MATLAB数据处理入门-PPT.ppt

MATLAB数据处理入门1.01.0MATLABMATLAB工作环境简介工作环境简介运行MATLAB系统安装程序setup.exe,setup.exe,按照安装提示 一、安装一、安装MATLABMATLAB二、启动与退出二、启动与退出MATLABMATLAB三、三、MATLABMATLAB主界面简介主界面简介当MATLAB安装完毕并首次启动时，展现在屏幕上的界面为MATLAB的默认主界面，如下图所示：双击桌面快捷方式图标即可启动MATLAB.依次操作.单击主窗口的“关闭”按钮即可退出MATLAB.2命令窗口(Command Window)工作空间窗口(Workspace)命令历史窗口(Command History)当前目录窗口(Current Directory)启动平台窗口(Launch Pad)菜单栏工具栏Workspace工具栏3命令窗口命令窗口 命令窗口是MATLAB的主要交互窗口，用于输入命令并显示除图形以外的所有执行结果.MATLAB命令窗口中的“”为命令提示符，表示MATLAB正在处于准备状态.在命令提示符后键入命令并按下回车键后，MATLAB就会解释执行所输入的命令，并在命令后面给出计算结果.4存和删除.将用户目录纳入MATLAB系统统一管理.工作空间窗口，亦称工作空间窗口，亦称“内存变量浏览器内存变量浏览器”工作空间是MATLAB用于存储各种变量和结果的内存空间.在该窗口中显示工作空间中所有变量的名称、大小、字节数和变量类型说明，可对变量进行观察、编辑、保当前目录窗口当前目录窗口 用户可以将自己的工作目录列入MATLAB搜索路径，从而5四、四、NotebookNotebook的启动的启动在Command Window中运行指令notebook setup,notebook setup,按照提示安装Notebook.首次使用Notebook，可在Command Window中运行指令notebooknotebook，即可启动Notebook（在Word 中添加了一个新的文档模板M-book）.M-book模板为用户提供了在Word环境下使用MATLAB的功能.该模板定义了Word与MATLAB进行通讯的宏指令、文档样式和工具栏.当调用该模板时的Word界面和通常的Word界面主要有两点区别：在菜单栏中多了一个Notebook菜单项，Notebook的许多操作都可以通过该菜单项的命令来完成.在“文件”菜单项下多了一个New M-book命令项.如果在M-book模板下要建立新的M-book文档，可以选择该命令.6大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流7五、在五、在NotebookNotebook中使用中使用 MATLABMATLAB命令命令最简单的的方法是：在文档中输入MATLAB命令.用鼠标选中命令行.按组合键Ctrl+Enter执行所选命令.命令行就变成了“绿色”，称为“输入单元”.命令的执行结果“蓝色”输出，称为“输出单元”.执行的结果是：关于关于MATLABMATLAB的工作环境的更多介绍的工作环境的更多介绍关于关于NotebookNotebook使用方法的更多介绍使用方法的更多介绍81.11.1数值矩阵的建立与基本操作数值矩阵的建立与基本操作 1.1.11.1.1数值矩阵的建立数值矩阵的建立一、直接输入法一、直接输入法赋值语句的基本结构是：是：变量变量 赋值表达式赋值表达式矩阵矩阵 数据列表数据列表 矩阵定义矩阵定义符符符符赋值表达式赋值表达式任何合任何合法 的法 的MATLABMATLAB表 达 式表 达 式排列成排列成m m行行n n列的数据列的数据.行用分行用分号号“;”区分，行中元素用逗区分，行中元素用逗号号“,”（或一空格）区分（或一空格）区分英文字母引导的，由字母、英文字母引导的，由字母、数字和下划线组成字符串命数字和下划线组成字符串命名，对字母的大小写敏感名，对字母的大小写敏感特别的，建立二维数值矩阵的基本格式是：9二、文件装载法二、文件装载法 对于大规模的矩阵，通常预先编写数据文件存盘，然后MATLAB系统的“内存变量编辑器内存变量编辑器（Array Editor）”.