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第1章 认识MATLAB第1章 认识MATLAB 本章要点本章要点 操作桌面、帮助系统的使用方法 数据操作的有关知识 矩阵的基本运算 数据和文件操作第1章 认识MATLAB1.1 MATLAB概述 一、操作桌面 操作桌面包括命令窗口（Command Window）、工作空间窗口（Workspace）、当前目录浏览器（Current Directory）和命令历史窗口（Command History）等四个窗口，其中工作空间窗口和当前目录浏览器共用一个窗口。第1章 认识MATLABMATLAB菜单菜单MATLAB工具栏工具栏工工作作空空间间窗窗口口/当当前目录浏览器窗口前目录浏览器窗口命令窗口命令窗口历史命令窗口历史命令窗口开始按钮开始按钮第1章 认识MATLAB1.命令窗口 命令窗口用于输入MATLAB命令、函数、矩阵、表达式等信息，并显示除图形以外的所有计算结果，是MATLAB的主要交互窗口。当命令窗口出现提示符时，表示MATLAB已准备好，可以输入命令、变量或函数，回车后就可执行。【例11】计算A=256/41002128 A=256/4-100*2+128%从键盘输入，并单击回车键从键盘输入，并单击回车键 A=%屏幕显示的结果 8 MATLAB语法规定，百分号“%”后面的语句为注释语句。第1章 认识MATLAB 2.工作空间窗口 工作空间是MATLAB用于存储各种变量和运算结果的内存空间。在命令窗口中输入的变量、运行文件建立的变量、调用函数返回的计算结果等，都将被存储在工作空间中，直到使用了clear命令清除工作空间或关闭了MATLAB系统为止。注意：函数在运行中会调用的一些临时变量，不会占用工作空间，这些变量在函数运行结束后将被释放。第1章 认识MATLAB 3.当前目录浏览器 当前目录是指MATLAB运行文件时的工作目录，只有在当前目录或搜索路径下的文件及函数可以被直接运行或调用，如果没有特殊指明，数据文件也将存储在当前目录下。通常很多人都习惯于建立自己的工作目录，以便于文件和数据的管理，因此在运行文件前要将该文件所在的目录设置为当前目录。C:Program FilesMATLAB71work第1章 认识MATLAB4.命令历史窗口 命令历史窗口记录已经运行过的命令、函数、表达式等信息，可以进行命令历史的查找、检查等工作，也可以在该窗口中对命令历史进行复制、删除等操作。窗口中除了保留了输入的命令外，还记录了每次打开系统的时间。如果要清除掉这些记录，可以选择Edit菜单中的Clear Command History选项。第1章 认识MATLAB二、帮助系统1帮助浏览器 第1章 认识MATLAB2help命令（1）在线帮助总览 help%在命令窗口直接输入help，显示在线帮助总览（2）显示基本函数信息 help elfun（3）显示具体函数的帮助信息 help round%显示具体函数的详细信息，本例为round函数 注意：注意：MATLAB对字母的大小写是敏感的，变量对字母的大小写是敏感的，变量A与变量与变量a表示两个不同表示两个不同的变量。的变量。MATLAB所有的命令和函数都必须用小写所有的命令和函数都必须用小写。第1章 认识MATLAB第1章 认识MATLAB3lookfor命令4What：指定目录下各类文件的性质5Ver：指定工具箱的版本信息6.在线帮助页第1章 认识MATLAB三、数据结构1矩阵和数组 矩阵是指含有M行、N列（M、N为正整数）数据的矩形结构。数组运算是元素对元素的运算，也就是说无论什么运算，对数组中的元素都是平等进行的；矩阵运算是强调整体的运算，采用线性代数的运算方法。