Matlab編程及系統(tǒng)仿真調(diào)好.ppt

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1、1,Matlab編程及系統(tǒng)仿真,華中科技大學(xué)文華學(xué)院 控制系 余愿 信息學(xué)部 B313,2,上課認(rèn)真聽(tīng)講 課后認(rèn)真復(fù)習(xí)、加以實(shí)踐 獨(dú)立完成不定期課堂練習(xí)，不抄襲 上機(jī)是學(xué)習(xí)本課程的重要環(huán)節(jié)，珍惜上機(jī)的時(shí)間,學(xué)時(shí)安排：32（講課）/8（實(shí)驗(yàn)） 成績(jī) = 平時(shí)成績(jī) + 考試成績(jī) 30% 70%,3,MATLAB語(yǔ)言 控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真 Simulink動(dòng)態(tài)仿真集成環(huán)境 基于MATLAB的控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì),本書(shū)內(nèi)容：,4,第一章 緒論,,,1.1系統(tǒng)建模與仿真,,1.2 Matlab相關(guān)知識(shí)簡(jiǎn)介,5,1.1系統(tǒng)建模與仿真,,1.1.1 系統(tǒng)、模型、仿真的基本概念 1.1.2 仿真軟件的發(fā)展?fàn)?/p>

2、況及應(yīng)用,6,1.1.1系統(tǒng)、模型、仿真的基本概念,系統(tǒng)：系統(tǒng)是客觀世界中實(shí)體與實(shí)體之間相互作用、相互依賴所構(gòu)成的具有某種特定功能的有機(jī)體。 特點(diǎn)：系統(tǒng)作為一個(gè)整體存在，各個(gè)部分、元素之間相互聯(lián)系、不可分割。,7,模型：系統(tǒng)模型是對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的一種抽象，是對(duì)系統(tǒng)本質(zhì)（或是系統(tǒng)的某種特性）的一種描述。模型可視為對(duì)真實(shí)世界中的物體或過(guò)程的信息進(jìn)行形式化的結(jié)果。 特點(diǎn)：模型具有與系統(tǒng)相似的特性，可以以各種形式給出我們感興趣的信息。 實(shí)體模型：與實(shí)物按一定比例制作的物理模型，如船模 數(shù)學(xué)模型： 原始系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型：對(duì)系統(tǒng)的原始數(shù)學(xué)描述，如加速度、 概率密度函數(shù)等。 仿真系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型：適合在計(jì)算機(jī)上演算

3、的數(shù)學(xué)模型。主要是根據(jù)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算特點(diǎn)、仿真方式、計(jì)算方法、精度要求將原始數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)程序。,1.1.1系統(tǒng)、模型、仿真的基本概念,8,1.1.1系統(tǒng)、模型、仿真的基本概念,仿真：以相似性原理、控制論、信息技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域的有關(guān)知識(shí)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和各種專用物理設(shè)備為工具，借助系統(tǒng)模型對(duì)真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究的一門(mén)綜合性技術(shù)。,9,仿真的作用： 仿真技術(shù)具有很高的科學(xué)研究?jī)r(jià)值和巨大的經(jīng)濟(jì)利益。由于仿真技術(shù)的特殊功效，特別是安全性和經(jīng)濟(jì)性，使得仿真技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。首先由于仿真技術(shù)在應(yīng)用上的安全性，使得航空、航天、核電站等成為方技術(shù)最早的和最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。,1.1.1系統(tǒng)、模型、仿真的

4、基本概念,10,1.1.2 仿真軟件的發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用,仿真軟件： 仿真軟件是一類面向仿真用途的專業(yè)軟件，它可能是面向通用的仿真，也可以是面向某個(gè)領(lǐng)域的仿真。功能如下： （1）為仿真提供算法支持。 （2）模型描述，用來(lái)建立計(jì)算機(jī)仿真模型。 （3）仿真實(shí)驗(yàn)的執(zhí)行和控制。 （4）仿真數(shù)據(jù)的顯示、記錄和分析。 （5）對(duì)模型、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、文檔資料和其他仿真信息的存儲(chǔ)、檢索和管理（即用于仿真數(shù)據(jù)信息管理的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)）。,11,1.1.2 仿真軟件的發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用,根據(jù)軟件功能，仿真軟件可分為以下三個(gè)層次： （1）仿真程序庫(kù)：有一組完成特定功能的程序組成的集合，專門(mén)面向某一問(wèn)題或某一領(lǐng)域。它可能是用通用的語(yǔ)

5、言（C++、FORTRAN等）開(kāi)發(fā)的程序軟件包，也可能是依附于某種集成仿真環(huán)境的函數(shù)庫(kù)或模塊庫(kù)。 （2）仿真語(yǔ)言：多屬于面向?qū)ｉT(mén)問(wèn)題的高級(jí)語(yǔ)言，它是針對(duì)仿真問(wèn)題，在高級(jí)語(yǔ)言的基礎(chǔ)上研制的。 （3）集成仿真環(huán)境：它是一組用于仿真的軟件工具的集合，包括設(shè)計(jì)、分析、編制系統(tǒng)模型、編寫(xiě)仿真程序、創(chuàng)建仿真模型，運(yùn)行、控制、觀察仿真實(shí)驗(yàn)，記錄仿真數(shù)據(jù)，分析仿真結(jié)果，校驗(yàn)仿真模型等。,12,1.1.2 仿真軟件的發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用,計(jì)算機(jī)仿真的一般過(guò)程： 第一步：根據(jù)仿真目的確定仿真方案 根據(jù)仿真目的確定相應(yīng)的仿真結(jié)構(gòu)和方法，規(guī)定仿真的邊界條件與約束條件。 第二步：建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 根據(jù)系統(tǒng)的先驗(yàn)知識(shí)、實(shí)

6、驗(yàn)數(shù)據(jù)及機(jī)理研究，按照物理原理或者采用系統(tǒng)辨識(shí)的方法，確定模型的類型、結(jié)構(gòu)及參數(shù)。要確保模型的準(zhǔn)確性和經(jīng)濟(jì)性。,13,第三步：建立仿真模型 根據(jù)數(shù)學(xué)模型的形式、計(jì)算機(jī)類型、采用的高級(jí)語(yǔ)言或其它仿真工具，將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換為能在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的程序或其它類型，獲得系統(tǒng)的仿真模型。 第四步：實(shí)驗(yàn) 設(shè)定實(shí)驗(yàn)環(huán)境、條件和記錄數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并記錄數(shù)據(jù)。 第五步：進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)并輸出仿真結(jié)果 通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)仿真系統(tǒng)模型及程序進(jìn)行校驗(yàn)和修改，然后按系統(tǒng)仿真的要求輸出仿真結(jié)果。,1.1.2 仿真軟件的發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用,14,15,計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展階段：1.硬件發(fā)展,1.1.2 仿真軟件的發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用,模擬計(jì)算機(jī)

7、 - 數(shù)字計(jì)算機(jī) - 使用基于數(shù)字計(jì)算機(jī)的仿真軟件,說(shuō)明：模擬計(jì)算機(jī)即模擬電子計(jì)算機(jī)，其各個(gè)主要部件的輸入量及輸出量都是連續(xù)變化著的電壓、電流等物理量。模擬計(jì)算機(jī)由若干種作用及數(shù)量不同的積分器、加法器、乘法器、函數(shù)發(fā)生器等部件組成、按照待研究問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型把一個(gè)部件的輸出端與另一個(gè)或幾個(gè)部件的輸入端連接起來(lái)，用整個(gè)計(jì)算機(jī)的輸出量與輸入量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模擬所研究問(wèn)題的客觀過(guò)程。,1.硬件發(fā)展,16,2.軟件發(fā)展,1.1.2 仿真軟件的發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用,軟件包（software package） 類似windows或MATLAB工具箱中的文件夾。包括一個(gè)或一個(gè)系列具有一定功能的程序。軟件包由一個(gè)基

