Matlab基本用法

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目录： 
一、说明 
二、数据类型及基本输入输出 
三、流程控制 
四、循环 
五、数组、数组运算和矩阵运算 
六、M脚本文件和M函数文件、函数句柄 
七、文件 
八、数据和函数的可视化

一、说明

matlab作为数学软件有其强大的图形用户界面操作、数据和函数的可视化和数值计算功能，且自带很多现有的函数和工具包。而本文只涉及一些比较系统的基本操作，在最后附带介绍一些基本的数据和函数的可视化命令。建议要用的时候再利用matlab自带的帮助文档来搜索有用的函数和工具包。matlab的函数和命令都是比较人性化的，比如想要搜索读取fits文件的函数，搜索fits就能够搜到fitsread函数；需要将读出的fits数据重新做图，搜索image就可以找到imagesc函数。从书和别人的文档都只能学到有限的比较系统的操作，看帮助文档能发现更多的东西并整理出自己的使用方法。

二、数据类型及基本输入输出

1、数据类型，声明及赋初值
matlab中存储的数据类型（class）有以下几种：
而实际上matlab不需要对变量做声明，当它发现一个新的变量名时，将默认将其为双精度浮点类型(double)并分配内存空间。（这比C和 Fortran方便了许多，但在完成大运算量的程序时就显得浪费存储空间了）
当需要把变量a从double转为其他类型的时候，比如要转为int16型，可以使用以下命令：a=int16(a)
当需要创建一个字符型变量x并对其赋初值时，用以下格式：x='字符串';
注意：
(1)在命令后加“;”表示不在command window中显示结果，而对上例来说如果不加“;”则会显示所赋字符串内容。
(2)所有的命令必须在英文输入状态下，如果使用中文输入状态下全角的“；”，将被处理为非法字符。其中logical，cell和structure为逻辑，元胞和构架数组类型，将在后面的数组部分提到；function handle为函数句柄类型，将在后面的“M脚本文件和M函数文件、函数句柄”部分提到；java类供JAVA API应用程序接口使用，本文不进行说明。最后说明一下，matlab也支持复数操作，赋值的时候直接输入即可，比如：a=1+2i;

2、基本输入输出
输入：v=input('message')              %将用户输入的内容赋给变量v
v=input('message','s')            %将用户输入的内容作为字符串赋给变量v
keyboard                       %用户可以从键盘输入任意多个指令
v=yesinput('prompt',default,possib)
%prompt为文字提示，default为缺省设置“值”，possib为设置值的范围。
%该指令无法在notebook中运行。
输出：disp(a)                   
%显示变量a的内容，另一种显示变量内容的方法是输入变量名，但是这样显示的结果带有“a=”。

三、流程控制

1、运算符
(1)关系操作符 ==    ~=    >    >=   <    <=    
(2)涉及相互关系的集合运算符 & | ~ xor % xor 相异元素返回1，相同元素返回0

2、IF
(1) 基本 ： 
if 逻辑判断式
……
end
(2) 多重判断：
if 逻辑判断式
......
else if 逻辑判断式
......
else 逻辑判断式
......
end
end 
end

3、switch-case结构和C的switch语句一样
switch 变量
case数值1 
……           
case数值2 
……
case 数值k %当变量等于数值k的时候，执行本组命令，然后跳出该结构。
……
otherwise
……     %该命令可以不存在，在变量不等于前面所有的检测值的时候，执行此组命令。
end case

4、try-catch结构
try      %只有当matlab执行本组命令发生错误时，后一组命令才会被执行
……
catch
……     %如果此组命令执行又出错，matlab将终止该结构。
end
%可以调用lasterr函数查询出错原因。如果函数的运行结果为一个空串，则表明这组命令
被成功执行了。

四、循环

1、while
while 表达式
……
end

2、for
for x=数值     
……    
……    
end
%其中的数值可以是数组；或者是类似下面的表达“1:4”，表示从1到4循环；还可以是“1:0.1:4”，表示以0.1为步长从1到4循环。

五、数组、数组运算和矩阵运算

1、 数值数组
matlab中数组不需要声明。
(1)对一维数值数组赋初值
逐个元素输入：x=[1 2 pi/2]
冒号生成：x=1:0.1:4
定数线性采样法：x=linspace (a,b,n)    
%相当于第一个数为a，最后一个数为b，以n为采样点数等间距采样。
x=logspace(a,b,n)
%相当于第一个数为10a，最后一个数为10b，以n为采样点数等间距采样。
(2)对一维数值数组的寻访
x(3)                %寻访第三个元素
x([1 2 3])           %寻访第1，2，3个元素
x(1:3)              %寻访第1到3个元素
x(3:-1:1)            %由前三个元素倒排成子数组
x(find(x>0.5))      %由大于0.5的元素构成的子数组
(3)对二维数值数组赋初值
逐个赋值：x=[1,2,3; 3,4,6; 7,8,9]     
%“;”为二维数组“行”的分隔符号，而“,”和空格为同一行元素的分隔符。
整列赋值：x(:,[4,5])=4    %第4、5列赋值为4
元素重排：A=reshape(1:9,3,3)      
%将1到9重新排列成一个（3*3）矩阵，注意matlab是列“优先”，即先排第一列再排第二列，而不是按行来排。
(4)二维数组元素的标识和寻访
“全下标”标识：A(3,5)      %第3行第5列元素
“单下标”标识：对于一个（m*n）维数组A中第r行第c列元素，其“单下标”表示为：A(l) %这里l=(c-1)*m+r