第1章 认识MATLAB2数据结构类型名称类型名称函数函数举例举例说明说明字符型字符型charA、happy字符型数组每个字符占字符型数组每个字符占2个字节，即个字节，即16位位整型（有符号）整型（有符号）int8、int16、int32int8(156)8位、位、16位、位、32位的整数数组，常用于表示信号位的整数数组，常用于表示信号整型（无符号）整型（无符号）uint8、uint16、uint32uint8(2)单精度单精度singlesingle(32.3)单精度数值数组所需的存储空间较小，占单精度数值数组所需的存储空间较小，占4个字节，可以表个字节，可以表示小数，但精度差，数值范围小，能用于数学运算示小数，但精度差，数值范围小，能用于数学运算双精度双精度double32double(44.5)双精度数值数组，占双精度数值数组，占8个字节，精度高，数值范围大，能用个字节，精度高，数值范围大，能用于数学运算，是默认的于数学运算，是默认的MATLAB变量类型变量类型稀疏矩阵稀疏矩阵sparsesparse(6)稀疏双精度矩阵，稀疏矩阵只存储少数的非零元素，较常稀疏双精度矩阵，稀疏矩阵只存储少数的非零元素，较常规矩阵的存储节约了大量的存储空间规矩阵的存储节约了大量的存储空间单元数组单元数组cell10,h,3.4单元数组，单元数组元素的尺寸、性质可以不同单元数组，单元数组元素的尺寸、性质可以不同结构数组结构数组structg=struct(name,LiXin,number,441)结构数组，结构数组包括域名，域中可以包括其他数组，结构数组，结构数组包括域名，域中可以包括其他数组，与单元数组类似与单元数组类似第1章 认识MATLAB四、MATLAB的特点1高效方便的矩阵和数组运算2语句简单3编程效率高4方便的绘图功能5用户使用方便6扩充能力强7开放的源程序8运行效率低第1章 认识MATLAB1.2 数据运算一、变量1变量的命名 在MATLAB中，变量名可以是由字母、数字或下划线组成的字符序列，最多可包含63个字符，但第一个字符必须是字母。例如：myfile13、ab_1cd、EXAMPE等均为合法变量名，而3dat、_mydat、123.4等都不是合法变量名。2赋值语句 赋值语句的格式：变量名表达式 第1章 认识MATLAB3预定义变量预定义变量名含义预定义变量名含义ans计算结果的缺省赋值变量i,j虚数单位eps容差变量(机器零阈)，定义为1.0到最近浮点数的距离在pc机上，等于2-52inf,Inf正无穷大，定义为（1/0）pi圆周率的近似值NaN,nan非数。在IEEE运算规则中，它产生于0/0、0等的结果realmax最大正实数nargin函数输入参数个数realmin最小正实数nargout函数输出参数个数lasterr存放最新的错误信息lastwarn存放最新的警告信息第1章 认识MATLAB二、常用数学函数 函数类别函数名称功能函数类别函数名称功能三角函数sin正弦反三角函数asin反正弦cos余弦acos反余弦tan正切atan反正切cot余切acot反余切sec正割（余弦倒数）asec反正割csc余割（正弦倒数）acsc反余割对数函数log2以2为底的对数幂函数pow22的幂次log以e为底的对数sqrt开平方log10自然对数（以10为底）指数函数exp以e为底的指数复数函数abs复数的模复数函数real复数的实部angle相位角unwrap相位展开complex由实部和虚部构造复数isreal是否为实数组conj复数的共轭cplxpair整理为共轭对imag复数的虚部取整函数fix朝零方向取整其他函数mod模数floor朝负无穷方向取整rem除后取余数ceil朝正无穷方向取整sign符号函数round四舍五入到最近的整数gcd最大公约数abs绝对值lcm最小公倍数第1章 认识MATLAB第1章 认识MATLAB三、数据操作 1input函数 如果用户想从键盘输入数据，则可以使用input函数来进行，该函数的调用格式为：变量名=input（提示信息n，s）；说明：提示信息是一个字符串，用于提示用户输入什么样的数据，说明：提示信息是一个字符串，用于提示用户输入什么样的数据，字符串中若有字符串中若有“n”则表示换行输入。