x是一个16的零矩阵

for i=1:6,

x(i)=1/i;

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:

format rat%使用分数来表示数值

disp(x)

11/21/31/41/51/6

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:

h=zeros(6);

for i=1:6,

for j=1:6,

h(i,j)=1/(i+j-1);

end

end

disp(h)

11/21/31/41/51/6

1/21/31/41/51/61/7

1/31/41/51/61/71/8

1/41/51/61/71/81/9

1/51/61/71/81/91/10

1/61/71/81/91/101/11

小提示:预先配置矩阵

在上面的例子,我们使用zeros来预先配置(Allocate)了一个适当大小的矩阵。若不预先配置矩阵,程式仍可执行,但此时MATLAB需要动态地增加(或减小)矩阵的大小,因而降低程式的执行效率。所以在使用一个矩阵时,若能在事前知道其大小,则最好先使用zeros或ones等命令来预先配置所需的记忆体(即矩阵)大小。

在下例中,for 圈列出先前产生的Hilbert矩阵的每一行的平方和:

for i=h,

disp(norm(i)^2);%引出每一行的平方和1299/871

282/551

650/2343

524/2933

559/4431

831/8801

在上例中,每一次i的值就是矩阵h的一行,所以写出来的命令特别简洁。令一个常用到的重复命令是while 圈,其基本形式为:

while条件式;

运算式;

end

也就是说,只要条件示成立,运算式就会一再被执行。例如先前产生调和数列的例子,我们可用while 圈改写如下:

x=zeros(1,6);%x是一个16的零矩阵

i=1;

while i<=6,

x(i)=1/i;

i=i+1;

end

format short

1-3、逻辑命令

最简单的逻辑命令是if,...,end,其基本形式为:

if条件式;

运算式;

end

if rand(1,1)>0.5,

disp('Given random number is greater than0.5.');

end

Given random number is greater than0.5.1-4、集合多个命令於一个M档案

若要一次执行大量的MATLAB命令,可将这些命令存放於一个副档名为m的档案,并在MATLAB提示号下键入此档案的主档名即可。此种包含MATLAB命令的档案都以m为副档名,因此通称M档案(M-files)。例如一个名为test.m的M档案,包含一连串的MATLAB命令,那麽只要直接键入test,即可执行其所包含的命令:

Pwd%显示现在的目录

ans=

D:\\MATLAB5\\bin

cd c:\\data\\mlbook%进入test.m所在的目录

type test.m%显示test.m的内容

%This is my first test M-file.

%Roger Jang,March3,1997

fprintf('Start of test.m!\\n');

for i=1:3,

fprintf('i=%d--->i^3=%d\\n',i,i^3);

end

fprintf('End of test.m!\\n');

test%执行test.m

Start of test.m!

i=1--->i^3=1

i=2--->i^3=8

i=3--->i^3=27

End of test.m!

小提示:第一注解行(H1help line)

test.m的前两行是注解,可以使程式易於了解与管理。特别要说明的是,第一注解行通常用来简短说明此M档案的功能,以便lookfor能以关键字比对的方式来找出此M档案。举例来说,test.m的第一注解行包含test这个字,因此如果键入lookfor test,MATLAB即可列出所有在第一注解行包含test的M档案,因而test.m也会被列名在内。严格来说,M档案可再细分为命令集(Scripts)及函数(Functions)。前述的test.m即为命令集,其效用和将命令逐一输入完全一样,因此若在命令集可以直接使用工作空间的变数,而且在命令集中设定的变数,也都在工作空间中看得到。函数则需要用到输入引数(Input arguments)和输出引数(Output arguments)来传递资讯,这就像是C语言的函数,或是FORTRAN 语言的副程序(Subroutines)。举例来说,若要计算一个正整数的阶乘(Factorial),我们可以写一个如下的MATLAB函数并将之存档於fact.m:

function output=fact(n)

%FACT Calculate factorial of a given positive integer.

