MATLab学习

第二章 MATLab环境 2.1MATLab入门 一旦MATLab被启动，就可以看到MATLab的提示符（》或EDU》）。在MATLab提示符厚输入quit或exit就可以退出MATLab程序，若使用Windows菜单，则可以在File菜单项中选择EXIT MATLAB或者单击屏幕右上角“关闭”图标，退出MATLAB程序。 2.2MATLAB窗口 MATLAB有多个显示窗口，默认的有四个窗口。命令窗口（command windows）面积较大，部署在右侧；当前路径（current directory）、工作区（workspace）和历史命令窗口（command history windows）堆叠在左侧。窗口左上方的标签可以用来打开隐藏窗口。左下角start键替代旧版本中的launch pad窗口，此外，文档窗口（document windows）、图形窗口（graphics windows）和编辑窗口（editing windows）可以在需要时自动打开。 2.2.1命令窗口 Command windows可以用来保存计算结果，但是不能用来保存命令，如果要保存命令，需要使用编辑窗口创建M文件。 2.2.2历史命令窗口 历史命令窗口记录所有运行过的命令。当退出MATLAB或运行clc命令时，命令窗口会被清空，但历史命令窗口仍然会保存所有运行过的命令，使用编辑菜单可以清空所有历史命令。双击历史命令窗口中的命令行就可以把该命令调回命令窗口并运行，或单击并拖曳命令代码到命令窗口加以执行。 2.2.3工作区窗口 工作区窗口的工作区列出的信息描述程序创建的所有变量。 矩阵中存储数据的默认类型是双精度浮点数。 一维矩阵输入的方法： B = [1, 2, 3, 4] 此命令返回 B= 1 2 3 4 其中的逗号可有可无，不输入逗号也可以得到同样的结果。 可以用类似的方式定义二维矩阵。每一行用分号隔开，例如，输入 C = [1 2 3 4; 10 20 30 40; 5 10 15 20] 则输出为 C = 1 2 3 4 10 20 30 40 5 10 15 20 2.2.4当前路径窗口 2.2.5文档窗口 双击工作区的任何一个变量就会自动打开文档窗口，该窗口包括一个数组编辑器（array editor）。变量的数值以一种表格的形式显示，数值在数组编辑器里进行修改。 在命令行后面加分号能抑制显示输出结果，这样就不会在命令窗口中重复出现该变量的值。 C = [1 2 3 4; 10 20 30 40; 5 10 15 20]； 文档窗口/数组编辑器可以与工作区窗口配合使用创建显得数组。用鼠标在工作区窗口的顶部快捷键上慢慢划过，就会看到各个图标的响应功能。单击创建新变量图标，在变量列表中出现一个新的变量unnamed。单击右键在弹出菜单中选择rename，可以修改变量名；双击变量名，可以通过数组编辑器给变量赋值。 2.2.6图形窗口 在需要作图时，图形窗口会自动弹出。需要使用绘图命令plot。必须在绘制好的图形上增加标题和坐标名称。 2.2.7编辑窗口 File→New→M-file，这样就可以打开编辑窗口。在编辑窗口中输入和保存多个命令，但并不一定执行。在命令提示符后输入edit或在工具栏里选择New File按钮也可以打开编辑窗口。 2.3使用MATLAB求解问题 2.3.1变量的使用 变量名必须以字母开始。MATLAB7.5所允许的最长变量名为63个字符，后续的其他字母无效，可以使用namelengthmax命令来保证这一点。 变量名允许使用的字符仅包括字母、数字和下划线。变量名应该简短易记，用命令isvarname来保证这一点。 变量名区分大小写。 MATLAB程序中保留的关键字不能作为变量名。使用命令iskeyword查看关键字： iskeyword ans = break case catch classdef continue else elseif end for function global if otherwise parfor persistent return switch try while MATLAB允许重新指定内置函数名作为变量名。 2.3.2MATLAB中的矩阵 MATLAB中的基本数据类型是矩阵。单值变量成为标量，可以表示成1×1的矩阵。按列或按行排列的一组数据就是一维矩阵，称为矢量。数据表称为二维矩阵。 MATLAB处理两个标量之间的运算方法与其他计算机程序相同。 MATLAB不区分“空格”，用户可以在命令中加入一些空格，但不会影响其含义。用户可以在加号或减号的前后假如空格，以使表达式的可读性更强，但不能在乘号和除号的前后加入空格。 复杂矩阵只能手工输入，但等差和等比矩阵却可以很方便地创建。命令 b = 1:5和命令 b =[1:5]的结果相同，都会输出矩阵 b = 1 2 3 4 5 其中的方括号是可选的，默认步长是1。如果步长为其他值，则需要把相应的步长值放于等号右边等差数组的第一个元素和最后一个元素之间。