Matlab程序設計第8講Matlab命令的執(zhí)行方式Application

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Matlab

Language2013/9/102

交互式命令執(zhí)行方式（命令窗口）逐條輸入，逐條執(zhí)行，操作簡單、直觀，但速度慢，執(zhí)行過程不能保留。

M文件的程序執(zhí)行方式將命令編成程序存儲在一個文件中（M文件），依次運行文件中的命令，可以重復進行。

Matlab程序設計有傳統(tǒng)高級語言的特征，又有自己獨特的特點，可以利用數(shù)據(jù)結構的特點，使程序結構簡單，編程效率高。5.1 M文件的分類Application

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Matlab

Language2013/9/103

用Matlab語言編寫的程序，稱為M文件。是由若干Matlab命令組合在一起構成的，它可以完成某些操作，也可以實現(xiàn)某種算法。

M文件根據(jù)調(diào)用方式的不同分為兩類：命令文件（Script

File）函數(shù)文件（Function

File）

它們的擴展名都是.m命令文件和函數(shù)文件的區(qū)別Application

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Matlab

Language2013/9/104

命令文件沒有輸入?yún)?shù)，也不返回輸出參數(shù)；函數(shù)文件可以帶輸入?yún)?shù)，也可以返回輸出參數(shù)。

命令文件對工作空間中的變量進行操作，文件中所有命令的執(zhí)行結果也返回工作空間中；函數(shù)文件中定義的變量為局部變量，當函數(shù)文件執(zhí)行完畢時，這些變量也被清除。

命令文件可以直接運行；函數(shù)文件不能直接運行，要以函數(shù)調(diào)用的方式來調(diào)用它。例5.1

建立文件將變量a、b的值互換。Application

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Matlab

Language2013/9/105命令文件：clear;a

=

1:10;b=[11,12,13,14;15,16,17,18];c

=

a;

a

=

b;

b

=c;ab將文件保存為exch，并在命令窗口執(zhí)行。執(zhí)行結果：a

=b

=1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718函數(shù)文件Application

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Matlab

Language2013/9/106fexch.mfunction

[a,b]

=exch(a,b)c

=

a;

a

=

b;

b

=

c;然后在命令窗口調(diào)用該函數(shù)文件：clear;x

=

1:10;y=[11,12,13,14;15,16,17,18];[x,y]=fexch(x,y)輸出結果為：a

=b

=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10函數(shù)參數(shù)a，b，c未保留在工作空間中，x，y保留在工作空間中。1112131415161718M文件的建立與打開M文件是一個文本文件，可以用任何編輯程序來建立和編輯，一般最常用的是使用Matlab提供的文本編輯器。作環(huán)境。該編輯器是一個集編輯和調(diào)試于一體的工Application

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Matlab

Language2013/9/1075.2

程序控制結構Application

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Matlab

Language2013/9/108

順序結構

選擇結構

循環(huán)結構任何復雜的程序都可以由這3種基本結構構成。5.2.1

順序結構Application

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Matlab

Language2013/9/109

順序結構是指按照程序中語句的排列順序依次執(zhí)行，直到程序的最后一個語句。（最簡單的一種程序）1、數(shù)據(jù)的輸入從鍵盤輸入數(shù)據(jù)，則可以使用input函數(shù)來進行，調(diào)用格式為：A=input（提示信息，選項）；其中提示信息為一個字符串，用于提示用戶輸入數(shù)據(jù)。

例如：從鍵盤輸入A矩陣，可以采用下面的命令來完成

A

=

input（‘輸入A矩陣’）；如果在input函數(shù)調(diào)用時采用’s’選項，則允許用戶輸入一個字符串。例：xm

=

input(‘What’’s

your

name?’,’s’);5.2.1順序結構Application

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Matlab

Language2013/9/10102、數(shù)據(jù)的輸出

命令窗口輸出函數(shù)主要有disp函數(shù)，其調(diào)用格式為：

disp(輸出項）

其中輸出項既可以為字符串，也可以為矩陣。例如：

A

=

‘Hello,

Tom’;disp(A)輸出為：Hello,

Tom又如：A=[1,2,3;4,5,6;7,8,9];disp(A)輸出為：%disp函數(shù)輸出格式更緊湊1234567895.2.1

順序結構Application

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Matlab

Language2013/9/1011例5.2 求一元二次方程

ax2

bx

c

0

的根。

由于Matlab能進行復數(shù)運算，所以不需要判斷方程的判別式，可直接根據(jù)求根公式求根。程序如下：a=input('a=?');b=input('b=?');c

