第2講-MATLAB入門(計算藥物分析)課件

MATLAB簡介MATLAB=MATrix+LABoratory20世紀七十年代后期：時任美國新墨西哥大學計算機科學系主任的CleveMoler教授出于減輕學生編程負擔的動機，為學生設計了一組“通俗易用”的接口，此即用FORTRAN編寫的萌芽狀態(tài)的MATLAB。MATLAB簡介MATLAB=MATrix1

MATLAB作為一種編程語言和可視化工具，可解決工程、科學計算和數學學科中許多問題。

MATLAB建立在向量、數組和矩陣的基礎上，使用方便，人機界面直觀，輸出結果可視化。

矩陣是MATLAB的核心

強大的繪圖、計算和統(tǒng)計功能MATLAB作為一種編程語言和可視化工具，可2在歐美大學里，諸如應用代數、數理統(tǒng)計、自動控制、數字信號處理、模擬與數字通信、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等課程的教科書都把MATLAB作為內容。這幾乎成了九十年代教科書與舊版書籍的區(qū)別性標志。在那里，MATLAB是攻讀學位的大學生、碩士生、博士生必須掌握的基本工具。 在國際學術界，MATLAB已經被確認為準確、可靠的科學計算標準軟件。在許多國際一流學術刊物上，（尤其是信息科學刊物），都可以看到MATLAB的應用。在歐美大學里，諸如應用代數、數理統(tǒng)計、自動控制、數字信號處理3

MATLAB作為線性系統(tǒng)的一種分析和仿真工具，是理工科大學生應該掌握的技術工具，它作為一種編程語言和可視化工具，可解決工程、科學計算和數學學科中許多問題。

MATLAB建立在向量、數組和矩陣的基礎上，使用方便，人機界面直觀，輸出結果可視化。

矩陣是MATLAB的核心MATLAB作為線性系統(tǒng)的一種分析和仿真工具4

Matlab程序的特點1，提供了一種全新的編程語言，其語法規(guī)則簡單，很貼近人的思維方式。2，Matlab語言還直接提供了強有力的繪圖指令。3，Matlab的運算功能很強，對化學計量學程序調試和編制有很大好處。4，Matlab語言在矩陣運算的方面，顯得特別簡捷、高效和方便。

Matlab程序的特點1，提供了一種全新的編程語言，其語法5

應用實例：1

簡單的計算器使用法

【例1-1】求的算術運算結果。

（1）用鍵盤在MATLAB指令窗中輸入以下內容

>>(12+2*(7-4))/3^2

（2）在上述表達式輸入完成后，按【Enter】鍵，該就指令被執(zhí)行。

（3）在指令執(zhí)行后，MATLAB指令窗中將顯示以下結果。

ans=2

應用實例：6【例1-2】簡單矩陣的輸入步驟。

（1）在鍵盤上輸入下列內容

A=[1,2,3;4,5,6;7,8,9]

（2）按【Enter】鍵，指令被執(zhí)行。

（3）在指令執(zhí)行后，MATLAB指令窗中將顯示以下結果：

A=

123

456

789

【例1-2】簡單矩陣的輸入步驟。

（1）在鍵盤上輸入下列內容7【例1-3】矩陣的分行輸入

A=[1,2,3

4,5,6

7,8,9]

（以下是顯示結果）

A=

123

456

789

【例1-3】矩陣的分行輸入

A=[1,2,3

4,5,6

8Matlab的基本運算符（1）矩陣(算術)運算符A’表示矩陣A的轉置；A+B：表示矩陣A和B的和A*B：表示矩陣A和B的乘法A．*B：表示矩陣A和B的對應元素相乘A..\B表示矩陣B的元素除以矩陣A的對應元素(2)矩陣的創(chuàng)建

a)顯示地輸入一個元素序列；b)用Matlab的內部函數創(chuàng)建一個矩陣；c)在M文件中用Matlab語句創(chuàng)建一個矩陣；例：A=[1357;12353;3591]創(chuàng)建矩陣。Matlab的基本運算符（1）矩陣(算術)運算符A’表示矩陣9求解代數方程AX=B問題。教科書的基本敘述：當行數等于列數(標量)時，X=A-1B；若行數大于列數滿秩陣，X=(A’A)-1A’B；若列數大于行數時，有無數解。(A是非奇異矩陣)，一般程序就必須按以上不同情況進行編程。然而對MATLAB來說，那只需一條簡單指令：x=A\b。計算的快速性、準確性和穩(wěn)定性是普通程序所遠不及的。

