2017-01-31

matlab入门

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前言

MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

读研以来，耳边不时听到“matlab”，被老师和同学普遍推崇。今天，小编就来学习一下matlab的基础操作。

基础设置

显示类型
计算圆面积时，面积的结果显示，默认是short类型（保留小数点后4位），我们可以通过设置为long类型，来显示更精确的结果。
1）通过命令设置
format long，这种设置方式临时性的。

2）通过界面设置
File，Preferences，Command Window，Numeric format选择long，之后Apply即可。

清屏
清屏命令：clc

清数据
清数据命令：clear

修改变量
在workspace中，双击变量，可以在图形化界面修改变量值。

绘图
在workspace中，单击变量，然后点击plot。

查看变量信息
who，whos，whos a

重新执行命令
在command history中，找到一条命令，右键选择evaluate selection。

保存变量
save a，保存变量到当前工作路径，文件名为a.mat。

加载数据文件
load a或者load a.mat。

编辑器窗口
edit，打开编辑窗口，新建matlab程序。

图像窗口
figure

GUI窗口
guide

添加搜索路径
File，Set Path，Add Folder。

设置初始路径
右键matlab快捷方式，在快捷方式选项卡中，修改起始位置。

查找函数路径
which sin

设置默认编码

中文时，Matlab默认编码格式为GB2312。使用sublime打开文件，显示乱码，小编想把Mablab默认编码修改为UTF-8。

1、在Matlab安装目录下的bin目录下（例如D:\Program Files\MATLAB\R2010b\bin），找到lcdata.xml文件。

2、在matlab中，输入命令feature('locale')，查看当前使用的编码。

3、编辑lcdata.xml，找到如下一段：

1
2
3

<locale name="zh_CN" encoding="GB2312" xpg_name="zh_CN.GB2312">
    <alias name="zh-Hans"/>
</locale>

修改为：

1
2
3

<locale name="zh_CN" encoding="UTF-8" xpg_name="zh_CN.UTF-8">
    <alias name="zh-Hans"/>
</locale>

然而，修改后重启，matlab依然使用GBK编码。而且，把.m文件转换成UTF-8格式后，Matlab中会出现乱码。

无奈，从另一个方面入手，让sublime支持GBK编码文件，安装插件ConvertToUTF8即可。

Matlab语言基础

变量和常量

matlab遵循弱类型语言的变量初始化和赋值语法，和python基本相同。

输入数据
x = input('请输入数据')，输入数据后，数据存入x。

默认赋值
如果输入数值，没有赋值给变量，那么默认赋值给内置的ans变量。

基本数据结构

输入行矩阵
a = [1 2 3]或a = [1,2,3]

输入列矩阵
b = [1 2 3]'或b = [1,2,3]'或b = [1;2;3]

输入2*2矩阵
c = [1 2; 3 4]

输入特定值矩阵
d(2,3) = 8，生成2*3的矩阵，第二行第三列的元素为8，其他元素为0。

内置函数生成矩阵
ones(4)，生成4*4的矩阵，所有元素为1。

ones(4,3)，生成4*3的矩阵，所有元素为1。

zeros(4)，生成4*4的矩阵，所有元素为0。

zeros(4,3)，生成4*3的矩阵，所有元素为0。

eye(4)，生成4*4的单位矩阵。

eye(4,3)，生成4*3的矩阵，前三行前三列组成单位矩阵，第四行为0。

magic(4)，生成4*4的魔方数组。

冒号表达式生成矩阵
3:9，生成3到9的行向量，增量为1。

3:2:9，生成3到9的行向量，增量为2。

(3:9)'，生成3到9的列向量，增量为1。

读取矩阵数据
a = [1 2 3]，a(2)，读取第二个数据。

c = [1 2; 3 4]，c(1,2)，读取第一行第二列的数据。

c(:,2)，读取二列的数据。

c(1,:)，读取第一行的数据。

k = [1 2 3;4 5 6;7 8 9;10 11 12]，k(2:4,2)，读取第二列中第二行到第四行的数据。

拼接矩阵
m = [c,c]，横向拼接两个c矩阵。

n = [c:c]，纵向拼接两个c矩阵。

矩阵函数
size(n)，返回行列数。

length(n)，返回行数和列数中的较大者。

空数组和子数组

空数组
nullmatrix = []，创建空数组。

子数组
magicmatrix = magic(4)，child = magicmatrix(3,[2,4])

child = magicmatrix(3,2:end)

magicmatrix(3,2) = 3，单个元素赋值。

等差数列
linspace(1,99,50)，生成1到99的50个数，等差为2。

等比数列
logspace(1,3,3)，生成10 100 1000三个数。

数组变形
1:1:9，reshape(ans,3,3)，按列排列变形成为方数组。

时间变量

data，clock，year(now)，month(now)，day(now)，day(today)

