webdancer's Blog

matlab编程3—添加工具箱

在matlab程序设计中，如果我们要引入别人的写好的工具箱，怎么做呢？

首先，介绍一下matlab中的两个概念：current directory 和 search directory。matlab中的文件操作将这两个文件夹作为引用点，所以我们的文件必须在这两个之一。

1.current directory

current directory在matlab的GUI的matlab toolbars中默认显示，我们很容易更改current directory.如下图：

2.search directory

安装工具箱，就是将工具箱路径，添加到search directory中。

有两种方式：

命令行。addpath(genpath('/path/to/targettoolbox'))
通过GUI界面。选择File-->setpath添加。

注意：matlab中，搜索目录中的函数在统一命名空间，这样如果函数重名，是一个比较让人不好办的问题。如果自己写的函数，不要与matlab内置函数重名；如果第三方toolboxs有重名现象，只好改名了。

matlab编程2

matlab里面记录代码的文件成为M-files。可以分为两种类型：script和function。

1.script。不接受输入，也不返回输出。它对workspace的数据进行操作。和python等的脚本文件是一样的，把在控制台的命令给保存起来。

2.function。接受输入参数，返回输出。这类文件的一个注意的地方就是文件名和函数名必须相同.

例子：

rank.m
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19	`function` `r =` `rank(A,tol)` `%RANK Matrix rank.` `% RANK(A) provides an estimate of the number of linearly` `% independent rows or columns of a matrix A.` `% RANK(A,tol) is the number of singular values of A` `% that are larger than tol.` `% RANK(A) uses the default tol = max(size(A)) * eps(norm(A)).` `%` `% Class support for input A:` `% float: double, single` `% Copyright 1984-2007 The MathWorks, Inc.` `% $Revision: 5.11.4.5 $ $Date: 2007/08/03 21:26:23 $` `s =` `svd(A);` `if` `nargin==1` `tol =` `max(size(A)) *` `eps(max(s));` `end` `r =` `sum(s > tol);`

从这个例子中，看出：

1.从第一行看出，文件名与函数名一致。

2.%的行为注释，用help rank可以查看（当然，help方法删掉了一些没用的，比如最后两行）。

3.下面为函数体，是函数的实现。参数的参数数目可以用方法nargin和nargout获得。(n/arg/in)

function可以分为以下几种类型：

1.匿名函数。

不用创建专门的m文件，可在命令行，m文件内部创建。语法如下

rank.m
1	`f=@(arglist) expression`

例子：

rank.m
1	`>>` `sqrt=@(x) x.^(1/2);`

2.主函数和子函数。

函数类型的M文件需要一个主函数，放在第一位；后面可以跟若干个子函数（当然可以不跟)。

3.私有函数。

只对一些函数可见，放在名称为：private的目录下面。

4.嵌套函数。

在函数体内，定义新的函数。

提示：

构造字符串参数

用[]可以连接字符串，很容易来构造所需要的参数。

例子：

rank.m
1 2 3 4	`for` `i=1:10,` `s=['index'` `int2str(i)` `'.dat'];` `load(s);` `end`

特殊的函数：

eval：可以执行matlab命令。

例子：

rank.m
1 2	`>> cmd='1+1';` `>>` `eval(cmd)`

函数句柄：

使用@符号，可以获得matlab函数的句柄。这通常在把matlab函数作为参数的时候非常有用。

rank.m
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	`function` `[f,g] = myfun(x)` `f = 3x(1)^2 + 2x(1)x(2) + x(2)^2;` `% Cost function` `if` `nargout` `> 1` `g(1) = 6x(1)+2x(2);` `g(2) = 2x(1)+2*x(2);` `end` `options =` `optimset('GradObj','on');` `x0 = [1,1];` `[x,fval] = fminunc(@myfun,x0,options);`

使用矩阵运算代替迭代。

在matlab中矩阵运算都经过优化，速度较快。

matlab编程1

数据类型

前面已经学习了matlab编程的主要的数据类型就是矩阵。

介绍其他的一些数据类型：

** multiarrays

例如：rand(2,2,2)

** cellarrays

例如：carr=cell(8,1)

注意:

cellarrays用{}来索引，所以第二个元素为：carr{2}

cellarrays的元素可以使其他类型数据

**字符和文本

例如: str='hello world!'

**结构体

例如：

fp.no=9;

fp.name='torres';

控制流

1.条件语句。

if语句

if condition1,
   statement1
elseif condition2,
   statement2
else,
   statement3
end

与C语言的if是一致的，关键词不同，多了一个elseif。

switch语句

switch variable
    case constant1,
        statement1
    case constant2,
        statement2,
    otherwise,
        statement3
end

与C语言的switch是不一致的。matlab的switch不是fall through的。第一个case为true，下面的case

不会执行。

注意：在比较两个矩阵时，用isequal函数。

例子：

n = floor(real(double(n(1))));
 
if mod(n,2) == 1
   % Odd order 
   M = oddOrderMagicSquare(n);
elseif mod(n,4) == 0
   % Doubly even order.
   % Doubly even order.
   J = fix(mod(1:n,4)/2);
   K = bsxfun(@eq,J',J);
   M = bsxfun(@plus,(1:n:(n*n))',0:n-1);
   M(K) = n*n+1 - M(K);
else
   % Singly even order.
   p = n/2;   %p is odd.
   M = oddOrderMagicSquare(p);
   M = [M M+2*p^2; M+3*p^2 M+p^2];
   if n == 2
      return
   end
   i = (1:p)';
   k = (n-2)/4;
   j = [1:k (n-k+2):n];
   M([i; i+p],j) = M([i+p; i],j);
   i = k+1;
   j = [1 i];
   M([i; i+p],j) = M([i+p; i],j);
end