工具方法 在指令窗口中向指定的新变量赋“空”矩阵，如byk=；在“内存变量浏览器内存变量浏览器(Workspace)”中双击该变量，启 在“内存变量编辑器内存变量编辑器”弹出的空白表格中，每一个单元 保存该变量为数据文件，如文件名为byk，保存到用调用load byk.在需要调用这个数据文件时，只需运行指令 使用“load”语句读入数据.动“内存变量编辑器内存变量编辑器”；格对应矩阵的一个元素，填写具体数值；户指定的工作目录下.10三、函数生成法三、函数生成法使用构造特殊矩阵的MATLAB函数向系统输入数据.使用MATLAB函数的方法称为函数的调用.MATLAB函数调用语句的基本结构是：是：返回变量列表返回变量列表=函数名（输入变量列表）函数名（输入变量列表）常用的构造特殊矩阵的函数有：有：函数功能函数及调用格式Z=zeros(r,c)生成元素全为生成元素全为0 的的rc矩阵矩阵ZO=ones(r,c)生成元素全为生成元素全为1 的的rc矩阵矩阵OD=diag(x)生成以向量生成以向量x的元素为对角元的对角矩阵的元素为对角元的对角矩阵DE=eye(r,c)生成对角线为生成对角线为1其它元素为零的其它元素为零的rc矩阵矩阵E均可包含若干个变量，均可包含若干个变量，变量名之间用逗号分隔变量名之间用逗号分隔.建立数值矩阵的建立数值矩阵的MATLABMATLABMATLABMATLAB实例实例实例实例 111.1.21.1.2矩阵的基本操作矩阵的基本操作 矩阵元素的寻访与修改使用MATLAB进行数据处理所必须的基本技能.矩阵的裁剪（提取某些行、列，或删除某些行、列）矩阵的拼接（已知矩阵的扩展，或几个矩阵合并成一个矩阵的基本操作矩阵的基本操作矩阵的基本操作矩阵的基本操作MATLABMATLABMATLABMATLAB实例实例实例实例 新矩阵）12+-*+-*/1.21.2基本数学运算与常用函数基本数学运算与常用函数1.2.11.2.1基本数学运算基本数学运算一、矩阵的代数运算一、矩阵的代数运算MATLAB语言提供了如下矩阵代数运算的运算符：转置转置加法加法减法减法乘法乘法乘幂乘幂左除左除右除右除 上述运算遵循线性代数教程中的相关定义；转置“”指矩阵的共轭转置；矩阵的左除“”和右除“/”的含义是：说明XA=B的解是A右除B，即X=B/A（等价于X=BA-1）.AX=B的解是A左除B，即X=AB（等价于X=A-1B）；设A是可逆矩阵，则13二、矩阵的标量批处理运算二、矩阵的标量批处理运算 MATLAB在需要的时候可以将矩阵视为普通的行列排列整 矩阵与数组在形式上是一样的，但却是两个不同的概念.当对一个矩阵（数组）施行标量批处理运算时，这个矩 MATLAB语言提供了如下标量批处理运算的运算符:转置乘法乘幂左除右除.*.*././说明说明 俗称“点运算”，规则是两个数组对应元素之间的运算.标量批处理运算要求数组的维数相同.这里的转置“.”是非共轭转置.齐的数据集合，通常称为数组.阵就是失去了线性代数中矩阵的意义而成为一个数组了.14三、矩阵的关系运算三、矩阵的关系运算 当关系运算作用于两个同型矩阵时，是两个矩阵的对应MATLAB语言提供了如下关系运算符:关系运算是在两个数值之间进行比较，当给定的关系 当关系运算作用于一个标量与一个矩阵时，是标量与矩系假）.成立时返回数值1（表示关系真），否则返回数值0（表示关的由0与1构成的矩阵.阵的每一个元素进行比较，返回一个与参与运算的矩阵同型元素之间进行比较，返回一个由0与1构成的同型矩阵.符号意义 =小于大于不大于不小于等于不等于语法A BA BA BA=BA=BA=BA=BA=BA A=B=B150 0四、矩阵的逻辑运算四、矩阵的逻辑运算 当逻辑运算作用于两个同型矩阵时，运算在两个矩阵的MATLAB语言提供了如下逻辑运算符:逻辑运算也是在两个数值之间进行的，运算过程中将 当逻辑运算作用于一个标量与一个矩阵时，运算在标量 MATLAB关于运算优先级的规定与数学中的规定是一致的.0 0A=B=0 01 10 01 10 00 01 10 01 11 11 11 10 0基本数学运算的基本数学运算的MATLABMATLABMATLABMATLAB实例实例 符号&|意义与或非语法A&BA|BA任何非零元素视为1（真）.