MATLAB函数.docx

1、MATLAB函数MATLAB基础第二章 MATLAB数据 在一般情况下，矩阵元素必须具有相同的数据类型。对于数值数据，MATLAB中最常用的类型为双精度型，占64位（8个字节），用double函数实现转换。此外，还有单精度，占32位（4个字节），用single函数实现转换。还有带符号整数和无符号整数，其转换函数有int8、int16、int32，每一个函数名后面的数字表示相应数据类型所占位数。MATLAB赋值语句有两种格式：（1）变量=表达式（2）表达式 在一般情况下，MATLAB内部每一个数据元素都是用双精度数来表示和存储的。数据输出是可以用format命令设置或改变数据输出格式。forma

2、t命令的格式： format 格式符注意，format命令只影响数据输出格式，而不影响数据的计算和存储。控制数据输出格式的格式符：P20。常用的预定义变量 预定义变量含义预定义变量含义ans计算结果的缺省赋值变量nargin函数输入参数个数eps机器零阈值nargout函数输出参数个数pi圆周率的近似值realmax最大正实数i,j虚数单位realmin最小正实数Inf,inf无穷大。如1/0的结果lasterr存放最新的错误信息NaN,nan非数。如0/0、inf/inf的结果lastwarn存放最新的警告信息 who和whos这两个命令用于显示在MATLAB工作空间中已经驻留的变量名清单。

3、但whos在给出驻留变量名的同时，还给出他们的维数、所占字节数及性质。 clear命令用于删除MATLAB工作空间中的变量。注意，预定义变量不能被删除。 利用MATLAB函数建立矩阵zeros 产生全0矩阵（零矩阵）ones 产生全1矩阵（幺矩阵）eye 产生单位矩阵rand 产生01间均匀分布的随机矩阵randn 产生01间正态分布的随机矩阵调用格式是：zeros(m) 产生mm零矩阵zeros(m,n) 产生mn零矩阵。当m=n时，等同于zeros(m)zeros(size(A) 产生与矩阵A同样大小的零矩阵其中，size(A)函数返回包含两个元素的向量，分别是矩阵A的行数和列数。相关的函

4、数有：length(A)给出A的行数和列数中的较大者，即length(A)=max(size(A)；ndim(A)给出A的维数。冒号表达式一般形式： e1:e2:e3其中e1为初始值，e2为步长，e3为终止值。 在MATLAB中，还可以用linspace函数产生行向量。其调用格式为：linspace(a,b,n) 其中a和b是生成向量的第一个和最后一个元素，n是元素总数。当n省略时，自动产生100个元素。linspace(a,b,n)与a:(b-a)/(n-1):b等价 MATLAB允许用户对一个矩阵的单个元素进行赋值和操作。如果给出的行下标或列下标大于原来矩阵的行数和列数，则MATLAB将自

5、动扩展原来的矩阵，并将扩展后未赋值的矩阵元素置为零。在MATLAB中，也可以采用矩阵元素的序号来引用矩阵元素。矩阵元素按列编号，先第一列，在第二列，依次类推。显然，序号（Index）与下标（Subscript)是一一对应的，以mn矩阵A为例，矩阵元素A（i,j)的序号为（j-1)m+i。其相互转换关系也可利用sub2ind和ind2sub函数求得。矩阵拆分（1）利用冒号表达式获得子矩阵A（:，j)表示取A矩阵的第j列全部元素；A（i，:)表示A矩阵第i行的全部元素；A（i，j)表示取A矩阵第i行、第j列的元素。A（i:i+m,:)表示取A矩阵第ii+m行的全部元素；A（:，k:k+m)表示取A

6、矩阵第kk+m列的全部元素，A（i:i+m,k:k+m)表示取A矩阵第ii+m行内，并在第kk+m列中的元素。可利用一般向量和end运算符等来表示矩阵下标，从而获得子矩阵。End表示矩阵某一维的末尾元素下标。（2）利用空矩阵删除矩阵的元素在MATLAB中，定义为空矩阵。给变量X赋空矩阵的语句为X= 。注意，X=与clearX不同，clear是将X从工作空间中删除，而空矩阵则存在于工作空间，只是维数为0。MATLAB常用数学函数函数名含义函数名含义sin正弦函数exp自然指数函数cos余弦函数pow22的幂tan正切函数abs绝对值函数asin反正弦函数angle复数的幅角acos反余弦函数re

