FDTD中的MATlAB編程基礎(chǔ)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1FDTD中的中的MATlAB編程基礎(chǔ)編程基礎(chǔ)(jch)第一頁(yè)，共26頁(yè)。一、系統(tǒng)(xtng)預(yù)定義變量u pi ： 圓周率 ，其值為 imag(log(-1)u inf，Inf ：無(wú)窮大 u nan，NaN ：Not-a-Number，一個(gè)(y )不定值，如 0/0u eps ：浮點(diǎn)運(yùn)算相對(duì)(xingdu)精度 u i，j ：虛部單位，即1 應(yīng)盡量避免給系統(tǒng)預(yù)定義變量重新賦值！第1頁(yè)/共26頁(yè)第二頁(yè)，共26頁(yè)。u Matlab 中的數(shù)默認(rèn)是雙精度實(shí)數(shù)，表示方法同 C 語(yǔ)言3, -9, 0.4, 1.603e-12, 3.23e+20u 浮點(diǎn)運(yùn)算的相對(duì)誤差(xin du w ch)為 e

2、psu 浮點(diǎn)數(shù)表示(biosh)范圍為：10-308 10308第2頁(yè)/共26頁(yè)第三頁(yè)，共26頁(yè)。q輸出(shch)格式u Matlab 以雙精度執(zhí)行(zhxng)所有的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果可以在屏幕上輸出，同時(shí)賦給指定變量；若無(wú)指定變量，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將結(jié)果賦給變量 “ans” u Matlab 中數(shù)的輸出格式(g shi)可以通過(guò) format 命令指定format 只改變變量的輸出格式，但不會(huì)影響變量的值！第3頁(yè)/共26頁(yè)第四頁(yè)，共26頁(yè)。各種( zhn) format 格式格式解釋例format短格式（缺省顯示格式），同short3.1416format short短格式（缺省顯示格式），只顯

3、示5位3.1416format long長(zhǎng)格式，雙精度數(shù)15位，單精度數(shù)7位3.14159265358979format short e短格式e方式（科學(xué)計(jì)數(shù)格式）3.1416e+000format long e長(zhǎng)格式e方式3.141592653589793e+000format short g短格式g方式3.1416format long g長(zhǎng)格式g方式3.14159265358979format compact壓縮格式format loose自由格式format + / format bank / format rat / format hex (詳情查看聯(lián)機(jī)幫助)第4頁(yè)/共26頁(yè)第五頁(yè)，

4、共26頁(yè)。二、變量(binling)的讀取q 清除當(dāng)前工作空間(kngjin)中的變量u clear 清除(qngch)當(dāng)前工作空間中的所有變量u clear A x 清除指定的變量q 將數(shù)據(jù)文件中的變量載入當(dāng)前工作空間u load mydata 載入數(shù)據(jù)文件中的所有變量u load mydata A x 從數(shù)據(jù)文件中提取指定變量第5頁(yè)/共26頁(yè)第六頁(yè)，共26頁(yè)。三、建立矩陣的函數(shù)常用函數(shù)有：eye(size(A) 產(chǎn)生與A矩陣同階的單位矩陣zeros(m,n) 產(chǎn)生0矩陣ones(m,n) 產(chǎn)生幺矩陣rand (m,n) 產(chǎn)生隨機(jī)元素的矩陣Size(a) 返回包含(bohn)兩個(gè)元素的向量。

5、Length(a) 返回向量的長(zhǎng)度。 第6頁(yè)/共26頁(yè)第七頁(yè)，共26頁(yè)。常見(jiàn)矩陣(j zhn)生成函數(shù)zeros(m,n)生成一個(gè) m 行 n 列的零矩陣，m=n 時(shí)可簡(jiǎn)寫(xiě)為 zeros(n)ones(m,n)生成一個(gè) m 行 n 列的元素全為 1 的矩陣, m=n 時(shí)可寫(xiě)為 ones(n)eye(m,n)生成一個(gè)主對(duì)角線全為 1 的 m 行 n 列矩陣, m=n 時(shí)可簡(jiǎn)寫(xiě)為 eye(n)，即為 n 維單位矩陣diag(X)若 X 是矩陣，則 diag(X) 為 X 的主對(duì)角線向量若 X 是向量，diag(X) 產(chǎn)生以 X 為主對(duì)角線的對(duì)角矩陣tril(A)提取一個(gè)矩陣的下三角部分triu(A

6、)提取一個(gè)矩陣的上三角部分rand(m,n)產(chǎn)生 01 間均勻分布的隨機(jī)矩陣 m=n 時(shí)簡(jiǎn)寫(xiě)為 rand(n)randn(m,n)產(chǎn)生均值為0，方差為1的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布隨機(jī)矩陣m=n 時(shí)簡(jiǎn)寫(xiě)為 randn(n)其它特殊矩陣生成函數(shù)：magic、hilb、pascal第7頁(yè)/共26頁(yè)第八頁(yè)，共26頁(yè)?？衫妹疤?hào)提取(tq)矩陣 的整行或整列。例： A(1, :) A(:, 1:3) A(:, :)第8頁(yè)/共26頁(yè)第九頁(yè)，共26頁(yè)。四、常用命令1. input函數(shù)：用于向計(jì)算機(jī)輸入一個(gè)參數(shù)。調(diào)用格式(g shi)： A=input(提示信息，選項(xiàng))；注：s選項(xiàng)，則允許用戶輸入一個(gè)字符串。例如想輸入一

