MATLAB入门手册：从零开始学习指南

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1. MatLab简介和安装

MatLab是综合高性能的数值计算软件, 集成了数值计算和可视化, 提供大量内置函数, 广泛用于科学计算等领域. Simulink是基于MatLab的框图设计环境, 用来对各种动态系统进行建模, 分析和方针. 学习目的: 为了完成当前作业和以为科研工作的需求

安装包请在MatLab官网进行下载和安装.

MatLab窗口>>

1. 命令窗口
2. 当前目录
3. 工作区

2. MatLab基础

Matlab如果没有定义变量名, 系统将计算结果暂存在ans临时变量中.

   优先级: 表达式从左向右运算, 指数运算优先级最高, 乘除次之(help precedence查看优先级)

常用操作命令

• clc 清空敏玲窗口
• diary 日志文件命名
• who 列出工作空间的变量

save my_var.mat  % 保存工作区变量load my_var.mat  % 加载文件中变量到工作区

运算符号

+ - * / \ ^ ' % 加 减 矩阵乘法 右除 左除 次方 矩阵共轭转置.* ./ \. .^ .'  % 数组乘法 数组右除 数组左除 数组次方 矩阵转置 >> a = round(rand(3) * 10)a =     8     9     3     9     6     5     1     1    10>> b = magic(3) % 定义矩阵a和矩阵bb =     8     1     6     3     5     7     4     9     2>> c1 = a * b % 矩阵叉乘c1 =   103    80   117   110    84   106    51    96    33>> c2 = a .* b % 矩阵点乘, 矩阵对应元素位置的元素相乘c2 =    64     9    18    27    30    35     4     9    20>> e =a^2 % 矩阵的次方, 表示a * 2e =   148   129    99   131   122   107    27    25   108>> d = a.^2 % 矩阵的乘方, 矩阵中每个元素二次方d =    64    81     9    81    36    25     1     1   100>> format short, pi % format用于更改显示的输出格式ans =    3.1416>> format long, pians =   3.141592653589793>> iskeyword % 查询关键字ans =     'break'    'case'    'catch'    'classdef'    'continue'    'else'    'elseif'    'end'    'for'    'function'    'global'    'if'    'otherwise'    'parfor'    'persistent'    'return'    'spmd'    'switch'    'try'    'while'>> class(a) % 获取定义的数据类型ans =double>> a = cast(a, 'uint8') % 改变数据类型a =    8    9    3    9    6    5    1    1   10>> class(a)ans =uint8

带.的运算方式表示对矩阵元素的运算, 矩阵的右除是一般意义的除法, a./b = b.\a

MatLab默认的输出格式为双精度(double)

变量

• 变量名区分大小写, 以字母开头, 后跟字母数字下划线

数组

数组作为Matlab存储和运算的基本单元

数组创建

>> a = [1 2 3] % 直接创建, 以空格或者逗号隔开a =     1     2     3>> a = 0 : 1 : 3 % x = a:inc:b a和b为起始数和终止数, inc为间隔步长a =     0     1     2     3>> a = linspace(1, 3, 3) % 等间距线性创建法, a = linspace(a, b, n), 在a和b区间取n个点a =     1     2     3>> a = logspace(1, 3, 3) % 等间距对数创建法a =          10         100        1000

数组访问

a =          10         100        1000>> a(2) % 索引访问, 从1开始ans =   100>> a(2 : 3) % 按块访问ans =         100        1000>> a(2 : end)ans =         100        1000

多维数组

• 直接创建(一位数组的创建方式), 同行元素用空格和逗号隔开, 不同行用分号隔开
• 在新建变量的窗口, 更改变量名, 插入数据
• 大规模数据可以使用导入数据导入工作空间
• 使用已有函数

常用标准数组

• eye生成单位矩阵
• ones生成全1数组
• rand生成随机数组, 服从均匀分布
• randn生成随机数组, 服从正态分布
• zeros生成全0数组
• diag生成对角矩阵

>> a = -3:3a =    -3    -2    -1     0     1     2     3>> k = find(a > 0) % 找到符合条件的下标k =     5     6     7>> sort(a) % 对数组排序ans =    -3    -2    -1     0     1     2     3

字符串

字符串是用单引号括起来的一系列字符的组合

>> str = 'hello world' % 定义字符串str =hello world>> size(str) % 查看字符串的大小ans =     1    11>> u = mat2str(pi * eye(2)) % 将矩阵转化为字符串u =[3.14159265358979 0;0 3.14159265358979]>> class(u)ans =char>> disp(u) % 打印字符串[3.14159265358979 0;0 3.14159265358979]>> size(u)ans =     1    39>> t = 23 >> tempText = [ 'Temperature is ', num2str(t), 'C'] # 字符串的拼接, 使用num2str将数字转换为字符串tempText =Temperature is 23C