7、al复数的实部atan反正切函数imag复数的虚部sinh双曲正弦函数conj复数共轭运算cosh双曲余弦函数rem求余数或模运算tanh双曲正切函数mod模除求余asinh反双曲正弦函数fix向零方向取整acosh反双曲余弦函数floor不大于自变量的最大整数atanh反双曲正切函数ceil不小于自变量的最小整数sqrt平方根函数round四舍五入到最邻近的整数log自然对数函数sign符号函数log10常用对数函数gcd最大公因子log2以2为底的对数函数lcm最小公倍数函数使用户说明：见书本P33。2.4.2关系运算6种关系运算符：（小于）、（大于）、=（大于或等于）、=（等于）、=（不

8、等于）。2.4.3逻辑运算3种逻辑运算符：&（与）、|（或）、（非）。若参与逻辑运算的是两个同为矩阵，那么运算将对矩阵相同位置上的元素按标量规则逐个进行。最终运算结果是一个与原矩阵同维的矩阵，其元素由1或0组成。若参与逻辑运算的一个是标量，一个是矩阵，那么运算将在标量与矩阵中的每个元素之间按标量规则逐个进行。最终运算结果是一个与矩阵同维的矩阵，其元素由1或0组成。在算术、关系、逻辑运算中，算术运算优先级最高，逻辑运算优先级最低。2.5字符串在MATLAB语言中，字符串是用单撇号括起来的字符序列。字符串是以ASCII码形式存储的。abs和double函数都可以用来获取字符串矩阵所对应的ASCII

9、码数值矩阵。相反，char函数可以把ASCII码矩阵转换为字符串矩阵。字符串处理函数函数名含义函数名含义setstr将ASCII码值转换成字符str2num将字符串转换成数值mat2str将矩阵转换成字符串strcat用于字符串的连接num2str将数值转换成字符串strcmp用于字符串的比较int2str将整数转换成字符串若字符串中的字符含有单撇号，则该单撇号字符应用两个单撇号来表示。对于较长的字符串可以用字符串向量表示，即用括起来。2.6结构和单元2.6.1结构数据（Structure）结构矩阵名. 成员名=表达式结构矩阵元素的成员也可以是结构数据。对于结构数据的引用，可以引用其成员，也可

10、以引用结构矩阵的元素或结构变量。引用结构矩阵元素的成员时，显示其值。引用结构矩阵元素时，显示成员名和它的值，但成员是矩阵时，不显示其具体内容，只显示成员矩阵大小参数。引用结构矩阵时，只显示结构矩阵的大小参数和成员名。关于结构的函数函数名含义函数名含义struct建立或转换为结构矩阵fieldnames获取结构成员名getfield获取结构成员的内容setfield设定结构成员的内容rmfield删除结构成员isfield成员在结构中时，值为真isstruct是结构时，值为真2.6.2单元数据结构变量的各个元素下有成员，每个成员有自己的名字，对成员的引用是：结构变量名. 成员名。而单元矩阵的各个

11、元素就是不同类型的数据，用带有大括号下标的形式引用单元矩阵元素。建立单元矩阵，将矩阵元素用大括号括起来。可以用带有大括号下标的形式引用单元矩阵元素。单元矩阵的元素可以是结构或单元数据。关于单元的函数函数名作用函数名作用celldisp显示单元矩阵内容cellplot显示单元矩阵的图形描述num2cell把数据矩阵转换为单元矩阵deal把输入分配给输出cell2struct把单元矩阵转换为结构矩阵struct2cell把结构矩阵转换为单元矩阵iscell是单元矩阵时，值为真第三章 MATLAB程序设计MATLAB命令有两种执行方式：一种是交互式的命令执行方式，另一种是M文件的程序执行方式。M文件

12、的分类M文件有两类：命令文件（Script File）和函数文件（Function File）。主要区别在于：（1）命令文件没有输入参数，也不返回输出函数，而函数文件可以带输入参数，也可返回输出参数。（2）命令文件对MATLAB工作空间中的变量进行操作，文件中所有命令的执行结果也完全返回到工作空间中，而函数文件中定义的变量为局部变量，当函数文件执行完毕时，这些变量被清除。（3）命令文件可以直接运行，在MATLAB命令窗口输入命令文件的名字，就会顺利执行命令文件中的命令，而函数文件不能直接运行，而要以函数调用的方式来调用它。3.2数据的输入输出input函数的调用格式为：A=input（提示信息

