MATLAB基础入门ppt课件.ppt

MATLAB基础入门,主讲人：,1,Matlab基础入门,1Matlab软件基本介绍2Matlab软件界面3变量的定义及特殊变量和常数4基本运算5矩阵操作6m文件的创建7面向过程的matlab程序设计8Matlab绘图9Matlab学习技巧及网络资源10练习题,2,1Matlab软件基本介绍,Matlab名字是由Matrix和Laboratory两个词的前三个字母组合而成的,是由MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化数学软件。Matlab编程运算与人进行科学计算的思路和表达方式完全一致（主要面向过程）。不像学习其它高级语言如Basic、Fortran和C等那样难于掌握。其基本数据类型是矩阵。具有强大的数值计算和图示能力。具有丰富的工具箱（ToolBox)，例如统计工具箱、优化工具箱、神经网络、信号处理等等。,3,2Matlab软件界面,当前路径窗口,历史命令窗口,命令窗口,工具栏,主菜单栏,当前目录路径,文件详细信息,工作区窗口,快速启动窗口按钮,4,3变量的定义及特殊变量及常量,3.1变量的定义变量不需要定义就可以使用，但必须赋值；变量名区分大小写；变量名的第一个字符必须为英文字母，并且变量名长度不超过31个字符；变量名可以包含下连字符、数字，但不能为空格符、标点；变量名不要和函数名重复。基本数据类型为矩阵，操作演示。,5,3变量的定义及特殊变量及常量,3.2特殊变量及常量ans最近生成的无名结果eps浮点数的相对误差pi3.14145926i虚数单位j虚数单位Inf无穷大，如n/0Nan非数值型变量Realmin最小的正浮点数，Realmax最大的浮点数,6,4基本运算,4.1算术运算符加减*乘(包括标量乘，矩阵乘，标量与矩阵乘)/除(包括标量除，矩阵除标量，数组除标量)矩阵求幂（矩阵必须为方阵）.*矩阵对应元素相乘./矩阵对应元素相除.矩阵每个元素求幂注意：记不住时试一下！,7,4基本运算,4.2关系运算符大于=大于等于=等于=不等于运算法则：若关系式成立，结果为1；若关系式不成立，结果为0。,8,4基本运算,4.3逻辑运算符同行元素用逗号或空格分隔,不同行元素用分号或回车分开.,例5.1A=1,2,3;4,5,6,输出结果：A=123456,或A=123;456,或A=123456,注:若不指定输出变量,则系统默认ans为变量名；,利用下标，比如A(i,j),可以访问矩阵元素,例如：a=A(2,1)输出为a=4,11,5矩阵操作,(2)矩阵的函数生成,空矩阵zeros(m,n)零矩阵ones(m,n)1矩阵eye(m,n)单位矩阵rand(m,n)(0,1)区间内的均匀分布随机矩阵,例5.2z=zeros(2,3),u=ones(3),z=0.00000.00000.00000.00000.00000.0000,u=1.00001.00001.00001.00001.00001.00001.00001.00001.0000,例5.3e=eye(3,4),x=rand(1,3),e=1.00000.00000.00000.00000.00001.00000.00000.00000.00000.00001.00000.0000,x=0.23110.89130.0185,12,5矩阵操作,5.2向量（数组）的输入,(1)作为矩阵输入,例A=1,2,3；%（行向量）B=1；2；3；%（列向量）C=rand(1,4)；%（利用矩阵生成函数）,(2)行向量的特殊输入方式,13,5矩阵操作,例5.4A=1:5；%A=12345(公差缺省为1),B=1:2:7；%B=1357(公差为2),C=5:-2:-1；%C=531-1(公差为-2),linspace(0,1,4)；%ans=00.33330.66671.0,x=linspace(0,1)；%等差数组,从0到1默认划分为100个数值,14,5矩阵操作,5.3矩阵的裁剪、拼接与修改,(1)矩阵的裁剪,在MATLAB中，矩阵的元素可用其行标、列标表示。从一个矩阵中取出若干行（列）构成新矩阵称为裁剪，其中冒号“：”的使用非常重要。,例5.5A=1234;5678;9101112;%定义矩阵A,A(3,:)%提取A的第3行,ans=9101112,A(:,2)%提取A的第2列,ans=2610,X=A(2:3,1,3,4)%提取A的第2,3行，1,3,4列则：X=578；91112,15,5矩阵操作,(2)矩阵的拼接,在MATLAB中，可按照分块矩阵思想,由小矩阵拼接组合成大矩阵,但应注意所有小矩阵维数应当相容。