8、本配置和若干可選部件構(gòu)成。,早期的數(shù)學(xué)軟件包：針對(duì)數(shù)值計(jì)算 連續(xù)系統(tǒng)仿真語(yǔ)言CSSL（Continuous System Simulation Langusge） 連續(xù)系統(tǒng)建模語(yǔ)言CSMP（ Continuous System Modeling Program） 微分分析器置換語(yǔ)言DARE（Differential Analyzer Replacement）,17,1.1.2 仿真軟件的發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用,ACSL仿真語(yǔ)言 需模型文件 提供命令進(jìn)行仿真、分析 直接調(diào)用FORTRAN 提供系統(tǒng)模塊,MATLAB/SIMULINK 免費(fèi)高功能仿真軟件,,18,1.2 Matlab相關(guān)知識(shí)

9、簡(jiǎn)介,,1.2.1 Matlab的發(fā)展歷程 1.2.2 Matlab語(yǔ)言的特色 1.2.3 Matlab的安裝 1.2.4 Matlab基礎(chǔ)操作,19,Cleve Moler和John Litter等人成立了一個(gè)名叫The MathWorks的公司，于1984年推出了第一個(gè)MATLAB的商業(yè)版，該版本已經(jīng)用C語(yǔ)言作出了修改。,1.2.1 MATLAB的發(fā)展歷程,1980年，美國(guó)新墨西哥州大學(xué)計(jì)算機(jī)主任Cleve Moler在講授線性代數(shù)課程時(shí)，發(fā)現(xiàn)了用其他高級(jí)編程語(yǔ)言編程極為不便，便構(gòu)思開(kāi)發(fā)了MATLAB（即Matrix Laboratory ，意為“矩陣實(shí)驗(yàn)室”），用Fortran語(yǔ)言編寫(xiě)了

10、集命令翻譯、科學(xué)計(jì)算于一身的一套交互式軟件系統(tǒng)。,早期只能做矩陣運(yùn)算，內(nèi)部數(shù)十個(gè)函數(shù)，簡(jiǎn)單的繪圖功能。其后又增添了豐富多彩的圖形圖像處理、多媒體功能、符號(hào)運(yùn)算和它與其他流行軟件的接口功能，使得 Matlab 的功能越來(lái)越強(qiáng)大。,20,Matlab的發(fā)展 1984年，Matlab 1.0版 (DOS版，182K，20來(lái)個(gè)函數(shù)) 1992年，Matlab 4.0版（93年推出Windows版本） 1994年，Matlab 4.2， 1999年，Matlab 5.3 2000年，Matlab 6.0， 2002年，Matlab 6.5 2004年，Matlab 7.0， 2006年，M

11、atlab2006a 2007年，Matlab2007a、b 2008年，Matlab2008a、b 最新版Matlab2011b(7.12),目前，Matlab 已經(jīng)成為國(guó)際上最流行的科學(xué)與工程計(jì)算的軟件工具，它已經(jīng)不僅僅是一個(gè)“矩陣實(shí)驗(yàn)室”了，而成為了一種具有廣泛應(yīng)用前景的全新的計(jì)算機(jī)高級(jí)編程語(yǔ)言了,有人稱它為“第四代”計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。 就影響而言，至今仍然沒(méi)有一個(gè)別的計(jì)算軟件可與 Matlab 匹敵。,21,Matlab是一種廣泛應(yīng)用于工程計(jì)算及數(shù)值分析領(lǐng)域的新型高級(jí)語(yǔ)言，自1984年由美國(guó) MathWorks 公司推向市場(chǎng)以來(lái)，歷經(jīng)二十多年的發(fā)展與競(jìng)爭(zhēng)，現(xiàn)已成為國(guó)際公

12、認(rèn)的最優(yōu)秀的工程應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境。Matlab功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)單易學(xué)、編程效率高，深受廣大科技工作者的歡迎。,在歐美各高等院校，Matlab已經(jīng)成為線性代數(shù)、自動(dòng)控制理論、數(shù)字信號(hào)處理、時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真、圖像處理等課程的基本教學(xué)工具，成為本科生、碩士生以及博士生必須掌握的基本技能。,22,數(shù)值計(jì)算功能,Matlab是一個(gè)交互式軟件系統(tǒng) 給出一條命令，立即就可以得出該命令的結(jié)果,Matlab以矩陣作為基本單位，但無(wú)需預(yù)先指定維數(shù)（動(dòng)態(tài)定維） 按照IEEE的數(shù)值計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算 提供十分豐富的數(shù)值計(jì)算函數(shù)，方便計(jì)算，提高效率 Matlab命令與數(shù)學(xué)中的符號(hào)、公式非常接近，可讀性強(qiáng)，容易掌握,符

13、號(hào)運(yùn)算功能,和著名的 Maple 相結(jié)合，使得 Matlab 具有強(qiáng)大的符號(hào)計(jì)算功能,繪圖功能,Matlab 提供了豐富的繪圖命令，能實(shí)現(xiàn)一系列的可視化操作,1.2.2 Matlab的語(yǔ)言特色,23,24,1.2.3 Matlab的安裝,硬件要求 x86: 軟件要求 Windows: Linux: Adobe acrobat reader,25,學(xué)習(xí)途徑,參考書(shū)目： 基于MATLAB、Simulik的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用 薛定宇 學(xué)習(xí)網(wǎng)站： 1.Matlab官方網(wǎng)站： 2.Matlab中國(guó)： 3.MATLAB中文愛(ài)好者論壇： 4.Matlab中文論壇：,26,命令窗口,當(dāng)前工作目錄,當(dāng)

14、前工作空間,輸入命令的歷史記錄,命令 提示符,27,1.2.4 Matlab基礎(chǔ)操作,一、MATLAB語(yǔ)言的顯著特點(diǎn) 1、具有強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力：Matrix Laboratory（矩陣實(shí)驗(yàn)室），使得矩陣運(yùn)算非常簡(jiǎn)單。 2、是一種演算式語(yǔ)言 MATLAB的基本數(shù)據(jù)單元是既不需要指定維數(shù)，也不 需要說(shuō)明數(shù)據(jù)類型的矩陣(向量和標(biāo)量為矩陣的特例), 而且數(shù)學(xué)表達(dá)式和運(yùn)算規(guī)則與通常的習(xí)慣相同。 因此MATLAB語(yǔ)言編程簡(jiǎn)單，使用方便。 例 exp2_1.m,28,二、MATLAB命令窗口 1、啟動(dòng)MATLAB命令窗口 計(jì)算機(jī)安裝好MATLAB之后，雙擊MATLAB圖標(biāo)，就可以進(jìn)入命令窗口，此時(shí)意味著

15、系統(tǒng)處于準(zhǔn)備接受命令的狀態(tài)，可以在命令窗口中直接輸入命令語(yǔ)句。 MATLAB語(yǔ)句形式 變量表達(dá)式； 通過(guò)等于符號(hào)將表達(dá)式的值賦予變量。當(dāng)鍵入回車鍵時(shí)，該語(yǔ)句被執(zhí)行。語(yǔ)句執(zhí)行之后，窗口自動(dòng)顯示出語(yǔ)句執(zhí)行的結(jié)果。如果希望結(jié)果不被顯示，則只要在語(yǔ)句之后加上一個(gè)分號(hào)（；）即可。此時(shí)盡管結(jié)果沒(méi)有顯示，但它依然被賦值并在MATLAB工作空間中分配了內(nèi)存。,29,2、命令行編輯器 （1）方向鍵和控制鍵可以編輯修改已輸入的命令 ：回調(diào)上一行命令 ：回調(diào)下一行命令 （2）多行命令（） 如果命令語(yǔ)句超過(guò)一行或者太長(zhǎng)希望分行輸入，則可以使用多行命令繼續(xù)輸入。 S=1-12+13+4+ 9-4-18;,,,

