MATLAB基礎及應用1

1、第四章 計算機網(wǎng)絡MATLAB基礎及應用主編：朱曉慧第1章 認識MATLAB第1章 認識MATLAB 本章要點本章要點 操作桌面、幫助系統(tǒng)的使用方法 數(shù)據(jù)操作的有關知識 矩陣的基本運算 數(shù)據(jù)和文件操作第1章 認識MATLAB1.1 MATLAB概述 一、操作桌面 操作桌面包括命令窗口（Command Window）、工作空間窗口（Workspace）、當前目錄瀏覽器（Current Directory）和命令歷史窗口（Command History）等四個窗口，其中工作空間窗口和當前目錄瀏覽器共用一個窗口。 第1章 認識MATLAB第1章 認識MATLAB1. 命令窗口 命令窗口用于輸入MAT

2、LAB命令、函數(shù)、矩陣、表達式等信息，并顯示除圖形以外的所有計算結(jié)果，是MATLAB的主要交互窗口。當命令窗口出現(xiàn)提示符時，表示MATLAB已準備好，可以輸入命令、變量或函數(shù)，回車后就可執(zhí)行。 【例1-1】計算A=256/41002128 A=256/4-100*2+128 %從鍵盤輸入，并單擊回車鍵從鍵盤輸入，并單擊回車鍵 A = %屏幕顯示的結(jié)果 -8 MATLAB語法規(guī)定，百分號“%”后面的語句為注釋語句。 第1章 認識MATLAB 2. 工作空間窗口 工作空間是MATLAB用于存儲各種變量和運算結(jié)果的內(nèi)存空間。在命令窗口中輸入的變量、運行文件建立的變量、調(diào)用函數(shù)返回的計算結(jié)果等，都將被

3、存儲在工作空間中，直到使用了clear命令清除工作空間或關閉了MATLAB系統(tǒng)為止。 注意：函數(shù)在運行中會調(diào)用的一些臨時變量，不會占用工作空間，這些變量在函數(shù)運行結(jié)束后將被釋放。第1章 認識MATLAB 3. 當前目錄瀏覽器 當前目錄是指MATLAB運行文件時的工作目錄，只有在當前目錄或搜索路徑下的文件及函數(shù)可以被直接運行或調(diào)用，如果沒有特殊指明，數(shù)據(jù)文件也將存儲在當前目錄下。通常很多人都習慣于建立自己的工作目錄，以便于文件和數(shù)據(jù)的管理，因此在運行文件前要將該文件所在的目錄設置為當前目錄。 第1章 認識MATLAB4. 命令歷史窗口 命令歷史窗口記錄已經(jīng)運行過的命令、函數(shù)、表達式等信息，可以進

4、行命令歷史的查找、檢查等工作，也可以在該窗口中對命令歷史進行復制、刪除等操作。窗口中除了保留了輸入的命令外，還記錄了每次打開系統(tǒng)的時間。如果要清除掉這些記錄，可以選擇Edit菜單中的Clear Command History選項。第1章 認識MATLAB二、幫助系統(tǒng)1幫助瀏覽器 第1章 認識MATLABn2函數(shù)瀏覽器第1章 認識MATLAB2help命令（1）在線幫助總覽 help % 在命令窗口直接輸入help，顯示在線幫助總覽（2）顯示基本函數(shù)信息 help elfun （3）顯示具體函數(shù)的幫助信息 help round %顯示具體函數(shù)的詳細信息，本例為round函數(shù) 注意：注意：MATL

5、AB對字母的大小寫是敏感的，變量對字母的大小寫是敏感的，變量A與變量與變量a表示兩個不同表示兩個不同的變量。的變量。MATLAB所有的命令和函數(shù)都必須用小寫所有的命令和函數(shù)都必須用小寫 。3lookfor命令4模糊查詢5在線幫助頁第1章 認識MATLAB三、數(shù)據(jù)結(jié)構1矩陣和數(shù)組 矩陣是指含有M行、N列（M、N為正整數(shù)）數(shù)據(jù)的矩形結(jié)構。數(shù)組運算是元素對元素的運算，也就是說無論什么運算，對數(shù)組中的元素都是平等進行的；矩陣運算是強調(diào)整體的運算，采用線性代數(shù)的運算方法。第1章 認識MATLAB2數(shù)據(jù)結(jié)構類型名稱類型名稱函數(shù)函數(shù)舉例舉例說明說明字符型字符型charA 、 happy字符型數(shù)組每個字符占字

