MATLAB基礎及應用(第4版)課件

1、第四章 計算機網絡MATLAB基礎及應用（第4版）主編：于潤偉第1章 認識MATLAB第1章 認識MATLAB 本章要點本章要點 操作桌面、幫助系統的使用方法 數據操作的有關知識 矩陣的基本運算 數據和文件操作第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）等三個窗口，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MATLAB命令、函數、矩陣、表達式等信息，

2、并顯示除圖形以外的所有計算結果，是MATLAB的主要交互窗口。當命令窗口出現提示符時，表示MATLAB已準備好，可以輸入命令、變量或函數，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果的內存空間。在命令窗口中輸入的變量、運行文件建立的變量、調用函數返回的計算結果等，都將被存儲在工作空間中，直到使用了clear

3、命令清除工作空間或關閉了MATLAB系統為止。 注意：函數在運行中會調用的一些臨時變量，不會占用工作空間，這些變量在函數運行結束后將被釋放。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可以被直接運行或調用，如果沒有特殊指明，數據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，以便于文件和數據的管理，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MATLAB二、幫助系統1幫助窗口 第1章 認識MATLAB2函數瀏覽器第1章 認識MATLAB2help命令（1）在線幫助總覽

4、help % 在命令窗口直接輸入help，顯示在線幫助總覽（2）顯示基本函數信息 help elfun （3）顯示具體函數的幫助信息 help round %顯示具體函數的詳細信息，本例為round函數 注意：注意：MATLAB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所有的命令和函數都必須用小寫所有的命令和函數都必須用小寫 。3lookfor命令4模糊查詢5在線幫助頁第1章 認識MATLAB三、數據結構1矩陣和數組 矩陣是指含有M行、N列（M、N為正整數）數據的矩形結構。數組運算是元素對元素的運算，也就是說無論

5、什么運算，對數組中的元素都是平等進行的；矩陣運算是強調整體的運算，采用線性代數的運算方法。第1章 認識MATLAB2數據結構類型名稱類型名稱函數函數舉例舉例說明說明字符型字符型charA 、 happy字符型數組每個字符占字符型數組每個字符占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位的整數數組，常用于表示信號位的整數數組，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)單精度數值數組所需的存儲空間較小，占單

6、精度數值數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，但精度差，數值范圍小，能用于數學運算示小數，但精度差，數值范圍小，能用于數學運算雙精度雙精度double32double(44.5)雙精度數值數組，占雙精度數值數組，占8個字節(jié)，精度高，數值范圍大，能用個字節(jié)，精度高，數值范圍大，能用于數學運算，是默認的于數學運算，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的非零元素，較常稀疏雙精度矩陣，稀疏矩陣只存儲少數的非零元素，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組單元數組

7、cell10,h,3.4單元數組，單元數組元素的尺寸、性質可以不同單元數組，單元數組元素的尺寸、性質可以不同結構數組結構數組structg=struct(name,LiXin,number,441)結構數組，結構數組包括域名，域中可以包括其他數組，結構數組，結構數組包括域名，域中可以包括其他數組，與單元數組類似與單元數組類似第1章 認識MATLAB工作空間瀏覽器中顯示的數據類型 第1章 認識MATLAB四、MATLAB的特點1高效方便的矩陣和數組運算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 數據運算一、變量1變量的命名 在MA

8、TLAB中，變量名可以是由字母、數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 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計算結果的缺省賦值變量i, j虛數單位eps容差變量，定義為1.0到最近浮點數的距離在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。在IEEE運算規(guī)則中，它產生于0/0、0等的結果realma

9、x最大正實數nargin函數輸入參數個數realmin最小正實數nargout函數輸出參數個數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、常用數學函數 函數類別函數名稱功能函數類別函數名稱功能三角函數sin正弦反三角函數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）asec反正割csc余割（正弦倒數）acsc反余割對數函數log2以2為底的對數冪函數pow22的冪次log自然對數（以e為底的對數）sqrt開平方log10常用對數（以10為底的對數）指數函數exp以e為底的指數復數函數

10、abs復數的模復數函數real復數的實部angle相位角unwrap相位展開complex由實部和虛部構造復數isreal是否為實數組conj復數的共軛cplxpair整理為共軛對imag復數的虛部取整函數fix朝零方向取整其他函數mod模數floor朝負無窮方向取整rem除后取余數ceil朝正無窮方向取整sign符號函數round四舍五入到最近的整數gcd最大公約數abs絕對值lcm最小公倍數第1章 認識MATLAB三、數據操作 1input函數 如果用戶想從鍵盤輸入數據，則可以使用input函數來進行，該函數的調用格式為： 變量名=input（提示信息，s）； 說明：提示信息是一個字符串，