参数则表示换行输入。参数s表示允许用户通过表示允许用户通过键盘输入字符串；缺省键盘输入字符串；缺省s，只允许用户输入一个字符或数字。，只允许用户输入一个字符或数字。na=input(How many applesn,s)nHow many applesntwo apples%通过键盘输入two applesna=%运算结果ntwo apples第1章 认识MATLAB2disp函数 MATLAB提供的命令窗口输出函数主要是disp函数，其调用格式为：disp（输出项）说明：其中输出项既可以是数字、字符、字符串，也可以是矩阵、说明：其中输出项既可以是数字、字符、字符串，也可以是矩阵、变量。变量。ndisp(a)ntwo apples第1章 认识MATLAB3pause函数 当程序运行时，为了查看程序的中间结果或观看输出的图形，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（n）说明：说明：n是一个常数，表示延迟多少秒。如果省略延迟时间，直是一个常数，表示延迟多少秒。如果省略延迟时间，直接使用接使用pause，则将暂停程序，直到用户按任意键后程序继续执，则将暂停程序，直到用户按任意键后程序继续执行。若要强行中止程序的运行可使用行。若要强行中止程序的运行可使用Ctrl+C命令。命令。4save函数函数 save命令是将MATLAB工作空间中的变量存入磁盘。具体格式如下：（1）save （2）savedfile （3）savedfilea b （4）savedfile.dataascii （5）savedfile.dat aasciidouble （6）save（fname，a，ascii）第1章 认识MATLAB5load函数 与save函数相对应，load函数是将磁盘上的数据读入到工作空间。具体格式如下：（1）load（2）load dfile（3）x=load fname第1章 认识MATLAB例na=2;nb=4;nc=6;nsave mydata1nsave mydata2 a bnclear%清工作空间nwhos%检查工作空间，已没有任何变量nnload mydata2 anwhosn Name Size Bytes Classn a 1x1 8 double arraynGrand total 1 elements using 8 bytes第1章 认识MATLAB1.3 矩阵一、矩阵的建立 在MATLAB中，不需要对矩阵的维数和类型进行说明，MATLAB会根据用户所输入的内容进行配置，创建矩阵有以下三种方法：1直接输入创建矩阵 通过输入矩阵中每个元素的值来建立一个矩阵，只须以左方括号开始，以逗号或空格为间隔输入元素值，行与行之间用分号隔开，最后以右方括号结尾即可。A=1,2,3;4,5,6;7,8,9A=1 2 3 4 5 6 7 8 9第1章 认识MATLAB2向量法创建矩阵向量可以由冒号和数字产生。其格式为：向量名=初值：增量：终值 说明：向量是从初值开始，以增量为步长，直到不超过终值的所说明：向量是从初值开始，以增量为步长，直到不超过终值的所有元素所构成的序列。步长可缺省，默认为有元素所构成的序列。步长可缺省，默认为“1”。当矩阵中的元。当矩阵中的元素很多且有规律时，可通过向量来建立一个矩阵。素很多且有规律时，可通过向量来建立一个矩阵。其基本格式为：矩阵名=向量建立一个10以内的奇数矩阵A=1:2:10A=1 3 5 7 9第1章 认识MATLAB第1章 认识MATLAB3函数法创建矩阵函数说明函数说明 空矩阵zeros全部元素都为0的矩阵eye单位矩阵magic魔方矩阵ones全部元素都为1的常数矩阵randperm随机排列整数矩阵rand元素服从0和1之间均匀分布的随机矩阵randn元素服从零均值单位方差正态分布的随机矩阵第1章 认识MATLAB第1章 认识MATLAB 二、矩阵的基本计算 1矩阵与标量的运算 运算包括加、减、乘、除和乘方运算。