MATLAB之基本语法与基础函数

Posted 2020-11-13 qftm

常用命令

dir：列出当前目录下的所有文件

clc：清除命令窗

clear all：清除环境（从内存中清除所有变量）

who：将内存中的当前变量以简单形式列出

close all: 关闭所有的 Figure 窗口

变量设置

(1).变量命名

MATLAB 的变量名以字母打头，后最多可跟 19 个字母或数字，如 x,y,ae3 和  d3er45  等都是合法的变量名，不能使用内部函数或命令名作为变量名。

MATLAB 中的变量名区分大小，ab 与  Ab 表示两个不同的变量。

(2).变量赋值

l     表达式赋值

>>a=(100*0.02)/4.0

　　a=0.0500

l     矩阵赋值

数值通常按行输入，行之间用分号隔开。

>> C=[-1,0,0;1,-1,0;0,0,2]；(省略最后的分号，MATLAB  会回显矩阵值)

 

l     通过引用特定的位置可以单独改变某个矩阵元素

如 S=[5, 6, 4]，用命令  S(2)=8  把矩阵  S  的第二个元素值由  6  改成  8。

 

l     可以引用已定义的矩阵，重新定义一个新矩阵。

如 S=[5,6,4]，可定义一个新矩阵。

>>B=[3 S 2]

　　B=35642

整数操作

l     fix(x)：截尾取整

>> fix( [3.12 -3.12])

　　ans =3 -3

 

l     floor(x)：不超过 x 的最大整数(高斯取整)

>> floor( [3.12 -3.12])

　　ans =3 -4

 

l     ceil(x) ：大于 x 的最小整数

>> ceil( [3.12 -3.12])

　　ans =4 -3

随机序列常用命令

l     rand：均匀分布随机矩阵

rand                                   %无变量输入时只产生一个随机数

y= rand(n)                         %生成 n×n 随机矩阵，其元素在（0，1）内

y = rand(m,n)                    %生成 m×n 随机矩阵，其元素在（0，1）内

例 1.1：产生一个 3×4 随机矩阵，MATLAB 命令为：R=rand(3,4)

 

l     randn:正态分布随机矩阵

randn                                    %无变量输入时只产生一个正态分布随机数

y = randn(n)                         %生成 n×n 正态分布随机矩阵

y = randn(m,n)                     %生成 m×n 正态分布随机矩阵

例 1.2：产生均值为 0.6，方差为 0.1 的 4 阶矩阵

MATLAB 命令为：>> mu=0.6；sigma=0.1；>> x=mu+sqrt(sigma)*randn(4)。

 

l     randsrc：产生均匀分布数组

randsrc                                  %无变量输入时只产生一个随机数 1 或者-1

y= randsrc(n)                         %生成 n×n 随机数组，其元素为 1 或者-1

y = randsrc(m,n)                    %生成 m×n 随机数组，其元素为 1 或者-1

例1.3：产生一个 2*3 随机矩阵，MATLAB 命令为：R=randsrc(2,3)

矩阵常用操作命令

MATLAB  的基本单位是矩阵，掌握矩阵的输入、各种数值运算以及矩阵函

数是学好 MATLAB 的关键。

(1).矩阵的输入

l     直接输入创建矩阵

以“[”和“ ]”作为首尾，同行的元素用“，”或空格隔开，不同行的元素用“；” 或按 Enter 键来分隔；矩阵的元素可以是数字也可以是表达式，如果是数值计算，表达式中不可包含未知变量。

l     用矩阵函数来生成矩阵

MATLAB  提供了大量的函数来创建特殊矩阵，表 1.1 给出 MATLAB 常用的矩阵函数。

(2).操作符“：”的说明

j:k表示步长为 1 的等差数列构成的数组：[j, j+1, j+2,…, k]。

j:i:k表示步长为 i 的等差数列构成的数组：[j,j+i,j+2*i,…, k]。

A(i:j)表示 A(i)，A(i+1)，…，A(j)。

(3).对矩阵元素的操作

设 A 是一个矩阵,则在 MATLAB 中用如下符号表示它的元素:

A(i,j)表示矩阵 A 的第 i 行第 j 列元素。

A(:,j)表示矩阵 A 的第 j 列。

A(i,:)表示矩阵 A 的第 i 行。

A(:,:)表示 A 的所有元素构造 2 维矩阵

A(:)表示以矩阵 A 的所有元素按列构成的一个列矩阵。

A(i)表示矩阵 A(:)的第 i 个元素。

[]表示空矩阵。

(4).矩阵的运算

(5).数组

在 MATLAB 中数组是一行或者一列的矩阵，对矩阵输入、修改和保存都适用于数组，同时 MATLAB 还提供了一些创建数组的特殊指令。

l     特殊数组的创建

linspace(a,b,n) 给出区间[a,b]的 n 个等分点数据

例 1.7：给出区间[0,1]  的 6 个等分点数据。

 

MATLAB 命令为：>> linspace(0,1,6)

 

l     数组运算

位操作

l     bitand：按位与

C=bitand(A,B)命令将返回两个非负整数数组 A 和 B 的相应元素按位与操作的结果。为了确保 A 和 B 的元素都是整数，可以使用 ceil、fix、floor 和 round函数来生成 A 和 B。

例 1.9：>>C=bitand(1,2)

结果为：C=0

 

l     bitor：按位或

C=bitor(A,B)命令将返回两个非负整数数组 A 和 B 的相应元素按位或操作的结果。为了确保 A 和 B 的元素都是整数，可以使用 ceil、fix、floor 和 round 函数来生成 A 和 B。

例 1.10：>>C=bitor(1,2)

