Matlab基础及其应用.ppt

Matlab基础及其应用 主讲人 卫惠峰联系方式 手机Q 1130387997 Matlab简介 MATLAB 矩阵实验室 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件 用于算法开发 数据可视化 数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境 主要包括MATLAB和Simulink两大部分 MATLAB应用非常之广泛 核心 矩阵 代数知识 MATLAB和Mathematica Maple并称为三大数学软件 怎么没有lingo和SPSS 特点 高效的数值计算及符号计算功能具有完备的图形处理功能友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言功能丰富的应用工具箱 Matlab强大的应用范畴 基本数值运算 科学计算器 线性代数相关微积分 微分方程积分变换 复变函数 代数方程及最优化 规划问题 插值与拟合概率论与数值统计图论 灰色预测 回归分析模糊集 进化算法 神经网络 Matlab实例1插值 hours 1 12 temps 589152529313022252724 h 1 0 1 12 t interp1 hours temps h 线性插值plot hours temps h t hours temps r holdon T interp1 hours temps h spline 三次样条插值plot h t hours temps c 计算结果 Matlab实例2一元线性回归 t 1 30 1 30 14 30 s 11 8615 6720 6026 6933 7141 9351 1361 4972 9085 4499 08113 77129 54146 48 p S polyfit t s 2 二次多项式线性回归y polyconf p t S plot t s k t y r 计算结果 MATLAB入门 一 科学运算 二 矩阵 三 matlab编程 四 建模中matlab编程的好习惯 c提供 六 个人编程之道 五 小作业 准备知识 特殊变量 数学运算符号及标点符号 1 MATLAB的每条命令后 若为逗号或无标点符号 则显示命令的结果 若命令后为分号 则禁止显示结果 2 后面所有文字为注释 3 表示续行 数学函数 a 1 b 4 c 5 26 10 3 求a b ca 1 b 4 c 5 26 10 3 a b c 注意符号用英文格式打出来 中文格式会出现错误 a 5 b 9 c 求a b ca 5 b 9 c a b c 一 科学运算 二 矩阵 第一个矩阵A 123 456 789 或A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 B 5568 3335 5678 又表示什么 矩阵表示及计算方法 逗号或空格用于分隔某一行的元素 分号用于区分不同的行 除了分号 在输入矩阵时 按Enter键也表示开始新一行 输入矩阵时 严格要求所有行有相同的列 转置 A 加减法 直接使用加号或减号乘法 A B 注意左乘和右乘 除法 左除 A B右除 A B乘方 A X点运算 A B 对应元素之间进行乘法运算 1 特殊矩阵的建立 d eye m n 产生一个m行n列的单位矩阵 c ones m n 产生一个m行n列的元素全为1的矩阵 b zeros m n 产生一个m行n列的零矩阵 a 产生一个空矩阵 当对一项操作无结果时 返回空矩阵 空矩阵的大小为零 2 矩阵中元素的操作 1 矩阵A的第r行 A r 2 矩阵A的第r列 A r 4 取矩阵A的第i1 i2行 第j1 j2列构成新矩阵 A i1 i2 j1 j2 5 以逆序提取矩阵A的第i1 i2行 构成新矩阵 A i2 1 i1 6 以逆序提取矩阵A的第j1 j2列 构成新矩阵 A j2 1 j1 7 删除A的第i1 i2行 构成新矩阵 A i1 i2 8 删除A的第j1 j2列 构成新矩阵 A j1 j2 9 将矩阵A和B拼接成新矩阵 AB A B 3 依次提取矩阵A的每一列 将A拉伸为一个列向量 A 2 矩阵 矩阵运算 1 元素对元素的运算 同数组 数组运算 3 矩阵的运算 1 标量 矩阵运算标量 数组运算相同 2 矩阵的特别运算 方阵的行列式 det A 方阵的逆 inv A 方阵的特征值与特征向量 V D eig A 三 matlab编程 1 变量命名规则 1 变量名必须是不含空格的单个词 2 变量名区分大小写 3 变量名最多不超过19个字符 4 变量名必须以字母打头 之后可以是任意字母 数字或下划线 变量名中不允许使用标点符号 2 M文件MATLAB的内部函数是有限的 有时为了研究某一个函数的各种性态 需要为MATLAB定义新函数 为此必须编写函数文件 函数文件是文件名后缀为M的文件 这类文件的第一行必须是一特殊字符function开始 格式为 function因变量名 函数名 自变量名 函数值的获得必须通过具体的运算实现 并赋给因变量 M文件建立方法 1 在MATLAB中 点 File New M file 或script 2 在编辑窗口中输入程序内容3 点File Save 存盘 M文件名必须与函数名一致 MATLAB的应用程序也以M文件保存 例 定义函数f x1 x2 55 5x2 3x12 2 1 5x1 2 functionf f x f 55 5 x 2 3 x 1 2 2 1 5 x 1 2 1 建立M文件 f m 2 可以直接使用函数f m 例如 计算f 1 2 只需在MATLAB命令窗口键入命令 x 54 f x x logspace first last n 创建从first开始 到last结束 有n个元素的对数分隔行向量 1 创建简单的数组 3 数组 x abcdef 创建包含指定元素的行向量 x first last创建从first开始 加1计数 到last结束的行向量 x first increment last创建从first开始 加increment计数 