matlab入門教學(xué),matlab基礎(chǔ)知識(shí)介紹

MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于數(shù)據(jù)分析、無線通信、深度學(xué)習(xí)、圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺、信號(hào)處理、量化金融與風(fēng)險(xiǎn)管理、機(jī)器人，控制系統(tǒng)等領(lǐng)域。  MATLAB是matrix&laboratory兩個(gè)詞的組合，意為矩陣工廠(矩陣實(shí)驗(yàn)室)，軟件主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)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(jì)語言(如C、Fortran)的編輯模式。

MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)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(dá)式與數(shù)學(xué)、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(jiǎn)捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)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(gè)工科生，軟件的使用是非常重要且必不可少的。如果你的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)非常扎實(shí)，已經(jīng)熟練掌握Python，R等語言了，想必你已經(jīng)會(huì)自行編寫代碼了，那么請(qǐng)右上方X劃走。

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

1 思維概念

計(jì)算機(jī)編程的基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)。我們要樹立一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)，那就是計(jì)算機(jī)編程只是一種語言，一種把數(shù)學(xué)題變?yōu)橛?jì)算機(jī)可以識(shí)別的語句執(zhí)行的語言。進(jìn)一步延展概念，數(shù)學(xué)其實(shí)也是一種語言，數(shù)學(xué)是一種把世界萬事萬物和現(xiàn)實(shí)問題都用字符表示的表達(dá)方式。那么數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)都只是我們思維方式的體現(xiàn)形式，所以，當(dāng)我們遇到一個(gè)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(xué)語句如何表述;第三步是這種解決辦法用計(jì)算機(jī)如何正確表達(dá)。

2 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

在學(xué)習(xí)Matlab前，首先要具備基礎(chǔ)的高數(shù)知識(shí)，最最基礎(chǔ)的是一定要了解矩陣的概念、矩陣的運(yùn)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(xué)研究，可以進(jìn)一步了解相關(guān)數(shù)學(xué)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(shí)

1-1、基本運(yùn)算與函數(shù)

在MATLAB下進(jìn)行基本數(shù)學(xué)運(yùn)算，只需將運(yùn)算式直接打入提示號(hào)(>>)之後，并按入Enter鍵即可。例如：

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

ans =4.2000

MATLAB會(huì)將運(yùn)算結(jié)果直接存入一變數(shù)ans，代表MATLAB運(yùn)算後的答案(Answer)并顯示其數(shù)值於螢?zāi)簧稀?

小提示： ">>"是MATLAB的提示符號(hào)(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(hào)常會(huì)消失不見，但這并不會(huì)影響到MATLAB的運(yùn)算結(jié)果。

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

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

x = 42

此時(shí)MATLAB會(huì)直接顯示x的值。由上例可知，MATLAB認(rèn)識(shí)所有一般常用到的加(+)、減(-)、乘(*)、除(/)的數(shù)學(xué)運(yùn)算符號(hào)，以及冪次運(yùn)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(shí)也會(huì)自動(dòng)進(jìn)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(xué)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(yùn)算結(jié)果，只需在運(yùn)算式最後加上分號(hào)(;)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(xué)函數(shù)。

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

小整理：MATLAB常用的基本數(shù)學(xué)函數(shù)

abs(x)：純量的絕對(duì)值或向量的長度

angle(z)：復(fù) 數(shù)z的相角(Phase angle)

sqrt(x)：開平方

real(z)：復(fù)數(shù)z的實(shí)部

imag(z)：復(fù)數(shù)z的虛 部

conj(z)：復(fù)數(shù)z的共軛復(fù)數(shù)

round(x)：四舍五入至最近整數(shù)

fix(x)：無論正負(fù)，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(shí)數(shù)x化為分?jǐn)?shù)表示

rats(x)：將實(shí)數(shù)x化為多項(xiàng)分?jǐn)?shù)展開

sign(x)：符號(hào)函數(shù) (Signum function)。

當(dāng)x<0時(shí)，sign(x)=-1;

當(dāng)x=0時(shí)，sign(x)=0;

當(dāng)x>0時(shí)，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(jìn)行各種運(yùn)算，如下例的列向量(Row vector)運(yùn)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(gè)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(gè)字母，MATLAB會(huì)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(gè)元素

y =3 7 2 5

y(6) = 10 % 加入第六個(gè)元素

y = 3 7 2 5 0 10

y(4) = [] % 刪除第四個(gè)元素，

y = 3 7 2 0 10

在上例中，MATLAB會(huì)忽略所有在百分比符號(hào)(%)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(gè)元素或一部份來做運(yùn)算：

x(2)*3+y(4) % 取出x的第二個(gè)元素和y的第四個(gè)元素來做運(yùn)算

ans = 9

y(2:4)-1 % 取出y的第二至第四個(gè)元素來做運(yùn)算

ans = 6 1 -1

在上例中，2:4代表一個(gè)由2、3、4組成的向量

全世界數(shù)以百萬計(jì)的工程師和科學(xué)家都在使用 MATLAB® 分析和設(shè)計(jì)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(jì)算數(shù)學(xué)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(jìn)行試驗(yàn)、探索和發(fā)現(xiàn)。這些 MATLAB 工具和功能全部進(jìn)行了嚴(yán)格測(cè)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(duì)大型數(shù)據(jù)集運(yùn)行分析，并擴(kuò)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(yīng)用程序。