MATLAB快速入门.ppt

MATLAB快速入门编程环境1编程入门2绘图3Matlab 简介qMatlab 提供了强大的科学计算、灵活的程序设计流程、高质量的图形可视化与界面设计等功能，被广泛应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和毕业设计。Matlab 功能强大、简单易学、编程效率高，深受广大科技工作者的欢迎。q Matlab是一种广泛应用于工程计算及数值分析领域的新型高级语言，现已成为国际公认的最优秀的工程应用开发环境。q Matlab 具有很强的数值计算功能 Matlab 以矩阵作为数据操作的基本单位，但无需预先指定矩阵维数（动态定维）提供十分丰富的数值计算函数，方便计算，提高效率 简便易学：Matlab 命令与数学中的符号、公式非常接近，可读性强，容易掌握q Matlab 是一个交互式软件系统输入一条命令，立即就可以得出该命令的结果Matlab:Matrix Laboratryq Matlab 的绘图功能强大Matlab提供丰富的绘图命令，很方便实现数据的可视化Matlab 的特点与功能q Matlab 符号计算功能强大q Matlab 的编程功能Matlab简单易学、编程效率高。q Matlab 丰富的工具箱（toolbox）根据专门领域中的特殊需要而设计的各种可选工具箱Symbolic Math PDEOptimizationSignal processImage ProcessStatisticsControl SystemSystem Identification Matlab 的基本用法q Matlab 系统的启动双击 桌面上的Matlab 快捷图标使用 Windows“开始”菜单程序MATLAB7.0 MATLAB7.0 q Matlab 系统的退出 在 Matlab 主窗口 File 菜单中选择 Exit Matlab 命令 在 Matlab 命令窗口输入 exit 或 quit 命令 单击 Matlab 主窗口的“关闭”按钮注：注：在任何时候，只要按ctrl+cctrl+c，MATLAB将停止运行的所有工作Matlab 的工作界面命令窗口当前工作目录当前工作空间输入命令的历史记录命令提示符Matlab 的命令窗口q 交互式的命令执行方式在Command Window内的提示符（）之后输入运算式，并按 Enter 键即可 缺省变量名 ans若不想在屏幕上输出结果，可以在语句最后加分号 cos(0)，210，2+4iA=1 2 3;2 4 6;3 6 9det(A)t=0:pi/100:2*pi;y=sin(t);plot(t,y,r*)q 变量命名原则Matlab 变量u 以字母开头：x1,y，千万不要以数字开头u 后面可以跟 字母、数字 和 下划线u 变量名称区分字母的 大小 写，比如Abc和abc不同u字母间不可留空格，可以用下划线math_scoreq Matlab 语句的通常形式变量=表达式q系统预定义变量系统预定义变量Matlab 变量u pi 圆周率 u inf/Inf 无穷大 u nan/NaN Not-a-Number，一个不定值，如 0/0u eps 浮点运算相对精度 q 特殊变量 ansu i/j 虚部单位，即应尽量避免给系统预定义变量重新赋值！q 数与算术表达式Matlab 数值运算u Matlab 中的数默认是双精度实数，表示方法同 C 语言3,-9,0.4,1.603e-12,3.23e+20u 浮点数表示范围为：10-308 10308u 复数的输入 z=3+4i (4 与 i 之间不能有空格)z=3+4*iq数学运算符数学运算符u+加法Matlab 数值运算u-减法u*乘法u/和 除法（右除和左除）u 幂运算u.*./.