=

input('c=?');d

=

b*b-4*a*c;x

=

[(-b+sqrt(d))/(2*a),(-b-sqrt(d))/(2*a)];disp(['x1=',num2str(x(1)),',x2=',num2str(x(2))]);程序輸出為：a=?4b=?78c=?54x1=-0.7188,x2=-18.78125.2.1順序結構Application

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Matlab

Language2013/9/10123、程序的暫停

程序執(zhí)行過程中暫停，可用pause函數(shù)，其調(diào)用格式為：pause（延遲描述）

如果省略延遲時間，直接使用pause，則將暫停程序，直到用戶按任一鍵后程序繼續(xù)執(zhí)行。若要強行中止程序的運行可按Ctrl+C鍵。5.2.2選擇結構Application

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Matlab

Language2013/9/1013選擇結構是根據(jù)給定的條件成立或不成立，分別執(zhí)行不同的語句。Matlab用于實現(xiàn)選擇結構的語句有if語句，switch語句和try語句。1.

if語句

在Matlab中，if語句有3種格式。

(1)單分支if語句語句格式：if

條件語句組end例如：當x是整數(shù)矩陣時，輸出x的值if

fix(x)==xdisp(x);end5.2.2

選擇結構Application

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Matlab

Language2013/9/1014(2)雙分支if語句語句格式：if

條件語句組

1else語句組 2end當條件成立時，執(zhí)行語句組1，否則執(zhí)行語句組2，然后再執(zhí)行if語句的后續(xù)語句。5.2.2選擇結構例5.3

計算分段函數(shù)：x2

1,

x

10Application

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Matlab

Language2013/9/1015

cos(

x

1)

x x

x

,

x

10y

程序如下：x

=

input(‘請輸入x的值：');if

x

==

10y

=

cos(x+1)+sqrt(x*x+1);elsey

=

x*sqrt(x+sqrt(x));endy也可以用單分支if語句來實現(xiàn)：x

=

input('請輸入x的值：

');y

=

cos(x+1)+sqrt(x*x+1);if

x~=10y

=

x*sqrt(x+sqrt(x));endy5.2.2選擇結構Application

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Matlab

Language2013/9/1016(3)多分支if語句語句格式：if

條件1語句組

1elseif

條件2語句組 2…elseif 條件m

語句組 melse語句組nend例5.4

大小寫字母的置換Application

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Matlab

Language2013/9/1017輸入一個字符，若為大寫字母，則輸出其對應的小寫字母；若為小寫字母，則輸出其對應的大寫字母；若為數(shù)字字符則輸出其對應的數(shù)值，若為其他字符則原樣輸出。程序如下：c

=

input(‘請輸入一個字符’，‘s’);if

c

>=‘A’

&

c<=‘Z’disp(setstr(abs(c)+

abs(‘a(chǎn)’)-abs(‘A’)));elseif

c>=‘a(chǎn)’

&

c<=‘z’disp(setstr(abs(c)-abs(‘a(chǎn)’)

+

abs(‘A’)));elseif

c>=‘0’

&

c<=‘9’disp(abs(c)-abs(‘0’));elsedisp(c);endsetstr函數(shù)可以得到ASCⅡ碼5.2.2

選擇結構Application

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Matlab

Language2013/9/10182、switch語句

switch語句根據(jù)表達式的取值不同，分別執(zhí)行不同的語句，其語句格式：

switch

表達式case表達式1語句組1case表達式2語句組2…case表達式m語句組motherwise語句組

nendswitch子句后面的表達式應為一個標量或一個字符串；

case子句后面的表達式不僅可以為一個標量或一個字符串，還可以為一個元胞矩陣。例5.5Application

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Matlab

Language2013/9/1019某商場對顧客所購買的商品實行打折銷售，標準如下：price<200200<=price<500500<=price<10001000<=price<25002500<=price<50005000<=price沒有折扣3%折扣5%折扣8%折扣10%折扣14%折扣輸入所售商品的價格，求其實際銷售價格。請同學們試著編程實現(xiàn)。程序如下Application