同型的由0与1构成的矩阵.与矩阵的每一个元素之间进行，返回一个与参与运算的矩阵对应元素之间进行，返回一个由0与1构成的同型矩阵.16 标量函数主要包含基本的数学函数，如三角函数、双曲1.2.21.2.2统计数据处理常用的函数统计数据处理常用的函数一、标量函数一、标量函数 MATLAB提供了大量的函数，种类繁多.按照函数的使用,有设 f 是 MATLAB 的标量函数,即对任意的 标量函数的实质是矩阵元素的批处理运算，这些函数作方法可以分为标量函数、向量函数和矩阵函数三种类型.实质上是矩阵的元素）.用于矩阵时，是作用于矩阵的每一个元素（即函数的自变量函数、指数函数、对数函数、取整函数等等.17doc sqrtdoc sqrtdoc sqrtdoc sqrt统计数据处理中常用的标量函数有：调用格式可通过doc指令查询MATLAB系统帮助，如函数函数功能描述功能描述abs()求绝对值求绝对值sqrt()求平方根求平方根exp(),pow2()求以求以e,2e,2为底的指数为底的指数log10(),log(),log2()求以求以10,e,210,e,2为底的对数为底的对数sign()符号函数符号函数gamma()函数函数round()4 4舍舍5 5入取整入取整ceil()向向+取整取整向向0 0 取整取整fix()floor()向向-取整取整18 设 f 是 MATLAB 的向量函数，仅当其作用于向量x时才有意义.向量函数也可以作用于矩阵，此时其作用对象是矩阵的列二、向量函数二、向量函数统计数据处理中常用的向量函数有：各种统计量的计算函数也都是向量函数.函数函数 功能描述功能描述sum()求向量元素的和求向量元素的和cumsum()求向量元素的累积和求向量元素的累积和prod()求向量元素的积求向量元素的积cumprod()求向量元素的累积积求向量元素的累积积max()求向量元素的最大值求向量元素的最大值min()求向量元素的最小值求向量元素的最小值length()查询向量的维数查询向量的维数对向量元素的排序操作对向量元素的排序操作sort()向量，运算的结果是一个行向量.19三、矩阵函数三、矩阵函数 设 f 是 MATLAB 的矩阵函数，即当 f 作用于矩阵 A 时,遵循MATLAB的矩阵函数按其作用可区分为：统计数据处理几个常用矩阵处理函数：函数函数功能描述功能描述reshape()改变矩阵的型（将矩阵拉直为向量，或相反）改变矩阵的型（将矩阵拉直为向量，或相反）fliplr()左右翻转矩阵左右翻转矩阵flipud()上下翻转矩阵上下翻转矩阵rot90()9090度旋转矩阵度旋转矩阵tril()取矩阵的下三角部分取矩阵的下三角部分triu()取矩阵的上三角部分取矩阵的上三角部分 矩阵生成与处理函数；矩阵计算与线性方程组解算函数.线性代数中有关矩阵运算的规则.20统计数据处理常用的矩阵函数有：函数函数函数功能描述功能描述功能描述size()求矩阵的行与列的维数求矩阵的行与列的维数det()求矩阵的行列式求矩阵的行列式rank()求矩阵的秩求矩阵的秩norm()求矩阵的范数求矩阵的范数inv()求矩阵的逆矩阵求矩阵的逆矩阵pinv()求矩阵的广义逆矩阵求矩阵的广义逆矩阵eig()求矩阵的特征值与特征向量求矩阵的特征值与特征向量eigs()求矩阵某些特定的（如最大）特征值及相应的特征向量求矩阵某些特定的（如最大）特征值及相应的特征向量常用函数功能的常用函数功能的MATLABMATLABMATLABMATLAB例说例说 211.3 1.3 数据图形化的常用指令与图形的简单修饰数据图形化的常用指令与图形的简单修饰1.3.1 1.3.1 数据图形化的常用指令数据图形化的常用指令一、数据图形化的几个常用指令简介一、数据图形化的几个常用指令简介 pie pie指令指令pie(y,explode)pie(y,explode)绘制由数据向量y y（表示各个因素所占的百分比）所参数explodeexplode是一个与y y的维数相同的由数字0和1构成指令pie3pie3绘制三维立体圆饼图，调用格式与piepie相同.参数explodeexplode可以缺省.【扩展】【扩展】【说明】【说明】【功能】【功能】【格式】【格式】定义的圆饼图.形从圆饼图形中分离出来.