矩阵与标量运算是矩阵的每个元素对该标量的运算。MATLAB用符号“”计算乘方时，按照矩阵运算规则计算，要求矩阵为方矩阵；用符号“.”计算乘方时，按照数组运算规则计算，对矩阵没有限制。第1章 认识MATLAB第1章 认识MATLAB2矩阵与矩阵的运算（1）加减运算 两个矩阵的维数完全相同时，可以进行矩阵加减法运算。如果两个矩阵的维数不相等，则MATLAB将给出错误信息，提示两个矩阵的维数不相等。（2）乘法运算 两个矩阵的维数相容时（A的列数等于B的行数），可以进行A乘B的乘法运算。（3）除法运算 矩阵的除法运算包括左除和右除两种运算。其中 左除：AB=A1B，A为方矩阵 右除：A/B=AB1，B为方矩阵 可见，左除和右除的运算过程以及对矩阵的要求是不一样的，其数学意义也不同。（4）点运算 两个矩阵之间的点运算是按照数组运算规则计算，矩阵的对应元素直接运算。要求参加运算的矩阵大小必须相同。有“.*”、“./”和“.”三种运算符。第1章 认识MATLAB第1章 认识MATLAB三、矩阵的操作 1元素操作2提取子块3矩阵合并4矩阵的转置5矩阵的展开6矩阵的线性变换：如下表所示。函数说明函数功能diag(A)提取矩阵A的对角元素triu(A)提取矩阵A的上三角矩阵diag(A，K)提取矩阵A的第K条对角元素tril(A)提取矩阵A下三角矩阵fliplr(A)矩阵A左右翻转flipud(A)矩阵A上下翻转第1章 认识MATLAB第1章 认识MATLAB第1章 认识MATLAB矩阵特征值参数运算矩阵特征值参数运算n1、矩阵的行列式、矩阵的行列式 函数：函数：det(A)n2、矩阵的迹、矩阵的迹 函数：函数：trace(A)n3、矩阵的秩、矩阵的秩 函数：函数：rank(A)n4、矩阵的范数、矩阵的范数 函数：函数：norm（A，选项），选项）n5、矩阵的特征值、矩阵的特征值 函数：函数：eig(A)n6、矩阵的分解、矩阵的分解-三角形分解（三角形分解（LU或或LR分解）分解）函数：函数：L,U=lu(A)n7、矩阵的分解、矩阵的分解-正交分解（正交分解（QR分解）分解）函数：函数：Q,R=qr(A)选选 项项意义及算法意义及算法无或无或 2矩阵的最大奇异值，即矩阵的最大奇异值，即|A|21矩阵的矩阵的1-范数，即范数，即|A|1Inf 或或 inf矩阵的无穷范数，即矩阵的无穷范数，即|A|第1章 认识MATLAB四、复数和复数矩阵 MATLAB允许在运算和函数中使用复数或复数矩阵。复数的表示借助于特殊的字符i或j，其值在工作空间中都显示为0+1.0000i。1复数复数可由以下两种方式输入：z=1+2iz=1.0000+2.0000i z=3*exp(i*3.14)z=3.0000+0.0048i2复数矩阵复数矩阵有下列两种方法：a=1+2i 3+4i;5+6i 7+8i 或或 a=1 3;5 7+i*2 4;6 8a=1.0000+2.0000i 3.0000+4.0000i 5.0000+6.0000i 7.0000+8.0000i第1章 认识MATLAB第1章 认识MATLAB五、稀疏矩阵 函数格式说明函数格式说明sparse(A)A为完全矩阵。将完全矩阵转化为稀疏矩阵speye(m,n)生成mn阶的稀疏矩阵，只有对角线元素为1sparse(m,n)生成mn阶所有系数为零的稀疏矩阵full(A)A为稀疏矩阵。将稀疏矩阵转化为完全矩阵sparse(U,V,S)U，V，S为等长的向量，U、V是S中元素行和列的下标。建立一个U行、V列和以S为元素的稀疏矩阵m.n,s=find(A)A为稀疏矩阵。