11、用于提示用戶輸入什么樣的數據，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據，字符串中若有字符串中若有“n”則表示換行輸入。參數則表示換行輸入。參數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；缺省盤輸入字符串；缺省s，只允許用戶輸入一個字符或數字。，只允許用戶輸入一個字符或數字。 2disp函數 MATLAB提供的命令窗口輸出函數主要是disp函數，其調用格式為： disp（輸出項） 說明：其中輸出項既可以是數字、字符、字符串，也可以是矩陣、說明：其中輸出項既可以是數字、字符、字符串，也可以是矩陣、變量。變量。第1章 認識MATLAB3pause函數 當程序運行時，為了查看程

12、序的中間結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，其調用格式為： pause（n） 說明：說明：n是一個常數，表示延遲多少秒。如果省略延遲時間，直是一個常數，表示延遲多少秒。如果省略延遲時間，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）sav

13、edfile.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函數是將磁盤上的數據讀入到工作空間。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和類型進行說明，MATLAB會根據用戶所輸入的內容進行配置，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

14、隔輸入元素值，行與行之間用分號隔開，最后以右方括號結尾即可。 2向量法創(chuàng)建矩陣 向量可以由冒號和數字產生。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，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函數法創(chuàng)建矩陣函數說明函數說明 空矩陣zeros全部元素都為0的矩陣eye單位矩陣magic

15、魔方矩陣ones全部元素都為1的常數矩陣randperm隨機排列整數矩陣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不相等，則MATLAB將

16、給出錯誤信息，提示兩個矩陣的維數不相等。（2）乘法運算 兩個矩陣的維數相容時（A的列數等于B的行數），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，其數學意義也不同。（4）點運算 兩個矩陣之間的點運算是按照數組運算規(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矩陣的轉置5矩陣的展開6矩陣的線性變換：如下

17、表所示。函數說明函數功能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flipud(A)矩陣A上下翻轉第1章 認識MATLAB四、復數和復數矩陣 MATLAB允許在運算和函數中使用復數或復數矩陣。復數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復數復數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復數矩陣復數矩陣有下列兩種方法

18、： 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 + 8.0000i第1章 認識MATLAB五、稀疏矩陣 函數格式說明函數格式說明sparse(A)A為完全矩陣。將完全矩陣轉化為稀疏矩陣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階所有系數為零的稀疏矩陣full(A)A為稀疏矩陣。將稀疏矩陣轉化為完全矩陣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。

19、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，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，將右側表達式的結果賦給左側是賦值運算符，將右側表達式的結果賦給左側的變量。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，結果為1；否則為0?；蜻\算|

20、兩個元素同為零時，結果為0；否則為1。非運算單目運算符。元素為零，結果為1；元素為非零，結果為0。第1章 認識MATLAB三、其他關系與邏輯函數 函數格式說明xor(x，y)異或運算。x和y相同，即都是零（假）或都是非零（真）結果為0；x或y不同則結果為1any(x)如果x是一個向量，含有一個或一個以上的非零元素，結果為1，否則為零；如果x是一個矩陣，結果是一個行向量，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，結果為1；如果x是一個矩陣，結果是一個行向量，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

21、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函數的調用格式為： 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，表示待打開的數據文說明文件打開成功。文件名用字符串形式，表示待打開的數據文件。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，以免數據丟失。關閉文件用fclose函數，調用格式為： stafclose(fid) 說明：該函數關閉說明：該函數關閉fi

22、d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函數按照指定的數據精度將矩陣中的元素寫入到文件中。其調用格式為： COUNTfwrite（fid，A，precision） 說明：其中COUNT返回所寫的數據元素個數（可缺?。?，fid為文件句柄，A用來存放寫入文件的數據，precision代表數據精度，常用的數據精度有：char、uchar、int、long、float、double等。缺省數據精度為uchar，即無符號字符格式。2讀二進制文件 fread函數可以讀取二進制文件的數據，并將數據存入矩陣。其調用格式為： A，COUNT=fread(fid，size，precision) 說明：其中A是用于存放讀取數據的矩陣、COUNT是返回所讀取的數據元素個數、fid為文件句柄、size為可選項，若不選用則讀取整個文件內容；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列的數據到MN的矩陣中，數據按列存放）。precision用于控制