点运算常用数学函数函数名函数名含含 义义函数名函数名含含 义义sin正弦函数正弦函数exp自然指数函数自然指数函数cos余弦函数余弦函数pow22的的幂幂tan正切函数正切函数abs绝对值绝对值函数函数asin反正弦函数反正弦函数angle复数的幅角复数的幅角acos反余弦函数反余弦函数real复数的复数的实实部部atan反正切函数反正切函数imag复数的虚部复数的虚部sinh双曲正弦函数双曲正弦函数conj复数共复数共轭轭运算运算cosh双曲余弦函数双曲余弦函数rem求余数或模运算求余数或模运算函数名函数名含含 义义函数名函数名含含 义义tanh双曲正切函数双曲正切函数mod模除求余模除求余asinh反双曲正弦函数反双曲正弦函数fix向零方向取整向零方向取整acosh反双曲余弦函数反双曲余弦函数floor不大于自不大于自变变量的最大整数量的最大整数atanh反双曲正切函数反双曲正切函数ceil不小于自不小于自变变量的最小整数量的最小整数sqrt平方根函数平方根函数round四舍五入到最四舍五入到最邻邻近的整数近的整数log自然自然对对数函数数函数sign符号函数符号函数log10常用常用对对数函数数函数gcd最大公因子最大公因子log2以以2为为底的底的对对数函数数函数lcm最小公倍数最小公倍数常用数学函数简单实例练习：求29的自然对数和无理数e的值q 矩阵的直接输入 矩阵用方括号“”括起例：A=1 2 3;4 5 6;7 8 9 矩阵同一行中的元素之间用空格或逗号分隔 矩阵行与行之间用 分号分开 直接输入法中，分号可以用回车代替矩阵q Matlab 的操作对象是 矩阵矩阵下标q 单个元素的引用例：A(2,3)矩阵元素的引用利用小括弧和元素所在的位置（下标）x(i)：向量 x 中的第 i 个元素A(i,j)：矩阵 A 中的第 i 行，第 j 列元素矩阵操作q 提取矩阵的部分元素：冒号运算符uA(i,j)A的第i行第j列元素uA(:,k)A的第 k 列u A(k,:)A的第 k 行 uA(:,k:m)A的第 k 到第 m 列组成的子矩阵uA(end,end)A的最后一行最后一列如何获得由 A 的第一、三行和第一、二列组成的子矩阵？自己动手矩阵的各种处理A(2,3)%查询第2行第3列所对应的元素A(12)%查询第12个元素A(9 14,10 15)%思考之A(:,4)%查询第4列元素A(4,:)%查询第4行元素A(end,:)%最后一行元素A(find(A5)%查询大于5的元素A(2,3)=5%重新赋值第2行3列元素为5q 向量与矩阵的生成向量与矩阵的生成u 向量的生成 直接输入:a=1,2,3,4 冒号创建：x=a:step:b 从矩阵中抽取行或列生成线性等分向量：x=linspace(a,b,n)x=linspace(0,1,5)x2=a+h:h:b-h;%2倍的点x4=a+h/2:h:b-h/2;%4倍的点q 大矩阵可以把小矩阵作为其元素矩阵元素赋值例：A=A;11 12 13 在原矩阵的下方加一行如何在原矩阵的右边添加一列？u已知矩阵A和行向量b，如何得到矩阵常见矩阵生成函数zeros(m,n)生成一个生成一个 m 行行 n 列的零矩阵，列的零矩阵，m=n 时可简写为时可简写为 zeros(n)ones(m,n)生成一个生成一个 m 行行 n 列的元素全为列的元素全为 1 的矩阵的矩阵,m=n 时可写为时可写为 ones(n)eye(m,n)生成一个主对角线全为生成一个主对角线全为 1 的的 m 行行 n 列矩阵列矩阵,m=n 时可简写为时可简写为 eye(n)，即为，即为 n 维单位矩阵维单位矩阵diag(A)diag(x)A 是矩阵，则是矩阵，则 diag(A)为为 A 的主对角线向量的主对角线向量x 是向量，是向量，diag(x)产生以产生以 x 为主对角线的对角矩为主对角线的对角矩阵阵rand(m,n)产生产生 01 间间均匀分布均匀分布的随机矩阵的随机矩阵 m=n 时简写为时简写为 rand(n)randn(m,n)产生均值为产生均值为0，方差为，方差为1的的标准正态分布标准正态分布随机矩阵随机矩阵m=n 时简写为时简写为 randn(n)矩阵操作q 查看矩阵的大小：sizeu size(A)列出矩阵 A 的行数和列数u size(A,1)返回矩阵 A 的行数u size(A,2)返回矩阵 A 的列数例：A=1 2 3;4 5 6 size(A)size(A,1)size(A,2)u length(x)返回向量 X 的长度u length(A)等价于 max(size(A)逆矩阵与行列式计算q矩阵的逆矩阵：inv(A)q矩阵的行列式：det(A)要求A为方阵q矩阵的秩：rank(A)例：A=1 2 3;4 5 6;2 3 5;A1=inv(A),d=det(A1),rank(A1)矩阵的数组运算q 数组运算：对应元素进行运算点与算术运算符之间不能有空格！