第2章矩阵及其运算1优秀PPT.ppt
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1、第2章矩阵及其运算1现在学习的是第1页,共39页2.1变量和数据操作变量和数据操作2.1.1变量与赋值变量与赋值1变量命名变量命名1.MATLAB1.MATLAB对变量名的大小写是敏感的。对变量名的大小写是敏感的。2.2.变量的第一个字符必须为英文字母,而且变量的第一个字符必须为英文字母,而且不能超过不能超过6363个字符。个字符。3.变量名可以包含下划线、数字,但不能变量名可以包含下划线、数字,但不能为空格符、标点。为空格符、标点。现在学习的是第2页,共39页2赋值语句赋值语句(1)变量变量=表达式表达式(2)表达式表达式其中表达式是用运算符将有关运算量连接起其中表达式是用运算符将有关运算量
2、连接起来的式子,其结果是一个矩阵。且将表达式来的式子,其结果是一个矩阵。且将表达式的值赋给的值赋给MATLAB的预定义变量的预定义变量ans.例例(10*19+2/4-34)/2*3ans=234.7500现在学习的是第3页,共39页例例2-1计算表达式的值,并显示计算结果。计算表达式的值,并显示计算结果。在在MATLAB命令窗口输入命令:命令窗口输入命令:(1)x=(5+cos(47*pi/180)/(1+sqrt(7)-2*i)(2)x=1+2i;y=3-sqrt(17);z=(cos(abs(x+y)-sin(78*pi/180)/(x+abs(y)其中其中pi和和i都是都是MATLAB
3、预先定义的变量,分别代表代表圆预先定义的变量,分别代表代表圆周率周率和虚数单位。和虚数单位。输出结果分别是:输出结果分别是:x=z=1.1980+0.6572i-0.3488+0.3286i现在学习的是第4页,共39页2.1.2预定义变量预定义变量在在MATLAB工作空间中,还驻留几个由系统本身定义的工作空间中,还驻留几个由系统本身定义的变量。例如,用变量。例如,用pi表示圆周率表示圆周率的近似值,用的近似值,用i,j表示虚数单表示虚数单位。位。预定义变量有特定的含义,在使用时,应尽量避免对预定义变量有特定的含义,在使用时,应尽量避免对这些变量重新赋值。这些变量重新赋值。ansans预设的计算
4、结果的变量名预设的计算结果的变量名epsepsMATLABMATLAB定义的正的极小值定义的正的极小值=2.2204e-162.2204e-16pipi内建的内建的值值infinf值,无限大值,无限大 (1/0)(1/0)NaNNaN无法定义一个数目无法定义一个数目 (0/0)(0/0)i i 或或 j j 虚数单位虚数单位i=j=(-1)(1/2)i=j=(-1)(1/2)现在学习的是第5页,共39页2.1.3内存变量的管理内存变量的管理1内存变量的删除与修改内存变量的删除与修改MATLAB工作空间窗口专门用于内存工作空间窗口专门用于内存变量的管理。在工作空间窗口中可以显示所变量的管理。在工
5、作空间窗口中可以显示所有内存变量的属性。当选中某些变量后,再有内存变量的属性。当选中某些变量后,再单击单击Delete按钮,就能删除这些变量。当按钮,就能删除这些变量。当选中某些变量后,再单击选中某些变量后,再单击Open按钮,将按钮,将进入变量编辑器。通过变量编辑器可以直进入变量编辑器。通过变量编辑器可以直接观察变量中的具体元素,也可修改变量接观察变量中的具体元素,也可修改变量中的具体元素。中的具体元素。现在学习的是第6页,共39页clear命令用于删除命令用于删除MATLAB工作空间中工作空间中的变量。的变量。who和和whos这两个命令用于显这两个命令用于显示在示在MATLAB工作空间中
6、已经驻留的工作空间中已经驻留的变量名清单。变量名清单。who命令只显示出驻留变命令只显示出驻留变量的名称,量的名称,whos在给出变量名的同时,在给出变量名的同时,还给出它们的大小、所占字节数及数据类还给出它们的大小、所占字节数及数据类型等信息。型等信息。现在学习的是第7页,共39页2内存变量文件内存变量文件利用利用MAT文件可以把当前文件可以把当前MATLAB工作空间中的一些有工作空间中的一些有用变量长久地保留下来,扩展名用变量长久地保留下来,扩展名是是.mat。MAT文件的生成和装入文件的生成和装入由由save和和load命令来完成。命令来完成。现在学习的是第8页,共39页MATLAB提供
