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发表于 2019-3-14 07:00 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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0 v3 x! y5 b3 J- a5 [9 B. [( `7 j' s- U* r1 T1 c- d) [' c; A
& K# x2 V9 U) k
Matlab 编程必备手册- I) {: s; j& V2 V0 t* Q

, P; {) H: r+ {6 T二.常用函数举例3 D% O7 w2 m, d6 T9 l% S* F7 }: J
以下我们针对每个函数举例。8 |1 n1 A* w$ {3 V1 Z0 g
当资料点数量不多时,长条图是很适合的表示方式:& X$ C  t' G1 ^, N  X
close all; % 关闭所有的图形视窗: L# i( h6 A, P" }0 u2 Q
x=1:10;) _3 i5 r- M/ C' i. [6 f8 H
y=rand(size(x));6 `# n# a( z9 `) P& q
bar(x,y);" F. y. {/ D7 a5 q  h3 t
如果已知资料的误差量,就可用 errorbar 来表示。下例以单位标准差来做; S/ l0 ?7 E- K- a
资料的误差量:( Y/ n) c' w4 H2 x  B
x = linspace(0,2*pi,30);
. w3 }( T" ]8 k# \4 u3 sy = sin(x);$ K2 P: D6 C& C( ~, n4 F8 A( E9 T
e = std(y)*ones(size(x));
7 f4 ?5 B2 `* E6 @5 f2 verrorbar(x,y,e)
, Y1 X# R) N: S0 V5 ]0 G! N对於变化剧烈的函数,可用 fplot 来进行较精确的绘图,会对剧烈变化处进
9 [- t. Q/ ^0 T0 Q. ]6 [行较密集的取样,如下例:6 K3 r+ ?# O3 n* u. x% h$ g0 a
fplot('sin(1/x)', [0.02 0.2]); % [0.02 0.2]是绘图范围
& A3 S9 V3 m, v% n) L. M若要产生极座标图形,可用 polar:) D: V. F/ N. U
theta=linspace(0, 2*pi);
( S# |- W* I/ Z4 e! `5 b4 k4 lr=cos(4*theta);7 x' u3 x" K* G, E- X1 C8 M- R5 p
polar(theta, r);
7 s# ~. m5 F6 P* V0 H! ?对於大量的资料,我们可用 hist 来显示资料的分 情况和统计特性。下面3 @1 s6 G% m9 @, c* k8 |
几个命令可用来验证 randn 产生的高斯乱数分 :/ }, |* q( H0 ~* `. `' W+ p: M
x=randn(5000, 1); % 产生 5000 个 ?=0, ?=1 的高斯乱数+ f: u, H0 N$ F9 X1 c  E
hist(x,20); % 20 代表长条的个数
" s% K, {3 r! Y" hrose 和 hist 很接近,只不过是将资料大小视为角度,资料个数视为距离, ?⒂眉昊嬷票硎荆?