16、30,三、簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算（例exp2_2.m） 1、常用的數(shù)學(xué)運(yùn)算符 ，，*（乘），/（右除），（左除），（冪） 在運(yùn)算式中，MATLAB通常不需要考慮空格；多條命令可以放在一行中，它們之間需要用分號(hào)隔開(kāi)；逗號(hào)告訴MATLAB顯示結(jié)果，而分號(hào)則禁止結(jié)果顯示。 2、常用數(shù)學(xué)函數(shù) abs,sin,cos,tan,asin,acos,atan,sqrt,exp, imag,real,sign,log,log10,conj等 教材P16見(jiàn)表1-3,31,四、MATLAB的工作空間 1、MATLAB的工作空間包含了一組可以在命令窗口中調(diào)整（調(diào)用）的參數(shù) who：顯示當(dāng)前工作空間中所有變量的一個(gè)簡(jiǎn)單列表

17、例如：who 得到結(jié)果： your variable are: a ans b c d whos：則列出變量的大小、數(shù)據(jù)格式等詳細(xì)信息 clc：清屏，清除命令窗口中的內(nèi)容，不能刪除變量,32,clear ：清除工作空間中所有的變量 clear 變量名：清除指定的變量,2、退出工作空間 quit 或 exit,33,五、文件管理 文件管理的命令，包括列文件名、顯示或刪除文件、顯示或改變當(dāng)前目錄等。（what、dir、type、delete、cd、which） what：顯示當(dāng)前目錄下所有與matlab相關(guān)的文件及它們的路徑。 dir：顯示當(dāng)前目錄下所有的文件 which：顯示某個(gè)文件的路

18、徑 cd path：由當(dāng)前目錄進(jìn)入path目錄 cd .. ：返回上一級(jí)目錄 cd：顯示當(dāng)前目錄 type filename：在命令窗口中顯示文件filename delete filename：刪除文件filename,34,六、使用幫助 1、help命令，在命令窗口中顯示 MATLAB的所有函數(shù)都是以邏輯群組方式進(jìn)行組織的，而MATLAB的目錄結(jié)構(gòu)就是以這些群組方式來(lái)編排的。 help matfun ：矩陣函數(shù)數(shù)值線性代數(shù) help general：通用命令 help graphics：通用圖形函數(shù) help elfun：基本的數(shù)學(xué)函數(shù) help elmat：基本矩陣和矩陣操作 help

19、datafun：數(shù)據(jù)分析和傅立葉變換函數(shù) help ops：操作符和特殊字符,35,help polyfun：多項(xiàng)式和內(nèi)插函數(shù) help lang：語(yǔ)言結(jié)構(gòu)和調(diào)試 help strfun：字符串函數(shù) help control：控制系統(tǒng)工具箱函數(shù) 2、helpwin：幫助窗口 3、helpdesk：幫助桌面，瀏覽器模式 4、lookfor命令：返回包含指定關(guān)鍵詞的那些項(xiàng) 5、demo：打開(kāi)示例窗口,36,第二章 Matlab基礎(chǔ),37,2.1 數(shù)值計(jì)算 2.2 符號(hào)運(yùn)算 2.3 繪圖功能 2.4 程序設(shè)計(jì),38,2.1 數(shù)值計(jì)算,2.1.1 數(shù)值類型 變量命名 數(shù)據(jù)顯示 復(fù)數(shù)和復(fù)數(shù)矩陣 2.1.

20、2 矩陣運(yùn)算 創(chuàng)建矩陣 矩陣操作 矩陣運(yùn)算 向量運(yùn)算 多項(xiàng)式處理 2.1.3 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì) 2.1.4 函數(shù)方程 2.1.5 MATLAB解方程,39,變量命名 （1）基本的命名規(guī)則： 變量名必須是不包含有空格的單個(gè)詞； 變量名最多不超過(guò)19個(gè)字符，第19個(gè)字符之后的字符將被忽略； 變量名必須以字母打頭，之后可以是任意字符、數(shù)字或下劃線; 變量名區(qū)分大小寫(xiě)。 M-book1 1_a M inute,2.1.1 數(shù)值類型,40,（2）變量操作 在命令窗口中，同時(shí)存儲(chǔ)著輸入的命令和創(chuàng)建的所有變量值，它們可以在任何需要的時(shí)候被調(diào)用。如要察看變量a的值，只需要在命令窗口中輸入變量的名稱即可：

21、 a （3）特殊變量,2.1.1 數(shù)值類型,41,Matlab中的特殊變量,42,MATLAB命令語(yǔ)句能即時(shí)執(zhí)行，它不是輸入完全部MATLAB命令語(yǔ)句經(jīng)過(guò)編譯、連接形成可執(zhí)行文件后才開(kāi)始執(zhí)行，而是每輸入完一條命令，MATLAB就立即對(duì)其處理，并得出中間結(jié)果，完成了MATLAB所有命令語(yǔ)句的輸入,也就完成了它的執(zhí)行，直接便可得到最終結(jié)果。例如 a=5; b=6; c=a*b,,結(jié)果顯示 c= 30,43,MATLAB語(yǔ)句的間隔符：分號(hào) 間隔符的作用：當(dāng)有多個(gè)命令輸入時(shí)，不立即顯示運(yùn)行的中間結(jié)果 MATLAB語(yǔ)句的結(jié)束符：逗號(hào)或回車 結(jié)束符的作用：立即顯示本條命令的結(jié)果,44,任何MA

22、TLAB的語(yǔ)句的執(zhí)行結(jié)果都可以在屏幕上顯示，同時(shí)賦值給指定的變量，沒(méi)有指定變量時(shí)，賦值給一個(gè)特殊的變量ans，數(shù)據(jù)的顯示格式由format命令控制。 format只是影響結(jié)果的顯示，不影響其計(jì)算與存儲(chǔ)；MATLAB總是以雙字長(zhǎng)浮點(diǎn)數(shù)（雙精度）來(lái)執(zhí)行所有的運(yùn)算。 format命令調(diào)用格式： format 控制參數(shù),數(shù)值顯示格式,45,format命令的控制參數(shù),46,復(fù)數(shù)和復(fù)數(shù)矩陣,MATLAB的矩陣元素可以是復(fù)數(shù)或復(fù)數(shù)表達(dá)式，在matlab 中，用i或j字元來(lái)表示虛部。 x=1-2*i 注意是2*i而不是2i real(x) 列出實(shí)部 imag(x) 列出虛部 conj(x)

23、 計(jì)算共軛復(fù)數(shù) abs(x) 計(jì)算復(fù)數(shù)大小 angle(x) 計(jì)算復(fù)數(shù)向量的夾角（弧度表示） y=exp(x) 以指數(shù)方式表示一個(gè)復(fù)數(shù),47,2.1.2 矩陣運(yùn)算,創(chuàng)建矩陣 1直接輸入法 最簡(jiǎn)單的建立矩陣的方法是從鍵盤(pán)直接輸入矩陣的元素。具體方法如下：將矩陣的元素用方括號(hào)括起來(lái)，按矩陣行的順序輸入各元素，同一行的各元素之間用空格或逗號(hào)分隔，不同行的元素之間用分號(hào)分隔。 2利用M文件建立矩陣 對(duì)于比較大且比較復(fù)雜的矩陣，可以為它專門(mén)建立一個(gè)M文件。后面會(huì)通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單例子來(lái)說(shuō)明如何利用M文件創(chuàng)建矩陣。,48,矩陣生成不但可以使用純數(shù)字（含復(fù)數(shù)），也可以使用變量（或者說(shuō)采用一個(gè)表達(dá)式）。,y=2,