到last结束的行向量 x linspace first last n 创建从first开始 到last结束 有n个元素的行向量 2 数组元素的访问 3 直接使用元素编址序号 x abcd 表示提取数组x的第a b c d个元素构成一个新的数组 x a x b x c x d 2 访问一块元素 x a b c 表示访问数组x的第a个元素开始 以步长b到第c个元素 但不超过c b可以为负数 b缺省时为1 1 访问一个元素 x i 表示访问数组x的第i个元素 3 数组的方向前面例子中的数组都是一行数列 是行方向分布的 称之为行向量 数组也可以是列向量 它的数组操作和运算与行向量是一样的 唯一的区别是结果以列形式显示 产生列向量有两种方法 直接产生例c 1 2 3 4 转置产生例b 1234 c b 说明 以空格或逗号分隔的元素指定的是不同列的元素 而以分号分隔的元素指定了不同行的元素 4 数组的运算 1 标量 数组运算数组对标量的加 减 乘 除和平方运算 是指数组的每个元素对该标量施加相应的加 减 乘 除 平方运算 与矩阵类似 设 a a1 a2 an c是标量 则 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 2 数组 数组运算当两个数组有相同维数时 加 减 乘 除 幂运算可按元素对元素方式进行 不同大小或维数的数组是不能进行运算的 设 a a1 a2 an b b1 b2 bn 则 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 5 关系与逻辑运算 1 关系操作符 2 逻辑运算符 1 for循环 允许一组命令以固定的和预定的次数重复forx array commands end在for和end语句之间的命令串 commands 按数组 array 中的每一列执行一次 在每一次迭代中 x被指定为数组的下一列 即在第n次循环中 x array n 6 控制流 MATLAB提供三种决策或控制流结构 for循环 while循环 if else end结构 这些结构经常包含大量的MATLAB命令 故经常出现在MATLAB程序中 而不是直接加在MATLAB提示符下 例对n 1 2 10 求xn 的值 while expression commands end只要在表达式 expression 里的所有元素为真 就执行while和end语句之间的命令串 commands 2 While循环与for循环以固定次数求一组命令相反 while循环以不定的次数求一组语句的值 例设银行年利率为11 25 将10000元钱存入银行 问多长时间会连本带利翻一番 3 if else end结构 1 有一个选择的一般形式是 if expression commands end如果在表达式 expression 里的所有元素为真 就执行if和end语句之间的命令串 commands MATLAB命令窗口输入fun1 2 fun1 1 即可 2 有三个或更多的选择的一般形式是 if expression1 commands1 elseif expression2 commands2 elseif expression3 commands3 elseif else commands endendend end 先建立M文件fun2 m来定义函数f x 再在MATLAB命令窗口输入fun2 2 fun2 0 5 fun2 1 即可 四 建模中matlab编程的好习惯 1 注释百分号 后面的内容是程序的注解 要善于运用注解使程序更有可读性 文件开始部分说明解释M文件功能每一句步骤的解释 方便调试程序 2清理养成在主程序开头用clear clc close指令清除变量 工作区域结果及图形以消除工作区间中的其他变量对程序运行的影响但注意 在子程序中不要用clear 3 习惯 参数值要集中放在程序中的开始部分 以便维护 充分利用MATLAB工具箱提供的指令来执行所要进行得运算在语句行之后输入 使其中结果不在屏幕上显示 以提高执行速度 4 数据问题 input指令可以用来输入一些临时的数据 对于大量参数 则通过建立一个存储参数的主程序 在主程序中通过子程序的名称来调用 5 程序模块化 程序尽可能模块化 即采用主程序 子程序将所有的子程序合并在一起来执行全部的操作 6 程序调试 充分利用Debugger来进行程序的调试 设置断点 单步执行 连续执行 并利用其他工具箱或图形用户假面 GUI 的设计技巧 将设计结果集成到一起 调试方法 直接 1 在适当位置 添加显示某些关键变量值得语句 2 利用echo指令 使运行时在屏幕逐行显示文件内容3 在原M脚本或函数文件的适当位置 添加指令keyboard 可以设置断点4 把原M函数文件的函数声明行注释掉 把它变为一个脚本文件工具调试方法主要用Debug中的一些选项进行调试 7 流程图 咱们的指导老师在美赛的时候特别吩咐我 每次编程序一定要负责做流程图 流程图一出来了 程序也就出来了 另外 也可以在论文中插入流程图解释你们的模型联系 可以很直观地让人了解你们的模型 EdrawMindMap 例 8 工作路径 设置好MATLAB的工作路径 以便程序运行 调用M文件 必须得把你的工作路径设置为存放M文件的文件夹 把主函数 子函数放在一起 一般而言 函数M文件的命名和函数名相一致 9 惨痛教训 matlab的特点列优先原则matlab的优点 数学函数特别特别多 所以很多时候有一些运算是特别复杂的话 公式又特别难打 可以尝试用一个很好的方法 百度 相关系数矩阵B corrcoef A 对以下问题 编写M文件 1 用起泡法对10个数由小到大排序 即将相邻两个数比较 将小的调到前头 2 有一个矩阵 编程求出其最大值及其所处的位置 3 编程求 4 一球从100米高度自由落下 每次落地后反跳回原高度的一半 再落下 求它在第10次落地时 共经过多少米 第10次反弹有多高 5 有一函数 写一程序 输入自变量的值 输出函数值 小作业 改变世界 你能 我能 每个程序员都有自己擅长的一面 绘图 excel lingo c VB Java