的向量，其作用是当其某个元素为1时，将对应的扇22 bar bar指令指令【格式】【格式】bar(x,y,option)bar(x,y,option)【功能】【功能】绘制以向量x x各个元素为横坐标，以向量y y的各个【说明】【说明】向量x x可以缺省，此时x x1,2,3,1,2,3,.在x x缺省时，参数 optionoption 取值为 stackedstacked 时绘制累加式条形图，以矩阵 y 参数 optionoption 取值为 groupedgrouped 时绘制分组式条形图,以矩阵 y y 参数 optionoption 也可设置颜色，详见“图形的简单修饰图形的简单修饰”.指定向量x x时optionoption只能引用颜色参数.【扩展】【扩展】指令barbarh绘制水平放置的条形图指令bar3bar3绘制三维立体的垂直放置的条形图指令barh3barh3绘制三维立体的水平放置的条形图调用格式均与barbar类似.对应元素为纵坐标所定义的条形图.的各列向量的累加值为各矩形条的纵坐标.的第 k 行数据为第 k 组中各矩形条的纵坐标.23 plot plot指令指令【格式】【格式】plot(x,y,option)plot(x,y,option)【功能】【功能】在二维直角坐标平面上绘制由向量x和y的对应元素为【说明】【说明】向量x x可以缺省，此时x x1,2,3,1,2,3,.参数optionoption的取值是表示线型、数据点标识、颜色的1参数optionoption可以缺省.【扩展】【扩展】指令plot3plot3绘制3维点线图，调用格式与plotplot类似.经常与plotplot指令配合使用的还有指令lineline，其最简单的坐标的数据点或连接各个数据点的折线.个或几个符号，具体取值详见后面的“图形的简单修饰”.为plotplot图形中补充、添加辅助线.对应坐标标识出的数据点之间的折线，通常用lineline指令调用格式是 lineline（x,yx,y）,功能是绘制出由向量x x和y y的24二、多窗口绘图与点线图的单窗口多图方法二、多窗口绘图与点线图的单窗口多图方法指令subplot(m,n,p)subplot(m,n,p)的功能是将当前图形窗口分割 多窗口绘图方法多窗口绘图方法 subplot指令能够将当前的图形窗口分割成若干个子【格式】【格式】【功能】【功能】subplot(m,n,p)subplot(m,n,p)撤销分割的方式是运行指令clfclf或subplot(1,1,1).subplot(1,1,1).子窗口的编号是从1 1至mnmn，先上后下，先左后右.m m和n n的最大取值是9 9，即最多允许9999的分割.成m m行n n列，并且现在正准备在第p p个子窗口绘图.窗口，实现在每个子窗口分别绘制不同的图形的目的.25 点线图的单窗口多图方法点线图的单窗口多图方法由plotplot指令的如下两种调用格式实现的：plot(x,Y)plot(x,Y)这是一种简捷的调用格式，矩阵Y Y的行（列）维必须与plot(x1,y1,option_1,plot(x1,y1,option_1,xn,yn,option_n),xn,yn,option_n)这是一种细腻的调用格式，向量xkxk与ykyk等长，k=1,2,k=1,2,n,n 批命令方式批命令方式参数option_koption_k的取法同前.向量x x的长度相等.（不同的k k，向量长度可以不相等）.26 追加式方式追加式方式要求plotplot指令与hold on/offhold on/off指令配合使用，方法是：hold offhold off指令plotplot执行时首先对当前图形窗口清屏，然后绘制图形.在图形窗口只保留最新的plotplot图形.在当前图形窗口中追加新 plotplot图形，首先要由 hold onhold onhold offhold off指令的作用是是解除hold onhold on指令.plot(plot()hold onhold onplot(plot()指令通知系统保留当前图形窗口中的图形.271.3.2 1.3.2 图形的简单修饰图形的简单修饰一、点线图中的线型与数据点的标记，图形中的颜色一、点线图中的线型与数据点的标记，图形中的颜色 绘制点线图时，可以根据需要对线型、数据点标记及其 在绘图过程中，为使图形更加美观、易读，对图形进行 线型与参数取值线型与参数取值线型线型线型线型实线实线实线实线(默认默认默认默认)点线点线点线点线点划线点划线点划线点划线虚线虚线虚线虚线OptionOptionOptionOption值值值值-：-.