,例5.6由A的第2行,2行1列零向量及2行3列单位阵拼接成3行4列矩阵E.,E=A(2,:);zeros(2,1),eye(2,3),E=567801000010,A=1234;5678;9101112;,16,5矩阵操作,(3)矩阵的编辑修改,在MATLAB中，通过对矩阵的部分元素(子矩阵)重新赋值,可以实现对矩阵元素的编辑和修改。,例5.7A(3,1)=0%将A的第3行1列元素修改为0,A=121056010101112,A(1:2,3:4)=eye(2)%将A的第1,2行3,4列子矩阵改为2阶单位阵,17,5矩阵操作,5.2矩阵运算,(1)矩阵的基本运算,AB（A,B同维数,对应元素相加减）A*B(A列数=B行数,通常矩阵乘法)AB(左除,A,B同行数,方程AX=B解)B/A(右除,A,B同列数,方程XA=B解)A(共轭转置)Ap(矩阵乘幂,A为方阵),18,5矩阵操作,(2)常数与矩阵的运算,bA、b*A、bA、A/b(b与A各元素做相应运算,对于除法b只能做除数),(3)矩阵的特殊运算（点运算）,A.*B、A.B、A./B、A.B(A、B维数相同，按对应元素运算),A.b、b./A、A.b、b.A(b与A各元素做相应运算),19,5矩阵操作,例5.8X1=A+B,X2=C*B,X3=AB,输出结果：X1=333614X2=814630X3=0.7143-0.28570.85710000.42860.4286-0.2857,其中：A=123312B=210302C=1230,20,5矩阵操作,5.3常用矩阵操作函数sum矩阵求和prod矩阵相乘size矩阵大小length矩阵长度sort矩阵排序max/min矩阵最大值/最小值reshape矩阵变形函数repmat矩阵堆叠find矩阵查询,21,6M文件的创建,1脚本文件(亦称命令M-文件)脚本文件的结构比较简单，它没有输入参数和输出参数，只是一些MATLAB命令行的组合。脚本文件中定义的变量都是全局变量。2函数文件(亦称函数M-文件)通常函数文件包含以下几个部分：（1）函数定义行:位于文件首行,以function开头;（2）帮助信息:紧跟函数定义行后,以%开头注释行;（3）函数体:函数的执行语句部分;（4）注释部分:命令行中以“%”开始直到该行结束。,22,6M文件的创建,语句的一般形式：变量=表达式注：若缺省“变量=”，则系统默认ans为变量名。若语句末尾以分号“；”结束，则命令执行后不显示计算结果若语句太长可以使用续行符“”将其延续到下一行一行中可书写多个语句，各语句之间要用逗号（显示计算结果）或分号（不显示计算结果）分开。,23,例6.1给定矩阵,A=123;456;%输入矩阵AB=401;012;%输入矩阵BC=A+B%计算输出A与B的和D=A-B%计算输出A与B的差,编写命令文件,输入矩阵A、B,并计算输出它们的和与差。,解：建立如下M-文件SY1.m,将上述文件以SY1.m为名存盘，然后在命令窗口调用此M-文件，则有,6M文件的创建,24,C=524468;,SY1,functionC,D=SY2(A,B)%给定矩阵A和B,计算输出其矩阵和C与矩阵差DC=A+B;%计算矩阵和D=A-B;%计算矩阵差,例6.2编写函数文件,计算任意两个同维数矩阵的和与差.,解：建立如下函数文件SY2.m,以SY2.m为名存盘,然后在命令窗口调用此函数文件.,D=-322444;,6M文件的创建,25,A=123;456;B=401;012;%输入参数赋值,C,D=SY2(A,B)%调用函数SY2.m,注:函数文件的首行须以function开头,后跟输出参数(多于1个时用方括号括起),函数名及输入参量(圆括号括起),参量之间用逗号隔开。函数文件的变量一般是局部变量，可以用global命令将某些变量说明为全局变量。函数文件名一般应与函数定义行中的函数名相一致。函数文件可以递归调用。,C=524468;,D=-322444;,6M文件的创建,26,1M-文件的建立与编辑,方法1：在命令窗口输入命令：editM-文件名即可打开相应M-文件编辑器。,方法2：单击菜单“File”-“New”-“M-file”即可打开空白M-文件编辑器；,2M-文件的调用,方法1：在MATLAB命令窗口中直接键入M-文件名,然后回车,即可运行该M-文件;,方法2：在M-文件编辑窗口中,单击工具钮RUN或菜单Debug/RUN，即可运行该M-文件。