MATLAB基本运算

在MATLAB下进行基本数学运算,只需将运算式直接打入提示号(>>)之後,并按入Enter键即可。例如:
>>(5*2+1.3-0.8)*10/25
ans =
4.2000
MATLAB会将运算结果直接存入一变数ans,代表MATLAB运算後的答案 (Answer),并显示其数值於萤幕上。(为简便起见,在下述各例中,我 们不再印出MATLAB的提示号。)
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小提示:
 ">>"是MATLAB的提示符号(Prompt),但在PC中文视窗系统下,由於编码方式不同,此提示符号常会消失不见,但这并不会影响到MATLAB的运算结果。
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我们也可将上述运算式的结果设定给另一个变数x:
x = (5*2+1.3-0.8)*10^2/25
x =
42
此时MATLAB会直接显示x的值。由上例可知,MATLAB认识所有一般常用到的
加(+)、减(-)、乘(*)、除(/)的数学运算符号,以及幂次运算 (^)。
小提示:
MATLAB将所有变数均存成double的形式,所以不需经过变数宣告(Variable declaration)。MATLAB同时也会自动进行记忆体的使用和回收,而不必像C语言,必须由使用者一一指定。这些功能使的MATLAB易学易用,使用者可专心致力於撰写程式,而不必被软体枝节问题所干扰。 若不想让MATLAB每次都显示运算结果,只需在运算式最後加上分号(;)
即可,如下例:
y = sin(10)*exp(-0.3*4^2);
若要显示变数y的值,直接键入y即可:
>>y
y =
-0.0045
在上例中,sin是正弦函数,exp是指数函数,这些都是MATLAB常用到的数
学函数。下表即为MATLAB常用的基本数学函数及三角函数:
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小整理:MATLAB常用的基本数学函数
abs(x):纯量的绝对值或向量的长度
angle(z):复数z的相角(Phase angle)
sqrt(x):开平方
 real(z):复数z的实部
imag(z):复数z的虚部
conj(z):复数z的共轭复数
round(x):四舍五入至最近整数
fix(x):无论正负,舍去小数至最近整数
floor(x):地板函数,即舍去正小数至最近整数
ceil(x):天花板函数,即加入正小数至最近整数
rat(x):将实数x化为分数表示
rats(x):将实数x化为多项分数展开
sign(x):符号函数 (Signum function)。
当x<0时,sign(x)=-1;
 当x=0时,sign(x)=0;
当x>0时,sign(x)=1。
rem(x,y):求x除以y的馀数
gcd(x,y):整数x和y的最大公因数
lcm(x,y):整数x和y的最小公倍数
exp(x):自然指数
pow2(x):2的指数
log(x):以e为底的对数,即自然对数或
log2(x):以2为底的对数
log10(x):以10为底的对数
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小整理:MATLAB常用的三角函数
sin(x):正弦函数
cos(x):馀弦函数
tan(x):正切函数
asin(x):反正弦函数
acos(x):反馀弦函数
atan(x):反正切函数
atan2(x,y):四象限的反正切函数
sinh(x):超越正弦函数
cosh(x):超越馀弦函数
tanh(x):超越正切函数
asinh(x):反超越正弦函数
acosh(x):反超越馀弦函数
atanh(x):反超越正切函数
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变数也可用来存放向量或矩阵,并进行各种运算,如下例的列向量(Row vector)运算:
x = [1 3 5 2];
y = 2*x+1
y =
3 7 11 5
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 小提示:变数命名的规则
  1.第一个字母必须是英文字母
2.字母间不可留空格
3.最多只能有19个字母,MATLAB会忽略多馀字母
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我们可以随意更改、增加或删除向量的元素:
y(3) = 2 % 更改第三个元素
y =
3 7 2 5
y(6) = 10 % 加入第六个元素
y =
3 7 2 5 0 10
y(4) = [] % 删除第四个元素,
y =
3 7 2 0 10
在上例中,MATLAB会忽略所有在百分比符号(%)之後的文字,因此百分比之後的文字均可视为程式的注解(Comments)。MATLAB亦可取出向量的一个元素或一部份来做运算:
x(2)*3+y(4) % 取出x的第二个元素和y的第四个元素来做运算
ans =
9
y(2:4)-1 % 取出y的第二至第四个元素来做运算
ans =
6 1 -1
在上例中,2:4代表一个由2、3、4组成的向量,同样的方法可用於产生公
差为1的等差数列:
x = 7:16
x =
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
若不希望公差为1,则可将所需公差直接至於4与13之间:
x = 7:3:16 % 公差为3的等差数列
x =
7 10 13 16
事实上,我们可利用linspace来产生任意的等差数列:
x = linspace(4, 10, 6) % 等差数列:首项为4,末项为10,项数为6
x =
4.0000 5.2000 6.4000 7.6000 8.8000 10.0000
若对MATLAB函数用法有疑问,可随时使用help来寻求线上支援(on-line
help):
help linspace
LINSPACE Linearly spaced vector.
LINSPACE(x1, x2) generates a row vector of 100 linearly
equally spaced points between x1 and x2.
LINSPACE(x1, x2, N) generates N points between x1 and x2.
equally spaced points between x1 and x2.
LINSPACE(x1, x2, N) generates N points between x1 and x2.
See also LOGSPACE, :.
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小整理:MATLAB的查询命令
help:用来查询已知命令的用法。例如已知inv是用来计算反矩阵,键入 help inv即可得知有关inv命令的用法。(键入help help则显示help的用法,请试看看!)
lookfor:用来寻找未知的命令。例如要寻找计算反矩阵的命令,可键入lookfor inverse,MATLAB即会列出所有和关键字inverse相关的指令。找到所需的命令後,即可用help进一步找出其用法。(lookfor事实上是对所有在搜寻路径下的M档案进行关键字对第一注解行的比对,详见後叙。)
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Matlab入门教程--基本运算与函数(二)
将列向量转置(Transpose)後,即可得到行向量(Column vector):
z = x'
z =
4.0000
5.2000
6.4000
7.6000
8.8000
10.0000
不论是行向量或列向量,我们均可用相同的函数找出其元素个数、最大
值、最小值等:
length(z) % z的元素个数
ans =
6
max(z) % z的最大值
ans =
10
min(z) % z的最小值
ans =
4
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 小整理:适用於向量的常用函数有:
 min(x): 向量x的元素的最小值
 max(x): 向量x的元素的最大值
 mean(x): 向量x的元素的平均值
 median(x): 向量x的元素的中位数
 std(x): 向量x的元素的标准差
 diff(x): 向量x的相邻元素的差
 sort(x): 对向量x的元素进行排序(Sorting)
 length(x): 向量x的元素个数
 norm(x): 向量x的欧氏(Euclidean)长度
 sum(x): 向量x的元素总和
 prod(x): 向量x的元素总乘积
 cumsum(x): 向量x的累计元素总和
 cumprod(x): 向量x的累计元素总乘积
 dot(x, y): 向量x和y的内积
 cross(x, y): 向量x和y的外积
 (大部份的向量函数也可适用於矩阵,详见下述。)
若要输入矩阵,则必须在每一列结尾加上分号(;),如下例:
A = [1 2 3 4; 5 6 7 8; 9 10 11 12];
 