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Matlab

Language2013/9/1020price

=

input(‘請輸入商品價格’）；switch

fix（price/100)case{0,1}rate

=

0;case{2,3,4}rate

=

3/100;

case

num2cell(5:9)rate

=

5/100;case

num2cell(10:24)rate

=

8/100;case

num2cell(25:49)rate

=

10/100;otherwiserate

=

14/100;endprice

=

price*(1-rate)%價格小于200%價格大于等于200但小于500%價格大于等于500但小于1000%價格大于等于1000但小于2500%價格大于等于2500但小于5000%價格大于等于5000%輸出商品實際銷售價格num2cell函數(shù)是將數(shù)值矩陣轉(zhuǎn)化為單元矩陣。5.2.2

選擇結構Application

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Matlab

Language2013/9/10213.try語句try語句是一種試探性執(zhí)行語句，其語句格式為：try語句組1catch語句組2endtry語句先試探性執(zhí)行語句組1，如果在執(zhí)行過程中出現(xiàn)錯誤，則將錯誤信息賦給保留的lasterr變量，并轉(zhuǎn)去執(zhí)行語句組2.例5.6Application

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Matlab

Language2013/9/1022矩陣乘法運算要求兩矩陣的維數(shù)相容，否則會出錯。先求兩矩陣的乘積，若出錯則自動轉(zhuǎn)去求兩矩陣的點乘。程序如下：A=[1,2,3;4,5,6];B

=[7,8,9;10,11,12];tryC=

A*B;catchC=A.*B;endClasterr %顯示出錯原因C=7 16 2740 55 72ans=Error

using==>mtimesInner

matrixdimensionsmustagree.5.2.3循環(huán)結構Application

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Matlab

Language2013/9/1023循環(huán)是指按照給定的條件，重復執(zhí)行指定的語句，Matlab提供了兩種實現(xiàn)循環(huán)結構的語句：for語句和while語句。1、for語句for語句的格式為：for

循環(huán)變量

=表達式1：表達式2：表達式3循環(huán)體語句end

其中表達式1的值為循環(huán)變量的初值，表達式2的值為步長，表達式3的值為循環(huán)變量的終值。步長為1時，表達式2可以省略。例5.7已知 y

12

22

32

n2程序如下：，當n=100時，求y的值。y

=

0;n

=100;for

i=1:ny=

y+1/i/i;endy輸出結果為：y

=1.63501 1 11利用Matlab的特點，常用向量運算來代替循環(huán)操作，程序可以如下:n=100;i=1:n;f

=

1./i.^2;y

=

sum(f)Application

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Matlab

Language2013/9/10245.2.3循環(huán)結構Application

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Matlab

Language2013/9/10252、while語句while語句的一般格式為：while條件循環(huán)體語句end

其執(zhí)行過程為：若條件成立，則執(zhí)行循環(huán)體語句，執(zhí)行后再判斷條件是否成立，如果不成立則跳出循環(huán)。從鍵盤輸入若干個數(shù)，當輸入0時結束輸入，求這些數(shù)的平均值和它們的和。Application

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Matlab

Language2013/9/1026sum

=

0;n=

0;x

=

input(‘Enter

a

number(end

in

0):’);while(x~=0)sum

=

sum+x;n=

n+1;x

=

input(‘Enter

a

number(end

in

0):’);endif(n>0)summean=

sum/nend例5.8輸出結果為：Enter

a

number(end

in

0):67Enter

a

number(end

in

0):89Enter

a

number(end

in

0):93Enter

a

number(end

in

0):70Enter

a

number(end

in

0):0sum

=319mean

=79.75005.2.3

循環(huán)結構Application

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Matlab

Language2013/9/10273、break語句和continur語句它們一般與if語句配合使用。break語句用于終止循環(huán)的執(zhí)行。當在循環(huán)體內(nèi)執(zhí)行到該語句時，程序?qū)⑻鲅h(huán)，繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)語句的下一語句。continue語句控制跳過循環(huán)體中的某些語句。當在循環(huán)體內(nèi)執(zhí)行到該語句時，程序?qū)⑻^循環(huán)體中所有剩下的語句，繼續(xù)下一次循環(huán)。例5.9