求解代數方程AX=B問題。10Matlabprogram%Thisisanexampleofsolvinglinearequations!%UsingMatlablanguage.E=[1.50200.051400.04080.02611.151600.08200.03420.03552.5320.29330.03400.068400.3470]pauseA=[0.10130.099430.21940.03396]'pauseC=inv(E)*AorC=E\AMatlabprogram11

MATLAB入門一、變量與函數二、數組三、矩陣四、MATLAB編程MATLAB入門一、121、變量MATLAB中變量的命名規(guī)則是：（1）變量名必須是不含空格的單個詞；（2）變量名區(qū)分大小寫；（3）變量名最多不超過19個字符；（4）變量名必須以字母打頭，之后可以是任意字母、數字或下劃線，變量名中不允許使用標點符號.

一、變量與函數

13特殊變量表特殊變量表142、數學運算符號及標點符號（1）MATLAB的每條命令后，若為逗號或無標點符號，則顯示命令的結果；若命令后為分號，則禁止顯示結果.（2）“%”后面所有文字為注釋.（3）“...”表示續(xù)行.2、數學運算符號及標點符號（1）MATLAB的每條命令后，若153、數學函數3、數學函數16

MATLAB的內部函數是有限的，有時為了研究某一個函數的各種性態(tài)，需要為MATLAB定義新函數，為此必須編寫函數文件.函數文件是文件名后綴為M的文件，這類文件的第一行必須是一特殊字符function開始，格式為：

function因變量名=函數名（自變量名）函數值的獲得必須通過具體的運算實現，并賦給因變量.

4、M文件M文件建立方法：1.在Matlab中，點:File->New->M-file2.在編輯窗口中輸入程序內容3.點：File->Save，存盤，M文件名必須與函數名一致。Matlab的應用程序也以M文件保存。MATLAB的內部函數是有限的，有時為了研究某17例：定義函數f(x1,x2)=100(x2-x12)2+(1-x1)2functionf=fun(x)f=100*(x(2)-x(1)^2)^2+(1-x(1))^21.建立M文件：fun.mMATLAB(fun)2.可以直接使用函數fun.m例如：計算f(1,2),只需在Matlab命令窗口鍵入命令：x=[12]fun(x)

返回例：定義函數f(x1,x2)=100(x2-x12)2+(18x=logspace(first，last，n）

創(chuàng)建從開始，到結束，有n個元素的對數分隔行向量.1、創(chuàng)建簡單的數組二、數組MATLAB(shuzu1)x=[abcdef]創(chuàng)建包含指定元素的行向量x=first：last

創(chuàng)建從first開始，加1計數，到last結束的行向量x=first：increment：last

創(chuàng)建從first開始，加increment計數，last結束的行向量x=linspace(first，last，n）

創(chuàng)建從first開始，到last結束，有n個元素的行向量x=logspace(first，last，n）1、創(chuàng)建簡19

2、數組元素的訪問MATLAB(shuzu2)（3）直接使用元素編址序號.x([abcd])表示提取數組x的第a、b、c、d個元素構成一個新的數組[x(a)x(b)x(c)x(d)].（2）訪問一塊元素：x(a：b：c)表示訪問數組x的從第a個元素開始，以步長為b到第c個元素（但不超過c），b可以為負數，b缺損時為1.（1）訪問一個元素：x(i)表示訪問數組x的第i個元素.2、203、數組的方向

前面例子中的數組都是一行數列，是行方向分布的.稱之為行向量.數組也可以是列向量，它的數組操作和運算與行向量是一樣的，唯一的區(qū)別是結果以列形式顯示.