24、4,5; 3 6 8 y= 2 4 5 3 6 8,a=1; b=2; c=3; x=5 b c; a*b a+c c/b x= 5.0000 2.0000 3.0000 2.0000 4.0000 1.5000,例2-1 在命令窗口中直接輸入矩陣,z=1,4,1+2*i z= 1.0000 4.0000 1.0000+2.0000*i,49,例2-2 利用M文件建立mymatrix矩陣。 啟動(dòng)有關(guān)編輯程序或MATLAB文本編輯器，并輸入待建矩陣： 把輸入的內(nèi)容以純文本方式存盤(pán)(設(shè)文件名為mymatrix.m)。 在MATLAB命令窗口中輸入mymatrix，即運(yùn)行該M文件，就

25、會(huì)自動(dòng)建立一個(gè)矩陣，可供以后使用。,50,3建立大矩陣 大矩陣可由方括號(hào)中的小矩陣或向量建立起來(lái)。 4利用冒號(hào)表達(dá)式建立一個(gè)向量 冒號(hào)表達(dá)式可以產(chǎn)生一個(gè)行向量，一般格式是 e1:e2:e3 其中，e1為初始值，e2為步長(zhǎng)（可以為負(fù)數(shù)），e3為終止值。 例如：a=1:2:10 a= 1 3 5 7 9,51,5. 使用函數(shù)產(chǎn)生矩陣 用linspace函數(shù)產(chǎn)生行向量 其調(diào)用格式為： linspace(a,b,n) 其中，a和b是生成向量的第一個(gè)和最后一個(gè)元素，n是元素總數(shù)，缺省值為100。 例如：a=linspace(1,10,10) a= 1 2 3

26、4 5 6 7 8 9 10 顯然，linspace(a,b,n)與a:(b-a)/(n-1):b等價(jià)。,52,用logspace函數(shù)產(chǎn)生行向量 其調(diào)用格式為： a=logspace(a,b,n) 在對(duì)數(shù)空間上，行矢量的值從10a到10b，數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為n，缺省n為50。這個(gè)指令為建立為對(duì)數(shù)頻域軸坐標(biāo)提供了方便。 例如：a=logspace(1,3,3) a= 10 100 1000,53,一些常用的特殊矩陣 單位矩陣：eye(m,n); eye(m) 零矩陣：zeros(m,n); zeros(m) 一矩陣：ones(m,n); ones(m) 對(duì)角矩陣：對(duì)角

27、元素向量 V=a1,a2,,an A=diag(V) 隨機(jī)矩陣：rand(m,n)產(chǎn)生一個(gè)mn的0,1均勻分布的隨 機(jī)矩陣 伴隨矩陣：compan(p),其中p=1,a1,a2,,an為多項(xiàng)式 系數(shù)組成的向量 上三角矩陣：triu(A) 下三角矩陣：tril(A),54,空矩陣 當(dāng)一操作無(wú)結(jié)果時(shí)， Matlab常返回一個(gè)空矩 陣，空矩陣大小為0，但 是確實(shí)存在于工作空間 中，可以用變量名訪問(wèn)。 x=1:6; y=find(x6) size(y),隨機(jī)矩陣 如：在區(qū)間20,50內(nèi)均勻分布的5階隨機(jī)矩陣； 命令如下： x=20+(50-20)*rand(5),魔

28、方矩陣 magic(3),零矩陣 zeros(2,3) zeros(3),全1矩陣 ones(2,3) ones(2),單位矩陣 eye(3) eye(2,3),對(duì)角矩陣 提取向量元素構(gòu)成方陣的對(duì)角元素。 V=5 7 2; A=diag(V),伴隨矩陣 P為多項(xiàng)式的系數(shù)向量 p=1,0,-7,6; compan(p),55,矩陣操作 1、矩陣下標(biāo),A(m,n)：提取第m行，第n列元素 A(:,n)：提取第n列元素 A(m,:)：提取第m行元素 A(m1:m2,n1:n2)：提取第m1行到第m2行和第n1列到第n2列的所有元素（提取子矩陣）。 A(:)：得到一個(gè)長(zhǎng)列矢量，該矢量的元素按矩陣的列進(jìn)

29、行排列。,56,實(shí)例 A=1,2,3;4,5,6;7,8,9; C=A(:); A(2,3)=5; B=A(2,1:3); A=A B; A(:,2)=;,,結(jié)果： A=1,3,4;4,5,5;7,9,5 B=4,5,5 C=1;4;7;2;5;8;3;6;9,57,矩陣擴(kuò)展：如果在原矩陣中一個(gè)不存在的地址位置上設(shè)定一個(gè)數(shù)（賦值），則該矩陣會(huì)自動(dòng)擴(kuò)展行列數(shù)，并在該位置上添加這個(gè)數(shù)，而且在其他沒(méi)有指定的位置補(bǔ)零。 例如： a=1,2,3;4,5,6; a(3,1)=9; 結(jié)果為： a= 1 2 3 4 5 6 9 0 0,58,2、矩陣的大小 m,n=size(A)：

30、返回矩陣的行列數(shù)m與n， size(A,x):當(dāng)x=1，則只返回行數(shù)m，當(dāng)x=2，則只返回列數(shù)n。 x為向量時(shí)，length(x):返回值為向量元素x的個(gè)數(shù)。 length(A)或max(size(A))：返回行數(shù)或列數(shù)的最大值。,a=1 2 3;3 4 5; m,n=size(a) m = 2 n = 3,length(a) ans = 3 max(size(a)) ans = 3,59,3、矩陣操作函數(shù)：flipud；fliplr；rot90,rot90 矩陣旋轉(zhuǎn)函數(shù) rot90(A,k) 將矩陣A旋轉(zhuǎn)90的k倍，當(dāng)k=1的時(shí)候可以忽略,flipud矩陣上下翻轉(zhuǎn)函數(shù),fliplr矩陣左

31、右翻轉(zhuǎn)函數(shù),例如： a=1,2,3;4,5,6; rot90(a) 結(jié)果為： a= 3 6 2 5 1 4,60,1、矩陣的轉(zhuǎn)置 對(duì)于實(shí)矩陣用（）符號(hào)或（.）求轉(zhuǎn)置結(jié)果是一樣的；然而對(duì)于含復(fù)數(shù)的矩陣，則（）將同時(shí)對(duì)復(fù)數(shù)進(jìn)行共軛處理，而 （.）則只是將其排列形式進(jìn)行轉(zhuǎn)置。,矩陣的運(yùn)算,（1）基本運(yùn)算,61,a=1 2 3;4 5 6 a = 1 4 2 5 3 6,a=1 2 3;4 5 6. a = 1 4 2 5 3 6,b=1+2i 2-7i b = 1.0000 - 2.0000i 2.0000 + 7.0000i b=1+2i 2-7i

32、. b = 1.0000 + 2.0000i 2.0000 - 7.0000i,62,2、矩陣的加和減,矩陣的加減法的運(yùn)算符為“”和“”。矩陣 只有同階方可進(jìn)行加減運(yùn)算，標(biāo)量可以和矩陣 進(jìn)行加減運(yùn)算但應(yīng)對(duì)矩陣的每個(gè)元素施加運(yùn)算。 例如 A=1 2 3;4 5 6; B=A+1 B= 2 3 4 5 6 7 a=1 2 3;4 5 6;b=0 1 2;3 4 5;a-b ans= 1 1 1 1 1 1,63,3、矩陣的乘法,矩陣的乘法運(yùn)算符為“*”。 當(dāng)兩個(gè)矩陣中前一矩陣的列數(shù)和后一矩陣的行數(shù)相同時(shí)，可以進(jìn)行乘法進(jìn)行運(yùn)算，這與數(shù)學(xué)上的形式是一致的。

