matlab入門教學,matlab基礎(chǔ)知識介紹

MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于數(shù)據(jù)分析、無線通信、深度學習、圖像處理與計算機視覺、信號處理、量化金融與風險管理、機器人，控制系統(tǒng)等領(lǐng)域。  MATLAB是matrix&laboratory兩個詞的組合，意為矩陣工廠(矩陣實驗室)，軟件主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言(如C、Fortran)的編輯模式。

MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學軟件。它在數(shù)學類科技應用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點，使MATLAB成為一個強大的數(shù)學軟件。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C++，JAVA的支持。

適合具有高數(shù)基礎(chǔ)的科研小白。

作為一個工科生，軟件的使用是非常重要且必不可少的。如果你的計算機基礎(chǔ)非常扎實，已經(jīng)熟練掌握Python，R等語言了，想必你已經(jīng)會自行編寫代碼了，那么請右上方X劃走。

本文主要針對即將開始科研學習，但還沒有編程基礎(chǔ)的同學們閱讀了解。MATLAB作為一個在學術(shù)界橫行多年的老將，仍舊有其不可替代的優(yōu)勢。

1 思維概念

計算機編程的基礎(chǔ)是數(shù)學。我們要樹立一個基本的認識，那就是計算機編程只是一種語言，一種把數(shù)學題變?yōu)橛嬎銠C可以識別的語句執(zhí)行的語言。進一步延展概念，數(shù)學其實也是一種語言，數(shù)學是一種把世界萬事萬物和現(xiàn)實問題都用字符表示的表達方式。那么數(shù)學和計算機科學都只是我們思維方式的體現(xiàn)形式，所以，當我們遇到一個問題后，第一步是你要思考究竟采用什么解決辦法;第二步是思考這種解決方法用數(shù)學語句如何表述;第三步是這種解決辦法用計算機如何正確表達。

2 數(shù)學基礎(chǔ)

在學習Matlab前，首先要具備基礎(chǔ)的高數(shù)知識，最最基礎(chǔ)的是一定要了解矩陣的概念、矩陣的運算規(guī)則、積分、微分、多元回歸等。后期如果需要深入開展科學研究，可以進一步了解相關(guān)數(shù)學內(nèi)容 ，比如傅里葉變換、相關(guān)分析、參數(shù)優(yōu)化等內(nèi)容。

MATLAB的基本知識

1-1、基本運算與函數(shù)

在MATLAB下進行基本數(shù)學運算，只需將運算式直接打入提示號(>>)之後，并按入Enter鍵即可。例如：

>> (5*2+1.3-0.8)*10/25

ans =4.2000

MATLAB會將運算結(jié)果直接存入一變數(shù)ans，代表MATLAB運算後的答案(Answer)并顯示其數(shù)值於螢幕上。

小提示： ">>"是MATLAB的提示符號(Prompt)，但在PC中文視窗系統(tǒng)下，由於編碼方式不同，此提示符號常會消失不見，但這并不會影響到MATLAB的運算結(jié)果。

我們也可將上述運算式的結(jié)果設(shè)定給另一個變數(shù)x：

x = (5*2+1.3-0.8)*10^2/25

x = 42

此時MATLAB會直接顯示x的值。由上例可知，MATLAB認識所有一般常用到的加(+)、減(-)、乘(*)、除(/)的數(shù)學運算符號，以及冪次運算(^)。

小提示： MATLAB將所有變數(shù)均存成double的形式，所以不需經(jīng)過變數(shù)宣告(Variabledeclaration)。MATLAB同時也會自動進行記憶體的使用和回收，而不必像C語言,必須由使用者一一指定.這些功能使的MATLAB易學易用，使用者可專心致力於撰寫程式，而不必被軟體枝節(jié)問題所干擾。

若不想讓MATLAB每次都顯示運算結(jié)果，只需在運算式最後加上分號(;)即可，如下例：

y = sin(10)*exp(-0.3*4^2);