关系运算符

关系运算符主要比较两个同维数的数组的大小

3. 矩阵运算

常用函数列举

chol(A)  % 对矩阵A进行Cholesky分解det(A)  % 矩阵A的行列式eig(A)  % 矩阵A的特征值和特征向量inv(A)  % 矩阵A的逆svd(A)  % 矩阵A的奇异值eye(r, c)  % 生成r * c的单位矩阵magic(n)  % 生成n*n的魔幻矩阵ones(r, c)  % 生成r*c的全1矩阵rand(r, c)  % 生成r*c的元素值0和1之间的随机矩阵zeros(r, c)  % 生成r*c的全0矩阵cond(A)  %利用奇异值分解求矩阵Ａ的范数

求行列式

>> for i = 1:3A = magic(i + 2)a(i) = det(A)  % 矩阵行列式disp('矩阵:')  % 打印字符串 disp(A)disp('矩阵的行列式')disp(a(i))end

稀疏矩阵

>> a = [0 0 0 5; 0 1 0 0; 1 5 0 0; 0 0 0 3]a =     0     0     0     5     0     1     0     0     1     5     0     0     0     0     0     3>> as= sparse(a) % 创建稀疏矩阵as =   (3,1)        1   (2,2)        1   (3,2)        5   (1,4)        5   (4,4)        3>> af = full(as) % 还原矩阵af =     0     0     0     5     0     1     0     0     1     5     0     0     0     0     0     3

线性方程组

恰定方程组是方程组个数和未知数个数相同的方程组, 使用左除求解.

4. MatLab编程基础

Matlab可以像C一样编程, 编写执行命令的 脚本 和函数功能的模块, 文件以.m为后缀

打开M文件编辑器:

1. 新建->脚本
2. 在命令行输入edit命令, 或者edit filename命令

% 一个简单的脚本文件echo on % 脚本文件内容显示在命令窗口t = 0 : pi/20 : 2 *pi;num = input('输入数字:');  % 提示用户输入内容disp(num);  % 显示结果echo off  %关闭命令行显示

流程控制

for循环

for x = array  % x为循环变量, array是条件数组    commands  % 循环执行的代码end % examplefor i = 1: 1: 10    a(i) = sin(i * pi /5)enda  % 输入a

while循环

while expression    commandsend % examplenum = 10;while num >1    num = num / 2end

if条件结构

if expression     commandselseif     commandselse    commandsend

switch分支选择结构

switch expression    case test_expression1        commands1    case test_expression2        commands2    otherwise        commands3end % examplex = input('输入需要换算的长度数值cm:');unit = input('选择转换单位 (1 in, 2 ft, 3 m. 4 mm, 5 cm):');switch unit    case {'inch', 'in', 1}        y = x * 2.54;    case {'feel', 'ft', 2}        y = x * 2.54 / 12;    case {'meter', 'm', 3}        y = x / 100;    case {'centermeter', 'cm', 4}        y = x;    case {'milimeter', 'mm', 5}        y = x * 10;    otherwise        disp('Unkonwn Units');        y = NaN;enddisp(y)

try-catch结构

try用于捕获try后语句的异常, 交给catch语句处理异常

try     commandscatch     commandsend % examplex = rand(4 ,2)y = magic(3)try    z = x * ycatch     z = NaN    disp('两矩阵维数不同, 计算错误!')enddisp(lasterr)disp(lasterror)

continue,break,return关键字的应用场景与其他语言基本相同

M函数文件

M函数文件与M脚本文件的不同:

• M函数文件第一行必须是function引导的声明语句, 成为函数声明行
• 函数执行中, 函数体内变量临时建立工作区, 称为函数工作区
• M函数文件可以调用M脚本文件
• M函数文件中可以创建一个或多个函数

绘制函数𝑦=𝑒𝑥/3𝑠𝑖𝑛𝑒𝑥(𝑥)  y=e x  /  3 sinex(x) 在区间[0,4π]  [0,4 π ] 的曲线

function y = sinex(x)% sinex.my = exp(-x / 3).*sin(3 * x)  % 命令行调用函数>> fh = @sinex>> ezplot(fh, [0, 4 * pi, -1, 1]);

5. 帮助

Matlab所有函数都有详细的帮助文档, 通过一下的方式可以更好的使用文档:

• 命令行输入doc functionname(完整的文档)
• 输出functionname(程序进进行智能文档提示(速度慢)
• 命令行输入help mean(简单的文档)

6. 参考链接

• 官方学习手册
• <MatLab从入门到精通, 周建兴>
• 官方文档

   作者：Andrew_liu

   链接：https://www.jianshu.com/p/fcf5199cfd2b

   来源：简书

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