求[100,200]之間第一個能被21整除的整數(shù)。Application

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Matlab

Language2013/9/1028程序如下：for

n

=

100:200ifrem(n,21)~=0;continueendbreakendn

程序輸出結果為：n

=105Matlab程序設計第9講5.3

函數(shù)文件Application

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Matlab

Language2013/9/1030函數(shù)文件是另一種形式的M文件，每一個函數(shù)文件都定義一個函數(shù)。Matlab提供的標準函數(shù)大部分是由函數(shù)文件定義的。5.3.1函數(shù)文件的基本結構函數(shù)文件由function語句引導，其基本結構為：

function

輸出形參表

=

函數(shù)名（輸入形參表）注釋說明部分函數(shù)體語句其中，以function開頭的一行為引導行，表示該M文件是一個函數(shù)文件。當輸出形參多于一個時，應該用方括號括起來。說明：Application

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Matlab

Language2013/9/10311.

關于函數(shù)文件名函數(shù)文件名通常由函數(shù)名再加上擴展名.m組成。當函數(shù)文件名與函數(shù)名不同時，Matlab將忽略函數(shù)名而確認文件名因此調(diào)用時使用函數(shù)文件名。2.

關于注釋說明部分注釋說明包括3部分：①

緊隨引導行之后以%開頭的第一注釋行。

這一行一般包括大寫的函數(shù)文件名和函數(shù)功能簡要描述，供lookfor關鍵詞查詢和help在線幫助時使用。②

第一注釋行及之后連續(xù)的注釋行。通常包括函數(shù)輸入/輸出參數(shù)的含義及調(diào)用格式說明等信息，構成全部在線幫助文本。說明：Application

of

Matlab

Language2013/9/1032③

與在線幫助文本相隔一空行的注釋行。包括函數(shù)文件編寫和修改的信息，如作者和版本等。3、關于return語句

如果在函數(shù)文件中插入了return語句，則執(zhí)行到該語句就結束函數(shù)的執(zhí)行，流程轉(zhuǎn)至調(diào)用該函數(shù)的位置。通常也不使用return語句。

例5.10

編寫函數(shù)文件，求半徑為r的圓的面積和周長。

函數(shù)文件如下：function

[s,p]

=

fcircle(r)%FCIRCLEcalculatethe

area

and

perimeter

of

acircle

of

radii

r%r%s%p圓半徑圓面積圓周長%2013年8月8日編s

=pi*r*r;p

=

2*pi*r;說明：Application

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Matlab

Language2013/9/1033將以上函數(shù)文件以文件名fcircle.m保存，然后在命令窗口調(diào)用。[s,p]

=

fcircle(10)輸出結果是：s

=314.1593p

=62.8319采用help命令或lookfor命令可以顯示出注釋說明部分的內(nèi)容。help

fcircle屏幕顯示FCIRCLEcalculate

the

area

andperimeter

of

a

circle

of

radii

rrsp圓半徑圓面積圓周長5.3.2函數(shù)調(diào)用Application

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Matlab

Language2013/9/1034函數(shù)調(diào)用的一般格式是：[輸出實參表]

=

函數(shù)名(輸入實參表）

注意：函數(shù)調(diào)用時，各實參出現(xiàn)的順序、個數(shù)，應與函數(shù)定義時相同。

例5.11

利用函數(shù)文件，實現(xiàn)直角坐標(x,y)與極坐標(ρ,θ)之間的轉(zhuǎn)換。函數(shù)文件：tran.m:function

[rho,theta]

=tran(x,y)rho

=

sqrt(x*x+y*y);theta

=

atan(y/x);調(diào)用tran.m的命令文件main1.m:

x

=

input(‘please

inputx=:’);y=input(‘pleaseinputy=:’);[rho,the]=tran(x,y);rhothe函數(shù)的嵌套調(diào)用Application

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Matlab

Language2013/9/1035在Matlab中，函數(shù)可以嵌套調(diào)用，即一個函數(shù)可以調(diào)用別的函數(shù)。一個函數(shù)調(diào)用自身稱為函數(shù)的遞歸調(diào)用。例5.12