2、数组运算和矩阵运算
(1)数组运算
指令                含义
A.'                 相当于conj(A')，conj的作用help一下吧……
A=s                 把标量s赋给A的每个元素
s+B                 标量s分别与B元素之和
s-B,B-s             标量s分别与B元素之差
s.*A                标量s分别与A元素之积
s./B,B.\s           s分别被B的元素除
A.^n                A的每个元素自乘n次
A.^p                对A的各个元素分别求非整数幂
p.^A                以p为底，分别以A的元素为指数求幂
A+B                 对应元素相加
A-B                 对应元素相减
A.*B                对应元素相乘
A./B                A的元素被B的对应元素除
B.\A                同上
exp(A)              以e为底，分别以A的元素为指数求幂
log(A)              对A的各个元素求对数
sqrt(A)             对A的各个元素求平方根
f(A)                求A各个元素的函数值
A#B                 对应元素的关系运算，#代表关系运算符
A@B                 对应元素的逻辑运算，@代表逻辑运算符
(2)矩阵运算
指令                含义
A'                  共轭转置
s*A                 标量s分别与A元素之积
S*inv(B)            B阵的逆乘s
A^n                 A阵为方阵时，自乘n次
A^p                 方阵A的非整数乘方
p^A                 A阵为方阵时，标量的矩阵乘方
A+B                 矩阵相加
A-B                 矩阵相减
A*B                 矩阵相乘
A/B                 A右除B
B\A                 A左除B
expm(A)             A的矩阵指数函数
logm(A)             A的矩阵对数函数
sqrtm(A)            A的矩阵平方根函数
funm(A,'FN')        一般矩阵函数

3、逻辑数组
看例子就明白了：
A=zeros(2,5);      %预生成一个（2*5）全零数组
A(:)=-4:5;         %运用“全元素”方法向A赋值
L=abs(A)>3       %产生一个与A同维的“0 -1”逻辑值数组
islogical(L)        %判断L是否逻辑值数组。输出若为1，则是
X=A(L)           %把L中逻辑值为1对应的A元素取出

4、字符串数组
(1)字符串数组赋初值 S=['aa''bb']
或者：S=char('aa','bb')
还可以：S=str2mat('aa',' ','bb')   %这里空串会产生空行
而：S=str2cat('aa',' ','bb')    %这里空串不会产生空行
(2) 字符串操作函数
int2str     %把整数数组转换为串数组
num2str   %把非整数数组转换为串数组
mat2str    %把数值数组转换为串数组
%请使用help搜索其他的字符串操作函数。

5、元胞数组
元胞数组和一般数值数组和字符串数组不同，其元素可以是任意类型和大小的对象。这
和C的结构型数组有些类似。
(1)创建元胞数组
有以下两种创建方式：
外标识元素赋值：
a=char('aa' 'bb');
b=1:9;
c=2:5;
d=[1+2i];
A(1,1)={a}; A(1,2)={b}; A(2,1)={c}; A(2,2)={d};
内涵的直接赋值：
a=char('aa' 'bb');
b=1:9;
c=2:5;
d=[1+2i];
A{1,1}=a; A{1,2}=b; A{2,1}=c; A{2,2}=d;
(2)元胞数组内容的调取
注意在这里（）访问的是元胞，用{}访问的是元胞中存储的内容。
比如：a=A（1，1）
显示：a=[12 char]
而：a=A{1，1}
显示：a=aabb
所以用{}而不是（）调取元胞数组内容。

6、构架数组
构架数组和元胞数组类似，但其每个构架（地位相当于元胞数组的元胞）必须划分“域”
后才能使用。看下面的例子：
green_house(2,3).name='六号房'；
green_house(2,3).param.temperature=30；
green_house(2,3).param.humidity=10；
green_house
屏幕显示：
23 struct array with fields:
name
param
注意：
（1）在一个构架上进行的增减域的操作会影响到整个数组。
（2）增减子域不会影响到其他构架。

7、空数组
(1)有下面几种产生空数组的方法：
a=[] 
b=ones(2,0)       %ones的作用原本是产生一个全1的数组
c=zeros(2,0)       %zeros的作用原本是产生一个全0的数组
d=eye(2,0)        %eye的作用原本是产生一个对角元全为1的数组
f=rand(2,3,0,4)    %rand的作用原本是产生随即数组。
(2)空数组可用于子数组的删除和数组大小的收缩
A(:,2)=[]