算术运算符

标量运算
正常加减乘除，和python基本相同。需要注意的是5/6代表5除以6，5\6代表6除以5。

5^2和power(5,2)都是代表5的平方。

矩阵运算
A=[1 2 3; 4 5 6; 7 8 9]，B=magic(3)

A+B，A-B，A*B，A+3，A*3

inv(B)，求B矩阵的逆矩阵。

A/B和A*inv(B)相同。

A.*B，对应位置相乘。

运算函数

matlab的运算函数包括幂次方、指数与对数函数、三角与反三角函数等等。

幂次方
幂次方的符号就是常用的^记号。指数部分可以是任意数。
2^2，2^(-1)，2^(1/2)，2^(1.25)

指数与对数
科学与工程领域惯用「标准指数函数」，也就是以e为底的指数函数。其中，e是一个无理数，大约等于2.71828。Matlab并不提供e这个常数，而是以函数exp()来计算以e为底的指数函数。
exp(1)

Matlab 分别提供三个函数 log()、log10()和log2()，分别表示以e为底的对数（自然对数），以10为底
的对数（常用对数），以2为底的对数。
log(exp(2))，log10(100)，log2(4)，答案都是2。

三角与反三角函数
六个三角函数在Matlab 中对应的函数分别为：
正弦：sin()
余弦：cos()
正切：tan()
余切：cot()
正割：sec()
余割：csc()

六个反三角函数在Matlab 中对应的函数分别为：
反正弦：asin()
反余弦：acos()
反正切：atan()
反余切：acot()
反正割：asec()
反余割：acsc()

需要注意的就是使用三角函数时，角度的单位是“弧度”。

复数
Matlab 的所有运算符号、所有函数，都懂得如何做复数计算。
sqrt(-1)

abs(3+4i)

微积分

极限
求极限是微积分的基础，求极限的函数limit。
limit(f,x,a)，x趋近于a时，f 的极限。
limit(f,x,a,'left')，x左趋近于a时，f 的极限。
limit(f,x,a,'right')，x右趋近于a时，f的极限。

微分
diff(f,t,n)，求f 对独立变量t的n次微分值。

积分
int(f,'t',a,b)，求f 对独立变量t 在积分区间[a，b]的积分值。

级数
自变量v在[a，b]之间取值时，对通项s求和，用函数symsum(s,v,a,b)。

方程求解

代数方程
solve(f)

solve(f,a)

常微分方程
dsolve('常微分方程式','初始条件','自变量')

可视化

二维平面图形

折线图

plot(x,y)函数，x，y是维度相同的序列或向量。

1
2
3

x=[0 1 2];
y=[0 1 0];
plot(x,y);

用300段折线画出sin(x)在[-pi,pi]区间内的折线图。

1 2	x = linspace(-pi, pi, 301); plot(x, sin(x));

如果要画多条曲线，也可以用plot函数。

x=0:pi/10:2*pi;
y1=sin(x);
y2=cos(x);
plot(x,y1,x,y2);
plot(x,y1,'r + -',x,y2,'k * :');

图形是以公共的x元素为横坐标值，y1、y2为纵坐标值绘制曲线图的。如果想要图形更加完美，我们可以用一些特殊的图形函数对它进行修饰。

xlabel('独立变量X');
ylabel('变量Y');
title('正弦和余弦曲线');
text(1.5,0.3,'cos(x)');
text(0,0,'sin(x)');
%axis([0 2*pi -0.9 0.9]);

如果只给plot()一个参数，例如plot(y)，而y是一个n维向量或列，则它的效果就相当于plot((1:n), y)。

1 2	y = [ 1 4 0 2 3 5]; plot(y);

多重折线图

Matlab在一张图片上可以重复制图。基本上，画一张图的指令，将会自动清除前一张图。但是，如果下了指令hold on，将不会清除前一张图，而是重复画上去。下了hold on指令的所有图将会重迭在一张图片里，直到你下了hold off为止。

我们以 300 个折线段，在一张图片中，画出以下三个函数在[-pi, pi]区间内的曲线图：
sin(x)，cos(x)，x。

x = linspace(0, 2*pi, 301);
y = sin(x);
plot(x, y, 'r');
axis([0 2*pi -1.2 1.2]);
hold on
y = cos(x);
plot(x, y, 'g');
y = x; 
plot(x, y, 'b');
hold off;

