【一天一门编程语言】Matlab 语言程序设计极简教程

news/2024/3/29 4:21:24/文章来源:https://blog.csdn.net/universsky2015/article/details/129215296

Matlab 语言程序设计极简教程

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目录

  • Matlab 语言程序设计极简教程
    • 简介
    • Matlab 工作空间
    • Matlab 基本数据类型
    • Matlab 语句和表达式
    • Matlab 函数和程序
    • Matlab 图形界面程序设计
    • Matlab 应用实例

简介

Matlab是一种编程语言,用于计算机科学和工程领域,可以实现高级数学计算,数据分析和图形化界面设计。Matlab语言提供了诸多给编程者提供许多有用的工具,可以实现编程任务的快速完成,Matlab是计算机科学和工程领域一种经常使用的编程语言。

本文将介绍Matlab语言程序设计的极简教程,包括Matlab的工作空间,基本数据类型,语句和表达式,函数和程序,图形界面程序设计以及Matlab应用实例。

Matlab 工作空间

Matlab提供了一个工作空间,用于存储和操作变量。Matlab工作空间是一个以变量名为键,以其值为值的字典,它保存了Matlab程序中所有变量的信息。

Matlab程序中变量可以是数值型、字符型、结构体型、函数型、数组类型等。变量可以通过如下相关函数来操作:

  • exist:检查Matlab程序中是否存在某个变量
  • who:显示Matlab工作空间中的变量
  • clear:删除Matlab工作空间中的变量
  • whos:显示Matlab工作空间中变量的详细信息
  • load:从文件中加载变量到Matlab工作空间
  • save:将Matlab工作空间中的变量保存到文件中

Matlab 基本数据类型

Matlab中的基本数据类型包括数值型、字符型、结构体型、函数型、数组类型等。

数值型

数值型是Matlab中最常用的数据类型,包括整型和浮点型数据。

整型数据

整型数据可以是一个整数,也可以是一个以十六进制表示的整数。Matlab中整型数据的范围从-2^53 到2^53。整型数据可以使用如下函数来操作:

  • int8:用于创建8位有符号整数数组
  • uint8:用于创建8位无符号整数数组
  • int16:用于创建16位有符号整数数组
  • uint16:用于创建16位无符号整数数组
  • int32:用于创建32位有符号整数数组
  • uint32:用于创建32位无符号整数数组
  • int64:用于创建64位有符号整数数组
  • uint64:用于创建64位无符号整数数组

浮点型数据

浮点型数据是由十进制表示的实数,Matlab中浮点型数据的范围从-1.7977e308 到1.7977e308。浮点型数据可以使用如下函数来操作:

  • single:用于创建单精度浮点数组
  • double:用于创建双精度浮点数组
  • realmax:用于显示当前机器上最大的可表示的实数
  • realmin:用于显示当前机器上最小的可表示的实数

字符型

字符型数据是用单引号或双引号括起来的字符串,字符串可以用来存储文本信息。字符型数据可以使用如下函数来操作:

  • char:用于创建字符数组
  • strcmp:比较两个字符串是否相同
  • strcat:拼接两个字符串
  • strfind:查找字符串中某个字符出现的位置

结构体型

结构体型是一种数据类型,用于存储多个变量。结构体型可以使用如下函数来操作:

  • struct:用于创建结构体
  • fieldnames:用于查看结构体中的字段名
  • getfield:用于获取结构体中某个字段的值
  • setfield:用于设置结构体中某个字段的值

函数型

函数型是一种数据类型,用于定义函数。Matlab中的函数可以定义成内联函数或匿名函数,也可以定义成文件中函数。函数型可以使用如下函数来操作:

  • inline:用于创建内联函数
  • @:用于创建匿名函数
  • feval:用于调用函数

数组类型

数组是Matlab中最常用的数据类型,用于存储多个数据元素。Matlab中的数组可以是一维数组、二维数组、多维数组等。数组类型可以使用如下函数来操作:

  • zeros:创建元素全为0的数组
  • ones:创建元素全为1的数组
  • rand:创建元素全为随机值的数组
  • size:查看数组的大小
  • length:查看数组的长度
  • reshape:重塑数组的大小

Matlab 语句和表达式

Matlab语句是Matlab程序的基本组成单位,它用于完成某个特定的任务。Matlab表达式用于计算和计算表达式的值。

Matlab语句

Matlab语句可以用于控制Matlab程序的执行流程,它包括赋值语句、循环语句、分支语句、函数语句和结束语句等。

赋值语句

赋值语句用于将某个特定的值赋给某个变量,它的格式如下:

变量名 = 表达式

在Matlab中,变量名称必须以字母开头,可以由字母、数字和下划线组成,不能有空格。常见的赋值语句如下:

a = 10;
b = 'Hello';
c = [1 2 3];