u 数组运算包括：点乘、点除、点幂u 相应的数组运算符为：“.*”，“./”，“.”和“.”例：A=1 2 3;4 5 6;B=3 2 1;6 5 4;C=A.*B;D=A./B;E=A.B;F=A.B;数与数组的点幂x.y=14,25,36=1,32,729 x.2=12,22,32=1,4,9 2.x=?例：x=1 2 3;y=4 5 6;矩阵的“除法”q 矩阵的除法：/、右除和左除 若 A 可逆方阵，则AB A 的逆左乘 B inv(A)*BB/A A 的逆右乘 B B*inv(A)X=AB A*X=BX=B/A X*A=B 通常，矩阵除法可以理解为 当 A 和 B 行数相等时即可进行左除 当 A 和 B 列数相等时即可进行右除向量特殊运算介绍min最小值sum总和max最大值prod总乘积mean平均值std标准差median中位数sort排序dot数量积cross向量积例：A=magic(3)或A=1:5%运算对向量或矩阵都适用B=mean(A)C=sum(A)变量的存储q 存储当前工作空间中的变量u save 将所有变量存入文件 matlab.matu save mydata 将所有变量存入指定文件 mydata.matq 存储指定的变量u save mydata.mat 将所有变量存入文件 mydata.matsave 文件名 变量名列表例：save mydata A x z 变量名列表中各变量之间用空格分隔。变量的读取q 将数据文件中的变量载入当前工作空间u load mydata 载入数据文件中的所有变量u load mydata A x 从数据文件中提取指定变量q 清除当前工作空间中的变量u clear 清除当前工作空间中的所有变量u clear A x 清除指定的变量q 输出格式Matlab 的输出u Matlab 以双精度执行所有的运算，运算结果可以在屏幕上输出，同时赋给指定变量；若无指定变量，则系统会自动将结果赋给变量“ans”u File菜单，选择Preferences菜单项，可以设置显示格式uMatlab 中数的输出格式可以通过 format 命令指定format 只改变变量的输出格式，但不会影响变量的值！Matlab帮助系统q 联机帮助help 显示指定命令的简短使用说明例：help eig help sqrt q 详细使用帮助doc 以网页形式显示指定命令的帮助页例：doc eig q 其它相关命令helpdesk编程基础关系与逻辑运算1数据输入与输出2函数文件3选择与循环语句4程序设计技巧简介5q 用 Matlab 语言编写的程序称为 M 文件。q M 文件是由若干 Matlab 命令组合在一起构成的，它可以完成某些操作，也可以实现某种算法。事实上，Matlab 提供的内部函数以及各种工具箱，都是利用 Matlab 语言开发的 M 文件。用户也可以结合自己的工作需要，开发自己的程序或工具箱。q M 文件根据调用方式的不同可以分为两类：u Script：脚本文件/命令文件 u Function：函数文件 M 文件q M 文件以.m 为扩展名。q M 文件是一个文本文件，可以用任何文本编辑器来建立和编辑，通常使用 Matlab 自带的 M 文件编辑器。M 文件的建立与打开q 新建一个 M 文件u 菜单操作(File New M-File)u 命令操作(edit M 文件名)u 命令按钮(快捷键)q 打开已有的 M 文件u 菜单操作 (File Open)u 命令操作(edit M 文件名)u 命令按钮 (快捷键)u 双击 M 文件 q 程序控制结构有三种：顺序结构、选择结构和循环结构。M文件控制流选择结构 是根据给定的条件成立或不成立，分别执行不同的语句。Matlab 用于实现选择结构的语句有 if 语句和 switch 语句。关系运算小于小于大于大于=大于等于大于等于=等于等于=不等于不等于l 比较大小，如果结论是 真 则返回 1，否则返回 0l 注意=与=的区别l 关系操作符能用来比较两个同样大小的数组，或用来比较一个数组和一个标量，在后一种情况，标量和数组中的每一个元素相比较，比较结果与数组大小一样。