6、符型數(shù)組每個字符占2個字節(jié)，即個字節(jié)，即16位位整型（有符號）整型（有符號）int8、int16、int32int8(156)8位、位、16位、位、32位的整數(shù)數(shù)組，常用于表示信號位的整數(shù)數(shù)組，常用于表示信號整型（無符號）整型（無符號）uint8、uint16、uint32uint8(2)單精度單精度singlesingle(32.3)單精度數(shù)值數(shù)組所需的存儲空間較小，占單精度數(shù)值數(shù)組所需的存儲空間較小，占4個字節(jié)，可以表個字節(jié)，可以表示小數(shù)，但精度差，數(shù)值范圍小，能用于數(shù)學運算示小數(shù)，但精度差，數(shù)值范圍小，能用于數(shù)學運算雙精度雙精度double32double(44.5)雙精度數(shù)值數(shù)組，占雙

7、精度數(shù)值數(shù)組，占8個字節(jié)，精度高，數(shù)值范圍大，能用個字節(jié)，精度高，數(shù)值范圍大，能用于數(shù)學運算，是默認的于數(shù)學運算，是默認的MATLAB變量類型變量類型稀疏矩陣稀疏矩陣sparsesparse(6)稀疏雙精度矩陣，稀疏矩陣只存儲少數(shù)的非零元素，較常稀疏雙精度矩陣，稀疏矩陣只存儲少數(shù)的非零元素，較常規(guī)矩陣的存儲節(jié)約了大量的存儲空間規(guī)矩陣的存儲節(jié)約了大量的存儲空間單元數(shù)組單元數(shù)組cell10,h,3.4單元數(shù)組，單元數(shù)組元素的尺寸、性質(zhì)可以不同單元數(shù)組，單元數(shù)組元素的尺寸、性質(zhì)可以不同結(jié)構數(shù)組結(jié)構數(shù)組structg=struct(name,LiXin,number,441)結(jié)構數(shù)組，結(jié)構數(shù)組包括域名

8、，域中可以包括其他數(shù)組，結(jié)構數(shù)組，結(jié)構數(shù)組包括域名，域中可以包括其他數(shù)組，與單元數(shù)組類似與單元數(shù)組類似第1章 認識MATLAB工作空間瀏覽器中顯示的數(shù)據(jù)類型 第1章 認識MATLAB四、MATLAB的特點1高效方便的矩陣和數(shù)組運算2語句簡單3編程效率高4方便的繪圖功能5用戶使用方便6擴充能力強7開放的源程序第1章 認識MATLAB1.2 數(shù)據(jù)運算一、變量1變量的命名 在MATLAB中，變量名可以是由字母、數(shù)字或下劃線組成的字符序列，最多可包含63個字符，但第一個字符必須是字母。例如：myfile13、ab-_1cd、EXAMPE等均為合法變量名，而3dat、_mydat、123.4等都不是合法

9、變量名。 2賦值語句 賦值語句的格式：變量名表達式 第1章 認識MATLAB3預定義變量預定義變量名含義預定義變量名含義ans計算結(jié)果的缺省賦值變量i, j虛數(shù)單位eps容差變量，定義為1.0到最近浮點數(shù)的距離在pc機上，等于2-52inf, Inf正無窮大，定義為（1/0）pi圓周率的近似值NaN, nan非數(shù)。在IEEE運算規(guī)則中，它產(chǎn)生于0/0、0等的結(jié)果realmax最大正實數(shù)nargin函數(shù)輸入?yún)?shù)個數(shù)realmin最小正實數(shù)nargout函數(shù)輸出參數(shù)個數(shù)lasterr存放最新的錯誤信息lastwarn存放最新的警告信息第1章 認識MATLAB二、常用數(shù)學函數(shù) 函數(shù)類別函數(shù)名稱功能函

