引言

你好！歡迎查看此系列筆記。為何說(shuō)是筆記而不是教程呢，是因?yàn)檫@就是真真切切的我自己學(xué)習(xí)的記錄，從R2022a版本到R2024a，這意味著該系列筆記可能會(huì)一直更新下去，倘若有重大更迭，我也會(huì)及時(shí)更新。觀看者遇到問(wèn)題，可以在評(píng)論區(qū)反饋，我爭(zhēng)取及時(shí)交流修改。初始筆記均以R2022a版本為基準(zhǔn)，后續(xù)補(bǔ)充或修改內(nèi)容將以最新版作為基準(zhǔn)。此系列筆記可能不是全站最好的，但是我會(huì)努力做到最完備。筆記采用循序漸進(jìn)的方式，譬如第一章我不會(huì)講點(diǎn)乘，而是在第二章矩陣后才會(huì)講。

第一章 Matlab基礎(chǔ)

本章從初學(xué)者角度入手，從Matlab界面，運(yùn)算符，數(shù)據(jù)類型，到基本函數(shù)和數(shù)學(xué)量，基本操作。讓你能看懂matlab，會(huì)常識(shí)。

一、初識(shí)界面

我沒(méi)有對(duì)界面做箭頭標(biāo)注，一是因?yàn)槲覒?直言不諱，嘿嘿)，二是避免許多人保存圖片收藏學(xué)習(xí)的行為，知識(shí)只有學(xué)到腦子里才是知識(shí)，收藏和收集具有成癮性。

再回到界面來(lái)，最上方是菜單欄和工具欄(這一部分你們可能比我的格子多)，包含了許多工具和附加計(jì)算器，由于本系列教程均由基本代碼實(shí)現(xiàn)，所以你點(diǎn)擊它的機(jī)會(huì)很少?？梢钥吹焦俜綄?biāo)題欄分為了6個(gè)部分，第一個(gè)部分是文件處理類，參考各類辦公軟件，不再贅述，注意新建或者打開(kāi)的格式通常都是mat格式；第二個(gè)部分是數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和導(dǎo)出，通常也使用mat格式文件；第三部分比較重要的是代碼效率分析；Simulink不用管，暫時(shí)用不到；然后是布局和路徑設(shè)置；最后是在線幫助。

向下的部分比較單調(diào)，不再用單獨(dú)的圖片演示。左側(cè)顯示的是當(dāng)前路徑，中間的附帶fx的窗口是命令行窗口，fx后有兩個(gè)>，我們的代碼就在這兩個(gè)符號(hào)之后輸入；右側(cè)上下兩欄分別是工作區(qū)欄(存放變量信息的)和歷史記錄欄(顯示你用過(guò)的命令)。

二、變量和算數(shù)運(yùn)算符

1.變量

Ⅰ 命名原則

以字母或者下劃線開(kāi)頭，但是很少用下劃線開(kāi)頭，后面可以跟字母、數(shù)字和下劃線，變量名嚴(yán)格區(qū)分字母的大小寫(學(xué)過(guò)C語(yǔ)言的一定是倒背如流)。

Ⅱ 通常的賦值格式

變量=表達(dá)式。右邊的表達(dá)式，小到一個(gè)數(shù)字，大到一個(gè)方程或者矩陣，引用變量前必須賦值。

Ⅲ 內(nèi)置變量

Matlab有一個(gè)內(nèi)置的變量ans，倘若你沒(méi)有定義新變量，值默認(rèn)賦給ans，所以自己定義變量的時(shí)候要規(guī)避ans，以防發(fā)生混亂。本例計(jì)算了7和8的乘積并自動(dòng)賦值給了ans：

>> 7*8

ans =

    56

Ⅳ 變量的查詢

who命令用于查看現(xiàn)實(shí)工作空間中的所有變量，whos可以用于查看工作空間中變量的詳細(xì)屬性，使用方式如代碼塊所示：

>> a = 6

a =

     6

>> b = 7

b =

     7

>> who

您的變量為:

a  b  

>> whos
  Name      Size            Bytes  Class     Attributes

  a         1x1                 8  double              
  b         1x1                 8  double              