3 k) U8 e) i5 f, h* ^x=randn(1000, 1);  D7 z; Y4 Z$ @
rose(x);
% t6 |* H; G4 X" Y4 M( P9 v1 Astairs 可画出阶梯图:# x  E/ b9 V3 E, U
x=linspace(0,10,50);( w$ s: H2 v! u/ o) C$ Y
y=sin(x).*exp(-x/3);
: t* Y$ e3 R0 q6 D$ c* qstairs(x,y);
; f& Q( `: a( ]- hstems 可产生针状图,常被用来绘制数位讯号:, i$ k5 g' e9 n; U; d. f
x=linspace(0,10,50);( \3 n* u: J7 d' r* @  G* y5 H
y=sin(x).*exp(-x/3);
) ^1 U! T8 t; ^stem(x,y);# a( r& y% B. {! L) R
stairs 将资料点视为多边行顶点,并将此多边行涂上颜色:
: L- `& D+ s9 q$ j7 p( n# a9 cx=linspace(0,10,50);
8 G* F, Y* p; \9 E/ ly=sin(x).*exp(-x/3);) V- V; u' b+ L4 O
fill(x,y,'b'); % 'b'为蓝色
3 X" j5 t$ a; M- Afeather 将每一个资料点视复数,并以箭号画出:2 [, K! u. I& L7 z
theta=linspace(0, 2*pi, 20);: |5 B% \' t2 |- w' u( U; F% L/ F
z = cos(theta)+i*sin(theta);3 E  R" p. x8 s$ H
feather(z);( d& O. `, {! K7 S; i6 p
compass 和 feather 很接近,只是每个箭号的起点都在圆点:
) D" P1 l: ?  i& X4 jtheta=linspace(0, 2*pi, 20);. ?% ~/ Q) ?+ i8 v! h- ?2 v4 b9 u; M
z = cos(theta)+i*sin(theta);
8 y: f# A  O" i# i3 ^/ [" n% dcompass(z);
1 g- G7 F' c7 ?* {; E--
% w0 t: q( V9 o9 f; T1 P4 @$ Q+ ?3.基本 XYZ 立体绘图命令% J/ m3 T8 l8 E. _( u: q7 Y
在科学目视表示( Scientific visualization)中,三度空间的立体图是2 n- t. R' R2 o$ J, R% c
一个非常重要的技巧。本章将介绍 MATLAB 基本 XYZ 三度空间的各项绘图命* i. H" v$ N/ d. I# k
令。6 A$ J' F! O0 Q6 _! }
mesh 和 plot 是三度空间立体绘图的基本命令, mesh 可画出立体网状图,
% a' r1 B: v6 \4 Y, g  f3 V0 {plot 则可画出立体曲面图,两者产生的图形都会依高度而有不同颜色。下
% f" g5 r; g) @# ~6 q' o  y" S列命令可画出由函数 形成的立体网状图:
+ V6 _5 {6 d: ]4 r9 a# P' N- ax=linspace(-2, 2, 25); % 在 x 轴上取 25 点
2 i9 H: A, l8 _5 }1 `( Hy=linspace(-2, 2, 25); % 在 y 轴上取 25 点
) }3 q$ m; o. I( S  H- }[xx,yy]=meshgrid(x, y); % xx 和 yy 都是 21x21 的矩阵
2 R6 r- ~8 M0 V- N' _zz=xx.*exp(-xx.^2-yy.^2); % 计算函数值, zz 也是 21x21 的矩阵
, _) o, Q7 S8 ~& I& z" Q3 t7 P) _mesh(xx, yy, zz); % 画出立体网状图! T& x' X: l! m2 j
suRF 和 mesh 的用法类似:
* }5 o, {. a/ a! p) N; Nx=linspace(-2, 2, 25); % 在 x 轴上取 25 点
4 M: q4 T% S% s3 @8 a! X* Zy=linspace(-2, 2, 25); % 在 y 轴上取 25 点# ~, ]! a( n+ L6 Z
[xx,yy]=meshgrid(x, y); % xx 和 yy 都是 21x21 的矩阵
% f+ R# c& k8 O$ W) J: |2 Dzz=xx.*exp(-xx.^2-yy.^2); % 计算函数值, zz 也是 21x21 的矩阵
: {. d( m6 d: w; r- \4 o3 b- R# ?, Esurf(xx, yy, zz); % 画出立体曲面图" q; u9 {. u! ^2 P1 p4 P: E& n
为了方便测试立体绘图, MATLAB 提供了一个 peaks 函数,可产生一个凹凸有$ _4 M. X. K& q* c' O. W! f7 B& U2 b
致的曲面,包含了三个局部极大点及三个局部极小点,其方程式为:
7 r1 r+ {' _5 e; r要画出此函数的最快方法即是直接键入 peaks:
% ?! b- K# q, Vpeaks2 J- a$ Q1 C+ M% L+ Y- s; |$ L" p
z = 3*(1-x).^2.*exp(-(x.^2) - (y+1).^2) ...