7、了许多数学函数,函数的自变量规定提供了许多数学函数,函数的自变量规定为矩阵变量,运算法则是将函数逐项作用于矩阵的元为矩阵变量,运算法则是将函数逐项作用于矩阵的元素上,因而运算的结果是一个与自变量同维数的矩阵。素上,因而运算的结果是一个与自变量同维数的矩阵。函数使用说明:函数使用说明:(1)三角函数以弧度为单位计算。三角函数以弧度为单位计算。(2)abs函数可以求实数的绝对值、复数的模、字符串的函数可以求实数的绝对值、复数的模、字符串的ASCII码值。码值。(3)用于取整的函数有用于取整的函数有fix、floor、ceil、round,要注,要注意它们的区别。意它们的区别。(4)rem与与mod
8、函数的区别。函数的区别。rem(x,y)和和mod(x,y)要求要求x,y必须为相同大小的实矩阵或为标量。必须为相同大小的实矩阵或为标量。MATLAB常用数学函数常用数学函数2.1.4MATLAB常用常用数学数学函函数数现在学习的是第9页,共39页2.1.5数据的输出格式数据的输出格式MATLAB用十进制数表示一个常数,具体可采用十进制数表示一个常数,具体可采用日常记数法和科学记数法两种表示方法。用日常记数法和科学记数法两种表示方法。在一般情况下,在一般情况下,MATLAB内部每一个数据元内部每一个数据元素都是用双精度数来表示和存储的。数据输出素都是用双精度数来表示和存储的。数据输出时用户可以
9、用时用户可以用format命令设置或改变数据输出格命令设置或改变数据输出格式。式。format命令的格式为:命令的格式为:format格式符格式符其中格式符决定数据的输出格式其中格式符决定数据的输出格式定义数据的任意精度函数:定义数据的任意精度函数:Vpa(值,位数值,位数)现在学习的是第10页,共39页2.2MATLAB矩阵矩阵2.2.1矩阵的建立矩阵的建立1直接输入法直接输入法最简单的建立矩阵的方法是从键盘直接输入矩阵最简单的建立矩阵的方法是从键盘直接输入矩阵的元素。具体方法如下:将矩阵的元素用方括号括起的元素。具体方法如下:将矩阵的元素用方括号括起来,按矩阵行的顺序输入各元素,同一行的各
10、元素之来,按矩阵行的顺序输入各元素,同一行的各元素之间用空格或逗号分隔,不同行的元素之间用分号分隔。间用空格或逗号分隔,不同行的元素之间用分号分隔。2利用利用M文件建立矩文件建立矩阵阵对对于比于比较较大且比大且比较复杂较复杂的矩的矩阵阵,可以,可以为它专门为它专门建建立一立一个个M文件。下面通文件。下面通过过一一个简单个简单例子例子来说来说明如何利用明如何利用M文件文件创创建矩建矩阵阵。现在学习的是第11页,共39页例例2-2利用利用M文件建立文件建立MYMAT矩阵。矩阵。(1)启动有关编辑程序或启动有关编辑程序或MATLAB文本编辑器,文本编辑器,并输入待建矩阵:并输入待建矩阵:(2)把输入
11、的内容以纯文本方式存盘把输入的内容以纯文本方式存盘(设文件名设文件名为为mymatrix.m)。(3)在在MATLAB命令窗口中输入命令窗口中输入mymatrix,即运,即运行该行该M文件,就会自动建立一个名为文件,就会自动建立一个名为MYMAT的矩阵,可供以后使用。的矩阵,可供以后使用。(4)另外用函数另外用函数reshape(A,m,n)建矩阵建矩阵X=1:2:40reshape(X,4,5)reshape(X,2,10)现在学习的是第12页,共39页3利用冒号表达式建立一个向量利用冒号表达式建立一个向量冒号表达式可以产生一个行向量,一般格式是:冒号表达式可以产生一个行向量,一般格式是:e