運(yùn)行完這一塊代碼，我們看到，matlab也是有數(shù)據(jù)類型的。

Ⅴ 引用變量的方式

直接調(diào)用變量名即可，其實(shí)matlab也有類似于C語(yǔ)言指針和JAVA類的東西，但是目前為止無(wú)需了解。例如，計(jì)算x = 56和3.5的乘積：

>>y = x * 3.5
y = 
    196

Ⅵ 符號(hào)變量

在本系列更新到第四章(方程求解)的時(shí)候，我認(rèn)識(shí)到需要補(bǔ)充符號(hào)變量這一概念。在 MATLAB 中，syms()函數(shù)用于定義符號(hào)變量。符號(hào)變量是一種特殊類型的變量，用于表示數(shù)學(xué)表達(dá)式中的符號(hào)和變量，而不是數(shù)值。在定義符號(hào)變量之后，我們可以使用其進(jìn)行計(jì)算，例如求解方程、求導(dǎo)、積分、求極限、求解線性代數(shù)問(wèn)題等。需要注意的是，符號(hào)計(jì)算是一種復(fù)雜的運(yùn)算，通常比數(shù)值計(jì)算更慢，并且可能會(huì)導(dǎo)致精度損失。因此，在使用符號(hào)計(jì)算時(shí)應(yīng)該注意控制計(jì)算的復(fù)雜度和精度，以避免出現(xiàn)不必要的錯(cuò)誤。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，符號(hào)變量就是為求未知量而生的，倘若用普通的變量，無(wú)法達(dá)到求未知的效果。
詳細(xì)的符號(hào)變量使用方法請(qǐng)見(jiàn)第四章(解方程)和第五章(微積分計(jì)算和級(jí)數(shù)展開(kāi))。

2.算數(shù)運(yùn)算符

老生常談，無(wú)非加減乘除冪運(yùn)算

Ⅰ 一般運(yùn)算符

加和減的優(yōu)先級(jí)最低，乘和除的優(yōu)先級(jí)第二，冪運(yùn)算的優(yōu)先級(jí)最高。除法運(yùn)算中，右除\優(yōu)先于左除/，同樣的，優(yōu)先級(jí)可以通過(guò)圓括號(hào)來(lái)改變，無(wú)需過(guò)于糾結(jié)。右除和左除需要嚴(yán)格區(qū)分，被除數(shù)和除數(shù)是完全相反的：

>>9/3

ans =

     3

>> 9\3

ans =

    0.3333

Ⅱ 需要特殊注意的求余運(yùn)算

Matlab中沒(méi)有求余運(yùn)算符號(hào)，%并不代表求余。rem()和mod()函數(shù)專門用于求余(在本章第五部分再介紹)。作為一門語(yǔ)言，它和C類似，但是也有不同，切記不可過(guò)度聯(lián)想，張冠李戴。

Ⅲ 補(bǔ)充內(nèi)容(分號(hào)和續(xù)行符號(hào))

分號(hào)、續(xù)行符。在上方的代碼示例中，每一句代碼后方?jīng)]有任何符號(hào)，賦一個(gè)值，后方輸出重復(fù)一次，再輸入大量代碼的時(shí)候，顯然會(huì)占用很大篇幅，可以在語(yǔ)句末尾加一個(gè)分號(hào)，僅賦值，但不求屏幕輸出；續(xù)行符為三個(gè)點(diǎn)：… 用于屏幕換行的接續(xù)輸入，接下來(lái)是代碼展示：

>> a = 6;
>> b = 123 + 245 + ...
12345

b =

       12713

三、賦值運(yùn)算

“=”賦值運(yùn)算符，介紹變量的時(shí)候已經(jīng)提到過(guò)。我們這里還要介紹遞歸賦值這個(gè)特殊用法，如代碼塊所示：

>> x = 86;x = x + 4

x =

    90

四、分?jǐn)?shù)的不同表達(dá)方式

作為初學(xué)者，我不會(huì)詳細(xì)介紹Matlab中無(wú)關(guān)緊要的數(shù)值類型，這里僅對(duì)分?jǐn)?shù)的表達(dá)方式做一定的區(qū)分，主要是單精度(4位)、雙精度(15位)和分?jǐn)?shù)形式：