查看稀疏矩阵，m，n为非零元素的下标，s为非零元素第1章 认识MATLAB第1章 认识MATLAB1.4 关系运算与逻辑运算一、关系运算符 注意：注意：=是关系运算符，比较两个变量的关系，相等时返回是关系运算符，比较两个变量的关系，相等时返回1，不，不相等时返回相等时返回0；=是赋值运算符，将右侧表达式的结果赋给左侧的是赋值运算符，将右侧表达式的结果赋给左侧的变量。变量。运算符说明运算符说明小于大于=大于或等于=等于=不等于第1章 认识MATLAB二、逻辑运算符 名称运算符说明与运算&两个元素同为非零时，结果为1；否则为0。或运算|两个元素同为零时，结果为0；否则为1。非运算单目运算符。元素为零，结果为1；元素为非零，结果为0。第1章 认识MATLAB三、其他关系与逻辑函数 函数格式说明xor(x，y)异或运算。x和y相同，即都是零（假）或都是非零（真）结果为0；x或y不同则结果为1any(x)如果x是一个向量，含有一个或一个以上的非零元素，结果为1，否则为零；如果x是一个矩阵，结果是一个行向量，向量中的1对应矩阵中含有非零元素的列all(x)如果x是一个向量，所有元素均为非零时，结果为1；如果x是一个矩阵，结果是一个行向量，向量中的1对应矩阵中所有元素均非零的列第1章 认识MATLAB1.5 文件操作一、文件的打开与关闭一、文件的打开与关闭1打开文件 在读写文件之前，必须先用fopen函数打开或创建文件，并指定对该文件进行的操作方式。fopen函数的调用格式为：fid=fopen（文件名，打开方式）说明：其中说明：其中fid用于存储文件句柄，如果返回的句柄值大于用于存储文件句柄，如果返回的句柄值大于0，则说，则说明文件打开成功。文件名用字符串形式，表示待打开的数据文件。明文件打开成功。文件名用字符串形式，表示待打开的数据文件。nr：只读方式打开文件（默认），该文件必须已经存在nr+：读写方式打开文件，先读后写，该文件必须已经存在nw：打开后写入数据。该文件已存在则更新，不存在则创建nw+：读写方式打开文件，先读后写，该文件已存在则更新，不存在则创建na：在打开的文件末端添加数据。文件不存在则创建na+：打开文件后，先读入数据再添加数据。文件不存在则创建第1章 认识MATLAB2关闭文件 当文件进行完读、写等操作后，应及时关闭文件，以免数据丢失。关闭文件用fclose函数，调用格式为：stafclose(fid)说明：该函数关闭说明：该函数关闭fid所表示的文件句柄。所表示的文件句柄。sta表示关闭文件操作表示关闭文件操作的返回值，若关闭成功，返回的返回值，若关闭成功，返回0，否则返回，否则返回-1，通常缺省，通常缺省sta。如。如果要关闭所有已打开的文件用果要关闭所有已打开的文件用fclose(all)。第1章 认识MATLAB二、二进制文件的读写操作 1写二进制文件 fwrite函数按照指定的数据精度将矩阵中的元素写入到文件中。其调用格式为：COUNTfwrite（fid，A，precision）说明：其中COUNT返回所写的数据元素个数（可缺省），fid为文件句柄，A用来存放写入文件的数据，precision代表数据精度，常用的数据精度有：char、uchar、int、long、float、double等。缺省数据精度为uchar，即无符号字符格式。2读二进制文件 fread函数可以读取二进制文件的数据，并将数据存入矩阵。其调用格式为：A，COUNT=fread(fid，size，precision)说明：其中A是用于存放读取数据的矩阵、COUNT是返回所读取的数据元素个数、fid为文件句柄、size为可选项，若不选用则读取整个文件内容；若选用size，则可以是下列值：N（读取N个元素到一个列向量）、inf（读取整个文件）、M，N（读M行N列的数据到MN的矩阵中，数据按列存放）。precision用于控制所写数据的精度，其形式与fwrite函数相同。