2 C  h+ n$ j) L' B4 E8 d- 10*(x/5 - x.^3 - y.^5).*exp(-x.^2-y.^2) ...
/ z; S. G1 S+ A; p1 R- 1/3*exp(-(x+1).^2 - y.^2)
; Z7 O# |9 r5 |+ S8 X, U我们亦可对 peaks 函数取点,再以各种不同方法进行绘图。 meshz 可将曲面
: u4 y; h" K$ t加上围裙:
) }7 e6 A3 C! J8 ~8 F1 k0 x" T[x,y,z]=peaks;
; a& |" f/ l3 f7 kmeshz(x,y,z);
1 K; ]# c, U- I( N+ X1 g" O8 q) A8 P( \3 uaxis([-inf inf -inf inf -inf inf]);
6 v/ j# b6 V/ K/ t% Y/ ?; ^2 ^" Gwaterfall 可在 x 方向或 y 方向产生水流效果:
6 k# X7 B5 Y1 `! m$ y8 k[x,y,z]=peaks;9 M9 [9 U/ I5 u, a1 u6 }
waterfall(x,y,z);
: A+ v- {% @0 m, Faxis([-inf inf -inf inf -inf inf]);
# s* z/ x" h7 V& V4 |4 b下列命令产生在 y 方向的水流效果:- o5 C; S2 ^6 ~: L/ p% i2 R
[x,y,z]=peaks;7 }/ W: d4 S& u" i: x
waterfall(x',y',z');$ o- \4 D' P! x! w7 ]
axis([-inf inf -inf inf -inf inf]);
1 w$ W: R5 o8 I/ bmeshc 同时画出网状图与等高线:/ S. D' l( U* h: v: b+ c
[x,y,z]=peaks;
1 d2 F2 T! C! E( pmeshc(x,y,z);+ y$ Z# y. t( D6 m0 Y4 U0 o
axis([-inf inf -inf inf -inf inf]);
* h% b/ k  h* ?3 z9 u& ?% `surfc 同时画出曲面图与等高线:6 C7 @2 j/ y9 C7 [& j7 t, V
[x,y,z]=peaks;3 L+ C- z  g7 E
surfc(x,y,z);
; B, z5 A$ N0 [7 ^axis([-inf inf -inf inf -inf inf]);
3 \# ?. r# ?$ C# k& ?contour3 画出曲面在三度空间中的等高线:
  K# P' W! ?, ~7 }# ]* Z& Xcontour3(peaks, 20);
/ u+ t- I3 d8 R) L" raxis([-inf inf -inf inf -inf inf]);* z# {7 ]+ b$ O7 F' n5 S% x
contour 画出曲面等高线在 XY 平面的投影:/ |* a1 o, ^# K+ E2 J. g7 o
contour(peaks, 20);
+ P' j0 [3 U  s; g8 F1 s2 b7 Splot3 可画出三度空间中的曲线:
5 a! m5 O4 u0 @$ V1 k6 M3 @$ zt=linspace(0,20*pi, 501);
+ P3 m0 L- j& m, aplot3(t.*sin(t), t.*cos(t), t);
! A& a6 _4 \$ \! Q" m0 T$ v. N, f) G亦可同时画出两条三度空间中的曲线:
) H3 U2 i/ N4 @. Q' E6 }1 ct=linspace(0, 10*pi, 501);4 k; H- m" y' ?" S" t* z0 [
plot3(t.*sin(t), t.*cos(t), t, t.*sin(t), t.*cos(t), -t);1 |5 {4 r+ E! O+ \
y(2:4)-1 % 取出 y 的第二至第四个元素来做运算) Q0 Q8 `/ [" }, C0 k0 F; d
同样的方法可用於产生公差为 1 的等差数列: x = 7:165 L' i( i" a0 W% P  ~0 _$ J
x = 7:3:16 % 公差为 3 的等差数列3 W( ^* G5 \, Q. D
x = linspace(4, 10, 6) % 等差数列:首项为 4,末项为 10,项数为 6