產生列向量有兩種方法：直接產生例c=[1；2；3；4]轉置產生例b=[1234];c=b’說明：以空格或逗號分隔的元素指定的是不同列的元素，而以分號分隔的元素指定了不同行的元素.3、數組的方向214、數組的運算

（1）標量-數組運算數組對標量的加、減、乘、除、乘方是數組的每個元素對該標量施加相應的加、減、乘、除、乘方運算.設：a=[a1,a2,…,an],c=標量則：a+c=[a1+c,a2+c,…,an+c]a.*c=[a1*c,a2*c,…,an*c]a./c=[a1/c,a2/c,…,an/c](右除）a.\c=[c/a1,c/a2,…,c/an](左除）a.^c=[a1^c,a2^c,…,an^c]c.^a=[c^a1,c^a2,…,c^an]MATLAB(shuzu3)4、數組的運算（1）標量-數組運算設：a=[a1,22（2）數組-數組運算

當兩個數組有相同維數時，加、減、乘、除、冪運算可按元素對元素方式進行的，不同大小或維數的數組是不能進行運算的.

設：a=[a1,a2,…,an],b=[b1,b2,…,bn]則：a+b=[a1+b1,a2+b2,…,an+bn]a.*b=[a1*b1,a2*b2,…,an*bn]a./b=[a1/b1,a2/b2,…,an/bn]a.\b=[b1/a1,b2/a2,…,bn/an]a.^b=[a1^b1,a2^b2,…,an^bn]MATLAB(shuzu4)

返回（2）數組-數組運算設：a=[a1,a2,…,an],b=232.控制指令：who;whos;clear【例2-1】用who檢查MATLAB內存變量。 在指令窗中運行以下指令，就可看到內存變量。who

Yourvariablesare:

RYxy1XZyy2

2.控制指令：who;whos;clear24【例2-2】鍵入whos，獲得駐留變量的詳細情況：全部變量名，變量的數組維數，占用字節(jié)數，變量的類別（如雙精度）等。whosNameSizeBytesClassR33x338712doublearrayX33x338712doublearrayY33x338712doublearrayZ33x338712doublearrayx1x33264doublearrayy33x1264doublearrayy11x18doublearrayy21x18doublearrayGrandtotalis4424elementsusing35392bytes

【例2-2】鍵入whos，獲得駐留變量的詳細情況：全部變253.

save和load指令〖說明〗

如果一組數據是經過長時間的復雜計算后獲得的，那末為避免再次重復計算，常使用save加以保存。此后，每當需要，都可通過load重新獲取這組數據。這種處理模式常在實際中被采用。(mkdir;cd;dir;save;load)【例3-1】數據的存取。（1）建立用戶目錄，并使之成為當前目錄，保存數據mkdir('c:\','my_dir'); %在C盤上創(chuàng)建目錄my_dircdc:\my_dir%使c:\my_dir成為當前目錄savesafXZ%選擇內存中的X,Z變量保存為saf.mat文件dir %顯示目錄上的文件

...saf.mat

3.

save和load指令26（2）清空內存，從saf.mat向內存裝載變量Zclear %清除內存中的全部變量loadsafZ %把saf.mat文件中的Z變量裝入內存who %檢查內存中有什么變量

Yourvariablesare:Z

（2）清空內存，從saf.mat向內存裝載變量Z274.Plot[例4-1]vector=linspace(0,8,100);values=2.^vector;clf;plot(vector,values);Plot(vector,values,’b-’)4.PlotPlot(vector,values,’b-’28

[例4-2]繪制函數曲線。x=0:0.1:1 %定義自變量的采樣點取值數組y=x.*exp(-x)