1. 單精度形式

>> format short;pi

ans =

    3.1416

2.雙精度形式

>> format long;pi

ans =

   3.141592653589793

3.分?jǐn)?shù)形式

>> format rat;pi

ans =

     355/113  

4.我為什么使用format函數(shù)來(lái)介紹小數(shù)類型

format函數(shù)主要用于設(shè)置輸出格式，可以將數(shù)值用特定的方式來(lái)展示，所以此處用了format 格式；變量名的代碼來(lái)展示不同的小數(shù)格式。根據(jù)官網(wǎng)，格式處的類型還可以為hex(16進(jìn)制格式)、自定義的格式，在此不再介紹，感興趣可自行研究。

五、基本數(shù)學(xué)量和基本函數(shù)(極其重要，務(wù)必掌握)

1.上文中出現(xiàn)的pi

圓周率，使用時(shí)直接調(diào)用。

2.自然指數(shù)

格式為exp(x)，處為待定數(shù)，表示自然指數(shù)的x次方。特殊的，matlab中輸入e不可直接輸入，而要輸入exp(1)，如代碼塊所示，做個(gè)簡(jiǎn)單的運(yùn)算驗(yàn)證一下：

>> log(exp(1))

ans =

       1       

3.對(duì)數(shù)

格式為log(x) ，這是以e為底的對(duì)數(shù)函數(shù)。以其它為底時(shí)的格式：log底(x)，譬如有l(wèi)og2(2)=1。

4.平方根

格式為sqrt(x)，x可以為負(fù)數(shù)，matlab會(huì)輸出復(fù)數(shù)形式。

5.三角函數(shù)

和現(xiàn)實(shí)一樣，直接按照現(xiàn)實(shí)的方式來(lái)表示，但是要注意反三角函數(shù)前綴不是arc，而是a。

6.inf和NaN

前者表示無(wú)窮大，除以0或者溢出等運(yùn)算會(huì)產(chǎn)生inf，其次在變上限積分的運(yùn)算中非常有用；后者表示既不是實(shí)數(shù)也不是復(fù)數(shù)的非數(shù)字值，比如0除以0或者inf除以inf的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生NaN。

7.絕對(duì)值

函數(shù)為abs()，括號(hào)里內(nèi)容為現(xiàn)實(shí)中絕對(duì)值號(hào)里的東西。

8.求余專用函數(shù)

rem(m,n)表示m除以n所得的余數(shù)，rem(x,0)的值是多少呢，你們自己想一下。還有mod(m,n)函數(shù)，也表示m除以n所得的余數(shù)。這兩個(gè)函數(shù)有何區(qū)別呢。主要體現(xiàn)在符號(hào)上，rem的結(jié)果正負(fù)會(huì)隨著m的正負(fù)變化而變化，對(duì)于n的符號(hào)變化愛(ài)答不理。而mod正好相反。

9.復(fù)數(shù)的表示

和現(xiàn)實(shí)一樣，直接在虛部補(bǔ)個(gè)i。i和j都默認(rèn)為虛數(shù)單位，自定義變量的時(shí)候注意避開(kāi)。

10.disp函數(shù)(窗口顯示函數(shù))

disp 函數(shù)用于在命令窗口中顯示數(shù)據(jù)。它可以接受各種類型的輸入數(shù)據(jù)，包括數(shù)字、字符向量、字符數(shù)組、邏輯值、結(jié)構(gòu)體、單元格數(shù)組、函數(shù)句柄等等(其中很多對(duì)于初學(xué)者都沒(méi)必要了解)。
該函數(shù)的輸出形式是根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的類型和大小自動(dòng)確定的。對(duì)于單個(gè)數(shù)字或字符向量，輸出結(jié)果是一行文本。對(duì)于多行文本或大型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(譬如矩陣)，輸出結(jié)果可能會(huì)跨多行，并自動(dòng)換行以適應(yīng)命令窗口的大小。來(lái)個(gè)代碼塊試試看：

>> x = [1,2,3;4,5,6;7,8,9];y = 11;disp(x),disp(y)
     1     2     3
     4     5     6
     7     8     9

    11

注意disp函數(shù)的輸入內(nèi)容是單一的，不能輸入多個(gè)同時(shí)輸出。

11.窗口小命令(軟件交互)

clc函數(shù)清空命令行窗口內(nèi)容，clear清除所有變量，close all關(guān)閉所有的figure窗口(譬如生成的函數(shù)圖像窗口，第三章會(huì)講到)，clear all：清除工作空間的所有變量、函數(shù)。clear 變量名還可以清楚指定的變量；esc按鈕：清除你正在編輯的命令行；按下tab：補(bǔ)全代碼；quit：關(guān)閉matlab。