第1章 认识MATLAB【例例】将一个二进制矩阵存入磁盘文件将一个二进制矩阵存入磁盘文件nA=1 2 3 4 5 6 7 8 9;nfid=fopen(d:test.bin,wb)%以二进制数据写入方式打开文件nfid=n 3%其值大于0，表示打开成功nfwrite(fid,A,double)nans=n 9%表示写入了9个数据nfclose(fid)nans=n 0%表示关闭成功第1章 认识MATLAB【例例】将上例数据文件中的前将上例数据文件中的前5个数据读入到矩阵个数据读入到矩阵B中中nfid=fopen(d:test.bin,rb)%以读入方式打开文件nfid=n 3%其值大于0，表示打开成功nB=fread(fid,5,double)%读入前5个数据nB=n 1n 2n 3n 4n 5nfclose(fid)nans=n 0%表示关闭成功第1章 认识MATLAB三、文本文件的读写操作 1读文本文件 fscanf函数可以读取文本文件的内容，并按指定格式存入矩阵。其调用格式为：A，COUNT=fscanf(fid，format，size)说明：其中A用来存放读取的数据，COUNT返回所读取的数据元素个数，fid为文件句柄，format用来控制读取的数据格式，由%加上格式符组成，常见的格式符有：d（整型）、f（浮点型）、s（字符串型）、c（字符型）等，在%与格式符之间还可以插入附加格式说明符，如数据宽度说明等。size为可选项，与fread函数相同。2写文本文件 fprintf函数可以将数据按指定格式写入到文本文件中。其调用格式为：fprintf（fid，format，A）说明：fid为文件句柄，指定要写入数据的文件，format是用来控制所写数据格式的格式符，与fscanf函数相同，A是用来存放数据的矩阵。第1章 认识MATLAB【例例】创建一个字符矩阵并存入磁盘，再读出赋值给另一个矩阵。创建一个字符矩阵并存入磁盘，再读出赋值给另一个矩阵。nA=string;nfid=fopen(d:char1.txt,wt)nfprintf(fid,%s,A);nfclose(fid);nfid1=fopen(d:char1.txt,rt)nB=fscanf(fid1,%s)nB=n string第1章 认识MATLAB四、图像文件的读写操作 1读图像文件 imread函数用于从文件中读入图像，图像可以是bmp、hdf、jpg或jpeg、pcx、tif或tiff等。其函数格式如下：（1）A=imread（文件名，图像文件格式）说明：A为无符号8位整数（uint8）矩阵。如果读入文件为灰度图像，则A为二维矩阵；如果读入图像为真彩色RGB图像，则A为三维矩阵。（2）A，map=imread（文件名，图像文件格式）说明：map为双精度浮点数（double），其值在01之间。表示图像的颜色值。2写图像文件 imwrite函数用于将图像写入文件，图像格式同imread函数。格式如下：（1）imwrite（A，文件名，图像文件格式）说明：与imread函数相同。（2）imwrite（A，map，文件名，图像文件格式）说明：map表示图像颜色格式，其他与imread函数相同。第1章 认识MATLAB上机内容：上机内容：1、启动和退出、启动和退出MATLAB。在命令窗口认识。在命令窗口认识help、demo命令，并查命令，并查找找cell、floor、fix、round、rem、sign等函数的用法。等函数的用法。2、已知矩阵、已知矩阵 求求 2A+B、A2-3B、A*B、B*A、A.*B、A/B、AB、A./B、A.B3、利用函数产生、利用函数产生3X4阶单位矩阵和全部元素都是阶单位矩阵和全部元素都是4.5的的4X4阶常数矩阶常数矩阵阵4、利用函数产生、利用函数产生5X5阶随机分布的矩阵和阶随机分布的矩阵和5X5阶正态分布的随机矩阶正态分布的随机矩阵阵5、练习文件读写操作、练习文件读写操作