利用函數(shù)的遞歸調(diào)用，求n！。n！本身就是以遞歸的形式定義的：

1,n!

n

1

n(n

1)!, n

1顯然，求n！需要求(n-1)!，這時可采用遞歸調(diào)用。函數(shù)如下：functionf=factor(n)ifn<=1f=1;elsef=factor(n-1)*n;

%遞歸調(diào)用求(n-1)!end函數(shù)的嵌套調(diào)用Application

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Matlab

Language2013/9/1036在命令文件中調(diào)用該函數(shù)文件，求

s

=

1!+2!+3!+4!+5!。s

=

0;for

i

=

1:5s

=s

+

factor(i);ends在命令窗口運行命令文件，結果如下：s

=1535.3.3函數(shù)參數(shù)的可調(diào)性Application

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Matlab

Language2013/9/1037Matlab在函數(shù)調(diào)用上有一個與一般高級語言不同之處：

函數(shù)所傳遞參數(shù)數(shù)目的可調(diào)性，即參數(shù)的數(shù)量可以改變。

在調(diào)用函數(shù)時，Matlab用兩個預定義變量nargin和nargout分別記錄調(diào)用該函數(shù)時的輸入實參和輸出實參的個數(shù)。例5.13

nargin用法示例函數(shù)文件examp.m:function

fout

=charray(a,b,c)if

nargin

==

1

fout

=

a;endif

nargin

==

2

fout

=

a+b;endif

nargin

==

3fout

=

(a*b*c)/2;end命令文件：x

=

[1:3];y=[1;2;3];examp(x)examp(x,y’)examp(x,y,3)5.3.4

全局變量與局部變量Application

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Matlab

Language2013/9/1038Matlab中，函數(shù)文件中的變量是局部變量。如在若干函數(shù)中，都把某一變量定義為全局變量，那么這些函數(shù)將共用這個變量。全局變量的作用域是整個Matlab的工作空間，所有函數(shù)都可以對它進行存取和修改。全局變量用global命令定義，格式為：global

變量名例5.13

全局變量應用示例。先建立函數(shù)文件wadd.m，該函數(shù)將輸入的參數(shù)加權相加：function

f

=

wadd(x,y)global

ALPHABETAf

=

ALPHA*x+BETA*y;在命令窗口中輸入：global

ALPHABETAALPHA=

1;BETA

=

2;s

=

wadd(1,2)輸出為：s

=55.4

程序調(diào)試Application

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Matlab

Language2013/9/1039程序調(diào)試是程序設計的重要環(huán)節(jié)，也是程序設計人員必須掌握的重要技能。Matlab提供了相應的程序調(diào)試功能，即可以通過文本編輯器對程序進行調(diào)試，又可以在命令窗口結合具體的命令進行。5.4.1

程序調(diào)試概述一般說來，應用程序的錯誤有兩類，一類是語法錯誤，另一類是運行時的錯誤。語法錯誤，給出相應的錯誤信息，并標出錯誤在程序中的行號。例如：輸入下列程序：A

=

87；B

=

9.3;C=

A+*B;系統(tǒng)將給出錯誤信息：???Error:

File:

Untitled1.m

Line:

3

Column:

7Unexpected

MATLABoperator.通過分析Matlab給出的錯誤信息，不難排查程序中的語法錯誤。5.4.1

程序調(diào)試概述Matlab對程序邏輯錯誤時無能為力的，不會給出任何提示信息。可以通過調(diào)試手段來發(fā)現(xiàn)。采取的方法如下：①

將程序的一些主要中間結果輸出到命令窗口，從而確定錯誤的區(qū)段。②

使用Matlab的調(diào)試菜現(xiàn)程序調(diào)試。③

或使用命令方式來實單(debug），通過圖像界面操作來現(xiàn)程序調(diào)試。實Application

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Matlab

Language2013/9/10405.4.2

Matlab調(diào)試菜單2.斷點操作stop

if

error/warnings:

在程序執(zhí)行出現(xiàn)錯誤或警告時，停止程序運行，進入調(diào)試狀態(tài)。1、控制單步運行

step：單步運行，不進入函數(shù)；

step

in:

單步運行，進入函數(shù)；

step

out：停止單步運行；save

and

run：存儲文件并開始運行。Application

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Matlab

Language2013/9/1041例5.15

程序的調(diào)試有一個求水仙花數(shù)的程序ex.m，試設置斷點來控制程序執(zhí)行。調(diào)試步驟如下：①

在if語句處設置斷點：將插入點移至if語句所在行，選擇Debug菜單的Set/Clear

Breakpoint命令，在該行前面有一個紅色圓點，程序運行時將在斷點處暫停。②

運行程序，檢查中間結果。在命令窗口輸入命令：ex在窗口命令的K>>后輸入變量名，檢性。③

選擇Debug菜單中的Continue命令，程變量的值，一直到發(fā)現(xiàn)問題為止。④

切換工作空間，結束對程序的調(diào)試。打中選擇Base，即將工作空間切換到主Clear

Breakpoint

命令清楚已設置的箭頭，完成調(diào)試。查變量的值。可以分析判斷程序

的正確序繼續(xù)運行，在斷點處又暫停，再檢查開編輯窗口中的Stack下拉列表框，從工作空間。然后選擇Debug菜單中的Set斷點，在選擇Continue命令，去除白色Application

of

Matlab

Language2013/9/10425.5Matlab矩陣分析與處理Application

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Matlab

Language2013/9/10435.5.1

特殊矩陣

常見的特殊矩陣有零矩陣、幺矩陣、單位矩陣等，這類特殊矩陣在應用中具有通用性。1、通用的特殊矩陣

常用的產(chǎn)生通用特殊矩陣的函數(shù)有：

zeros：產(chǎn)生全0矩陣（零矩陣）。ones：

產(chǎn)生全1矩陣（幺矩陣）。

eye：

產(chǎn)生單位矩陣。rand：產(chǎn)生0~1間均勻分布的隨機矩陣。

randn：產(chǎn)生均值為0，方差為1的標準正態(tài)分布隨機矩陣。產(chǎn)生(0,1)區(qū)間均勻分布隨機矩陣使用rand函數(shù)產(chǎn)生均值為0，方差為1的標準正態(tài)分布隨機矩陣使用randn函數(shù)例5.16

建立隨機矩陣：Application

of

Matlab

Language2013/9/1044①

在區(qū)間[20,50]內(nèi)均勻分布的5階隨機矩陣。②

均值為0.6，方差為0.1的5階正態(tài)分布隨機矩陣。命令如下：x=

20+(50-20)*rand(5)x=y

=

0.6

+sqrt(0.1)*randn(5)48.503942.862938.463032.171221.736726.934233.694043.758148.064130.586038.205320.555147.654447.507144.395034.579544.642242.146232.308120.295846.739033.341125.288046.809524.16675.5

矩陣結構變換Application

of

Matlab

Language2013/9/10451、對角陣與三角陣只有對角線上有非零元素的矩陣稱為對角矩陣，在研究矩陣時，

有時候需要將矩陣的對角線上的元素提取出來形成一個列向量，有時也需要用一個向量構造一個對角陣。（1）提取矩陣的對角線元素函數(shù)：diag例如：A=[1,2,3;4,5,6];D

=

diag(A)D

=15diag函數(shù)還有一種形式：diag(A,k)提取第k條對角線的元素。例如：D1

=

diag(A,1)D

=265.5

矩陣結構變換Application

of

Matlab

Language2013/9/1046(2)構造對角矩陣如果V是一個m個元素的向量，diag(V)將產(chǎn)生一個m×m對角矩陣，其主對角線元素即為向量V的元素。例如：diag([1,2,-1,4])ans

=例如：diag(1:3,-1)ans=1000020000-1000040000100002000030例5.17Application

of

Matlab

Language2013/9/1047建立一個5×5矩陣A，然后將A的第一行元素乘以1，第二行乘以2，…第五行乘以5。解：用一個對角矩陣左乘一個矩陣時，相當于用對角陣的第一個元素乘以該矩陣的第一行，依次類推。命令如下：A=ones(5);D=

diag(1:5);D*Aans

=1111122222333334