六、小技巧：極其方便的修正手法

有時(shí)輸入表達(dá)式發(fā)生錯(cuò)誤，當(dāng)按下回車后認(rèn)識(shí)到需要修改其中一點(diǎn)代碼，只需要方向鍵向上移動(dòng)，此時(shí)會(huì)自動(dòng)補(bǔ)全上方的歷史代碼，修正錯(cuò)誤，然后按下回車重新運(yùn)行即可。

七、代碼注釋方法

1.我們?yōu)槭裁匆⑨尨a

作為一個(gè)程序員(只要你使用的是高級(jí)語(yǔ)言)，編寫代碼時(shí)，最好添加描述代碼的注釋。注釋有助于其他人員理解代碼，并且有助于我們?cè)谏院蠓祷卮a時(shí)再度記起這段代碼的作用。在代碼開(kāi)發(fā)和測(cè)試期間，還可以使用注釋來(lái)注釋掉任何不需要運(yùn)行的代碼。在實(shí)時(shí)編輯器中，可以在代碼前后插入文本行來(lái)描述過(guò)程或代碼。
由于matlab語(yǔ)言和其他高級(jí)語(yǔ)言的相似性，代碼移植時(shí)展現(xiàn)的功能性說(shuō)明顯得必不可少。所以我們不光要做注釋，還要做的好。同樣的，matlab的代碼注釋也分單行和多行。

2.單行注釋方式

既可以單起一行專門放注釋，還可以在某一句代碼后方跟一句注釋，符號(hào)為%，單行注釋內(nèi)容在該符號(hào)的右側(cè)添加：

>> % 定義變量x和y
>> x = 5;y = 6 % 定義完畢

3.多行注釋方式

還是使用百分號(hào)，但是為了續(xù)行輸入我們的注釋，還需要用大括號(hào)括起來(lái)，格式為%{…內(nèi)容…%}

>> %{
這是一段代碼注釋
“Hello world!”
%}

在為什么要添加注釋的部分中，還提到了可以利用注釋將不運(yùn)行的代碼"封裝起來(lái)"。也是利用了多行注釋的方式：

a = magic(3);
%{
sum(a)
diag(a)
sum(diag(a))
%}
sum(diag(fliplr(a)))

3-5行的代碼都不會(huì)被執(zhí)行，如有運(yùn)行需要，直接放出來(lái)即可。更加復(fù)雜的代碼注釋方式我不再介紹，對(duì)于語(yǔ)言學(xué)習(xí)者我更提倡直接輸入注釋代碼。

八、文件基礎(chǔ)(包括導(dǎo)入、保存等)

1.保存

Ⅰ 保存mat格式文件(位置參考第一部分的界面介紹)

• 找到變量菜單區(qū)
• 選擇“保存工作區(qū)為”
• 輸入文件名點(diǎn)擊保存

Ⅱ 變量的保存：使用命令save 文件名 變量名列表將變量存入指定的mat文件中。譬如：

>>save 'monosaka.mat' a b

或者：

>>save ('file1.mat','p','q')

2.讀取

Ⅰ 從 excel 文件讀取數(shù)據(jù)

>> A = xlsread('monosaka.xlsx')

此處的A可以為數(shù)，也可以為數(shù)組或者矩陣

Ⅱ 讀入txt文本(這個(gè)我沒(méi)有試過(guò)，權(quán)當(dāng)了解)，以下三條代碼為具體格式。

>>[A,B,C,...] = textread(filename,format)
>>[A,B,C,...] = textread(filename,format,N)
>>[...] = textread(...,param,value,...)

Ⅲ 變量的讀?。?/p>

>>load(filename,'-mat',variables)

本章節(jié)更新記錄

2024.2.13首次發(fā)布。
2024.2.14一次修訂：優(yōu)化了目錄，便于查找。
2024.2.16二次修訂：添加了符號(hào)變量?jī)?nèi)容和代碼注釋方法、disp顯示函數(shù)。

[1]：Matlab公司Mathworks官網(wǎng)-幫助中心文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-828173.html

到了這里，關(guān)于【Matlab入門】 第一章 Matlab基礎(chǔ)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！