33、 例如： CA*B； 在MATLAB中還可進(jìn)行矩陣和標(biāo)量相乘，其結(jié)果為標(biāo)量與矩陣中的每個(gè)元素分別相乘。,64,矩陣的除法有兩種運(yùn)算符“”和“/”,分別表示左除和右除。 x= AB是A*x=B的解， x=B/A是x*A=B的解， 通常ABB/A, 而AB=inv(A)*B, B/A= B*inv(A)。,4、矩陣的除法,65,矩陣的乘方運(yùn)算符為“”。 一個(gè)方陣的乘方運(yùn)算可以用AP來(lái)表示 。P為正整數(shù)，則A的P次冪即為A矩陣自乘P次。如果P為負(fù)整數(shù)，則可以將A自乘 P次，然后對(duì)結(jié)果進(jìn)行求逆運(yùn)算，就可得出該乘方結(jié)果。如果P是一個(gè)分?jǐn)?shù)，例如Pmn，其中n和m均為整數(shù)，則首先應(yīng)該將A矩陣自

34、乘n次，然后對(duì)結(jié)果再開(kāi)m次方。 例如：A=1,2,3;4,5,6;7,8,9; A2; %等效于A*A A-2; %等效于inv(A*A),5、矩陣的乘方,66,4、了解矩陣超越函數(shù) 在MATLAB中exp、sqrt等命令也可以作用到矩陣上，但這種運(yùn)算是定義在矩陣的單個(gè)元素上的，即分別對(duì)矩陣的每一個(gè)元素進(jìn)行計(jì)算。 超越數(shù)學(xué)函數(shù)可以在函數(shù)后加上m而成為矩陣的超越函數(shù)，例如expm(A),sqrtm(A),logm(A)分別為矩陣指數(shù)、矩陣開(kāi)方和矩陣對(duì)數(shù)。 矩陣的超越函數(shù)要求運(yùn)算矩陣為方陣。,67,（2）矩陣的特殊運(yùn)算,1、方陣行列式:det(A) 2、方陣的逆：inv(A

35、) 3、矩陣的跡矩陣的對(duì)角線元素之和，也等于矩陣的特征值之和：trace(A) 4、矩陣的秩矩陣線性無(wú)關(guān)的行數(shù)（列數(shù)）：rank(A) 5、矩陣的三角分解（LU分解）目的是將一個(gè)矩陣A分解成一個(gè)下三角矩陣L和一個(gè)上三角矩陣U的乘積，亦即可以寫(xiě)成AL*U形式：L,U=lu(A),矩陣的特殊運(yùn)算包括以下內(nèi)容。,矩陣的運(yùn)算,68,6、矩陣的奇異值分解：cond(A) 7、矩陣的特征值與特征向量：eig（A） x= eig(A),求矩陣A的全部的特征值構(gòu)成向量x； V,D=eig(A),求矩陣A的全部特征值構(gòu)成對(duì)角陣 D，并求A的特征向量構(gòu)成V的列向量。 8、矩陣的特征多項(xiàng)式、特征方程和特征根： p=

36、poly(A),p為矩陣A的特征多項(xiàng)式系數(shù)組成的行向量 V=roots(p),根據(jù)矩陣的特征多項(xiàng)式求特征根,69,例2-4 求矩陣A=1 2 3;4 5 6;7 8 9的特征多項(xiàng)式及特征根。 程序如下: A=1 2 3;4 5 6;7 8 9； p=poly(A),V=roots(p) 結(jié)果： p=1.0000 -15.0000 -18.0000 -0.0000 V= 16.1168 -1.1168 -0.0000 也可直接用eig(A)求矩陣特征根，得到一樣的結(jié)果V,70,向量運(yùn)算,雖然在MATLAB中向量和矩陣在形式上有很多的一致性，但它們實(shí)際上遵循著不同的運(yùn)算規(guī)則。MATLA

37、B向量運(yùn)算符由矩陣運(yùn)算符前面加一點(diǎn)“.”表示，如“.*”、“./”和“.”等。,1. 向量的加減 向量的加、減運(yùn)算與矩陣的運(yùn)算相同，所以“”和“”既可被向量接收又可被矩陣接收。,71,2. 向量的乘法 向量乘法的操作符為“.*”。如果x，y兩向量具有相同的維數(shù)，則x.*y表示x和y單個(gè)對(duì)應(yīng)元素之間的對(duì)應(yīng)相乘。例如 x=1 2 3; y=4 5 6;z=x.*y z=4 10 18 可見(jiàn)向量的輸入和輸出與矩陣具有相同的格式，但它們的運(yùn)算規(guī)則不同，例如，如果x是一個(gè)向量，則求取函數(shù)x平方時(shí)不能直接寫(xiě)成x*x，而必須寫(xiě)成x.* x，否則將給出錯(cuò)誤信息。,72,但是對(duì)于矩陣可以使用向量運(yùn)算符

38、號(hào)，此時(shí)相當(dāng)于把矩陣看成了向量進(jìn)行運(yùn)算。例如對(duì)于兩個(gè)維數(shù)相同的A,B矩陣，A.*B表示A和B矩陣的相應(yīng)元素之間直接進(jìn)行乘法運(yùn)算把這種運(yùn)算稱為矩陣的點(diǎn)積運(yùn)算。 例如 A=1 2 3;4 5 6;7 8 9; B=2 3 4;5 6 7;8 9 0; C=A.*B；D=A*B; 結(jié)果：C= D= 2 6 12 36 42 18 20 30 42 81 96 51 56 72 0 126 150 84,73,3. 向量的除法 向量除法的操作符為“./ ”或“. ”。它們的運(yùn)算結(jié)果一樣。 x=1 2 3; y=4 5 6; z=y

39、./ x z=4.0000 2.5000 2.0000 對(duì)于向量x.y和y./x一樣，將得到相同的結(jié)果，這與矩陣的左、右除是不一樣的，因向量的運(yùn)算是它們對(duì)應(yīng)元素間的運(yùn)算。 對(duì)于矩陣也可使用向量的除法操作符，這時(shí)就相當(dāng)于把矩陣看成向量進(jìn)行運(yùn)算。,74,4. 向量的乘方 向量乘方的運(yùn)算符為“.”。向量的乘方是對(duì)應(yīng)元素的乘方，在這種底與指數(shù)均為向量的情況下，要求它們的維數(shù)必須相同。例如 x=1 2 3; y=4 5 6; z= x.y z= 1 32 729 它相當(dāng)于 z=1 2 3.4 5 6=14 25 36,75,在MATLAB中，多項(xiàng)式使用降冪系數(shù)的行向量表示，如：,p

40、=poly(r) p = 1 -12 -0 25 116,（1）多項(xiàng)式的建立與表示方法,r=roots(p) r = 11.7473 2.7028 -1.2251 + 1.4672i -1.2251 - 1.4672i,表示為：p=1 -12 0 25 116，使用函數(shù)roots可以求出多項(xiàng)式等于0的根，根用列向量表示。若已知多項(xiàng)式等于0的根，函數(shù)poly可以求出相應(yīng)多項(xiàng)式。,多項(xiàng)式處理,76,將多項(xiàng)式的系數(shù)向量表示成相應(yīng)多項(xiàng)式的習(xí)慣表示形式的MATLAB函數(shù)為poly2str( )，函數(shù)的調(diào)用格式為f=poly2str(p,s ) 其中,p為多項(xiàng)式的系數(shù)向量，s為變量名，f