10、數(shù)類別函數(shù)名稱功能三角函數(shù)sin正弦反三角函數(shù)asin反正弦cos余弦acos反余弦tan正切atan反正切cot余切acot反余切sec正割（余弦倒數(shù)）asec反正割csc余割（正弦倒數(shù)）acsc反余割對數(shù)函數(shù)log2以2為底的對數(shù)冪函數(shù)pow22的冪次log自然對數(shù)（以e為底的對數(shù)）sqrt開平方log10常用對數(shù)（以10為底的對數(shù)）指數(shù)函數(shù)exp以e為底的指數(shù)復數(shù)函數(shù)abs復數(shù)的模復數(shù)函數(shù)real復數(shù)的實部angle相位角unwrap相位展開complex由實部和虛部構造復數(shù)isreal是否為實數(shù)組conj復數(shù)的共軛cplxpair整理為共軛對imag復數(shù)的虛部取整函數(shù)fix朝零方向取整

11、其他函數(shù)mod模數(shù)floor朝負無窮方向取整rem除后取余數(shù)ceil朝正無窮方向取整sign符號函數(shù)round四舍五入到最近的整數(shù)gcd最大公約數(shù)abs絕對值lcm最小公倍數(shù)第1章 認識MATLAB三、數(shù)據(jù)操作 1input函數(shù) 如果用戶想從鍵盤輸入數(shù)據(jù)，則可以使用input函數(shù)來進行，該函數(shù)的調(diào)用格式為： 變量名=input（提示信息，s）； 說明：提示信息是一個字符串，用于提示用戶輸入什么樣的數(shù)據(jù)，說明：提示信息是一個字符串，用于提示用戶輸入什么樣的數(shù)據(jù)，字符串中若有字符串中若有“n”則表示換行輸入。參數(shù)則表示換行輸入。參數(shù)s表示允許用戶通過鍵表示允許用戶通過鍵盤輸入字符串；缺省盤輸入字符

12、串；缺省s，只允許用戶輸入一個字符或數(shù)字。，只允許用戶輸入一個字符或數(shù)字。 2disp函數(shù) MATLAB提供的命令窗口輸出函數(shù)主要是disp函數(shù)，其調(diào)用格式為： disp（輸出項） 說明：其中輸出項既可以是數(shù)字、字符、字符串，也可以是矩陣、說明：其中輸出項既可以是數(shù)字、字符、字符串，也可以是矩陣、變量。變量。第1章 認識MATLAB3pause函數(shù) 當程序運行時，為了查看程序的中間結(jié)果或觀看輸出的圖形，有時需要暫停程序的執(zhí)行。這時可以使用pause函數(shù)，其調(diào)用格式為： pause（n） 說明：說明：n是一個常數(shù)，表示延遲多少秒。如果省略延遲時間，直是一個常數(shù)，表示延遲多少秒。如果省略延遲時間，

13、直接使用接使用pause，則將暫停程序，直到用戶按任意鍵后程序繼續(xù)執(zhí)，則將暫停程序，直到用戶按任意鍵后程序繼續(xù)執(zhí)行。若要強行中止程序的運行可使用行。若要強行中止程序的運行可使用Ctrl+C命令。命令。4save命令命令 save命令是將MATLAB工作空間中的變量存入磁盤。具體格式如下： （1）save （2）savedfile （3）savedfilea b （4）savedfile.dataascii （5）savedfile.dat aasciidouble （6）save（fname，a，-ascii）第1章 認識MATLAB5load命令 與save命令相對應，load函數(shù)是將磁盤上

14、的數(shù)據(jù)讀入到工作空間。具體格式如下：（1）load（2）load dfile（3）x=load fname第1章 認識MATLAB1.3 矩陣一、矩陣的建立 在MATLAB中，不需要對矩陣的維數(shù)和類型進行說明，MATLAB會根據(jù)用戶所輸入的內(nèi)容進行配置，創(chuàng)建矩陣有以下三種方法：1直接輸入創(chuàng)建矩陣 通過輸入矩陣中每個元素的值來建立一個矩陣，只須以左方括號開始，以逗號或空格為間隔輸入元素值，行與行之間用分號隔開，最后以右方括號結(jié)尾即可。 2向量法創(chuàng)建矩陣 向量可以由冒號和數(shù)字產(chǎn)生。其格式為： 向量名=初值：增量：終值 說明：向量是從初值開始，以增量為步長，直到不超過終值的所說明：向量是從初值開始，