13、，选项）；其中提示信息为一个字符串，用于提示用户输入什么样的数据。如果在input函数调用时采用s选项，则允许用户输入一个字符串。disp函数disp（输出项）其中输出项既可以为字符串，也可以为矩阵。显示矩阵时将不显示矩阵的名字，而且其格式更紧密，且不留任何没有意义的空行。pause函数当程序运行时，为了查看程序的中间结果或者观看输出的图形，有时需要暂停程序的执行。这时可以使用pause函数，其调用格式为：pause（延迟秒数）如果省略延迟时间，直接使用pause，则将暂停程序，知道用户按任一键后程序继续执行。若要强行中止程序的运行可使用Ctrl+C命令。3.3选择结构3.3.1if语句1.

14、单分支if语句if 条件语句组end2. 双分支if语句if 条件语句组1else 语句组2end3. 多分支if语句if 条件1语句组1elseif 条件2语句组2.elseif 条件m语句组melse 语句m+1End3.3.2switch语句switch 表达式case 表达式1 语句组1case 表达式2 语句组2 。case 表达式m 语句组motherwise 语句组m+1endSwitch子句后面的表达式应为一个标量或一个字符串，case子句后面的表达式不仅可以为一个标量或一个字符串，而且还可以为一个单元矩阵。如果case子句后面的表达式为一个单元矩阵。则表达式的值等于该单元矩阵

15、中的某个元素时，执行相应的语句组。3.3.3try语句一种试探性执行语句。try 语句组1catch 语句组2endtry语句先试探性执行语句组1，如果语句组1在执行过程中出现错误，则将错误信息赋值给保留的lasterr变量，并转去执行语句组2。3.4循环语句3.4.1for语句for 循环变量=表达式1：表达式2：表达式3循环体语句endfor语句的循环变量可以是一个列向量。for语句更一般的格式为：for 循环变量=矩阵表达式循环体语句end执行过程是依次将矩阵的各列元素赋给循环变量，然后执行循环体语句，直至各列元素处理完毕。3.4.2while语句while （t条件） 循环体语句end

16、与循环结构相关的还有一个break语句，当在循环体内执行到该语句时，程序将跳出循环。一般与if语句配合使用。3.5函数文件函数文件由function语句引导，其基本结构为：Function 输出形参表=函数名（输入形参表） 注释说明部分 函数体语句Return语句，如果在函数文件中插入return语句，则执行到该语句就结束函数的执行，程序流程转至调用该函数的位置。通常，在函数文件中也可以不使用return语句，这事在被调函数执行完成后自动返回。3.5.2函数调用函数调用的一般格式是：输出实参表=函数名（输入实参表）函数调用时各实参出现的顺序、个数，应与函数定义时形参的顺序、个数一致，否则会出错

17、。函数调用时，先将实参传递给相应的形参，从而实现参数传递，然后在执行函数的功能。3.5.3函数所传递参数的可调性两个永久变量nargin和nargout分别记录调用该函数时的输入实参和输出实参的个数。只要在函数文件中包含这两个变量，就可以准确地知道该函数文件被调用时的输入输出参数，从而决定函数如何进行处理。3.6全局变量和局部变量全局变量用global定义。第四章 MATLAB绘图4.1二维图形plot函数plot（x,y）(1) 当x，y是同维矩阵时，则以x，y对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵的列数。(2) 当x是向量，y是有一维与x同维的矩阵时，则绘制出多根不同色彩的曲

18、线。曲线条数等于y矩阵的另一维数，x被作为这些曲线共同的横坐标。(3) plot函数最简单的调用格式是只包含一个输入参数plot(x)。在这种情况下，当x是实向量时，以该向量元素的下标为横坐标，元素值为纵坐标画出一条连续曲线。当x是实矩阵时，则按列绘制每列元素值相对其下标的曲线，曲线条数等于x阵的列数。当x是复数矩阵时，则按列分别以元素实部和虚部为横、纵坐标绘制多条曲线。含多个输入参数的plot函数plot函数可以包含若干组向量对，每一个向量对可以绘制出一条曲线。含多个输入参数的plot函数调用格式为：plot（x1，y1，x2，y2，.，xn，yn）每一组向量对的长度可以不同。可以在同一坐标