41、為相應(yīng)的多項(xiàng)式,例： p= 1 2 3 0 4; y=poly2str(p,x ) y = x4 + 2 x3 + 3 x2 + 4,77,（2）多項(xiàng)式的運(yùn)算,相加、減 f(x)=x4+5x3+3x+2,g(x)=x2+6x+5的命令： p1=1 5 0 3 2;p2=0 0 2 6 5;p=p1+p2 相乘conv a=1 2 3 ; b=1 2 c=conv(a,b)=1 4 7 6 conv指令可以嵌套使用，如conv(conv(a,b),c) 相除deconv q,r=deconv(c,b) q=1 2 3 整除多項(xiàng)式 r=0 0 0 余數(shù)多項(xiàng)式,78,求多項(xiàng)式函數(shù)值polyva

42、l(p,n)：將值n代入多項(xiàng)式求解。 a=1 2 3 ;polyval(a,2)=11 多項(xiàng)式求導(dǎo)數(shù)函數(shù)polyder k=polyder(p)可得到多項(xiàng)式的導(dǎo)數(shù) 例如：p=5 1 8 5; y=poly2str(p, x) y= 5 x3 + x2 + 8 x + 5 k=polyder(p) k= 15 2 8,79,例2-5 求多項(xiàng)式 的展開(kāi)式, p=conv(1 1,conv(1 1,1 6 5)); y=poly2str(p,x) y = x4 + 8 x3 + 18 x2 + 16 x + 5,例2-6 求多項(xiàng)式 在點(diǎn)x=5,7,9處的

43、值 p=3 2 1; f=polyval(p,5,7,9) f= 86 162 262,80,多項(xiàng)式的擬合 多項(xiàng)式擬合又稱為曲線擬合，其目的就是在眾多的樣本點(diǎn)中進(jìn)行擬合，找出滿足樣本點(diǎn)分布的多項(xiàng)式。這在分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做解析描述時(shí)非常有用。 命令格式：p=polyfit(x,y,n)，其中x和y為樣本點(diǎn)向量，n為所擬合的多項(xiàng)式的階數(shù)，p為求出的多項(xiàng)式。 例exp2_15.m 多項(xiàng)式插值 多項(xiàng)式插值是指根據(jù)給定的有限個(gè)樣本點(diǎn)，產(chǎn)生另外的估計(jì)點(diǎn)以達(dá)到數(shù)據(jù)更為平滑的效果。該技巧在信號(hào)處理與圖像處理上應(yīng)用廣泛。,81,所用指令有一維的interp1、二維的interp2、三維的in

44、terp3。這些指令分別有不同的方法（method），設(shè)計(jì)者可以根據(jù)需要選擇適當(dāng)?shù)姆椒ǎ詽M足系統(tǒng)屬性的要求。help polyfun可以得到更詳細(xì)的內(nèi)容。 yi=interp1(x,y,xi,method) 在有限樣本點(diǎn)向量x與y中，插值產(chǎn)生向量xi和yi，所用方法定義在method中，有4種選擇： nearest：執(zhí)行速度最快，輸出結(jié)果為直角轉(zhuǎn)折 linear：默認(rèn)值，在樣本點(diǎn)上斜率變化很大 cubic：最占內(nèi)存，輸出結(jié)果與spline差不多 spline：最花時(shí)間，但輸出結(jié)果也最平滑,82,例： x=-2 1 5 10 20; y=1 9 11 20 24; xi=3; yi=inte

45、rp1(x,y,xi, linear) yi= 10 例：exp2_16.m,83,2.1.3數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì),隨機(jī)數(shù) 最大值和最小值 求和與求積 平均值和均值 累加和和累加積 標(biāo)準(zhǔn)差與方差 排序,84,隨機(jī)數(shù) rand(n,m)在0,1上產(chǎn)生一個(gè)nm的矩陣 randn(n,m) 生成一個(gè)nm的均值為0、標(biāo)準(zhǔn)差為1的正態(tài)分布的隨機(jī)矩陣 例： randn(2,3) ans = -0.4326 0.1253 -1.1465 -1.6656 0.2877 1.1909,85,最大值和最小值 1求向量的最大值和最小值 y=max(X)：返回向量X的最大值存入y，如果X中包含復(fù)數(shù)元素，則按模

46、取最大值。 y,i=max(X)：返回向量X的最大值存入y，最大值的序號(hào)存入i，如果X中包含復(fù)數(shù)元素，則按模取最大值。 求向量X的最小值的函數(shù)是min(X)，用法和max(X)完全相同。,86,例2-7 求向量x的最大值。 命令如下： x=-43,72,9,16,23,47; y=max(x) %求向量x中的最大值 y,i=max(x) %求向量x中的最大值及其該 元素的位置 結(jié)果：y=72 y=72 i=2,87,2求矩陣的最大值和最小值 求矩陣A的最大值的函數(shù)有3種調(diào)用格式，分別是： (1) max(A)：返回一個(gè)行向量，向量的第i個(gè)元

47、素是矩陣A的第i列上的最大值。 (2) Y,U=max(A)：返回行向量Y和U，Y向量記錄A的每列的最大值，U向量記錄每列最大值的行號(hào)。 (3) max(A,,dim)：dim取1或2。dim取1時(shí)，該函數(shù)和max(A)完全相同；dim取2時(shí)，該函數(shù)返回一個(gè)列向量，其第i個(gè)元素是A矩陣的第i行上的最大值。 求最小值的函數(shù)是min，其用法和max完全相同。,88,例2-8：分別求34矩陣x中各行和各列元素中的最大值和最小元素，并求整個(gè)矩陣的最大值和最小值。,A=rand(3,4); max(A,,2) min (A,,2) max(A) min(A) max(max(A)) min(min(A)

48、 ),89,3兩個(gè)向量或矩陣對(duì)應(yīng)元素的比較 函數(shù)max和min還能對(duì)兩個(gè)同型的向量或矩陣進(jìn)行比較，調(diào)用格式為： (1) U=max(A,B)：A,B是兩個(gè)同型的向量或矩陣，結(jié)果U是與A,B同型的向量或矩陣，U的每個(gè)元素等于A,B對(duì)應(yīng)元素的較大者。 (2) U=max(A,n)：n是一個(gè)標(biāo)量，結(jié)果U是與A同型的向量或矩陣，U的每個(gè)元素等于A對(duì)應(yīng)元素和n中的較大者。 min函數(shù)的用法和max完全相同。 例 求兩個(gè)23矩陣x, y所有同一位置上的較大元素構(gòu)成的新矩陣p。,p=max(x,y),90,求和與求積 設(shè)X是一個(gè)向量，A是一個(gè)矩陣，函數(shù)的調(diào)用格式為： sum(X)：返回向量X各元素的和。

49、prod(X)：返回向量X各元素的乘積。 sum(A)：返回一個(gè)行向量，其第i個(gè)元素是A的第i列元素和。 prod(A)：返回一個(gè)行向量，其第i個(gè)元素是A的第i列的元素乘積。 sum(A,dim)：當(dāng)dim為1時(shí)，該函數(shù)等同于sum(A)；當(dāng)dim為2時(shí)，返回一個(gè)列向量，其第i個(gè)元素是A的第i行的各元素之和。 prod(A,dim)：當(dāng)dim為1時(shí)，該函數(shù)等同于prod(A)；當(dāng)dim為2時(shí)，返回一個(gè)列向量，其第i個(gè)元素是A的第i行的各元素乘積。,91,例 求矩陣A的每行元素的乘積和全部元素的乘積。,M=prod(A,2); prod(M);,92,平均值和中值 mean(X)：返回向量X的算