15、以增量為步長，直到不超過終值的所有元素所構成的序列。步長可缺省，默認為有元素所構成的序列。步長可缺省，默認為“1”。當矩陣中的元。當矩陣中的元素很多且有規(guī)律時，可通過向量來建立一個矩陣。素很多且有規(guī)律時，可通過向量來建立一個矩陣。其基本格式為： 矩陣名=向量第1章 認識MATLAB3函數(shù)法創(chuàng)建矩陣函數(shù)說明函數(shù)說明 空矩陣zeros全部元素都為0的矩陣eye單位矩陣magic魔方矩陣ones全部元素都為1的常數(shù)矩陣randperm隨機排列整數(shù)矩陣rand元素服從0和1之間均勻分布的隨機矩陣randn元素服從零均值單位方差正態(tài)分布的隨機矩陣第1章 認識MATLAB 二、矩陣的基本計算 1矩陣與標量

16、的運算 運算包括加、減、乘、除和乘方運算。矩陣與標量運算是矩陣的每個元素對該標量的運算。MATLAB用符號“”計算乘方時，按照矩陣運算規(guī)則計算，要求矩陣為方矩陣；用符號“.”計算乘方時，按照數(shù)組運算規(guī)則計算，對矩陣沒有限制 。第1章 認識MATLAB2矩陣與矩陣的運算（1）加減運算 兩個矩陣的維數(shù)完全相同時，可以進行矩陣加減法運算。如果兩個矩陣的維數(shù)不相等，則MATLAB將給出錯誤信息，提示兩個矩陣的維數(shù)不相等。（2）乘法運算 兩個矩陣的維數(shù)相容時（A的列數(shù)等于B的行數(shù)），可以進行A乘B的乘法運算。（3）除法運算 矩陣的除法運算包括左除和右除兩種運算。其中 左除：AB=A-1B，A為方矩陣 右

17、除：A/B=AB-1，B為方矩陣 可見，左除和右除的運算過程以及對矩陣的要求是不一樣的，其數(shù)學意義也不同。（4）點運算 兩個矩陣之間的點運算是按照數(shù)組運算規(guī)則計算，矩陣的對應元素直接運算。要求參加運算的矩陣大小必須相同。有“.*”、“./”和“.”三種運算符。第1章 認識MATLAB三、矩陣的操作 1元素操作2提取子塊3矩陣合并4矩陣的轉(zhuǎn)置5矩陣的展開6矩陣的線性變換：如下表所示。函數(shù)說明函數(shù)功能diag(A)提取矩陣A的對角元素triu(A)提取矩陣A的上三角矩陣diag(A，K)提取矩陣A的第K條對角元素tril(A)提取矩陣A下三角矩陣fliplr(A)矩陣A左右翻轉(zhuǎn)flipud(A)矩

18、陣A上下翻轉(zhuǎn)第1章 認識MATLAB四、復數(shù)和復數(shù)矩陣 MATLAB允許在運算和函數(shù)中使用復數(shù)或復數(shù)矩陣。復數(shù)的表示借助于特殊的字符i或j，其值在工作空間中都顯示為0+1.0000i。1復數(shù)復數(shù)可由以下兩種方式輸入： z=1+2iz = 1.0000 + 2.0000i z=3*exp(i*3.14)z = -3.0000 + 0.0048i2復數(shù)矩陣復數(shù)矩陣有下列兩種方法： a=1+2i 3+4i;5+6i 7+8i 或或 a=1 3;5 7+i*2 4;6 8a = 1.0000 + 2.0000i 3.0000 + 4.0000i 5.0000 + 6.0000i 7.0000 + 8.

19、0000i第1章 認識MATLAB五、稀疏矩陣 函數(shù)格式說明函數(shù)格式說明sparse(A)A為完全矩陣。將完全矩陣轉(zhuǎn)化為稀疏矩陣speye(m,n) 生成mn階的稀疏矩陣，只有對角線元素為1sparse(m,n)生成mn階所有系數(shù)為零的稀疏矩陣full(A)A為稀疏矩陣。將稀疏矩陣轉(zhuǎn)化為完全矩陣sparse(U,V,S)U，V，S為等長的向量，U、V是S中元素行和列的下標。建立一個U行、V列和以S為元素的稀疏矩陣m.n,s=find(A)A為稀疏矩陣。查看稀疏矩陣，m，n為非零元素的下標，s為非零元素第1章 認識MATLAB1.4 關系運算與邏輯運算一、關系運算符 注意：注意：=是關系運算符，