7、個(gè)人的姓名，可采用命令 xm=input(Whats your name:,s)【例2】 求一元二次方程a2 +bx+c=0的根。 a=input(a=?); b=input(b=?); c=input(c=?); d=b*b-4*a*c; x=(-b+sqrt(d)/(2*a),(-b-sqrt(d)/(2*a)將該程序以aa.m文件(wnjin)存盤(pán)，然后運(yùn)行aa.m文件(wnjin)。第9頁(yè)/共26頁(yè)第十頁(yè)，共26頁(yè)。 2 pause函數(shù)：暫停程序的執(zhí)行。調(diào)用格式： pause(延遲秒數(shù))注：如果省略延遲時(shí)間，直接使用(shyng)pause，則將暫停程序，直到用戶按任一鍵后程序繼續(xù)執(zhí)行

8、。3.Drawnow函數(shù)： 將還未處理完的圖像實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)。當(dāng)代碼執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)，需要反復(fù)執(zhí)行plot時(shí)，Matlab程序不會(huì)馬上把圖像畫(huà)到figure上，這時(shí)，要想實(shí)時(shí)看到圖像的每一步變化情況，需要使用這個(gè)(zh ge)語(yǔ)句。 第10頁(yè)/共26頁(yè)第十一頁(yè)，共26頁(yè)。1. 幾個(gè)基本(jbn)的繪圖命令 a. 線性坐標(biāo)曲線 plot 函數(shù)命令 plot 是 MATLAB 二維曲線繪圖中最簡(jiǎn)單、最重要、使用最廣泛的一個(gè)線性繪圖函數(shù)。它可以生成線段、曲線和參數(shù)方程曲線的函數(shù)圖形。 命令格式: plot(X,Y)plot(x1,y1,x2,y2,)：綜合調(diào)用方式 A、二維平面(pngmin)圖形與坐標(biāo)系

9、第11頁(yè)/共26頁(yè)第十二頁(yè)，共26頁(yè)。用命令 plot(x,y)繪制函數(shù) y=cos(x)在兩個(gè)周期(zhuq)內(nèi)的圖形。 x=0:0.01:2*pi; y=cos(x); plot(x,y)在同一圖形窗口中用命令 plot(x,y)繪出正弦余弦函數(shù)的圖形。 x=0:0.01:2*pi; y=sin(x);cos(x); plot(x,y) 第12頁(yè)/共26頁(yè)第十三頁(yè)，共26頁(yè)。調(diào)用格式：plot(x,y,s) ，s 為類(lèi)型說(shuō)明參數(shù)，是字符串。s 字符串可以是三種類(lèi)型的符號(hào)之一，也可以是線型與顏色和定點(diǎn)標(biāo)記與顏色的組合；如果沒(méi)有 s 參數(shù)，plot 將使用缺省設(shè)置（實(shí)線，前七種顏色順序著色）繪

10、制曲線(qxin)； 在當(dāng)前坐標(biāo)系中繪圖時(shí)，每調(diào)入一次繪圖函數(shù)，MATLAB將擦掉坐標(biāo)系中已有的圖形對(duì)象?？梢杂?hold on 命令在一個(gè)坐標(biāo)系中增加新的圖形對(duì)象。注意MATLAB會(huì)根據(jù)新圖形的大小，重新改變坐標(biāo)系的比例。用不同的線型和標(biāo)注來(lái)繪制兩條曲線(qxin)。 t1=0:0.1:2*pi; t2=0:0.1:6; y1=sin(t1); y2=sqrt(t2); plot(t1,y1,:hb,t2,y2,-g) 第13頁(yè)/共26頁(yè)第十四頁(yè)，共26頁(yè)。線型和顏色 plot 函數(shù)可以設(shè)置曲線的線段類(lèi)型、定點(diǎn)(dn din)標(biāo)記和線段顏色。 常用的線段、顏色與定點(diǎn)(dn din)標(biāo)記參數(shù)

11、第14頁(yè)/共26頁(yè)第十五頁(yè)，共26頁(yè)。 二維函數(shù)曲線專用(zhunyng)命令 fplot用plot繪圖在確定自變量的取值間隔時(shí)，一般采用平均間隔，有時(shí)會(huì)因某處 間距太大，而不能反映出函數(shù)的變化情況。fplot是繪制函數(shù) y=f(x)圖形的專用(zhunyng)命令,它的數(shù)據(jù)點(diǎn)是自適應(yīng)產(chǎn)生的，對(duì)那些導(dǎo)數(shù)變化較大的函數(shù)，用 fplot 函數(shù)繪出的曲線比等分取點(diǎn)所畫(huà)出的曲線更加接近真實(shí)。fplot 函數(shù)命令的調(diào)用格式為： X,Y=fplot(fun,lims） fun：函數(shù)名字符串； lims：定義 x 的取值區(qū)間，lims=xmin,xmax； 二維函數(shù)曲線專用(zhunyng)命令 ezplo