若要顯示變數(shù)y的值，直接鍵入y即可：

>>y

y =-0.0045

在上例中，sin是正弦函數(shù)，exp是指數(shù)函數(shù)，這些都是MATLAB常用到的數(shù)學函數(shù)。

下表即為MATLAB常用的基本數(shù)學函數(shù)及三角函數(shù)：

小整理：MATLAB常用的基本數(shù)學函數(shù)

abs(x)：純量的絕對值或向量的長度

angle(z)：復 數(shù)z的相角(Phase angle)

sqrt(x)：開平方

real(z)：復數(shù)z的實部

imag(z)：復數(shù)z的虛 部

conj(z)：復數(shù)z的共軛復數(shù)

round(x)：四舍五入至最近整數(shù)

fix(x)：無論正負，舍去小數(shù)至最近整數(shù)

floor(x)：地板函數(shù)，即舍去正小數(shù)至最近整數(shù)

ceil(x)：天花板函數(shù)，即加入正小數(shù)至最近整數(shù)

rat(x)：將實數(shù)x化為分數(shù)表示

rats(x)：將實數(shù)x化為多項分數(shù)展開

sign(x)：符號函數(shù) (Signum function)。

當x<0時，sign(x)=-1;

當x=0時，sign(x)=0;

當x>0時，sign(x)=1。

> 小整理：MATLAB常用的三角函數(shù)

sin(x)：正弦函數(shù)

cos(x)：馀弦函數(shù)

tan(x)：正切函數(shù)

asin(x)：反正弦函數(shù)

acos(x)：反馀弦函數(shù)

atan(x)：反正切函數(shù)

atan2(x,y)：四象限的反正切函數(shù)

sinh(x)：超越正弦函數(shù)

cosh(x)：超越馀弦函數(shù)

tanh(x)：超越正切函數(shù)

asinh(x)：反超越正弦函數(shù)

acosh(x)：反超越馀弦函數(shù)

atanh(x)：反超越正切函數(shù)

變數(shù)也可用來存放向量或矩陣，并進行各種運算，如下例的列向量(Row vector)運算：

x = [1 3 5 2];

y = 2*x+1

y = 3 7 11 5

小提示：變數(shù)命名的規(guī)則

1.第一個字母必須是英文字母 2.字母間不可留空格 3.最多只能有19個字母，MATLAB會忽略多馀字母

我們可以隨意更改、增加或刪除向量的元素：

y(3) = 2 % 更改第三個元素

y =3 7 2 5

y(6) = 10 % 加入第六個元素

y = 3 7 2 5 0 10

y(4) = [] % 刪除第四個元素，

y = 3 7 2 0 10

在上例中，MATLAB會忽略所有在百分比符號(%)之後的文字，因此百分比之後的文字均可視為程式的注解(Comments)。MATLAB亦可取出向量的一個元素或一部份來做運算：

x(2)*3+y(4) % 取出x的第二個元素和y的第四個元素來做運算

ans = 9

y(2:4)-1 % 取出y的第二至第四個元素來做運算

ans = 6 1 -1

在上例中，2:4代表一個由2、3、4組成的向量

全世界數(shù)以百萬計的工程師和科學家都在使用 MATLAB® 分析和設(shè)計改變著我們的世界的系統(tǒng)和產(chǎn)品。基于矩陣的 MATLAB 語言是世界上表示計算數(shù)學最自然的方式?？梢允褂脙?nèi)置圖形輕松可視化數(shù)據(jù)和深入了解數(shù)據(jù)。歡迎您使用桌面環(huán)境進行試驗、探索和發(fā)現(xiàn)。這些 MATLAB 工具和功能全部進行了嚴格測試，可彼此配合工作。

MATLAB 可幫助您不僅僅將自己的創(chuàng)意停留在桌面。您可以對大型數(shù)據(jù)集運行分析，并擴展到集群和云。MATLAB 代碼可以與其他語言集成，使您能夠在 Web、企業(yè)和生產(chǎn)系統(tǒng)中部署算法和應用程序。