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MATLAB 程式设计与应用

作者:张智星  信息来源:张智星  2006-1-26

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1-1、基本运算与函数在MATLAB下进行基本数学运算,只需将运算式直接打入提示号()之後,并按入Enter键即可。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:是MATLAB的提示符号(Prompt),但在P...
1-1、基本运算与函数  
 
 
在MATLAB下进行基本数学运算,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(/)的数学运算符号,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 gcd(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<图片> pow2(x):2的指数<图片> log(x):以e为底的对数, 
即自然对数或<图片> log2(x):以2为底的对数<图片> log10(x):以10为底的对数<图片 
 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 = [1 3 5 2];  
 
y = 2*x+1  
 
y =  
 
3 7 11 5  
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 =  
 
3 7 2 5  
 
 
y(6) = 10 % 加入第六个元素  
 
y =  
 
3 7 2 5 0 10  
 
 
y(4) = [] % 删除第四个元素,  
 
y =  
 
3 7 2 0 10  
 
 
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 =  
 
6 1 -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 =  
 
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16  
 
 
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 =  
 
7 10 13 16  
 
 
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 8.8000 10.0000  
 
 
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 of 100 linearly  
 
equally spaced points between x1 and x2.  
 
 
 
LINSPACE(x1, x2, N) generates N points between x1 and 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。)  
 
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 = [1 2 3 4; 5 6 7 8; 9 10 11 12];  
 
A  
 
A =  
 
1 2 3 4  
 
5 6 7 8  
 
9 10 11 12  
 
 
 
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