-.-.-.-颜色作出选择.一些简单的修饰是必要的.28 数据点形状与参数取值数据点形状与参数取值 颜色与参数取值颜色与参数取值数据点形状数据点形状数据点形状数据点形状OptionOptionOptionOption值值值值实心点实心点实心点实心点(默认默认默认默认).加号形加号形加号形加号形+雪花形雪花形雪花形雪花形*乘号形乘号形乘号形乘号形x x x x空心圆形空心圆形空心圆形空心圆形o o o o数据点形状数据点形状数据点形状数据点形状OptionOptionOptionOption值值值值空心正方形空心正方形空心正方形空心正方形s s s s空心菱形空心菱形空心菱形空心菱形d d d d空心三角形空心三角形空心三角形空心三角形 ,v v v v,空心五角星空心五角星空心五角星空心五角星p p p p空心六角星空心六角星空心六角星空心六角星h h h h 颜色颜色颜色颜色OptionOptionOptionOption值值值值蓝蓝(默认默认)b b洋红洋红mm蓝绿蓝绿c c黄黄y y红红r r绿绿g g白白ww黑黑k k29二、图形的标记二、图形的标记图形的标记主要包括下列内容：设置图形标题 设置坐标轴名称 添加图例 添加注释文字下面介绍相关指令；title title指令指令【格式】【格式】title(string)title(string)【功能】【功能】设置图形标题【说明】【说明】在所画图形的最上端显示说明该图形标题的字符串string.string.30 xlabel/ylabel xlabel/ylabel指令指令【格式】【格式】xlabel(string)xlabel(string)ylabel(string)ylabel(string)【功能】【功能】设置坐标轴名称【说明】【说明】xlabel(string)xlabel(string)指令将字符串stringstring水平放置ylabel(string)ylabel(string)指令将字符串stringstring垂直放置于横轴下方，以说明横轴数据的意义.于纵轴左侧，以说明纵轴数据的意义.31 legend legend指令指令【格式】【格式】legend(string1,string2,string3,legend(string1,string2,string3,option),option)【功能】【功能】添加图例【说明】【说明】为图形按绘图的先后次序，用对应顺序的字符串参数optionoption可以省略，此时图例自动放置在图形视窗stringstring添加图例.之内，当option=-1option=-1时，表示强行将图例放置到图形视窗之外.32 text text指令指令【格式】【格式】text(x,y,string,cs)text(x,y,string,cs)【功能】【功能】添加注释文字【说明】【说明】在图形的指定坐标位置（x,yx,y）处，添加由字符串 如不给出该选项，则（x,y）坐标的度量单位与图形中数据单位一致；如果给出该选项，则（x,y）坐标表示规范化图形窗口的相对坐标，cscs是可选的引用参数：在使用上述标记指令时，可以对字符串stringstring所给出的文字stringstring所给出的注释文字.其变化范围是01的实数，图形窗口的左下角坐标为（0,00,0）,右上角坐标为（1,1）.