50、術(shù)平均值。 median(X)：返回向量X的中值。 mean(A)：返回一個(gè)行向量，其第i個(gè)元素是A的第i列的算術(shù)平均值。 median(A)：返回一個(gè)行向量，其第i個(gè)元素是A的第i列的中值。 mean(A,dim)：當(dāng)dim為1時(shí)，該函數(shù)等同于mean(A)；當(dāng)dim為2時(shí)，返回一個(gè)列向量，其第i個(gè)元素是A的第i行的算術(shù)平均值。 median(A,dim)：當(dāng)dim為1時(shí)，該函數(shù)等同于median(A)；當(dāng)dim為2時(shí)，返回一個(gè)列向量，其第i個(gè)元素是A的第i行的中值。,93,累加和與累乘積 cumsum(X)：返回向量X累加和向量。 cumprod(X)：返回向量X累乘積向量。 cumsum

51、(A)：返回一個(gè)矩陣，其第i列是A的第i列的累加和向量。 cumprod(A)：返回一個(gè)矩陣，其第i列是A的第i列的累乘積向量。 cumsum(A,dim)：當(dāng)dim為1時(shí)，該函數(shù)等同于cumsum(A)；當(dāng)dim為2時(shí)，返回一個(gè)矩陣，其第i行是A的第i行的累加和向量。 cumprod(A,dim)：當(dāng)dim為1時(shí)，該函數(shù)等同于cumprod(A)；當(dāng)dim為2時(shí)，返回一個(gè)向量，其第i行是A的第i行的累乘積向量。 例 求向量X=（1！，2！，,10!）的值。,X=cumprod(1:10),94,95,標(biāo)準(zhǔn)差與方差 1求標(biāo)準(zhǔn)差 std(X)：對(duì)于向量X，返回一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。 std(A)：對(duì)于矩陣

52、A，返回一個(gè)行向量，它的各個(gè)元素便是矩陣A各列的標(biāo)準(zhǔn)差。 std(A, dim)：當(dāng)dim=1時(shí)，求各列元素的標(biāo)準(zhǔn)差；當(dāng)dim=2時(shí)，則求各行元素的標(biāo)準(zhǔn)差。 2方差 var(X):對(duì)于向量X，返回一個(gè)方差。 var(A)：對(duì)于矩陣A，返回一個(gè)行向量，它的各個(gè)元素便是矩陣A各列的方差。 var(A, dim)：當(dāng)dim=1時(shí)，求各列元素的方差；當(dāng)dim=2時(shí)，則求各行元素的方差。,96,排序 sort(X)：返回一個(gè)對(duì)X向量中的元素按升序排列的新向量。 sort(A,dim)：若dim=1，則按列排；若dim=2，則按行排。,97,1.代數(shù)方程組求解 2.微分方程組求解 3.函數(shù)積分 4.函數(shù)繪

53、圖,2.1.4 函數(shù)方程,98,1、代數(shù)方程組求解,利用MATLAB中求函數(shù)f(.) =0的函數(shù)fzero()和fsolve()，可以很方便地求得非線性方程組的解，調(diào)用格式分別為 x=fzero(fun,x0) x=fsolve(fun,x0),前者針對(duì)一元方程求解，后者是對(duì)多元方程求解； fun表示函數(shù)名，x0表示函數(shù)的初值。x0為標(biāo)量時(shí)，該命令在它兩側(cè)尋找一個(gè)與之最靠近的解；x0為區(qū)間a,b時(shí)，在此區(qū)間內(nèi)尋找一個(gè)解。,99,例 試求函數(shù) 的零點(diǎn),命令如下： f=fzero(sin(x),0,pi),例 求f(x)=x-10 x+2=0在x0=0.5附近的根。 直接求根方法

54、：z=fzero(x-10 x+2,0.5) 用建立函數(shù)方法： (1) 建立函數(shù)文件funx.m。 function fx=funx(x) fx=x-10 x+2; (2) 調(diào)用fzero函數(shù)求根。 z=fzero(funx,0.5) z = 0.3758,100,MATLAB擁有大量的庫(kù)函數(shù)，也允許用戶自定義 函數(shù)，能同庫(kù)函數(shù)一樣使用，但不能像M文件一 樣，在命令窗口鍵入文件名來(lái)運(yùn)行，必須由其他語(yǔ) 句調(diào)用，且允許有多個(gè)輸入和輸出?；靖袷剑? function f1,f2,f3,=fun(x,y,z,) 函數(shù)體語(yǔ)句 其中，x,y,z,是形式輸入

55、參數(shù)， f1,f2,f3,是返回的形 式輸出參數(shù)，fun是函數(shù)名。 函數(shù)的調(diào)用格式與該函數(shù)一致： y1, y2, y3,=fun(a,b,c,) a,b,c,是實(shí)際輸入?yún)?shù)， y1,y2,y3,是相應(yīng)的實(shí)際輸 出參數(shù)。,自定義函數(shù),101,例：編寫(xiě)一個(gè)自定義函數(shù) 1.打開(kāi)M-file編輯窗口，輸入函數(shù) function w=f(x,y,z) w=x.3-2*y.2-2.*z+5; 2.保存文件，命名為f.m 3.在命令窗口中輸入q=f(1,2,3),按enter鍵，則結(jié)果為q=-8 注意：函數(shù)名必須和保存的文本文件名相同。,102,例 試求一下非線性方程組的解，x,y,z初值均

56、為1,解：根據(jù)方程編寫(xiě)函數(shù)exp2_19.m function q=exp2_19(p) q(1)=sin(p(1))+p(2)2+log(p(3))-7; q(2)=3*p(1)+2*p(2)-p(3)3+1; q(3)=p(1)+p(2)+p(3)-5;,調(diào)用f=fsolve(exp2_19,1 1 1),103,例 求下列非線性方程組在(0.5,0.5) 附近的數(shù)值解。 (1) 建立函數(shù)文件myfun.m。 function q=myfun(p) q(1)=p(1)-0.6*sin(p(1))-0.3*cos(p(2)); q(2)=p(2)-0.6*cos(p(1))+0.3*s

57、in(p(2)); (2) 在給定的初值x0=0.5,y0=0.5下，調(diào)用fsolve函數(shù)求方程的根。 x=fsolve(myfun,0.5,0.5) x = 0.6354 0.3734,104,將求得的解代回原方程，可以檢驗(yàn)結(jié)果是否正確，命令如下： q=myfun(x) q = 1.0e-009 * 0.2375 0.2957 可見(jiàn)得到了較高精度的結(jié)果。,105,函數(shù)極值 MATLAB提供了基于單純形算法求解函數(shù)極值的函數(shù)fminsearch ，用于單變量函數(shù)的最小值，其調(diào)用格式為： x=fminsearch(fname,x1,x2)

58、 x=fminsearch (fname,x0) 這兩個(gè)函數(shù)的調(diào)用格式相似。其中fminsearch函數(shù)用于求單變量函數(shù)的最小值點(diǎn)。fname是被最小化的目標(biāo)函數(shù)名，x1和x2限定自變量的取值范圍，x0是求解的初始值向量。,106,MATLAB沒(méi)有專門(mén)提供求函數(shù)最大值的函數(shù)，但只要注意 到-f(x)在區(qū)間(a,b)上的最小值就是f(x)在(a,b)的最大值，所以 fminsearch(-f,x1,x2)返回函數(shù)f(x)在區(qū)間(x1,x2)上的最大值。,例 求f(x)=x3-2x-5在0,5內(nèi)的最小值點(diǎn)。 (1) 建立函數(shù)文件mymin.m。 function fx=mymin(