$ r& F6 k" c! }/ ]) M1 D3 y8 ^若要重新安排矩阵的形状,可用 reshape 命令: B = reshape(A, 4, 2) % 4 是新矩阵的列数, 2
1 k, e# j- U9 u3 N# w是新矩阵的行数9 t8 A' s/ r% g: h
举例来说,下列命令会产生一个长度为 6 的调和数列( HARMonic2 V% Q* f. E. V5 Z9 w
sequence):- I9 C- J5 m, x+ e& {- u- `
x = zeros(1,6); % x 是一个 16 的零矩阵
: }8 ]3 h4 W; Y- G* Vfor i = 1:6,/ [# H. e& P/ [5 |9 s7 }0 i( Q
x(i) = 1/i;
" W; U9 j: T% ]end6 m' I& j) ]7 ^6 W: g5 {% K
for 圈可以是多层的,下例产生一个 16 的 Hilbert 矩阵 h,其中为於第 i* A! O3 c. g) {" S' S$ {
列、第 j 行的元素为:% g- K3 C' G: l- |0 D4 k
h = zeros(6);
( V& J, T; ]& e4 F5 j. }for i = 1:6,2 n, \1 v' V: \& X9 t7 g
for j = 1:6,: o( h0 x( I! M/ {) W
h(i,j) = 1/(i+j-1);
3 H* e0 |: J) U, l1 Pend
2 L+ t) C' [/ Y3 \; N7 iend4 A) ], k6 y3 f, r
format rat % 使用分数来表示数值/ h$ B2 e' W! |+ I1 ^3 Z# k
>>disp(x)$ q2 e% Y% r, h0 l: [
1 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6" }  `1 W. p. |6 X" V
function output = fact(n)
1 Z- S# s1 v+ d- l+ i% FACT Calculate factorial of a given positive integer.  \$ h: F) [) ^9 S
output = 1;
) \' b) _% g$ K: q2 rfor i = 1:n,9 u4 _+ l7 R# {3 A/ N5 A8 P
output = output*i;4 M4 C, H$ u# z' f6 g
end
$ s/ h  c2 {9 f1 T! `( u; c( \) Z其中 fact 是函数名, n 是输入引数, output 是输出引数,而 i 则是此函数用
/ J- k8 w2 e- B9 D  t到的暂时变数。要使用此函数,直接键入函数名及适当输入引数值即可:5 U4 E5 \/ E' R5 v& u
MATLAB 的函数也可以是递式的( Recursive),也就是说,一个函数可以4 e: x. N$ |+ @
呼叫它本身。举例来说, n! =n*(n-1)!,因此前面的阶乘函数可以改成递式的写法:
6 c' [6 l, F; X7 S) qfunction output = fact(n)% FACT Calculate factorial of a given positive integer recursively.
/ ~% N2 R# l0 O+ Iif n == 1, % Terminating condition4 U+ B) w9 x7 ?
output = 1;
1 e2 d1 W2 \* b; _4 freturn;
# K( m8 K: K2 Iend8 p3 ?. X1 c4 s* c# J
output = n*fact(n-1);) V/ ^* j; a" C5 o/ A$ \
在写一个递函数时,一定要包含结束条件( Terminating
# S- u& g$ P" `5 Q* Q& Y7 lcondition),否则此函数将会一再呼叫自己,永远不会停止,直到电脑的
+ G7 c% b+ y! \& U; I记忆体被耗尽为止。以上例而言, n==1 即满足结束条件,此时我们直接将
. p5 L4 ^3 `) I$ y" w& ]output 设为 1,而不再呼叫此函数本身。
) V9 |/ E( z1 B+ [

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