,6M文件的创建,27,其中，实际参数和形式参数可以不同；输入参数要用圆括号将其括起，输出参数多于一个时，要用方括号“”将其括起；参数间用逗号隔开。,注:被调用的M-文件必须位于当前目录或文件搜索路径范围内。,调用函数文件时，须事先对输入参量赋值，然后按照以下格式调用,输出参量=函数名（输入参量）（回车）,使用以下命令格式可将指定目录设置为当前目录:,cd路径目录名,6M文件的创建,28,7面向过程的matlab程序设计,Matlab的工作方式有二种1.交互式的指令操作方式。即用户在命令窗口中输入命令并按下回车键后，系统执行该指令并立即给出运算结果。2.M文件的编程方式。M文件是由matlab语句构成的文件,且文件名必须以.M为扩展名，如example.m。用户可以用任何文件编辑器来对M文件进行编辑。,29,7面向过程的matlab程序设计,M文件的程序执行过程：从上到下，依次执行。面向过程的程序设计程序结构主要是循环与判断，相应的控制流语句如下：7.1循环结构(1)for-end循环用于循环次数事先确定的，格式为fori=n:s:m语句体end其中，s为步长，可以为正数，负数或小数。,30,7面向过程的matlab程序设计,基本功能:循环循环变量依次取矩阵的每一列,然后执行一次语句体;遍历矩阵各列后,然后执行end的后续命令。注：格式中步长s省略时,其则默认步长为1.for循环不能由循环体内给循环变量赋值来终止；for循环可以按需要进行嵌套；,31,例7.1编写函数文件,计算并输出矩阵A的各行向量的元素和.,%调用函数A=1234;5678A=12345678X=hanghe(A)X=1026,解:编写函数文件(hanghe.m)如下:,functionX=hanghe(A)m,n=size(A);%计算A维数X=zeros(m,1);%零初始化fori=1:ny=A(:,i);X=X+y;end,7面向过程的matlab程序设计,32,(2)while语句,while语句体end,基本功能:若关系表达式值为真,则反复执行语句体,直至关系表达式值为假,则终止循环,转而执行end的后续命令。,注:若关系表达式值为矩阵,则仅当结果矩阵的所有元素均为真时才执行循环体;否则不执行循环体。循环体中用break命令可强行中止循环;用continue命令可中止循环的当前迭代,转而执行下一次迭代。for用于循环次数确定,而while用于循环次数不确定。,7面向过程的matlab程序设计,33,运行程序结果：n=10E=0.9766,E=1000;n=0;%赋初值,n用以累计循环次数whileE1%进入循环E=E/2;n=n+1;%EPS的值减半,n累计加1endE%输出小于或等于1的En%输出衰减次数n,例7.2编写M-文件,计算使E=1000小于1的半衰减次数。,解：编写命令文件如下:,7面向过程的matlab程序设计,34,7.2判断结构（1）if语句,ifelseifelseifelseend,基本功能:若表达式j值为真,则执行语句体j(j=1,n),否则,执行语句体n+1;然后执行end后续命令.,注：else子句与elseif子句不是必需的,但关键字“end”不能省.,7面向过程的matlab程序设计,35,解：编写函数文件(fenduan.m)如下：,例7.3编写函数文件,计算分段函数:,functiony=fenduan(x)ifxy1=fenduan(-3)y1=0y2=fenduan(3.5)y2=-0.3508y3=fenduan(7.3)y3=1.0168,7面向过程的matlab程序设计,36,switchcase值x1case值xnotherwiseend,(2)switch语句,基本功能:首先计算表达式或变量的值,若该值与值x1,x2,xn相等,则执行相应的语句体,否则,执行语句体n+1;然后执行end的后续命令。,注:otherwise子句不是必需的,但关键字“end”不能省.,7面向过程的matlab程序设计,37,例7.4编写命令文件,从键盘输入某学生成绩(5分制),由计算机判断并输出该生成绩的优良等级.,解:编写命令文件(SY00507.m)如下：,x=input(请输入您的分数:x=);switchxcase5disp(优秀！);case4disp(良好！);case3disp(及格！);otherwisedisp(不及格！)end,%运行程序SY00507请输入您的分数:x=4良好！,7面向过程的matlab程序设计,38,7.3其它控制流语句,(1)try语句,trycatchend,基本功能:正常情况下只执行;当执行语出现可预见的错误时,则将错误信息写入系统变量lasterr,并转向执行。