六、M脚本文件和M函数文件、函数句柄

m文件分两种：函数和脚本。

1、matlab script file:
脚本文件没有输入输出，对工作空间（workspace）中的变量进行操作。
任何可执行的matlab命令都可以写入脚本文件。
先来看一个简单的例子：
例1: 产生一个20元素的一维随机数组并画出。
解: 新建一个m文件命名为randplt.m(或者任何你喜欢的名字), 在其中加入如下两行代码:
data=randn(1,20); 
plot(data);
保存后选择debug/run菜单或按F5键运行,观察workspace中多出了一个变量data。
脚本文件执行时, 就如同将文件中的每一条命令依次输入到matlab命令行中一样, 顺次执行。你可以尝试在command history窗口中按住ctrl键选择几行执行过的命令并单击鼠标右键在快捷菜单中选择creat M file来快速创建一个m文件。

2、matlab function
函数文件可以接受输入和给出输出,当然也可以没有,就像c语言的函数。matlab函数最大的书写特点(同C比起来)是它的输出变量定义在函数名前面。看一例:
例2: matlab内部函数std给出数组的标准差std=sqrt(sum(X)/N),编写函数stderr求实验误
差err=sqrt(sum(X)/(N*(N-1))), 代码如下：
function err=stderr(arr)
%实验误差（标准差估计）
�culate along each column of arr
err=std(arr)./sqrt(size(arr,1)-1);
文件存为stderr.m, 运行时输入a=[1;2;3];建立一个列数组a, 然后输入stderr(a)则给出a的方差。(若输入行数组则发散,因N-1=0)
此例中输入变量为arr, 函数名为stderr, 输出变量err, 此三者皆写在关键字function后面同一行。无需再使用return将err的值返回。
注意:
(1)函数文件的命名要使用文件内主函数声明的名称,否则出错。
(2)函数内部可以嵌套子函数并为该文件的主函数调用,只需将子函数写在主函数代码后面。
(3)一个函数可以有多个输入输出。如function [y1,y2]=myfun(x1,x2,x3)
例1中的m文件可在第一行前插入一行：
function randplt
保存后则该文件成为一个没有输入输出宗量的函数。
一般来说matlab中执行同样的任务使用函数文件比脚本文件的效率高。

3.函数句柄的使用
函数句柄起到c语言中函数指针的作用。
例3: 编写函数求出数组arr1和arr2的标准差(std)以及误差(stderr)。
解: 编写如下文件并保存为erreval.m
function [s1,s2]=erreval_r(err,arr1,arr2)
% err为所调用的误差函数,s1,s2分别返回arr1和arr2的误差。
s1=feval_r(err,arr1);
s2=feval_r(err,arr2);
此文件的输入包含"函数变量", 通过函数句柄实现函数变量err的赋值。
运行时先运行如下命令建立数组arr1,arr2:
arr1=[1;2;3];
arr2=[10;20;30];
然后输入
[std1,std2]=erreval_r(@std,arr1,arr2)
[stderr1,stderr2]=erreval_r(@stderr,arr1,arr2)
执行后返回四个误差值。
@std,@stderr为两误差函数的函数句柄。

七、文件

打开文件：
fid = fopen(filename,permission)
%其中的permission为打开类型，具体可查阅matlab的帮助文档。
读文件：
[A,count] = fread(fid,size,precision)
%A 为存放读入数据的变量。
%count 为可选参数，存放成功读取的数据个数。
%fid 为文件指针。
%size 为要求读入的数据量大小，缺省状态下读到文件末尾。
%presision 为读出数据格式。
写文件：
count = fwrite(fid,A,precision)

八、数据和函数的可视化

图像的精细控制大有文章可做，这里只介绍一些做图最常用的基本命令。
1．二维数据的可视化
设x,y为两等长的一维数组，若要将x,y对应位置的元素做图，可使用以下命令：
plot(x,y);
如果使用：
plot(x);
就相当于：
s=size(x);
plot(x,[1:s(2)]);
我们可以对线型和色彩做控制，比如plot(x,y,'.r')画出的是红色点线。

线型和色彩控制值如下表：

线型        符号含义   

-           实线
：          虚线
-.          点划线 
--          双划线

色彩        符号含义

b           蓝
g           绿
r           红
c           青
m           品红
y           黄
k           黑
w           白

2．三维数据的可视化
plot3最容易理解：
plot3(X,Y,Z);
另外的两个基本命令是：
mesh(X,Y,Z)    %画网线图。
mesh(Z)        %以Z矩阵列行下标为x,y轴自变量画网线图。
surf(X,Y,Z)      %画曲面图。
surf(Z)         %以Z矩阵列行下标为x,y轴自变量画曲面图。

3．图像控制命令
figure   %打开新的作图窗口
axis([0,pi,-1,1]) %控制坐标轴的范围
title('pic')     %为图像增加标题
grid on       %显示坐标网格
legend       %显示图例
hold on     %在画下一幅图的时候，保留之前的图。
hold off     %停止保留之前的图。
colorbar     %显示颜色条
box on      %显示三维图的长方体边框
%全文结束。