q 关系运算符&与与(Elementwise AND)|或或(Elementwise OR)非非xor(x,y)异或异或逻辑运算q 逻辑运算符A&B 等价于 and(A,B)A|B 等价于 or(A,B)A 等价于 not(A)例：A=input(Please input A:)u 数据的输入：inputA=input(提示信息)l 其中 提示信息 为字符串，l 该命令要求用户输入 A 的值(可以是数或字符串)数据输入 inputA=input(提示信息,s)注：此时输入的字符串不要加单引号！l 如果是输入字符串，也可以使用下面的方法name=input(Whats your name?,s)例：disp(X)输出变量 X 的值，可以是数值矩阵或字符串 B=1 2 3;4 5 6;7 8 9;disp(B)数据输出 dispu 数据的输出：disp A=Hello,Tom!;disp(A)例：l 单分支结构if expression（条件）statements（语句组）endif 条件语句if expression（条件）statements1（语句组1）else statements2（语句组2）endl 双分支结构数据输出 fprintffprintf(fid,format,variables)按指定的格式将变量的值输出到指定的文件u 数据的输出：fprintfl fid 为文件句柄，若缺省，则将变量的值输出到屏幕上l format 用来指定数据输出时采用的格式，常见的有%e(采用科学计算形式)%f(采用浮点数形式)%g(由系统自动选取上述两种格式之一)%s(输出字符串)l format 中还可以使用一些特殊格式，如：n(换行)t(制表符)b(退格)(反斜杆)%(百分号)function out1,out2,=函数名(in1,in2,)%注释说明部分(可选)函数体语句(必须)u 第一行为引导行，表示该 M文件是函数文件u 函数名的命名规则与变量名相同(必须以字母开头)u 当输出行参多于一个时，用方括号括起来u 函数必须是一个单独的 M文件u 函数文件名必须与函数名一致u 以百分号开始的语句为注释语句函数文件q 函数文件由 function 语句引导函数文件举例myfun.mfunction x1,x2=myfun(a,b,c)temp=sqrt(b2-4*a*c);x1=(-b+temp)/2/a;x2=(-b-temp)/2/a;q 函数调用的一般格式输出实参列表=函数名(输入实参列表)函数调用子函数function avg=fun(x)%主函数 n=length(x);avg=mean(x,n);function a=mean(x,n)%子函数a=sum(x)/n;M文件的编辑q进入MATLAB的Editor/Debugger窗口来编辑程序q在编辑环境中，文字的不同颜色显示表明文字的不同属性。绿色：注解；黑色：程序主体；红色：属性值的设定；蓝色：控制流程。程序设计技术q程序出错主要为两类：1)格式错误，如缺（或）等，在运行时可检测出大多数该类错误，并指出错在哪一行。2)算法错误，逻辑上的错误，不易查找，遇到此类错误时需耐心。q 程序控制结构有三种：顺序结构、选择结构和循环结构。任何复杂的程序都由这三种基本结构组成。u 顺序结构M文件控制流l 按排列顺序依次执行各条语句，直到程序的最后。l 这是最简单的一种程序结构，一般涉及数据的输入输出、数据的计算或处理等。选择结构 是根据给定的条件成立或不成立，分别执行不同的语句。Matlab 用于实现选择结构的语句有 if 语句和 switch 语句。选择结构if expression1（条件1）statements1（语句组1）elseif expression2（条件2）statements2（语句组2）.elseif expressionm（条件m）statementsm（语句组m）else statements（语句组）endl 多分支结构if 条件语句for variable=expression statement（循环体）end循环变量循环结构while expression（条件）statement（循环体）endfor循环【练习】一个三位整数各位数字的立方和等于该数本身则称该数为水仙花数。输出全部水仙花数。