output=1;

for i=1:n,

output=output*i;

end

其中fact是函数名,n是输入引数,output是输出引数,而i则是此函数用到的暂时变数。要使用此函数,直接键入函数名及适当输入引数值即可:

y=fact(5)

y=

120

(当然,在执行fact之前,你必须先进入fact.m所在的目录。)在执行fact(5)时,MATLAB会跳入一个下层的暂时工作空间(Temperary workspace),将变数n的值设定为5,然後进行各项函数的内部运算,所有内部运算所产生的变数(包含输入引数n、暂时变数i,以及输出引数output)都存在此暂时工作空间中。运算完毕後,MATLAB会将最後输出引数output的值设定给上层的变数y,并将清除此暂时工作空间及其所含的所有变数。换句话说,在呼叫函数时,你只能经由输入引数来控制函数的输入,经由输出引数来得到函数的输出,但所有的暂时变数都会随着函数的结束而消失,你并无法得到它们的值。

小提示:有关阶乘函数

前面(及後面)用到的阶乘函数只是纯粹用来说明MATLAB的函数观念。若实际要计算一个正整数n的阶乘(即n!)时,可直接写成prod(1:n),或是直接呼叫gamma函数:gamma(n-1)。

MATLAB的函数也可以是递 式的(Recursive),也就是说,一个函数可以呼叫它本身。举例来说,n!=n*(n-1)!,因此前面的阶乘函数可以改成递 式的写法:function output=fact(n)

%FACT Calculate factorial of a given positive integer

recursively.

if n==1,%Terminating condition

output=1;

return;

end

output=n*fact(n-1);

在写一个递 函数时,一定要包含结束条件(Terminating condition),否则此函数将会一再呼叫自己,永远不会停止,直到电脑的记忆体被耗尽为止。以上例而言,n==1即满足结束条件,此时我们直接将output设为1,而不再呼叫此函数本身。

Matlab入门教程--环境设置

1-5、搜寻路径

在前一节中,test.m所在的目录是d:\\mlbook。如果不先进入这个目录,MATLAB就找不到你要执行的M档案。如果希望MATLAB不论在何处都能执行test.m,那麽就必须将d:\\mlbook 加入MATLAB的搜寻路径(Search path)上。要检视MATLAB的搜寻路径,键入path即可:

path

MATLABPATH

d:\\matlab5\oolbox\\matlab\\general

d:\\matlab5\oolbox\\matlab\\ops

d:\\matlab5\oolbox\\matlab\\lang

d:\\matlab5\oolbox\\matlab\\elmat

d:\\matlab5\oolbox\\matlab\\elfun

d:\\matlab5\oolbox\\matlab\\specfun

d:\\matlab5\oolbox\\matlab\\matfun

d:\\matlab5\oolbox\\matlab\\datafun

d:\\matlab5\oolbox\\matlab\\polyfund:\\matlab5\oolbox\\matlab\\funfun

d:\\matlab5\oolbox\\matlab\\sparfun

d:\\matlab5\oolbox\\matlab\\graph2d

d:\\matlab5\oolbox\\matlab\\graph3d

d:\\matlab5\oolbox\\matlab\\specgraph

d:\\matlab5\oolbox\\matlab\\graphics

d:\\matlab5\oolbox\\matlab\ls

d:\\matlab5\oolbox\\matlab\\strfun

d:\\matlab5\oolbox\\matlab\\iofun

d:\\matlab5\oolbox\\matlab\imefun

d:\\matlab5\oolbox\\matlab\\datatypes

d:\\matlab5\oolbox\\matlab\\dde

d:\\matlab5\oolbox\\matlab\\demos

d:\\matlab5\oolbox\our

d:\\matlab5\oolbox\\simulink\\simulink

d:\\matlab5\oolbox\\simulink\\blocks

d:\\matlab5\oolbox\\simulink\\simdemos

d:\\matlab5\oolbox\\simulink\\dee

d:\\matlab5\oolbox\\local

此搜寻路径会依已安装的工具箱(Toolboxes)不同而有所不同。要查询某一命令是在搜寻路径的何处,可用which命令:

which expo

d:\\matlab5\oolbox\\matlab\\demos\\expo.m

很显然c:\\data\\mlbook并不在MATLAB的搜寻路径中,因此MATLAB找不到test.m这个M 档案:

which test

c:\\data\\mlbook\est.m

要将d:\\mlbook加入MATLAB的搜寻路径,还是使用path命令:

path(path,'c:\\data\\mlbook');

此时d:\\mlbook已加入MATLAB搜寻路径(键入path试看看),因此MATLAB已经"看"得到test.m:

which test

c:\\data\\mlbook\est.m

现在我们就可以直接键入test,而不必先进入test.m所在的目录。

小提示:如何在其启动MATLAB时,自动设定所需的搜寻路径?

