MATLAB使用笔记

1 MATLAB软件使用

1.1 文件

m文件可以分为脚本文件和函数文件

脚本文件
- 可类比为c语言中的主函数文件(main.c)
- 可以单独执行
- 可以处理工作区的数据
函数文件
- 接受输入参数返回输出参数的文件,类比于c语言中的函数
- 一般不能单独执行,但可以被脚本调用
- 不能处理工作区的数据,可以处理函数内部变量

1.2 命令行

科学计算器

输入数据
- 将变量a添加到工作区,并在命令行窗口显示结果
算数运算
- 加减乘除幂
函数调用
- 返回值=函数名(参数1,参数2,…)

执行系统命令

加载运行文件,保存和关闭
- 在命令行直接输入脚本文件名,可以运行脚本
- 保存文件:save + 文件名
- 关闭文件:close + 文件名
- 关闭窗口:close + 窗口名
获取帮助文档
- help + 函数名

命令	含义
help	在线帮助
clear	清空工作区的内存
load	把文件调入变量到工作区
save	把变量存入文件中
quit/exit	退出MATLAB
pwd	显示当前的工作目录
cd	改变当前的工作目录

调试程序

在程序运行过程中,打印变量值,或者使用表达式对变量进行评估
- 查看变量值:运行至断点处,可以在命令行输入变量名查看数值
- 评估变量:输入变量到表达式,判断变量的正确性.如size(A)判断矩阵的维数.det(A)求行列式,也可以判断奇异性
- 画图:plot(变量)可以画成散点图或者曲线图

1.3 工作区

查看变量值、可视化

双击工作区变量,可以查看具体数值
右键单击工作区变量,可以对其进行plot, scatter等可视化操作

保存工作区变量

保存所有工作区变量:save 文件名.mat
保存特定工作区变量:save 文件名.mat 变量1 变量2

将数据文件加载到工作区

使用load命令:load 文件名.mat

1.4 菜单

打开matlab就可以看到菜单,没啥好说的

2 MATLAB编程入门

2.1 编程基本原则

养成在主程序开头用clear指令清楚变量的习惯,以消除工作区中其他变量对程序运行的影响.但注意在子程序中不要使用clear.
参数值要集中放在程序的开头部分,以便维护.
程序尽量模块化,也就是采用主程序调用子程序的方法,将所有子程序合并在一起来执行全部的操作.
充分利用debugger来进行程序的调试(设置断点、单步执行、连续执行),并利用其他工具箱或用户图形界面(GUI)的设计技巧,将设计结果集成在一起
合理添加注释

2.2 控制语句

2.2.1 赋值语句

直接赋值语句:赋值变量=赋值表达式
函数调用语句:[返回变量列表]=函数名(输入变量列表)
如果不想MATLAB每次都显示运算结果,只需要在运算式后面加上分号(\;)

2.2.2 流程控制语句

if-else语句

if-else-esleif分支结构
- 最简单的if-else-end结构
```
if expression
commands;
end
```
- if-else-elseif分支结构
```
if expression
commands 1;
else
commands 2;
end
```
- 当有三个或者更多的选择.注意,这种形式只和所碰到的,与第一个真值表达式相关的命令被执行;接下来的关系表达式不检验,跳过其余的if-else-end结构,而且最后的else可有可无
```
if expression1
...;
elseif expression2
...;
elseif expression3
...;
else
...;
end
```
  for循环语句
```
for x=array(1:n)
commands;
end
```
步长缺省值为1,可以在正实数或负实数范围内任意指定
对于正数,循环变量的值大于终止值时,循环结束;对于负数,循环变量的值小于终止值时,循环结束.
循环结构可以被嵌套使用
可以使用break语句跳出循环

while循环语句

while expression
    commands;
end

switch语句

switch 表达式(可以是标量或字符串)
case 值1
    语句1;
case 值2
    语句2;
.....
otherwise
    语句n;
end

表达式的值与case的值相同,就执行哪种情况的语句;如果不同,就执行otherwise的语句
格式中也可以不包括otherwise,这时如果表达式的值与列出的各种情况都不相同,则继续往下执行

2.3 变量及其作用域

2.3.1 MATLAB中预定义常量

ans 分配最新计算表达式的值,这个表达式并没有给定一个名字

eps 返回机器精度(2.2204*10e-16)

realmax 返回计算机能处理的最大浮点数

realmin 返回计算机能处理的最小非零浮点数

pi $\pi$=3.14159265

Inf 定义为1/0.当出现被零除时,MATLAB就返回inf,不中断而继续计算

NaN 定义为Not a number,这个非数值要么是0/0类型,要么是inf/inf

==尽量避免对这些量重新赋值==

2.3.2 MATLAB函数内的特殊变量

nargin,nargou 分别等于函数的实际输入输出的个数 varargin,varargout 表示可以有任意多的输入和输出变量,例如

function[varagout]=f_name(varargin)

2.3.3 matlab中的数据类型

变量	类型
double	一般为矩阵,多维数组等
char	字符串变量和矩阵
sparse	稀疏矩阵
struct	结构体型
cell	单元型变量

2.3.4 全局变量,子函数,私有函数

global 全局变量列表
- 全局变量是可以从函数或命令行中访问的变量。它们拥有自己的工作区，这些工作区与基础和函数工作区分开。但是，全局变量具有显著风险。例如:
- 任何函数都可以访问和更新全局变量。使用此类变量的其他函数可能返回意外结果。
- 如果您无意间提供与现有全局变量同名的“新”全局变量，一个函数可能覆盖另一个函数预期的值。此类错误很难诊断。
- 请尽可能谨慎使用全局变量。各变量名不能用逗号分隔，用空格，否则不能识别。同时在MATLAB工作空间申明、在函数前面申请。
子函数
- 在函数中专门有该函数调用的下一级函数。
私有目录
- 当前目录下建一个private子目录只能由当前目录下的函数调用。

2.4 程序调试

2.4.1 M文件错误的种类

语法错误:发生在程序代码的解释过程中，一般由函数参数输入类型有误或矩阵运算阶数不符等引起
执行错误:发生在程序运行过程中，出现溢出或死循环等，与程序本身有关。一般应在设计程序过程中避免出现NaN、Inf或空矩阵等。

2.4.2 警告

一般不影响程序的执行，提示某些不合理或过时的用法，一般可以不予理会，要关闭警告可输入命令warning off。

2.5 加快MATLAB程序执行速度

尽量避免使用循环
- 尽量用向量化的运算来代替循环操作(如:平方和用向量内积代替)
- 多重循环，将执行次数少循环的放在外环
大型矩阵的预先定维
优先考虑内在函数(built-in function)
采用有效的算法
应用Mex技术(在matlab中使用C/C++)

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