12、1:e2:e3其中其中e1为初始值,为初始值,e2为步长,为步长,e3为终止值。为终止值。在在MATLAB中,还可以用中,还可以用linspace函数产生行向量。其调用函数产生行向量。其调用格式为:格式为:linspace(a,b,n)其中其中a和和b是生成向量的第一个和最后一个元素,是生成向量的第一个和最后一个元素,n是元素总数。是元素总数。显然显然:linspace(a,b,n)与与a:(b-a)/(n-1):b等价。等价。4建立大矩阵建立大矩阵大矩阵可由方括号中的小矩阵或向量建立起来。大矩阵可由方括号中的小矩阵或向量建立起来。A=123;456;789;B=9,8,7,;6,5,4;3,
13、2,1;D=A;B;D=A,B;现在学习的是第13页,共39页2.2.2矩阵的拆分矩阵的拆分1矩阵元素矩阵元素通过下标引用矩阵的元素,例如通过下标引用矩阵的元素,例如A(3,2)=200采用矩阵元素的序号来引用矩阵元素。矩阵元素的序号就是采用矩阵元素的序号来引用矩阵元素。矩阵元素的序号就是相应元素在内存中的排列顺序。在相应元素在内存中的排列顺序。在MATLAB中,矩阵元素中,矩阵元素按列存储,先第一列,再第二列,依次类推。例如按列存储,先第一列,再第二列,依次类推。例如A=1,2,3;4,5,6;A(3)ans=2显然,序号显然,序号(Index)与下标与下标(Subscript)是一一对应的
14、,以是一一对应的,以mn矩矩阵阵A为例,矩阵元素为例,矩阵元素A(i,j)的序号为的序号为(j-1)*m+i。其相互转换关系。其相互转换关系也可利用也可利用sub2ind和和ind2sub函数求得。函数求得。现在学习的是第14页,共39页2矩阵拆分矩阵拆分(1)利用冒号表达式获得子矩阵利用冒号表达式获得子矩阵A(:,j)表示取表示取A矩阵的第矩阵的第j列全部元素;列全部元素;A(i,:)表示表示A矩阵第矩阵第i行的全部元素;行的全部元素;A(i,j)表示取表示取A矩阵第矩阵第i行、第行、第j列列的元素。的元素。A(i:i+m,:)表示取表示取A矩阵第矩阵第ii+m行的全部元素;行的全部元素;A
15、(:,k:k+m)表示取表示取A矩阵第矩阵第kk+m列的全部元素,列的全部元素,A(i:i+m,k:k+m)表示取表示取A矩阵第矩阵第ii+m行内,并在第行内,并在第kk+m列中的所有元素。列中的所有元素。此外,还可利用一般向量和此外,还可利用一般向量和end运算符来表示矩阵下运算符来表示矩阵下标,从而获得子矩阵。标,从而获得子矩阵。end表示某一维的末尾元素下表示某一维的末尾元素下标。标。现在学习的是第15页,共39页(2)利用空矩阵删除矩阵的元素利用空矩阵删除矩阵的元素在在MATLAB中,定义中,定义为空矩阵。为空矩阵。给变量给变量X赋空矩阵的语句为赋空矩阵的语句为X=。注意,注意,X=与
16、与clearX不同,不同,clear是是将将X从工作空间中删除,而空矩阵则从工作空间中删除,而空矩阵则存在于工作空间中,只是维数为存在于工作空间中,只是维数为0。现在学习的是第16页,共39页2.2.3特殊矩阵特殊矩阵1通用的特殊矩阵通用的特殊矩阵常用的产生通用特殊矩阵的函数有:常用的产生通用特殊矩阵的函数有:zeros:产生全:产生全0矩阵矩阵(零矩阵零矩阵)。ones:产生全:产生全1矩阵矩阵(幺矩阵幺矩阵)。eye:产生单位矩阵。:产生单位矩阵。rand:产生:产生01间均匀分布的随机矩阵。间均匀分布的随机矩阵。randn:产生均值为:产生均值为0,方差为,方差为1的标准正态的标准正态分
17、布随机矩阵。分布随机矩阵。现在学习的是第17页,共39页例例2-3分别建立分别建立33、32和与矩阵和与矩阵A同样大小的零矩阵。同样大小的零矩阵。(1)建立一个建立一个33零矩阵。零矩阵。zeros(3)(2)建立一个建立一个32零矩阵。零矩阵。zeros(3,2)(3)设设A为为23矩阵,则可以用矩阵,则可以用zeros(size(A)建立一建立一个与矩阵个与矩阵A同样大小零矩阵。同样大小零矩阵。A=123;456;%产生一个产生一个23阶矩阵阶矩阵Azeros(size(A)%产生一个与矩阵产生一个与矩阵A同样大小的同样大小的零矩阵零矩阵现在学习的是第18页,共39页2用于专门学科的特殊矩
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