,7面向过程的matlab程序设计,39,functionX=SY(A,B)tryX=A*B;catchdisp(*错误乘法：A*B*)lasterrX=;end,例7.5计算矩阵A,B的积,当不能相乘时,输出空矩阵并显示相应错误信息。,解:编写函数文件(SY.m)如下:,7面向过程的matlab程序设计,40,8Matlab绘图,MATLAB系统提供了丰富的二维和三维绘图函数，用户在绝大多数情况下直接利用这些函数即可达到图形绘制要求，而不必访问那些低层绘图对象，因此极大地方便了用户。,41,8Matlab绘图,8.1二维图形基本格式plot(x,y,s)注：若缺省x,则绘制以y元素的下标为横标的折线图；若y为复向量，则plot(y)等效于plot(real(y),imag(y)；若缺省s,则以默认线型、颜色绘制曲线。线型(线方式)-实线：点线-.虚点线-波折线.圆点+加号*星号xx形o小圆颜色：y黄r红g绿b蓝w白k黑m紫c青,42,8Matlab绘图,例8.1绘制正玄曲线x=linspace(0,2*pi,30);y=sin(x);plot(x,y)%默认线型、颜色figure%打开一个新的图形窗口plot(x,y,b*)%指定颜色、线型:绿色星号,43,8Matlab绘图,画多重线（同一个坐标系下画多条曲线）方法1：plot（x1,y1,x2,y2,xn,yn）方法2：plot（X,Y）%X,Y为矩阵方法3：holdon%保持当前图形窗口绘图状态plot(x1,y1),plot(xn,yn)holdoff%结束当前图形窗口绘图状态,44,8Matlab绘图,例8.2在同一个坐标系下绘制正玄曲线及余玄曲线x=linspace(0,2*pi,30);y1=sin(x);y2=cos(x);plot(x,y1,x,y2)或Y=sin(x);cos(x);plot(x,Y)或holdonplot(x,y1)plot(x,y2)holdoff,45,8Matlab绘图,网格与标记（在图上加网格、标题、轴标记）加图标题：title(字符串)标记X轴：xlabel(字符串)标记Y轴：ylabel(字符串)增加/取消网格：grid/gridoff加注释：text(a,b,字符串)%坐标定位gtext(字符串)%鼠标定位增加/取消图例：legend(字串1,字串2,)/legendoff,46,8Matlab绘图,例8.3绘制正玄,余玄曲线，并加上标题,网格,注释等。x=linspace(0,2*pi,30);y1=sin(x);y2=cos(x);plot(x,y1,x,y2)axis(07-11)title(正玄/余玄曲线)xlabel(时间T),ylabel(电压V)gtext(y=sin(x)gtext(y=cos(x)gridlegend(sin,cos),47,8Matlab绘图,多图显示命令：subplot(m,n,p)将图形窗口分成mn个图形区域,选择第p个子图区域.子图区域编号沿头一行自左向右,接着排下一行,。例8.4在一个图形窗口分别绘制以下4个函数曲线图，并加上图标题:y=sin(x),z=cos(x),u=2sin(x)cos(x)，v=sin(x)/cos(x),48,8Matlab绘图,程序：x=linspace(0,2*pi,30);y=sin(x);subplot(2,2,1),plot(x,y)axis(02*pi-11),title(y=sin(x)z=cos(x);subplot(2,2,2),plot(x,z)axis(02*pi-11),title(z=cos(x)u=2*sin(x).*cos(x);subplot(2,2,3),plot(x,u)axis(02*pi-11),title(u=2sin(x)cos(x)v=sin(x)./cos(x);subplot(2,2,4),plot(x,v)axis(02*pi-2020),title(v=sin(x)/cos(x),49,8Matlab绘图,其它有关函数（1）figure打开一个新的图形窗口（2）close/clf或clg关闭/清除图形窗口（3）fplot(F,xminxmaxyminymax)例8.5绘制函数y=sin(x)/x曲线图.fplot(sin(x)./x,-2020-0.41.2)gtext(sin(x)/x),50,8Matlab绘图,8.2三维绘图绘制三维线图或点图plot3(x,