MATLAB变量和数据操作.ppt

第2讲变量和数据操作2 1变量与赋值2 2内存变量的管理2 3MATLAB常用数学函数2 4MATLAB矩阵2 5M文件 2 1变量与赋值 2 1 1变量命名 2 1 2赋值语句 1 变量 表达式 2 表达式其中表达式是用运算符将有关运算量连接起来的式子 其结果是一个矩阵 例2 1计算表达式的值 并显示计算结果 在MATLAB命令窗口输入命令 x 1 2i y 3 sqrt 17 z cos abs x y sin 78 pi 180 x abs y 其中pi和i都是MATLAB预先定义的变量 分别代表代表圆周率 和虚数单位 输出结果是 z 0 3488 0 3286i 2 1 3预定义变量 在MATLAB工作空间中 还驻留几个由系统本身定义的变量 例如 用pi表示圆周率 的近似值 用i j表示虚数单位 预定义变量有特定的含义 在使用时 应尽量避免对这些变量重新赋值 2 2内存变量的管理 2 2 1内存变量的删除与修改MATLAB工作空间窗口专门用于内存变量的管理 在工作空间窗口中可以显示所有内存变量的属性 当选中某些变量后 再单击Delete按钮 就能删除这些变量 当选中某些变量后 再单击Open按钮 将进入变量编辑器 通过变量编辑器可以直接观察变量中的具体元素 也可修改变量中的具体元素 clear命令用于删除MATLAB工作空间中的变量 who和whos这两个命令用于显示在MATLAB工作空间中已经驻留的变量名清单 who命令只显示出驻留变量的名称 whos在给出变量名的同时 还给出它们的大小 所占字节数及数据类型等信息 2 2 2内存变量文件利用MAT文件可以把当前MATLAB工作空间中的一些有用变量长久地保留下来 扩展名是 mat MAT文件的生成和装入由save和load命令来完成 常用格式为 save文件名 变量名表 append ascii load文件名 变量名表 ascii 其中 文件名可以带路径 但不需带扩展名 mat 命令隐含一定对 mat文件进行操作 变量名表中的变量个数不限 只要内存或文件中存在即可 变量名之间以空格分隔 当变量名表省略时 保存或装入全部变量 ascii选项使文件以ASCII格式处理 省略该选项时文件将以二进制格式处理 save命令中的 append选项控制将变量追加到MAT文件中 2 2 3数据的输出格式 MATLAB用十进制数表示一个常数 具体可采用日常记数法和科学记数法两种表示方法 在一般情况下 MATLAB内部每一个数据元素都是用双精度数来表示和存储的 数据输出时用户可以用format命令设置或改变数据输出格式 format命令的格式为 format格式符其中格式符决定数据的输出格式 各种format格式 2 3MATLAB常用数学函数 MATLAB提供了许多数学函数 函数的自变量规定为矩阵变量 运算法则是将函数逐项作用于矩阵的元素上 因而运算的结果是一个与自变量同维数的矩阵 Matlab中常见数学函数 函数使用说明 1 三角函数以弧度为单位计算 2 abs函数可以求实数的绝对值 复数的模 字符串的ASCII码值 3 用于取整的函数有fix floor ceil round 要注意它们的区别 4 rem与mod函数的区别 rem x y 和mod x y 要求x y必须为相同大小的实矩阵或为标量 系统预定义变量 pi圆周率 其值为imag log 1 inf Inf无穷大 nan NaNNot a Number 一个不定值 如0 0 eps浮点运算相对精度 特殊变量ans i j虚部单位 即 应尽量避免给系统预定义变量重新赋值 2 3 2MATLAB特殊变量表 2 4 1向量与矩阵的生成 从矩阵中抽取行或列 2 4MATLAB矩阵 向量与矩阵的生成 续 向量与矩阵运算 矩阵的生成 直接输入 A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 由向量生成 由函数生成 通过编写m文件生成 例 C magic 3 常见矩阵生成函数 2 4 2矩阵的拆分 1 矩阵元素通过下标引用矩阵的元素 例A 3 2 200采用矩阵元素的序号来引用矩阵元素 矩阵元素的序号就是相应元素在内存中的排列顺序 在MATLAB中 矩阵元素按列存储 先第一列 再第二列 依次类推 例如A 1 2 3 4 5 6 A 3 ans 2 显然 序号 Index 与下标 Subscript 是一一对应的 以m n矩阵A为例 矩阵元素A i j 的序号为 j 1 m i 其相互转换关系也可利用sub2ind和ind2sub函数求得 2 矩阵拆分 1 利用冒号表达式获得子矩阵 A j 表示取A矩阵的第j列全部元素 A i 表示A矩阵第i行的全部元素 A i j 表示取A矩阵第i行 第j列的元素 A i i m 表示取A矩阵第i i m行的全部元素 A k k m 表示取A矩阵第k k m列的全部元素 A i i m