59、x) fx=x3-2*x-5; (2) 調(diào)用fminsearch函數(shù)求最小值點(diǎn)。 x= fminsearch(mymin,0,5) x= 0.8165,107,2、微分方程組求解,求解常微分方程的函數(shù)ode45( ),調(diào)用格式為: x=ode45(fun,t0,tf,x0,tol) fun為函數(shù)名， t0,tf為求解區(qū)間，x0為微分方程的初值， tol為指定的誤差精度，默認(rèn)值為10-3,例 求下列微分方程在初始條件 下的解,108,首先將微分方程寫(xiě)成一階微分方程組 令,得,根據(jù)上述方程組編寫(xiě)函數(shù)exp2_20.m function dx=exp2_20(t,x) dx

60、=x(2);(1-x(1)2)*x(2)-x(1);,利用以下的MATLAB命令，即可求解得到微分方程在（0，30） 時(shí)間區(qū)間上的解曲線, t,x=ode45(exp2_20,0,30,1;0); plot(t,x(:,1),t,x(:,2));xlabel(t);ylabel(x),109,110,3、函數(shù)積分,變步長(zhǎng)辛普生法：基于變步長(zhǎng)辛普生法，MATLAB給 出了quad函數(shù)來(lái)求定積分。該函數(shù)的調(diào)用格式： y=quad(fname,a,b,tol,trace) 其中fname是被積函數(shù)名。a和b分別是定積分的下 限和上限。tol用來(lái)控制積分精度，缺省時(shí)取 tol=0.001。trac

61、e控制是否展現(xiàn)積分過(guò)程，若取非0 則展現(xiàn)積分過(guò)程，取0則不展現(xiàn)，缺省時(shí)取trace=0。 返回參數(shù)y即定積分值。,111,例 求定積分 (1) 被積函數(shù)文件fx.m。 function f=fx(x) f=x.*sin(x)./(1+cos(x).*cos(x)); (2) 調(diào)用函數(shù)quad求定積分。 I=quad(fx,0,pi) I = 2.4674,112,例： 試求下列積分的解,根據(jù)積分編寫(xiě)函數(shù)exp2_21.m function f=exp2_21(x) f=1/sqrt(2*pi)*exp(-x.2/2);,通過(guò)下面語(yǔ)句可求得所需函數(shù)的積分, y=quad(exp2_2

62、1,-15,15),113,4、函數(shù)繪圖,MATLAB用fplot( )或ezplot( )來(lái)直接繪出函數(shù)的圖形，調(diào)用格式為 fplot(f,a,b,N) ezplot(f,g,a,b,N) 其中，f，g為函數(shù)名，它既可以為自定義的任意 M函數(shù)，也可以為基本的數(shù)學(xué)函數(shù)；a,b為繪圖 區(qū)間；N為點(diǎn)數(shù)，默認(rèn)時(shí)取N=25。, fplot(sin,0,2*pi)等同于 t=0:2*pi/25:2*pi;y=sin(t);plot(t,y),114,115,ezplot(sin(3*t)*cos(t),sin(3*t)*sin(t),0,2*pi),116,2.2 符號(hào)計(jì)算,2.2.1 符號(hào)對(duì)象 2.2

63、.2 符號(hào)微積分 2.2.3 級(jí) 數(shù) 2.2.4 符號(hào)方程求解,117,2.2.1 符號(hào)對(duì)象,建立符號(hào)對(duì)象 1建立符號(hào)變量和符號(hào)常量 函數(shù)：sym和syms，兩個(gè)函數(shù)的用法不同。 (1) sym函數(shù) sym函數(shù)用來(lái)建立單個(gè)符號(hào)量，一般調(diào)用格式為： 符號(hào)量名=sym(符號(hào)字符串) 該函數(shù)可以建立一個(gè)符號(hào)量，符號(hào)字符串可以是常量、變 量、函數(shù)或表達(dá)式。 在matlab可以自動(dòng)確定變量類型的情況下，可不用sym( )函 數(shù)來(lái)生成符號(hào)表達(dá)式。但在建立符號(hào)數(shù)組時(shí)，必須用sym( ) 函數(shù)來(lái)將字符串轉(zhuǎn)換成符號(hào)表達(dá)式。,118,fun=my name is; %用一對(duì)單引號(hào)生成字符串 sym(si

64、n(x)); %生成符號(hào)表達(dá)式 A=sin(x) b;c d; 結(jié)果A = sin(x) b;c d %結(jié)果為一串字符串 A=sym(sin(x) b;c d); 結(jié)果A = sin(x), b c, d %結(jié)果為22的符號(hào)矩陣,119,(2) syms函數(shù) MATLAB提供了另一個(gè)函數(shù)syms，一次可以定義多個(gè)符號(hào) 變量。syms函數(shù)的一般調(diào)用格式為： syms 符號(hào)變量名1 符號(hào)變量名2 符號(hào)變量名n 用這種格式定義符號(hào)變量時(shí)不要在變量名上加字符串分界 符()，變量間用空格而不要用逗號(hào)分隔。,120,2建立符號(hào)表達(dá)式 含有符號(hào)對(duì)象的表達(dá)式稱為符號(hào)表達(dá)式。建立符

65、號(hào)表達(dá)式有以下3種方法： (1)利用單引號(hào)來(lái)生成符號(hào)表達(dá)式。 (2)用sym函數(shù)建立符號(hào)表達(dá)式。 (3)使用已經(jīng)定義的符號(hào)變量組成符號(hào)表達(dá)式。,tan(y/x) x3-2*x2+3 1/cos(angle)+2,sym(tan(y/x)) sym(x3-2*x2+3) sym(1/cos(angle)+2),syms K t T; fun=K*(exp(-t/T)),121,f1=a*x2+b*x+c f2=a*x2+b*x+c=0 f3=Dy+y2=1 U=sym(3*x2+5*y+2*x*y+6) syms x y V=3*x2+5*y+2*x*y+6,%二次三項(xiàng)式 %方程 %微分方程 %

66、定義符號(hào)表達(dá)式U %建立符號(hào)變量x y %定義符號(hào)表達(dá)式,122,符號(hào)表達(dá)式運(yùn)算 1符號(hào)表達(dá)式的四則運(yùn)算 符號(hào)表達(dá)式的加、減、乘、除運(yùn)算可分別由函數(shù)symadd、 symsub、symmul和symdiv來(lái)實(shí)現(xiàn)，冪運(yùn)算可以由sympow來(lái)實(shí) 現(xiàn)。 2符號(hào)表達(dá)式的提取分子和分母運(yùn)算 如果符號(hào)表達(dá)式是一個(gè)有理分式或可以展開(kāi)為有理分式， 可利用numden函數(shù)來(lái)提取符號(hào)表達(dá)式中的分子或分母。其一 般調(diào)用格式為： num,den=numden(f) 該函數(shù)提取符號(hào)表達(dá)式f的分子和分母，分別將它們存放在 num與den中。, f=sym((x+d)/(a*x2+b*x+c)); num,den=numden(f),123,3符號(hào)表達(dá)式的因式分解與展開(kāi) MATLAB提供了符號(hào)表達(dá)式的因式分解與展開(kāi)的函數(shù)，函數(shù) 的調(diào)用格式為： factor(s)：對(duì)符號(hào)表達(dá)式s分解因式。 expand(s)：對(duì)符號(hào)表達(dá)式s進(jìn)行展開(kāi)。 collect(s)：對(duì)符號(hào)表達(dá)式s合并同類項(xiàng)。 collect(s,v)：對(duì)符號(hào)表達(dá)式s按變量v合并同類項(xiàng)。,syms x y; s=(-7*x2-8*y2)*(-