MATLAB基礎及應用（第6版）課件：認識MATLAB

MATLAB基礎及應用（第6版）

認識MATLAB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1.1MATLAB概述

一、操作桌面默認的操作桌面主要包括命令行窗口、工作區(qū)、當前文件夾等三個窗口，其中工作區(qū)和當前文件共用一個窗口?？梢詥螕簟安季帧辈藛?，從中選擇操作桌面的布局方式。1.命令行窗口

命令行窗口用于輸入MATLAB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=256/4－100×2＋128>>A=256/4-100*2+128%從鍵盤輸入，并單擊回車鍵

A=%屏幕顯示的結(jié)果

-8MATLAB語法規(guī)定，百分號“%”后面的語句為注釋語句。

2.工作區(qū)

工作區(qū)是MATLAB用于存儲各種變量和運算結(jié)果的內(nèi)存空間。在命令行窗口中輸入的變量、運行文件建立的變量、調(diào)用函數(shù)返回的計算結(jié)果等，都將被存儲在工作區(qū)中，直到使用了clear命令清除工作區(qū)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。3.當前文件夾

當前文件夾是指MATLAB運行文件時的工作文件夾，只有在當前文件夾或添加到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。二、幫助系統(tǒng)1．函數(shù)瀏覽器

單擊按鍵〈Shift〉+〈F1〉2．Help函數(shù)（1）顯示當前函數(shù)信息。>>clc%清空命令行窗口>>help%在命令行窗口直接輸入help，顯示當前函數(shù)信息命令行窗口顯示結(jié)果如下：---clc的幫助---clc-清空命令行窗口（2）顯示某類函數(shù)信息>>helpelfun%elfun為基本數(shù)學函數(shù)命令行窗口部分顯示結(jié)果如下：Elementarymathfunctions.Trigonometric.sin-Sine.sind-Sineofargumentindegrees.sinh-Hyperbolicsine.asin-Inversesine.asind-Inversesine,resultindegrees（3）顯示具體函數(shù)的幫助信息>>helpround%顯示具體函數(shù)的詳細信息，本例為round函數(shù)命令行窗口部分顯示結(jié)果如下：round-四舍五入為最近的小數(shù)或整數(shù)此MATLAB函數(shù)將X的每個元素四舍五入為最近的整數(shù)。在對等情況下，即有元素的小數(shù)部分恰為0.5時，round函數(shù)會偏離零四舍五入到具有更大幅值的整數(shù)。3．lookfor函數(shù)

當用戶希望查找具有某種功能的命令或函數(shù)，但又不知道準確名字的時候，可以使用“l(fā)ookfor”函數(shù)。該函數(shù)可以根據(jù)用戶提供的完整或不完整的關鍵詞，搜索出一組與之相關的函數(shù)。>>lookforimage命令行窗口部分顯示結(jié)果如下：HueSaturationValueExample-ComputeMaximumAverageHSVofImageswithMapReduceimagedemo4．模糊查詢

用戶只需要輸入函數(shù)的前幾個字母（例如im），

然后單擊〈Tab〉鍵，就會彈出一個浮動窗口，

列出以這幾個字母開始的函數(shù)，這樣用戶就知道了某個函數(shù)的確切寫法，

然后再通過help函數(shù)查詢其詳細的解釋。5．在線幫助頁

幫助桌面的所有文件均有相應的PDF格式文件，稱為在線幫助頁，可用AdobeAcrobatReader軟件閱讀。

用戶選中幫助桌面上關于PDF格式文件的選項，

或是在命令行窗口中鍵入命令doc，都能自動打開在線幫助頁。三、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(gòu)。

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。2．數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型名稱函數(shù)舉例說明字符型char'A'字符以ASCII碼的形式保存和運算整型（有符號）int8、int16、int32int8(156)8位、16位、32位的整數(shù)數(shù)組，常用于表示信號整型（無符號）uint8、uint16、uint32uint8(2)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4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)學運算雙精度duble32double(44.5)雙精度數(shù)值數(shù)組，占8個字節(jié)，精度高，數(shù)值范圍大，能用于數(shù)學運算，是默認的MATLAB變量類型稀疏矩陣sparsesparse(6)稀疏雙精度矩陣，稀疏矩陣只存儲少數(shù)的非零元素，較常規(guī)矩陣的存儲節(jié)約了大量的存儲空間單元數(shù)組cell{10,'h',3.4}單元數(shù)組，單元數(shù)組元素的尺寸、性質(zhì)可以不同結(jié)構(gòu)數(shù)組structg=struct('name','LiXin','number','441')結(jié)構(gòu)數(shù)組，結(jié)構(gòu)數(shù)組包括域名，域中可以包括其他數(shù)組，與單元數(shù)組類似工作空間瀏覽器中顯示的數(shù)據(jù)類型四、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1.2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等都不是合法變量名。2．賦值語句賦值語句的格式：變量名＝表達式3．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π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二、常用數(shù)學函數(shù)

函數(shù)類別函數(shù)名稱功能函數(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(gòu)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)三、數(shù)據(jù)操作

1．input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)，字符串中若有“\n”則表示換行輸入。參數(shù)s表示允許用戶通過鍵盤輸入字符串；缺省s，只允許用戶輸入一個字符或數(shù)字。

2．disp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、變量。3．pause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：n是一個常數(shù)，表示延遲多少秒。如果省略延遲時間，直接使用pause，則將暫停程序，直到用戶按任意鍵后程序繼續(xù)執(zhí)行。若要強行中止程序的運行可使用〈Ctrl〉+〈C〉命令。4．save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）save

dfile

（3）save

dfile

ab

（4）save

dfile.dat

a

–ascii

（5）save

dfile.data

–ascii

–double

（6）save（fname，‘a(chǎn)’，‘-ascii’）5．load命令

與save命令相對應，load函數(shù)是將磁盤上的數(shù)據(jù)讀入到工作空間。具體格式如下：（1）load（2）loaddfile（3）x=loadfname1.3矩陣一、矩陣的建立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有元素所構(gòu)成的序列。步長可缺省，默認為“1”。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。其基本格式為：矩陣名=向量3．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

二、矩陣的基本計算

1．矩陣與標量的運算運算包括加、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。2．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：A\B=A-1B，A為方矩陣右除：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。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)矩陣A上下翻轉(zhuǎn)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+2i3+4i;5+6i7+8i]或>>a=[13;57]+i*[24;68]a=1.0000+2.0000i3.0000+4.0000i5.0000+6.0000i7.0000+8.0000i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m×n階的稀疏矩陣，只有對角線元素為1sparse(m,n)生成m×n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1.4關系運算與邏輯運算一、關系運算符

注意：==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0；=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。

運算符說明運算符說明<小于<=小于或等于>大于>=大于或等于==等于~=不等于二、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。或運算|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。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）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1.5文件操作一、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fid用于存儲文件句柄，如果返回的句柄值大于0，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：

sta＝fclose(fid)

說明：該函數(shù)關閉fid所表示的文件句柄。sta表示關閉文件操作的返回值，若關閉成功，返回0，否則返回-1，通常缺省sta。如果要關閉所有已打開的文件用fclose(‘a(chǎn)ll’)。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：

COUNT＝fwrite（fid，A，precision）說明：其中COUNT返回所寫的數(shù)據(jù)元素個數(shù)（可缺?。琭id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M×N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。三、聲音文件的讀寫操作