l 循环语句可以嵌套使用while 循环while expression（条件）statement（循环体）endl 不能在 for 循环体内改变循环变量的值l 为了提高代码的运行效率，应尽可能提高代码的向量化程度，避免 for 循环的使用l 如果预先就知道循环的次数，则可以采用 for 循环；否则，如果预先无法确定循环的次数，则可以使用 while 循环。u break 和 continuel break 语句用于终止循环的执行，即跳出最内层循环 l continue 语句用于结束本次循环，进行下一次循环 l break 和 continue 一般与 if 语句配合使用其它流控制语句u returnl return 语句用于退出正在运行的脚本或函数，通常用在函数文件中。l 根据表达式的不同取值，分别执行不同的语句。switch expression（表达式）case value1（表达式1）statement1（语句组1）case value2（表达式2）statement2（语句组2）.case valuem（表达式m）statementm（语句组m）otherwise statement（语句组）endswitch 语句首先由计算机随机产生一个 1,100 之间的一个整数，然后由用户猜测所产生的这个数。根据用户猜测的情况给出不同的提示，如果猜测的数大于产生的数，则显示 “High”，小于则显示“Low”，等于则显示“You won！”，同时退出游戏。用户最多有 7 次机会。上机作业u 猜数游戏Matlab 绘图Matlab 二维作图u plot(x,y)q 基本形式 x,y 都是向量，则以 x 中元素为横坐标，y 中元素为纵坐标作平面曲线。此时 x,y 必须具有相同长度。x,y 都是矩阵，则将 x 的列和 y 中相应的列相组合，绘制多条平面曲线。此时 x,y 必须具有相同的大小。x 是向量,y 是矩阵，若 x 的长度与 y 的行数相等，则将 x 与 y 中的各列相对应，绘制多条平面曲线；否则，若 x 的长度与 y 的列数相等，则将 x 与 y 中的各行相对应，绘制多条平面曲线。此时 x 的长度必须等于 y 的行数或列数。q 点和线的基本属性图形的属性u plot(x,y,string)其中 string 是用 单引号 括起来的字符串，用来指定图形的属性（点、线的形状和颜色）属性可以全部指定，也可以只指定其中某几个排列顺序任意红色、虚线、离散点用加号蓝色、点划线离散点为菱形黑色、实线离散点用星号 x=0:0.2:2*pi;plot(x,cos(x);plot(x,cos(x),r+:);plot(x,cos(x),bd-.);plot(x,cos(x),k*-);同时绘制多个函数图像u plot(x1,y1,s1,x2,y2,s2,.,xn,yn,sn)属性选项可以省略等价于：hold onplot(x1,y1,s1)plot(x2,y2,s2).plot(xn,yn,sn)图形的基本属性线型线型点标记点标记颜色颜色-实线实线:虚线虚线-.-.点划线点划线-间断线间断线.点点o o 小圆圈小圆圈x x 叉子符叉子符+加号加号*星号星号s s 方格方格d d 菱形菱形 朝上三角朝上三角v v 朝下三角朝下三角 朝右三角朝右三角 x=-pi:pi/10:pi;y=sin(x);plot(x,y,rh:,linewidth,2,.markeredgecolor,b,.markerfacecolor,g)例：q 线条的粗细，字体大小，坐标轴属性等。linewidth：指定线条的粗细markeredgecolor:指定标记的边缘色markerfacecolor:指定标记表面的颜色注：1)属性与属性的值是成对出现的 2)更多属性参见 plot 的联机帮助 可用于数值统计分析或离散数据处理bar(x,y);-条形图 hist(x,y);-直方图stairs(x,y);-阶梯图 stem(x,y);-茎干图 8、应用型绘图指令：应用型绘图指令x=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10;y=5 6 3 4 8 1 10 3 5 6;例 x1=randn(1,1000);y1=-3:0.1:3;应用型绘图指令x2=0:0.1:10;y2=1./(x2.3-2.*x2+4);x3=0:0.1:10;y3=1./(x2.3-2.*x2+4);应用型绘图指令