2.循环条件。

for语句

for condition,
    statement;
end

while语句

while condition,
      statement;
end

还有两个关键字 continue, break。和C语言中的用法是一致的。

例子：

二分法解方程x^3-2x-5。

a = 0; fa = -Inf;
b = 3; fb = Inf;
while b-a > eps*b
   x = (a+b)/2;
   fx = x^3-2*x-5;
   if fx == 0
      break
   elseif sign(fx) == sign(fa)
      a = x; fa = fx;
   else
      b = x; fb = fx;
   end
end
disp(x)

try-catch语句

try
    statement1
catch
    statement2
end

语句与java中try-catch类似，try语句块里面有错误发生时，被catch捕获。错误可以用lasterr查看。

return语句

结束当前语句，返回到调用函数

matlab作图

matlab提供了很多的方法来作图。通过图像我们能够直观的来观察数据中的重要特征。我们可以根据我们的数据来选择作图的类型，比如：line,bar,histogram,pie等；还可以用来做三维图形，比如：surfaces等。

我们有有种基本的作图方式，命令行和作图工具。当然，我们可以把它们结合起来，比如用命令行作图后，用作图工具来修改。

1.使用plottools作图。

使用GUI的作图工具，可以实现很强大的功能。帮助文档介绍很详细。

2.作图函数。

这时我们在编程时需要的，可以自动的进行数据可视化。

数据：

1 2	`>>X=-2pi:.1:2pi` `>>Y=sin(X)`

具体函数：

二维作图：plot

x坐标轴：xlabel

y坐标轴：ylabel

标题:title

注意：xlabel,ylabel,title都可以用tex的语法来写数学公式。

例子：

%作sin(x)的图像

>>plot(X,Y,'r');
>>xlabel('X');
>>ylabel('sin(X)');
>>title('the sin function');

通过修改plot的参数，可以同时画出多个函数

例如：

1 2	`>>plot(X,Y,X,sin(X-.5));` `>>legend('sin(x)','sin(x-0.5)');` `%标注不同的函数`

当然plot还有很多的参数，用来定义图像的外观。

holdon 可以让我们继续往前面的图像上添加函数。

subplot可以使我们在一个图像中使用多个坐标系。

例子：

1 2	`>>subplot(2,1,1);plot(X,sin(X));` `>>subplot(2,1,2);plot(X,cos(X));`

mesh, surface ,contour

>> [X,Y]=meshgrid(-8:.1:8);
>> R=sqrt(X.^2+Y.^2)+eps;
>> Z=sin(R)./R;
>> mesh(X,Y,Z);

1	`>>surf(X,Y,Z);`

类似mesh

1	`>>contour(X,Y,Z);`

当然，使用matlab做好图形还需在实践中慢慢积累。

matlab入门

简介

matlab(matrix laboratory)是用来进行科学计算的高效语言,提供了计算，可视化，编程的易用环境。

toolboxs是matlab函数的集合，通常用来处理特定的问题，比如：数字信号，神经网络，小波等。

matlab软件通常包含以下几个部分：

1）开发环境。常用的命令窗口，编辑器，命令行历史，搜索路径等。

2）数学函数库。包含很多的数学函数。

3）matlab开发语言。

4）图形。

5）matlab API。可以让matlab与C/C++或是fortran交互。

矩阵

matlab中的矩阵和我们在线性代数中学的矩阵是一样的。matlab可以让我们很容易的处理整个矩阵。

matlab中矩阵的表示：

** 行元素用空格或是逗号隔开

** 一行的结尾用分号来标记

** 整个矩阵用[ ]来标记

举例：

A=[16 3 2 13; 5 10 11 8;9 6 7 12; 4 15 14 1]

下标。

** 在i行j列的元素:A(i,j) 也可表示为：A(i*j)

** 结尾可以表示为end。如：A(end,end)

冒号运算符

在matlab中常用，可产生等差数列。

举例：

1:2:10

结果：

1 3 5 7 9

和下标结合，如A矩阵的第2列: A(:,2)

表达式

在matlab的表达式中，真个矩阵参与运算。

变量：matlab中，不进行变量的声明。例如： var = 6

数字：支持复数和实数，象数学里面的传统表示(复数虚部可以用i或是j作为后缀)。例如 1+3j

运算符：

+ 矩阵加

- 矩阵减

* 矩阵乘

/ 解线性方程组

\ 解线性方程组

^ 幂运算

' 转置，复数共轭

() 可以确定运算顺序

[] 连接

函数

matlab提供了很多的函数，而且很多函数都有复杂的参数，完成复杂的运算。

可以：

help elfun 查看基础函数

help specfun 查看高级专门函数

help elmat 查看产生矩阵的函数

函数可以分为：built-in和其他类型（比如m类型函数）。built-in无法查看代码，而其他类型可以查看代码。

一些常用的常数：pi,Inf,NaN,realmin,realmax,eps,i,j 可被覆盖。

例如：

eps=1.e-6

恢复：

clear eps

在编程中常用的：

产生矩阵：

zeros，ones, rand, randn等

载入数据：

load

M-Files:

可以写自己的函数或是脚本，文件名以后缀m结尾

计算矩阵行列式

det(A)

在上面的运算符前面加上. ,变为矩阵内元素相乘。

如：A.*B

++多元数据

matlab使用面向列的分析方式，其中每一列是一个变量，每一行是一个观测。（i,j)表示j变量的i个观测。

帮助：help datafun

可以用逻辑或是关系运算的结果做下标

例子：

A(~isprime(A))=0

find函数可以用来早满足某个条件的数，如：[i,j]=find(A==3)

format函数

控制数字的格式，常用有：format short , format long 等。

禁止在屏幕上打印

在语句结束时，加分号;