结果为：C=3

 

l     bitxor：按位异或

C=bitxor(A,B)返回两个非负整数数组 A 和 B 的相应元素进行按位异或的结果，为了确保 A 和 B 的元素都是整数，可以使用 ceil、fix、floor 和 round 函数来生成 A 和 B。

例 1.11：>>C=bitxor(1,2)

结果为：C=3

 

l     bitset：设置指定位的值

C=bitset(A,bit,v)命令将 A 中元素第 bit 位设为 v，其中 v 必须为 0 或 1，A 中的元素必须为非负整数，bit 必须为 1 到 A 中元素浮点整数表示法的位数之间的一个数字。

例 1.12：>>C=bitset(1,2,1)

结果为：C=3

 

l     bitget：获取指定位的值

C=bitget(A,bit)命令将返回 A 中元素用 bit 指定位的值，A 中的元素必须为非负整数，bit 必须为 1 到 A 中元素浮点整数表示法位数之间的一个数字。

例 1.12：

>>C=bitget(1,2)

结果为：C= 0

绘图操作

（1）图形标注

title(‘string’,’属性名’,’属性值’,…) ——  给图形加标题

xlabel (‘string’,’属性名’,’属性值’,…) ——  给 x 轴加标注

ylabel (‘string’,’属性名’,’属性值’,…) ——  给 y 轴加标注

legend (‘string1’,’string2’,…)——  添加图例，其顺序对应于绘图指令中的顺序

axis ([xmin,xmax,ymin,ymax])——  控制坐标轴的刻度范围

（2）二维图形

l     plot(x,y)

功能：以向量 x,y 为轴，绘制曲线。 

注:  plot(x,y)命令可用来绘制函数 f(x)图形,  此时可通过向量 x 常用命令 x=a:h:b的形式获得  f(x)函数在绘图区间[a,b]上的自变量点向量数据,对应的函数向量值取为 y=  f(x)。步长 h 可以任意选取，一般步长越小,曲线越光滑,但是步长太小,会增加计算量,运算速度也要降低。通常步长 h 取值 0.1 可达到较好的绘图效果。

 

 l     plot(x1,y1,x2,y2,x3,y3…)

功能:在同一图形窗口绘制多条不同颜色曲线，曲线关系为

y1=f(x1),y2=f(x2),y3=f(x3)

 (3)二维特殊图形

 l     bar

例 1.15：

>> x=1:5;

>> bar(x),title(‘直方图‘)

 

 l     Hist 表示生成直方图

M=hist(N)表示将 N 中的最大最小值找出来，然后，平均取十个等间隔点，看以每个间隔点为中心，向两边各扩展 1/2 间隔的范围内，包括 N 的元素个数，因此 M 返回值都是 1*10 大小。
例 1.16:>> b1=[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9];b2=[4,5,7];

>>M=hist(b2)

>>M=hist(b1)

文件操作

（1）fopen  打开文件

fopen 函数的调用格式为：fid= fopen(文件名，打开方式)

其中文件名用字符串形式，表示待打开的数据文件。常见的打开方式有：‘r’表示对打开的文件读数据，‘w’表示对打开的文件写数据，‘a’表示在打开的文件末尾添加数据。fid  用于存储文件句柄值，句柄值用来标识该数据文件，其他函数可利用它对该数据文件进行操作。文件数据格式有两种形式，一种是二进制文件，另一种是文本文件。在打开文件时需要进一步指定文件格式类型，即指定是二进制文件还是文本文件。

（2）  fclose  关闭文件

文件读、写等操作完成后，应及时关闭。关闭文件用 fclose 函数，调用格式为：sta=fclose(fid)，该函数关闭 fid 所表示的文件。sta 表示关闭文件操作的返回代码，若关闭成功，返回 0，否则返回–1。

（3）  二进制文件的读写操作

l     fread 读二进制文件

fread  函数可以读取二进制文件的数据，并将数据存入矩阵。其调用格式为：[A,COUNT]=fread(fid,size, precision)。

其中 A 用于存放读取的数据，COUNT 返回所读取的数据元素个数。fid 为文件句柄，size 为可选项，若不选用则表示读取整个文件内容，若选用则它的值可为以下选项：N 表示读取  N 个元素到一个列向量；Inf 表示读取整个文件；[M,N]表示读数据到 M×N 的矩阵中，数据按列存放。precision 代表读写数据的类型。

 

l     fwrite  写二进制文件

fwrite  函数按照指定的数据类型将矩阵中的元素写入到文件中。其调用格式为：COUNT=fwrite  (fid,  A,  precision)，其中 COUNT 返回所写的数据元素个数，fid为文件句柄，A 用来存放写入文件的数据，precision 用于控制所写数据的类型，其形式与 fread 函数相同。

M 文件的建立与使用

M 文件有命令文件和函数文件两种形式，这两种文件的扩展名相同，都是.m。当用户要运行的命令较多时，直接从键盘上逐条输入较为繁琐，可利用命令文件来解决多行输入问题。用户可将一组相关命令编辑在同一个命令文件中，运行时只需输入文件名字，MATLAB  就会自动按顺序执行文件中的命令。函数文件是另一种形式的 M 文件，它的第一句可执行语句是以 function 引导的定义语句，在函数文件中的变量都是局部变量。

（1）命令文件

命令文件的一般形式为：<M 文件名>.m    如 a1.m, pp.m 等都是合法的 M 文件名。M 文件有两种运行方式：一是在命令窗口直接输入文件名，按 Enter 键;  二是在编辑窗口打开菜单 Tools，再单击 Run。M 文件保存的路径一定要在搜索路径上,否则 M 文件不能运行。

例 1.17：用 M 命令文件绘制 lena.bmp 图像。

 

（2）函数文件

M 函数文件的一般形式为：function <因变量>=<函数名>(<自变量>)

M 函数文件可以有多个因变量和多个自变量，当有多个因变量时用[]括起来。