循环语句

循环语句是Matlab中最常用的语句,它用于执行重复的任务。Matlab中提供了三种循环语句,分别为for循环语句、while循环语句和nested循环语句。常见的for循环语句格式如下:

for 变量 = 表达式循环体
end

示例:

for i = 1:10disp(i);
end

分支语句

分支语句可以在程序的执行流程中选择不同的路径,Matlab中提供了if-elseif-else语句和switch-case语句两种分支语句。

常见的if-elseif-else语句格式如下:

if 条件1语句1
elseif 条件2语句2
else语句3
end

示例:

if a > 10disp('a > 10');
elseif a < 5disp('a < 5');
elsedisp('5 <= a <= 10');
end

函数语句

函数语句用于调用Matlab内置的函数,比如标准函数、数学函数、字符串函数等。常见的函数语句格式如下:

函数名(参数1,参数2,...);

示例:

sqrt(9);
disp('Hello World');

结束语句

结束语句用于结束Matlab程序,Matlab中提供了return语句和exit语句两种结束语句。

常见的return语句格式如下:

return;

常见的exit语句格式如下:

exit;

Matlab 表达式

Matlab表达式是Matlab程序中用于计算和计算表达式的值的最基本元素。Matlab表达式可以由数值、变量、运算符和函数组成,Matlab有许多内置的数学函数,可以用来简化表达式的计算。

数值

数值是Matlab表达式的基本组成元素,Matlab中支持多种数值类型,包括实数、虚数、复数、矩阵、向量等。

常用的实数格式如下:

3.14

常用的复数格式如下:

3 + 2i

常用的矩阵格式如下:

[1 2 3;4 5 6;7 8 9]

变量

变量是Matlab表达式中用于表示未知量的符号,它可以用来表示数值或表达式的值,变量必须先声明后使用,变量名称必须以字母开头,可以由字母、数字和下划线组成,不能有空格。

常见的变量格式如下:

a
b
c

运算符

Matlab表达式中的运算符用于对数值、变量和函数进行运算,Matlab中支持的运算符包括算术运算符、比较运算符、逻辑运算符、位运算符等。

常见的算术运算符格式如下:

+ - * / \ ^

常见的比较运算符格式如下:

== ~= > < >= <=

常见的逻辑运算符格式如下:

& | ~

函数

函数是Matlab表达式中用于计算表达式的值的组件,Matlab中提供了各种内置的数学函数,可以用来简化表达式的计算。

常见的函数格式如下:

函数名(参数1,参数2,...);

示例:

cos(pi/2);
sqrt(9);

1.1 数学函数

Matlab提供了许多内置的数学函数,用于计算各种数学表达式,包括三角函数、对数函数、反三角函数、指数函数等等。

1.1.1 三角函数

三角函数是用来计算角的函数,其中最常用的是sin()、cos()和tan(),用于计算正弦、余弦和正切。

示例:

sin(pi/2); % 结果为 1
cos(pi/2); % 结果为 0
tan(pi/4); % 结果为 1
1.1.2 对数函数

对数函数是用来计算以某个底数为基数的对数的函数,其中最常用的是log()和log10(),用于计算以e为底数和以10为底数的对数。

示例:

log(e); % 结果为 1
log10(100); % 结果为 2
1.1.3 指数函数

指数函数是用来计算以某个底数为基数的指数的函数,其中最常用的是exp(),用于计算以e为底数的指数。

示例:

exp(1); % 结果为 e

1.2 绘图函数

Matlab还提供了许多绘图函数,用于将表达式的计算结果用图形的形式展现出来,其中最常用的是plot(),用于绘制2D图形。

示例:

x = 0:0.1:2*pi;
y = sin(x);
plot(x, y);

循环

循环是Matlab中一种重要的控制结构,用于将同样的操作重复地执行一定次数,以达到批量处理的目的。

Matlab提供了几种常用的循环结构,包括for循环、while循环和for-each循环。

2.1 for循环

for循环是Matlab中最常用的循环结构之一,用于将指定的操作重复执行指定的次数,格式如下:

for 变量 = 起始值:步长:终止值语句;
end

示例:

for i = 1:2:5disp(i);
end

2.2 while循环

while循环是Matlab中另一种常用的循环结构,用于将指定的操作重复执行直到指定的条件不再满足,格式如下:

while 条件语句;
end

示例:

i = 1;
while i <= 5disp(i);i = i + 1;
end

2.3 for-each循环

for-each循环是Matlab中另一种常用的循环结构,用于将指定的操作重复执行指定的集合中的每个变量,格式如下:

for 变量 = 集合语句;
end

示例:

a = [1, 2, 3, 4, 5];
for i = adisp(i);
end

输出结果:

1
2
3
4
5

for-each循环有以下优势:

  1. 它可以让我们更轻松地遍历数组,而无需手动编写代码来更新索引。

  2. 它可以提高可读性,并减少代码的复杂性,从而更容易进行调试和维护。

  3. 它可以减少内存占用,因为它不需要创建索引变量,从而减少内存的使用。

  4. 它可以更轻松地处理可变长度的数组,因为它不需要在循环之前计算数组的大小。

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