19、内绘制出多条曲线。含选项的plot函数调用格式为：plot（x1，y1，选项1，x2，y2，选项2，.，xn，yn，选项n）线型、颜色和标记符号选项（a）线型选项线型说明颜色说明标记符号说明标记符号说明实线b蓝色.点s方块符：虚线g绿色o圆圈d菱形符.点划线r红色x叉号V朝下三角符号双划线c青色+加号朝上三角符号m品红色*星号朝右三角符号k黑色p五角星符w白色h六角星符双纵坐标函数plotyy把函数值具有不同量纲、不同数量级的两个函数绘制在同一坐标中。调用格式为：plotyy（x1，y1，x2，y2）其中x1y1对应一条曲线，x2y2对应另一条曲线。横坐标的标度相同，纵坐标有2个，左纵坐标用于

20、x1y1数据对，右纵坐标用于x2y2数据对。4.1.2绘制图形的辅助操作1. 图形标注有关图形标注函数的调用格式为：title（图形名称）xlabel（x轴说明）ylabel（y轴说明）text（x，y，图形说明）legend（图例1，图例2）其中title和xlabel、ylabel函数分别用于说明图形和坐标轴的名称。text函数是在（x，y）坐标处添加图形说明。添加文本说明也可用于gtext命令，执行该命令时，十字坐标光标自动跟随鼠标移动，单击鼠标即可将文本放置在十字光标处。Legend函数用于绘制曲线所用线型、颜色或数据点标记图例，图例放置在图形空白处，用户还可以通过鼠标移动图例，将其放

21、在所希望的位置。2. 坐标控制如果用户对坐标系不满意，可利用axis函数对其重新设定。该函数的调用格式为：axis（xmin，xmax，ymin，ymax，zmin，zmax）axis函数功能丰富，常用的用法还有：axis equal 纵、横坐标轴采用等长刻度axis square 产生正方形坐标系（缺省为矩形）axis auto 使用缺省设置axis off 取消坐标轴axis on 显示坐标轴一般情况下，绘图命令每执行一次就刷新当前图形窗口，图形窗口原有图形将不复存在。若希望在已存在的图形上在继续添加新的图形，可使用图形保持命令hold。hold on/off命令控制是保持原有图形还是刷新

22、原有图形，不带参数的hold命令在两种状态之间进行切换。给坐标加网格线用grid命令来控制。grid on/off命令控制室画还是不画网格线，不带参数的grid命令在两种状态之间进行切换。给坐标加边框用box命令。box on/off命令控制是加还是不加边框线，不带参数的box命令在两种状态之间进行切换。3. 图形窗口的分割MATLAB系统提供了subplot函数，用来将当前图形窗口分割成若干个绘图区。每个区域代表一个独立的子图，也是一个独立的坐标系，可以通过subplot函数激活某一区，该区为活动区，所发出的绘图命令都是作用于活动区域。Subplot函数的调用格式为：Subplot（m，n，

23、p）该函数将当前图形窗口分成mn个绘图区，即每行n个、共m行，区号按行优先编号，且选定第p个区为当前活动区。在每一个绘图区允许以不同的坐标系单独绘制图形。4.1.3绘制二维图形的其他函数1. 其他形式的线性直角坐标图条形图：bar（x，y，选项）阶梯图：stairs（x，y，选项）杆图：stem（x，y，选项）填充图：fill（x1，y1，选项1，x2，y2，选项2，）前3个函数的用法与plot函数相似，只是没有多输入变量形式。fill函数按向量元素下标渐增次序依次用直线段连接x，y对应元素定义的数据点。假若这样；连接所得折线不封闭，那么MATLAB将自动把该折线的首尾连接起来，构成封闭四边形

24、，然后将多边形内部涂满指定的颜色。2. 极坐标图polar函数用来绘制极坐标图，其调用格式为：polar（theta，rho，选项）其中theta为极坐标极角，rho为极坐标矢径，选项的内容与plot函数相似。3. 对数坐标形式MATLAB提供了绘制对数和半对数坐标轴曲线的函数，调用格式为：semilogx（x1，y1，选项1，x2，y2，选项2，）semilogy（x1，y1，选项1，x2，y2，选项2，）loglog（x1，y1，选项1，x2，y2，选项2，）其中选项的定义与plot函数完全一致，所不同的是坐标轴的选取。Semilogx函数使用半对数坐标，x轴为常用对数刻度，而y轴仍保持线