k k m 表示取A矩阵第i i m行内 并在第k k m列中的所有元素 此外 还可利用一般向量和end运算符来表示矩阵下标 从而获得子矩阵 end表示某一维的末尾元素下标 2 利用空矩阵删除矩阵的元素在MATLAB中 定义 为空矩阵 给变量X赋空矩阵的语句为X 注意 X 与clearX不同 clear是将X从工作空间中删除 而空矩阵则存在于工作空间中 只是维数为0 2 4 3特殊矩阵 1 通用的特殊矩阵常用的产生通用特殊矩阵的函数有 zeros 产生全0矩阵 零矩阵 ones 产生全1矩阵 幺矩阵 eye 产生单位矩阵 rand 产生0 1间均匀分布的随机矩阵 randn 产生均值为0 方差为1的标准正态分布随机矩阵 例2 3分别建立3 3 3 2和与矩阵A同样大小的零矩阵 1 建立一个3 3零矩阵 zeros 3 2 建立一个3 2零矩阵 zeros 3 2 3 设A为2 3矩阵 则可以用zeros size A 建立一个与矩阵A同样大小零矩阵 A 123 456 产生一个2 3阶矩阵Azeros size A 产生一个与矩阵A同样大小的零矩阵 例2 4建立随机矩阵 1 在区间 20 50 内均匀分布的5阶随机矩阵 2 均值为0 6 方差为0 1的5阶正态分布随机矩阵 命令如下 x 20 50 20 rand 5 y 0 6 sqrt 0 1 randn 5 此外 常用的函数还有reshape A m n 它在矩阵总元素保持不变的前提下 将矩阵A重新排成m n的二维矩阵 2 用于专门学科的特殊矩阵 1 魔方矩阵魔方矩阵有一个有趣的性质 其每行 每列及两条对角线上的元素和都相等 对于n阶魔方阵 其元素由1 2 3 n2共n2个整数组成 MATLAB提供了求魔方矩阵的函数magic n 其功能是生成一个n阶魔方阵 例2 5将101 125等25个数填入一个5行5列的表格中 使其每行每列及对角线的和均为565 M 100 magic 5 2 范得蒙矩阵范得蒙 Vandermonde 矩阵最后一列全为1 倒数第二列为一个指定的向量 其他各列是其后列与倒数第二列的点乘积 可以用一个指定向量生成一个范得蒙矩阵 在MATLAB中 函数vander V 生成以向量V为基础向量的范得蒙矩阵 例如 A vander 1 2 3 5 即可得到上述范得蒙矩阵 3 希尔伯特矩阵在MATLAB中 生成希尔伯特矩阵的函数是hilb n 使用一般方法求逆会因为原始数据的微小扰动而产生不可靠的计算结果 MATLAB中 有一个专门求希尔伯特矩阵的逆的函数invhilb n 其功能是求n阶的希尔伯特矩阵的逆矩阵 例2 6求4阶希尔伯特矩阵及其逆矩阵 命令如下 formatrat 以有理形式输出H hilb 4 H invhilb 4 4 托普利兹矩阵托普利兹 Toeplitz 矩阵除第一行第一列外 其他每个元素都与左上角的元素相同 生成托普利兹矩阵的函数是toeplitz x y 它生成一个以x为第一列 y为第一行的托普利兹矩阵 这里x y均为向量 两者不必等长 toeplitz x 用向量x生成一个对称的托普利兹矩阵 例如T toeplitz 1 6 5 伴随矩阵MATLAB生成伴随矩阵的函数是compan p 其中p是一个多项式的系数向量 高次幂系数排在前 低次幂排在后 例如 为了求多项式的x3 7x 6的伴随矩阵 可使用命令 p 1 0 7 6 compan p 6 帕斯卡矩阵我们知道 二次项 x y n展开后的系数随n的增大组成一个三角形表 称为杨辉三角形 由杨辉三角形表组成的矩阵称为帕斯卡 Pascal 矩阵 函数pascal n 生成一个n阶帕斯卡矩阵 例2 7求 x y 5的展开式 在MATLAB命令窗口 输入命令 pascal 6 矩阵次对角线上的元素1 5 10 10 5 1即为展开式的系数 用Matlab语言编写的程序称为M文件 M文件是由若干Matlab命令组合在一起构成的 它可以完成某些操作 也可以实现某种算法 事实上 Matlab提供的内部函数以及各种工具箱 都是利用Matlab语言开发的M文件 用户也可以结合自己的工作需要 开发自己的程序或工具箱 2 5M文件 M文件以 m为扩展名 M文件是一个文本文件 可以用任何文本编辑器来建立和编辑 通常使用Matlab自带的M文件编辑器 M文件的建立与打开 在命令窗口中输入f2cs 即可执行该M文件 例 编写一个脚本文件将华氏温度转化为摄氏温度 脚本文件举例 脚本文件运行后 文件中所产生的所有变量都驻留在Matlab当前工作空间 可以用whos查看 程序2 首先建立函数文件f2c m functionc f2c f c 5 f 32 9然后在MATLAB的命令窗口调用该函数文件 clear y input InputFahrenheittemperature x f2c y 输出情况为 InputFahrenheittemperature 70c 21 1111x 21 1111