A
A =
1 2 3 4
5 6 7 8
9 10 11 12
同样地,我们可以对矩阵进行各种处理:
A(2,3) = 5 % 改变位於第二列,第三行的元素值
A =
1 2 3 4
5 6 5 8
9 10 11 12
 
B = A(2,1:3) % 取出部份矩阵B
B =
5 6 5
A = [A B'] % 将B转置後以行向量并入A
A =
1 2 3 4 5
5 6 5 8 6
9 10 11 12 5
A(:, 2) = [] % 删除第二行(:代表所有列)
A =
1 3 4 5
 
5 5 8 6
9 11 12 5
A = [A; 4 3 2 1] % 加入第四列
A =
1 3 4 5
5 5 8 6
9 11 12 5
4 3 2 1
A([1 4], :) = [] % 删除第一和第四列(:代表所有行)
A =
5 5 8 6
 
9 11 12 5
这几种矩阵处理的方式可以相互叠代运用,产生各种意想不到的效果,就
看各位的巧思和创意。
 小提示:
 在MATLAB的内部资料结构中,每一个矩阵都是一个以行为主
(Column-oriented)的阵列(Array)因此对於矩阵元素的存取,我们可
用一维或二维的索引(Index)来定址。举例来说,在上述矩阵A中,位於
第二列、第三行的元素可写为A(2,3)
 (二维索引)或A(6)(一维索引,即将所有直行进行堆叠後的第六个元
素)。
此外,若要重新安排矩阵的形状,可用reshape命令:
B = reshape(A, 4, 2) % 4是新矩阵的列数,2是新矩阵的行数
B =
5 8
9 12
5 6
11 5
 小提示:
 A(:)就是将矩阵A每一列堆叠起来,成为一个行向量,而这也是MATLAB变
数的内部储存方式。以前例而言,reshape(A,
 8, 1)和A(:)同样都会产生一个8x1的矩阵。。
MATLAB可在同时执行数个命令,只要以逗号或分号将命令隔开:
x = sin(pi/3); y = x^2; z = y*10,
z =
7.5000
若一个数学运算是太长,可用三个句点将其延伸到下一行:
z = 10*sin(pi/3)* ...
 
sin(pi/3);
若要检视现存於工作空间(Workspace)的变数,可键入who:
who
Your variables are:
testfile x
这些是由使用者定义的变数。若要知道这些变数的详细资料,可键入:
whos
Name Size Bytes Class
A 2x4 64 double array
B 4x2 64 double array
ans 1x1 8 double array
x 1x1 8 double array
y 1x1 8 double array
z 1x1 8 double array
Grand total is 20 elements using 160 bytes
使用clear可以删除工作空间的变数:
clear A
A
??? Undefined function or variable 'A'.
另外MATLAB有些永久常数(Permanent constants),虽然在工作空间中看
到,但使用者可直接取用,例如:
pi
ans =
3.1416
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下表即为MATLAB常用到的永久常数。
 小整理:MATLAB的永久常数
 i或j:基本虚数单位(即)
 eps:系统的浮点(Floating-point)精确度
 inf:无限大, 例如1/0
 nan或NaN:非数值(Not a number),例如0/0
 pi:圆周率 p(= 3.1415926...)
 realmax:系统所能表示的最大数值
 realmin:系统所能表示的最小数值
 nargin: 函数的输入引数个数
 nargin: 函数的输出引数个数

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