如果在每一次启动MATLAB後,都要设定所需的搜寻路径,将是一件很麻烦的事。有两种方法,可以使MATLAB启动後,即可载入使用者定义的搜寻路径:

1.MATLAB的预设搜寻路径是定义在matlabrc.m(在c:\\matlab之下,或是其他安装MATLAB的主目录下),MATLAB每次启动後,即自动执行此档案。因此你可以直接修改matlabrc.m,以加入新的目录於搜寻路径之中。

1.MATLAB在执行matlabrc.m时,同时也会在预设搜寻路径中寻找startup.m,若此档案存在,则执行其所含的命令。因此我们可将所有在MATLAB启动时必须执行的命令(包含更改搜寻路径的命令),放在此档案中。

每次MATLAB遇到一个命令(例如test)时,其处置程序为:

1.将test视为使用者定义的变数。

2.若test不是使用者定义的变数,将其视为永久常数。

3.若test不是永久常数,检查其是否为目前工作目录下的M档案。

4.若不是,则由搜寻路径寻找是否有test.m的档案。

5.若在搜寻路径中找不到,则MATLAB会发出哔哔声并印出错误讯息。

以下介绍与MATLAB搜寻路径相关的各项命令。

1-6、资料的储存与载入

有些计算旷日废时,那麽我们通常希望能将计算所得的储存在档案中,以便将来可进行其他处理。MATLAB储存变数的基本命令是save,在不加任何选项(Options)时,save会将变数以二进制(Binary)的方式储存至副档名为mat的档案,如下述:

save:将工作空间的所有变数储存到名为matlab.mat的二进制档案。

save filename:将工作空间的所有变数储存到名为filename.mat的二进制档案。

save filename x y z:将变数x、y、z储存到名为filename.mat的二进制档案。

以下为使用save命令的一个简例:Who%列出工作空间的变数

Your variables are:

B h j y

ans i x z

save test B y%将变数B与y储存至test.mat

dir%列出现在目录中的档案

.2plotxy.doc fact.m simulink.doc test.m~$1basic.doc

..3plotxyz.doc first.doc temp.doc test.mat

1basic.doc book.dot go.m template.doc testfile.dat

delete test.mat%删除test.mat

以二进制的方式储存变数,通常档案会比较小,而且在载入时速度较快,但是就无法用普通的文书软体(例如pe2或记事本)看到档案内容。若想看到档案内容,则必须加上-ascii选项,详见下述:

save filename x-ascii:将变数x以八位数存到名为filename的ASCII档案。

save filename x-ascii-double:将变数x以十六位数存到名为filename的ASCII档案。

另一个选项是-tab,可将同一列相邻的数目以定位键(Tab)隔开。

小提示:二进制和ASCII档案的比较在save命令使用-ascii选项後,会有下列现象:save命令就不会在档案名称後加上mat的副档名。因此以副档名mat结尾的档案通常

是MATLAB的二进位资料档。

通常只储存一个变数。若在save命令列中加入多个变数,仍可执行,但所产生的档案则无法以简单的load命令载入。有关load命令的用法,详见下述。

原有的变数名称消失。因此在将档案以load载入时,会取用档案名称为变数名称。

对於复数,只能储存其实部,而虚部则会消失。

对於相同的变数,ASCII档案通常比二进制档案大。

由上表可知,若非有特殊需要,我们应该尽量以二进制方式储存资料。

load命令可将档案载入以取得储存之变数:

load

filename:load会寻找名称为filename.mat的档案,并以二进制格式载入。若找不到filename.mat,则寻找名称为filename的档案,并以ASCII格式载入。

load filename-ascii:load会寻找名称为filename的档案,并以ASCII格式载入。

若以ASCII格式载入,则变数名称即为档案名称(但不包含副档名)。若以二进制载入,则可保留原有的变数名称,如下例:

clear all;%清除工作空间中的变数

x=1:10;

save testfile.dat x–ascii%将x以ASCII格式存至名为testfile.dat的档案

load testfile.dat%载入testfile.datwho%列出工作空间中的变数

Your variables are:

testfile x

注意在上述过程中,由於是以ASCII格式储存与载入,所以产生了一个与档案名称相同的变数testfile,此变数的值和原变数x完全相同。

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1-7、结束MATLAB

有三种方法可以结束MATLAB:

1.键入exit

2.键入quit

3.直接关闭MATLAB的命令视窗(Command window)

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Matlab入门教程--二维绘图

2.基本xy平面绘图命令

MATLAB不但擅长於矩阵相关的数值运算,也适合用在各种科学目视表示(Scientificvisualization)。本节将介绍MATLAB基本xy平面及xyz空间的各项绘图命令,包含一维曲线及二维曲面的绘制、列印及存档。

plot是绘制一维曲线的基本函数,但在使用此函数之前,我们需先定义曲线上每一点的x及y座标。下例可画出一条正弦曲线:

close all;x=linspace(0,2*pi,100);%100个点的x座标

y=sin(x);%对应的y座标

plot(x,y);

====================================================

小整理:MATLAB基本绘图函数

plot:x轴和y轴均为线性刻度(Linear scale)

loglog:x轴和y轴均为对数刻度(Logarithmic scale)

semilogx:x轴为对数刻度,y轴为线性刻度

semilogy:x轴为线性刻度,y轴为对数刻度

====================================================

若要画出多条曲线,只需将座标对依次放入plot函数即可:

plot(x,sin(x),x,cos(x));

若要改变颜色,在座标对後面加上相关字串即可:

plot(x,sin(x),'c',x,cos(x),'g');

若要同时改变颜色及图线型态(Line style),也是在座标对後面加上相

关字串即可:

plot(x,sin(x),'co',x,cos(x),'g*');====================================================

小整理:plot绘图函数的叁数

字元颜色字元图线型态

y黄色.点

k黑色o圆

w白色x x

b蓝色++

g绿色**

r红色-实线

c亮青色:点线

m锰紫色-.点虚线

--虚线

====================================================

图形完成後,我们可用axis([xmin,xmax,ymin,ymax])函数来调整图轴的范围:axis([0,6,-1.2,1.2]);

此外,MATLAB也可对图形加上各种注解与处理:

xlabel('Input Value');%x轴注解

ylabel('Function Value');%y轴注解

title('Two Trigonometric Functions');%图形标题

legend('y=sin(x)','y=cos(x)');%图形注解

grid on;%显示格线

我们可用subplot来同时画出数个小图形於同一个视窗之中:

subplot(2,2,1);plot(x,sin(x));

subplot(2,2,2);plot(x,cos(x));

subplot(2,2,3);plot(x,sinh(x));

subplot(2,2,4);plot(x,cosh(x));

MATLAB还有其他各种二维绘图函数,以适合不同的应用,详见下表。

====================================================

小整理:其他各种二维绘图函数bar长条图

errorbar图形加上误差范围

fplot较精确的函数图形

polar极座标图

hist累计图

rose极座标累计图

stairs阶梯图

stem针状图

fill实心图

feather羽毛图

compass罗盘图

quiver向量场图

====================================================

以下我们针对每个函数举例。

当资料点数量不多时,长条图是很适合的表示方式:

close all;%关闭所有的图形视窗

x=1:10;

y=rand(size(x));

bar(x,y);

如果已知资料的误差量,就可用errorbar来表示。下例以单位标准差来做资料的误差量:

x=linspace(0,2*pi,30);

y=sin(x);

e=std(y)*ones(size(x));

errorbar(x,y,e)

对於变化剧烈的函数,可用fplot来进行较精确的绘图,会对剧烈变化处进行较密集的取样,如下例:

fplot('sin(1/x)',[0.020.2]);%[0.020.2]是绘图范围若要产生极座标图形,可用polar:

theta=linspace(0,2*pi);

r=cos(4*theta);

polar(theta,r);