25、性刻度。semilogy函数也使用半对数坐标，y轴为常用对数刻度，而x轴仍保持线性刻度。loglog函数使用全对数坐标，x，y轴均采用常用对数刻度。函数logspace可以按对数等间距地分布来产生一个向量。调用格式为：Logspace（a，b，n）其中a和b是生成向量的第一个和最后一个元素，n是元素总数。当n省略时，自动产生50个元素。4. 对函数自适应采样的绘图函数对绘制高频率变化的函数，为提高精度，绘制出比较真实的函数曲线，不能采用等间隔取样，而必须在变化率大的区段密集采样，以充分反应函数的实际变化规律，进而提高图形的真实度。fplot函数可自适应地对函数进行采样，能更好地反应函数的变化规

26、律。其调用格式为：fplot（fname，lims，tol，选项）其中fname为函数名，以字符串形式出现。它可以是由多个分量函数构成的行向量，分量函数可以是函数的直接字符串，也可以是内部函数名或函数文件名，但自变量都必须为x。lims为x，y的取值范围，以行向量形式出现，取二元向量xmin，xmax时，x轴的范围被认为确定，取四元向量xmin，xmax，ymin，ymax时，x，y轴的范围被认为确定。tol为相对允许误差，其系统默认值为2e-3。选项定义与plot函数相同。5. 其他形式的图形用来表示各元素占总和的百分比的饼图：pie（行矩阵）复数的向量图：compass（复数）4.2三维图

27、形最基本的三维图形函数为plot3，其调用格式为：plot（x1，y1，z1，选项1，x2，y2，z2，选项2，.，xn，yn，zn，选项n）其中每一组x，y，z组成一组曲线的坐标参数。当x，y，z是同维向量时，则x，y，z对应元素构成一条三维曲线。当x，y，z是同维矩阵时，则以x，y，z对应列元素绘制三维曲线，曲线条数等于矩阵列数。4.2.2三维曲面1. 平面网格坐标矩阵的生成（1）利用矩阵运算生成，命令如下。x=a:dx:b；y=(c:dy:d)；X=ones(size(y)*x；Y=y*ones(size(x)；（2）利用meshgrid函数生成，命令如下。x=a:dx:b；y=c:dy

28、:d；X,Y=meshgrid（x,y）；语句执行后，所得到的网格坐标矩阵X，Y与方法（1）得到的相同。当x=y时，meshgrid函数可写成meshgrid（x）。2. 绘制三维曲面的函数MATLAB提供了mesh函数和surf函数来绘制三维曲面图。mesh函数用于绘制三维网格图。在不需要绘制特别精细的三维曲面图时，可以通过三维网格图来表示三维曲面。surf用于绘制三维曲面图，各条线之间的补面用颜色填充。函数的调用格式为：mesh（x，y，z，c）surf（x，y，z，c）一般情况下，x，y，z是维数相同的矩阵。x，y是网格坐标矩阵，z是网格点上的高度矩阵，c用于指定在不同高度下得颜色范围。

29、C省略时，MATLAB认为c=z，即颜色的设定是正比于图形的高度的，这样就可以得出层次分明的三维图形。当x，y省略时，把z矩阵的列下标当做x轴坐标，行下标当做y轴坐标，然后绘制三维曲面图。当x，y是向量时，必须要求x的长度等于z矩阵的列，y的长度等于z矩阵的行，x，y向量元素的组合构成网格点的x-y坐标，z坐标则取自z矩阵，然后绘制三维曲面图。3. 标准三维曲面sphere函数用于绘制三维球面，调用格式为：x,y,z=sphere(n)该函数将产生（n+1）（n+1）矩阵x，y，z，采用这3个矩阵可以绘制出圆心位于原点、半径为1的单位球体。若在调用该甘肃时不带输出参数，则直接绘制所需球面。N决定了球面的圆滑程度，其缺省值为20.若n值取得较小，则将绘制出多面体表面图。cylinder函数绘制柱面，调用格式为：x,y,z=cylinder(R,n)其中R是一个向量，存放柱面各个层次上的半径。多峰函数peaks，常用于三维曲面的演示。4.2.3其他三维图形条形图、饼图和填充图使用的