12、t第15頁(yè)/共26頁(yè)第十六頁(yè)，共26頁(yè)。2. 圖形窗口的分割 有時(shí)需要在一個(gè)圖形窗口中顯示幾幅圖，以便對(duì)幾個(gè)函數(shù)進(jìn)行直觀、便捷的比較。由于每個(gè)繪圖命令在繪制數(shù)據(jù)圖像時(shí)都會(huì)將已有圖形覆蓋掉，而用 hold 命令不能實(shí)現(xiàn)同時(shí)(tngsh)顯示幾個(gè)不同坐標(biāo)尺寸下的圖形，用 figure 命令再創(chuàng)窗口又很難同時(shí)(tngsh)比較由不同的數(shù)據(jù)繪得的圖像。實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)窗口中同時(shí)(tngsh)顯示多個(gè)圖像的命令subplot。使用格式為： subplot(m，n，i)其含義為 ：把圖形窗口分割為 m 行 n 列子窗口，然后選定第 i 個(gè)窗口為當(dāng)前窗口。subplot 命令不僅用于二維圖形，對(duì)三維圖形一樣適用

13、。其本質(zhì)是將 figure 窗口分為幾個(gè)區(qū)域，再在每個(gè)區(qū)域內(nèi)分別繪圖。第16頁(yè)/共26頁(yè)第十七頁(yè)，共26頁(yè)。用 subplot 函數(shù)把兩種不同的圖形綜合在一個(gè)(y )圖形窗口中。 subplot(2,2,1) t=0.1:0.1:2*pi; y=sin(t); semilogx(t,y) grid on subplot(2,2,2) t=0:0.1:4*pi; y=sin(t); plot(t,y)subplot(2,2,3) x=1:0.01:5; y=exp(x); plotyy(x,y,x,y,semilogx,plot) subplot(2,2,4) x=1:0.1:10; y=sqr

14、t(x); plot(x,y,:rd) 第17頁(yè)/共26頁(yè)第十八頁(yè)，共26頁(yè)。3. 坐標(biāo)軸的調(diào)整 實(shí)現(xiàn)(shxin)坐標(biāo)系的調(diào)整的命令是 axis 函數(shù)。 調(diào)用格式為： axis(xmin,xmax,ymin,ymax,zmin,zmax)坐標(biāo)的最小值（ xmin,ymin,zmin）必須小于相應(yīng)的最大值（ xmax,ymax,zmax），否則會(huì)出錯(cuò)。自動(dòng)坐標(biāo)系與用 axis 函數(shù)調(diào)整后的坐標(biāo)系的比較。 subplot(2,1,1) t=0:0.1:4*pi; y=sin(t); plot(t,y) subplot(2,1,2) t=0:0.1:4*pi; y=sin(t); plot(t,y

15、) axis(0,max(t),min(y),max(y) 第18頁(yè)/共26頁(yè)第十九頁(yè)，共26頁(yè)。1. 三維曲線繪圖命令 三維函數(shù) plot3主要用來(lái)表現(xiàn)單參數(shù)的三維曲線，與二維繪圖函數(shù) plot 相比，只多了第三維數(shù)據(jù)(shj)。其調(diào)用格式為： plot3(X1,Y1,Z1,s1,X2,Y2,Z2,s2,)參數(shù)的含義如下： Xn、Yn、Zn：第一到三維數(shù)據(jù)(shj)，是尺寸相等的向量/矩陣；s、s1、s2：是字符串，用來(lái)設(shè)置線型、顏色、數(shù)據(jù)(shj)點(diǎn)標(biāo)記。 B、三維繪圖(hu t)x、y、z 是向量時(shí)，plot3 命令的使用t=0:0.1:8*pi; plot3(sin(t),cos(t),t)title(繪制(huzh)螺旋線) %用命令 title 對(duì)圖形主題進(jìn)行標(biāo)注 xlabel(sin(t),FontWeight,bold,FontAngle,italic) ylabel(cos(t),FontWeight,bold,FontAngle,italic) zlabel(t,FontWeight,bold,FontAngle,italic) %命令 zlabel 用來(lái)指定 z 軸的數(shù)據(jù)名稱 grid on第19頁(yè)/共26頁(yè)第二十頁(yè)，共26頁(yè)。第20頁(yè)/共26頁(yè)第二十一頁(yè)，共26頁(yè)。用 mesh 命令繪制(huzh)上例中的網(wǎng)格曲面。 X,Y = meshgrid(-