20、比較兩個變量的關系，相等時返回是關系運算符，比較兩個變量的關系，相等時返回1，不相等時返回不相等時返回0；=是賦值運算符，將右側(cè)表達式的結(jié)果賦給左側(cè)是賦值運算符，將右側(cè)表達式的結(jié)果賦給左側(cè)的變量。的變量。運算符說明運算符說明小于大于=大于或等于=等于=不等于第1章 認識MATLAB二、邏輯運算符 名稱運算符說明與運算&兩個元素同為非零時，結(jié)果為1；否則為0?；蜻\算|兩個元素同為零時，結(jié)果為0；否則為1。非運算單目運算符。元素為零，結(jié)果為1；元素為非零，結(jié)果為0。第1章 認識MATLAB三、其他關系與邏輯函數(shù) 函數(shù)格式說明xor(x，y)異或運算。x和y相同，即都是零（假）或都是非零（真

21、）結(jié)果為0；x或y不同則結(jié)果為1any(x)如果x是一個向量，含有一個或一個以上的非零元素，結(jié)果為1，否則為零；如果x是一個矩陣，結(jié)果是一個行向量，向量中的1對應矩陣中含有非零元素的列all(x)如果x是一個向量，所有元素均為非零時，結(jié)果為1；如果x是一個矩陣，結(jié)果是一個行向量，向量中的1對應矩陣中所有元素均非零的列第1章 認識MATLAB1.5 文件操作一、文件的打開與關閉一、文件的打開與關閉1打開文件 在讀寫文件之前，必須先用fopen函數(shù)打開或創(chuàng)建文件，并指定對該文件進行的操作方式。fopen函數(shù)的調(diào)用格式為： fid=fopen（文件名，打開方式） 說明：其中說明：其中fid用于存儲文

22、件句柄，如果返回的句柄值大于用于存儲文件句柄，如果返回的句柄值大于0，則，則說明文件打開成功。文件名用字符串形式，表示待打開的數(shù)據(jù)文說明文件打開成功。文件名用字符串形式，表示待打開的數(shù)據(jù)文件。件。 2關閉文件 當文件進行完讀、寫等操作后，應及時關閉文件，以免數(shù)據(jù)丟失。關閉文件用fclose函數(shù)，調(diào)用格式為： stafclose(fid) 說明：該函數(shù)關閉說明：該函數(shù)關閉fid所表示的文件句柄。所表示的文件句柄。sta表示關閉文件操作表示關閉文件操作的返回值，若關閉成功，返回的返回值，若關閉成功，返回0，否則返回，否則返回-1，通常缺省，通常缺省sta。如。如果要關閉所有已打開的文件用果要關閉所

23、有已打開的文件用fclose(all)。第1章 認識MATLAB二、 二進制文件的讀寫操作 1寫二進制文件 fwrite函數(shù)按照指定的數(shù)據(jù)精度將矩陣中的元素寫入到文件中。其調(diào)用格式為： COUNTfwrite（fid，A，precision） 說明：其中COUNT返回所寫的數(shù)據(jù)元素個數(shù)（可缺省），fid為文件句柄，A用來存放寫入文件的數(shù)據(jù)，precision代表數(shù)據(jù)精度，常用的數(shù)據(jù)精度有：char、uchar、int、long、float、double等。缺省數(shù)據(jù)精度為uchar，即無符號字符格式。2讀二進制文件 fread函數(shù)可以讀取二進制文件的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入矩陣。其調(diào)用格式為： A，COUNT=fread(fid，size，precision) 說明：其中A是用于存放讀取數(shù)據(jù)的矩陣、COUNT是返回所讀取的數(shù)據(jù)元素個數(shù)、fid為文件句柄、size為可選項，若不選用則讀取整個文件內(nèi)容；若選用size，則可以是下列值：N（讀取N個元素到一個列向量）、inf（讀取整個文件）、M，N（讀M行N列的數(shù)據(jù)到MN的矩陣中，數(shù)據(jù)按列存放）。precision用于控制所寫數(shù)據(jù)的精度，其形式與fwrite函數(shù)相同。第1章 認識