我们还可以采用图形窗口分割的方法，在同一个视图窗口中画出多个小图形。这时要用到subplot(n,m,k)。如果写subplot(2,2,1),即就是把图形窗口分割成2行2列，在第1个位置（第1行第1列）画图。

x = linspace(0, 2*pi, 301);
y = sin(x);
subplot(2,2,1);
plot(x, y);
y = cos(x);
subplot(2,2,2);
plot(x, y);

Matlab对数据是按列存储和计算的。

三维立体图形

三维曲线图

plot3函数调用格式：plot3(x1,y1,z1,x2,y2,z2,…)。其中x1，y1，z1，x2，y2，z2…等分别为维数相同的向量，分别存储着曲线的三个坐标值。

绘制方程在t=[0,2π]的空间方程。

\begin{cases}
x=t \
y=sin(t) \
z=cos(t)
\end{cases}

t=0:pi/10:2*pi;
x=t;
y=sin(t);
z=cos(t);
plot3(x,y,z,'r:p');
grid on;
xlabel('X');
ylabel('Y');
zlabel('Z');
title('sine and cosine');

三维网格图和曲面图

Matlab在绘制三维网格图与曲面图时，往往先将要绘制图形的定义区域分成若干网格，然后计算这些网格节点上的二元函数值，最后才能使用mesh和surf函数绘制相应的图形。生成网格矩阵使用meshgrid函数，其调用格式为：

1	[U, V]=meshgrid(x,y)

函数说明：利用向量x和y生成网格矩阵U和V，以便mesh和surf等函数用来绘图。其中x、y分别是长度为n和m升序排列的行向量。

生成的方法是将x复制n次生成网格矩阵U，将y转置成列向量后复制m次生成网格矩阵V。坐标(uij,vij)表示xoy平面上网格节点的坐标，第三维坐标zij=f(uij,vij)。

例：给定向量x=[1 2 3 4]，y=[10 11 12 13 14]，试由向量x、y生成网格矩阵。

x=[1 2 3 4]; %输入向量x
y=[10 11 12 13 14]; %输入向量y
[U,V]=meshgrid(x,y); %生成网格矩阵
Z=peaks(U,V);
mesh(U,V,Z); %绘制三维网格图

Matlab提供了一个peaks函数，可产生一个凹凸有致的曲面，包含了三个局部极大点及三个局部极小点。在matlab中输入peaks()、peaks(5)就可以看到效果。

例：在 -4<x<4，-4<y<4 上绘制 $z=x^2+y^2$ 的三维网格图。

[x,y]=meshgrid(-4:4, -4:4); %定义网格数据向量x,y
z=x.^2+y.^2; %计算二元函数值
mesh(x,y,z); %绘制三维网格图
% surf(x,y,z); %绘制三维曲面图

观察点

函数view(azinmuth,elevation)
azinmuth：方位角。观察点与坐标原点的连线在水平面上的投影和y轴负方向的夹角。（在水平面上）
elevation：仰角。观察点与坐标原点的连线和水平面的夹角。（与水平面垂直）

使用循环和观察点设定来实现动画效果。

Matlab程序设计

命令文件

Matlab提供两种源程序文件格式：命令文件和函数文件。这两种文件的扩展名相同，均为“.m”，又称为“M文件”。
命令文件的执行方式：在提示符后键入命令文件的文件名。
命令文件适合于用户做需要理解得到结果的小规模运算。

函数文件

函数文件由function语句引导。
其格式为：

1	function [返回变量列表]=函数名(输入变量列表)

1、新建一个求阶乘的函数文件myFunc.m：

function value = myFunc(n);

if n<=1
    value = 1;
else
    value = myFunc(n-1)*n;
end

2、重写求阶乘的函数文件myFunc2.m：

function value = myFunc2(n);

value = 1;
while n > 1
    value = value*n;
    n = n - 1;
end

3、重写求阶乘的函数文件myFunc3.m：

function value = myFunc3(n);

value = 1;
for i=1:1:n
    value = value*i;
end

%for i=n:-1:1
%    value = value*i;
%end

4、新建传入数值显示结果的函数文件showNum.m：

function showNum(input_var);

switch input_var
    case 1
        disp('1');
    case {2,3,4}
        disp('2 or 3 or 4');
    case 5
        disp('5');
    otherwise
        disp('something else');
end

源码分享

https://github.com/voidking/matlab-start.git

书签

Matlab视频教程
http://www.51zxw.net/list.aspx?cid=456

我的学习资料
http://pan.baidu.com/s/1bp1oyXT

Mathjax与LaTex公式简介
http://mlworks.cn/posts/introduction-to-mathjax-and-latex-expression/