对於大量的资料,我们可用hist来显示资料的分情况和统计特性。下面几个命令可用来验证randn产生的高斯乱数分:

x=randn(5000,1);%产生5000个?=0,?=1的高斯乱数

hist(x,20);%20代表长条的个数rose和hist很接近,只不过是将资料大小视为角度,资料个数视为距离,? x=randn(1000,1);

rose(x);

stairs可画出阶梯图:

x=linspace(0,10,50);

y=sin(x).*exp(-x/3);

stairs(x,y);

stems可产生针状图,常被用来绘制数位讯号:

x=linspace(0,10,50);

y=sin(x).*exp(-x/3);

stem(x,y);

stairs将资料点视为多边行顶点,并将此多边行涂上颜色:

x=linspace(0,10,50);

y=sin(x).*exp(-x/3);

fill(x,y,'b');%'b'为蓝色

feather将每一个资料点视复数,并以箭号画出:

theta=linspace(0,2*pi,20);

z=cos(theta)+i*sin(theta);

feather(z);

compass和feather很接近,只是每个箭号的起点都在圆点:

theta=linspace(0,2*pi,20);

z=cos(theta)+i*sin(theta);

compass(z);

3.基本XYZ立体绘图命令

在科学目视表示(Scientific visualization)中,三度空间的立体图是一个非常重要的技巧。本章将介绍MATLAB基本XYZ三度空间的各项绘图命令。

mesh和plot是三度空间立体绘图的基本命令,mesh可画出立体网状图,plot则可画出立体曲面图,两者产生的图形都会依高度而有不同颜色。下列命令可画出由函数形成的立体网状图:

x=linspace(-2,2,25);%在x轴上取25点

y=linspace(-2,2,25);%在y轴上取25点

[xx,yy]=meshgrid(x,y);%xx和yy都是21x21的矩阵

zz=xx.*exp(-xx.^2-yy.^2);%计算函数值,zz也是21x21的矩阵

mesh(xx,yy,zz);%画出立体网状图

surf和mesh的用法类似:

x=linspace(-2,2,25);%在x轴上取25点

y=linspace(-2,2,25);%在y轴上取25点

[xx,yy]=meshgrid(x,y);%xx和yy都是21x21的矩阵

zz=xx.*exp(-xx.^2-yy.^2);%计算函数值,zz也是21x21的矩阵

surf(xx,yy,zz);%画出立体曲面图

为了方便测试立体绘图,MATLAB提供了一个peaks函数,可产生一个凹凸有致的曲面,包含了三个局部极大点及三个局部极小点,其方程式为:

要画出此函数的最快方法即是直接键入peaks:

peaks

z=3*(1-x).^2.*exp(-(x.^2)-(y+1).^2)...

-10*(x/5-x.^3-y.^5).*exp(-x.^2-y.^2)...

-1/3*exp(-(x+1).^2-y.^2)

我们亦可对peaks函数取点,再以各种不同方法进行绘图。meshz可将曲面加上围裙:[x,y,z]=peaks;

meshz(x,y,z);

axis([-inf inf-inf inf-inf inf]);

waterfall可在x方向或y方向产生水流效果:

[x,y,z]=peaks;

waterfall(x,y,z);

axis([-inf inf-inf inf-inf inf]);

下列命令产生在y方向的水流效果:

[x,y,z]=peaks;waterfall(x',y',z');

axis([-inf inf-inf inf-inf inf]);

meshc同时画出网状图与等高线:

[x,y,z]=peaks;

meshc(x,y,z);

axis([-inf inf-inf inf-inf inf]);

surfc同时画出曲面图与等高线:

[x,y,z]=peaks;

surfc(x,y,z);

axis([-inf inf-inf inf-inf inf]);

contour3画出曲面在三度空间中的等高线:contour3(peaks,20);

axis([-inf inf-inf inf-inf inf]);

contour画出曲面等高线在XY平面的投影:contour(peaks,20);

plot3可画出三度空间中的曲线:

t=linspace(0,20*pi,501);

plot3(t.*sin(t),t.*cos(t),t);

亦可同时画出两条三度空间中的曲线:

t=linspace(0,10*pi,501);

plot3(t.*sin(t),t.*cos(t),t,t.*sin(t),t.*cos(t),-t);

文档

MATLAB程序设计与应用

MATLAB程式设计与应用张智星1-1、基本运算与函数在MATLAB下进行基本数算,只需将运算式直接打入提示号(>>)之後,并按入Enter键即可。例如:>>(5*2+1.3-0.8)*10/25ans=4.2000MATLAB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。(为简便起见,在下述各例中,我们不再印出MATLAB的提示号。)===============================================小提示
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