在字符串string所给出的注释文字前(单引号内)添加控制参数number的取值为整数，缺省值为10.fontsizenumber字号的大小进行控制，其设置方法是：数据的图形化数据的图形化MATLABMATLABMATLABMATLAB实例实例331.4.1 1.4.1 运算流程的控制运算流程的控制1.41.4运算流程的控制与指令集的函数化运算流程的控制与指令集的函数化 for-end for-end循环结构循环结构【语法】【语法】for i=a:k:bfor i=a:k:bendend【说明】【说明】forfor循环结构的执行与C、VB语言相似.i i为循环变量，a a为循环初值，k k为步长，b b为循环终值；commandscommands为循环体.34 if-end if-end分支结构分支结构【语法【语法】if if endend【语法【语法】if if elseelseendend【语法【语法】if if elseif elseif elseelseendend【说明】【说明】分支结构的执行与C、VB语言相似；expressionexpression是关系或逻辑判断语句.其它控制程序流程的指令其它控制程序流程的指令while-endwhile-endwhile-endwhile-end循环结构 switch-case-endswitch-case-endswitch-case-endswitch-case-end开关结构 try-catch-endtry-catch-endtry-catch-endtry-catch-end探试结构351.4.2 1.4.2 指令集的函数化指令集的函数化 无论是计算还是绘图，都是根据问题的需要按照一定的顺保存指令集为MATLAB语言的可执行文件，称为m-脚本文件.文件名是一条可执行的、用户自定义指令，以后若再次执 M-脚本文件运行中所处理的数据及返回数据均在MATLAB的适宜小规模计算或编写大规模计算程序的主程序.序使用有关指令，这些指令构成了解决某一特定问题的指令集.件名并运行即可.行这一指令集，只需在指令窗口或Notebook环境中键入这个文工作内存（Workspace）中.一、一、m-m-脚本文件脚本文件36二、二、m-m-函数文件函数文件 如果问题的规模较大、结构化程度高，相关算法在同类问 用户自定义的m-函数同MATLAB系统函数一样可以在需要.除预先定义的全局（输入/输出）变量在MATLAB的工作内存文件称为m-函数文件，通常用于子程序的编写.指令进行函数化处理，规划和确定输入/输出参数，此类可执行题中可重复使用时，则应当对相应的MATLAB指令集由functionfunction时重复调用 与m-脚本不同，m-函数运行中所处理的数据及返回数据，临时的局部变量空间.时的局部变量空间中，该函数运行结束时系统自动删除这一（Workspace）中，其余均在调用该函数时系统自动开辟的临37 m-文件的编写通常在MATLAB程序编辑器（Editor）中 m-脚本文件与m-函数文件是MATLAB语言程序设计的两 若是在Notebook环境中已经编写出m-文件，则可将文 m-脚本文件和m-函数文件的编写，除m-函数文件必须三、三、m-m-文件的编写环境文件的编写环境要有由“functionfunction”引导的函数申明行外，其它要求一样.保存.件中的全部指令复制/粘贴到程序编辑器，调试无错误即可序编辑器.进行.单击“New M-File”图标（或菜单选项），即可开启程种源程序文件格式，统称m-文件，文件的扩展名均为m.38 遵循m-函数文件的编写要求，可以将用户程序文件纳入四、四、m-m-函数文件编写规范函数文件编写规范函数申明行函数申明行functionfunctionfunctionfunctionfunctionfunction 返回变量列表返回变量列表=funnamefunnamefunnamefunname(输入变量列表输入变量列表)H1(H1(关键词关键词)行行%FUNNAME(%FUNNAME(大写体函数名大写体函数名)，关键词描述的函数功能，关键词描述的函数功能在线帮助文本区在线帮助文本区%输入、输出变量的意义，调用格式说明，算法说明等输入、输出变量的意义，调用格式说明，算法说明等隔离行隔离行无任何标记的空行无任何标记的空行编写与修改记录编写与修改记录%编写者姓名，编写日期，修改日期等编写者姓名，编写日期，修改日期等隔离行隔离行无任何标记的空行无任何标记的空行函数体函数体MatlabMatlab命令集（为增强程序的可读性，在函数体中可命令集（为增强程序的可读性，在函数体中可m-m-文件编写实例文件编写实例配置适当的空行和配置适当的空行和%引导的注释）引导的注释）MATLAB系统进行管理.39