%利用數組運算計算各自變量采樣點上的函數值plot(x,y),xlabel(‘x’),ylabel(‘y’),title(‘y=x*exp(-x)’) %繪圖

[例4-2]繪制函數曲線。29[例4-3]vector2=2:0.5:8;[x,y]=meshgrid(vector2)mesh(x,y,2.^x+2.^y)surf(x,y,2.^x+2.^y)[例4-3]surf(x,y,2.^x+2.^y)305、HELP

demo;helpwin;helpdesk…直接使用help獲得指令的使用說明【例4-1】假如準確知道所要求助的主題詞，或指令名稱，那末使用help是獲得在線幫助的最簡單有效的途徑。本例演示：關于矩陣對數函數logm使用說明的在線求助。helplogm

使用help指令進行分類搜索【例4-2】運行不帶任何限定的help，可以得到分類名稱明細表。help

5、HELP

使用help指令進行分類搜索31三、矩陣

逗號或空格用于分隔某一行的元素，分號用于區(qū)分不同的行.除了分號，在輸入矩陣時，按Enter鍵也表示開始一新行.輸入矩陣時，嚴格要求所有行有相同的列.

例m=[1234；5678；9101112]p=[111122223333]1、矩陣的建立三、矩陣逗號或空格用于分隔某一行的元32特殊矩陣的建立：.MATLAB(matrix1)d=eye(m，n)產生一個m行、n列的單位矩陣c=ones(m，n)產生一個m行、n列的元素全為1的矩陣b=zeros(m，n)產生一個m行、n列的零矩陣a=[]產生一個空矩陣，當對一項操作無結果時，返回空矩陣，空矩陣的大小為零.特殊矩陣的建立：.MATLAB(matrix1)d=eye332、矩陣中元素的操作MATLAB(matrix2)（1）矩陣A的第r行：A（r，：）（2）矩陣A的第r列：A（：，r）（4）取矩陣A的第i1~i2行、第j1~j2列構成新矩陣:A(i1:i2,j1:j2)（5）以逆序提取矩陣A的第i1~i2行，構成新矩陣:A(i2:-1：i1，：）（6）以逆序提取矩陣A的第j1~j2列，構成新矩陣:A(:,j2:-1：j1）（7）刪除A的第i1~i2行，構成新矩陣:A(i1:i2，：)=[]（8）刪除A的第j1~j2列，構成新矩陣:A(：，j1:j2)=[]（9）將矩陣A和B拼接成新矩陣：[AB]；[A；B]（3）依次提取矩陣A的每一列，將A拉伸為一個列向量：A（：）2、矩陣中元素的操作MATLAB(matrix2)（1）矩陣34

（2）矩陣-矩陣運算[1]元素對元素的運算，同數組-數組運算。

3、矩陣的運算（1）標量-矩陣運算

同標量-數組運算。MATLAB(matrix3)

[2]矩陣運算：矩陣加法：A+B矩陣乘法：A*B方陣的行列式：det（A）方陣的逆：inv（A）方陣的特征值與特征向量：[V，D]=eig[A]

返回（2）矩陣-矩陣運算3、矩陣的運算（1）標量-矩陣35關系與邏輯運算

1、關系操作符關系與邏輯運算1、關系操作符362、邏輯運算符2、邏輯運算符371、for循環(huán)：允許一組命令以固定的和預定的次數重復

forx=array{commands}end在for和end語句之間的命令串{commands}按數組（array）中的每一列執(zhí)行一次.在每一次迭代中，x被指定為數組的下一列，即在第n次循環(huán)中，x=array(：，n)控制流MATLAB提供三種決策或控制流結構：

for循環(huán)、while循環(huán)、if-else-end結構.這些結構經常包含大量的MATLAB命令，故經常出現在MATLAB程序中，而不是直接加在MATLAB提示符下.例對n=1,2,…,10,求xn=的值MATLAB(for1)1、for循環(huán)：允許一組命令以固定的和預定的次數重復控制流M38

whileexpression{commands}end

只要在表達式(expression)里的所有元素為真，就執(zhí)行while和end語句之間的命令串{commands}.2、While循環(huán)

與for循環(huán)以固定次數