例如， c = 1:2:5 输出结果为 c = 1 3 5 如果需要计算元素间的步长，则使用命令linspace，确定数组中初始元素、最终元素和步数，就可以得到相应的数组。例如， d = linspace (1,10,3) 返回结果 d = 1 5.5 10 用命令logspace可以创建一个等比数组，需要三个输入值。前两个数值分别作为10的指数，最后一个值是数组中元素的个数。命令行如下： e = logspace (1,3,3) 返回结果 e = 10 100 1000 矩阵定义中可以使用算数运算。例如，a = [0:pi/10:pi] 矩阵和标量经常进行运算，加减法和标量的加减法没有任何区别，但乘除运算略有区别。在矩阵运算中，乘号*有特殊意义。因为MATLAB所有运算都涉及矩阵所以需要一个用于对应元素相乘的新运算符，该运算符是.*。例如a .*b其结果是：矩阵a中的第一个元素乘以矩阵b中的第一个元素，矩阵a中的第二个元素乘以矩阵b中的第二个元素，矩阵a中的第n个元素乘以矩阵b中的第n个元素。对应元素间相除（./）和幂运算（.^）的运算规则与点乘的运算规则类似。 矩阵的另一个常用运算符是转置，转置运算就是将矩阵的行和列进行位置互换。例如，degress’ 2.3.3数值显示 科学技术法 在MATLAB中，科学技术法是在十进制小数部分与指数部分之间放置字母e，与计算器记数方法类似。 显示格式 在MATLAB里有多种显示格式，无论选择哪一种，MATLAB都是用双精度浮点数进行计算。 除非调用特殊的函数，否则MATLAB不区分整数和浮点数。 不论用哪种显示格式，进行运算时使用双精度浮点数。 MATLAB允许指定特殊的现实方式，以便显示额外的位数。若需要现实小数点厚15位，则可以使用命令 format long 利用下列命令可以显示4位有效数字 format short 当被显示的数值太大或太小，以至于不能用默认的格式显示时，MATLAB自动用科学记数法显示。 利用命令 format short e（4位有效数字）或 format long e（15位有效数字）可以指定MATLAB用科学记数法显示所有的数值。 经常使用的另外两个数值显示格式命令式 format short eng 和 format long eng，这两种显示方式类似与科学记数法，但10的指数必须是3的倍数。 还有两种比较常用的显示格式是 format+和format rat。用format+格式显示矩阵时，只显示元素的正负号。如果元素是正的，就会输出正号；如果与元素是负的，就会输出负号；如果元素为0，则没有输出。命令format rat指定用有理数（分数）的形式显示数值。 使用format short g或format long g命令可以自动选择定点或浮点的最佳显示格式。 format命令还可以调整命令窗口中显示数据的疏密程度，默认方式（format loose）是用户输入的信息和计算机返回的信息之间相隔一行，format compact命令能够将这些空行去掉。 format bank命令仅显示实际值的2位有效数字。 2.4内容保存 2.4.1日志 日志功能可以把MATLAB的工作过程记录在一个文档里，以便日后使用。MATLAB命令行和运行结果，乃至错误信息都能够被保存下来。在命令提示符后输入下列命令课激活日志功能：diary 或diary on，在此状态相爱输入命令diary或diary off，则终止记录功能，并在当前目录中产生一个日志文档。双击日志文件名就可以打开文件，所记录的内容就会出现在编辑窗口中。使用“记事本”之类的文本编辑器可以对文件进行编辑。后续的记录内容可以添加到文件的末尾处，若希望存储在不同的文件里，则需要指定文件名：diary 或diary(‘filename’)。 在此我们用角括号（<>）来表示用户定义的文件名。 2.4.2变量存储 为了保存命令窗口创建的变量（MATLAB主界面左侧工作区窗口显示的变量），需要把工作区的内容保存到文件里。文件的默认保存格式是名为MAT文件的二进制文件。在命令提示符厚输入下列信息可把工作区中的变量保存到文档里： save 其中，save是MATLAB命令，file_name为用户定义的文件名。实际上，专门制定文件名是没有必要的，若不指定文件名，则MATLAB会自动将文件命名为matlab.mat。在主菜单中选择 File→Save Workspace As 此时提示输入文件名。输入下列内容可恢复工作区： load 其中，load是命令，file_name是用户定义的文件名。若输入load命令，则MATLAB会打开一个默认的matlab.mat文件。 输入命令 clear，clc 可清空工作区和命令窗口。输入命令 whos 可确认工作区是否为空。 利用下面的命令，MATLAB在当前路径中可保存一个或多个矩阵： save variable_list是需要存储到文件中的变量名列表。