数学建模第一天:数学建模工具课之MATLAB的入门

news2024/9/21 16:03:16

      

目录

一、MATLAB的简介  

二、Matlab基础知识

1. 变量

①命名规则

②特殊变量名

2、数学符号与函数调用

①符号

②数学函数

③自定义函数

三、数组与矩阵

1、数组

①创建数组

②访问数组元素

③数组运算

2、矩阵

①定义

②特殊矩阵

③矩阵运算

四、控制流

1、for循环

2、while循环

3、if-else-end结构


一、MATLAB的简介  

        MATLAB作为线性系统的一种分析和仿真工具,是理工科大学生应该掌握的技术工具,它作为一种编程语言和可视化工具,可解决工程、科学计算和数学学科中许多问题。

        MATLAB建立在向量、数组和矩阵的基础上,使用方便,人机界面直观,输出结果可视化。

二、Matlab基础知识

1. 变量

①命名规则

 MATLAB中变量的命名规则是:

(1)变量名必须是不含空格的单个词;

(2)变量名区分大小写;

(3)变量名最多不超过19个字符;

(4)变量名必须以字母打头,之后可以是任意字母、数字或下划线,但是变量名中不允许使用标点符号。

②特殊变量名

特殊变量取值
ans用于结果的缺省变量名
pi圆周率3.1415926……
eps计算机的最小数,学过补码的同学应该知道,它与1相加可以产生一个很大的数
flops浮点运算数
inf无穷大,例如1/0
NaN不定量,如0/0
i,j虚数
nargin所用函数的输入变量数目
margout所用函数的输出变量数目
realmin最小可用正实数
realmax最大可用正实数

2、数学符号与函数调用

①符号

符号运算规则
+    -加减
*     /乘除
.*    ./点乘点除
\wedge    .\wedge乘幂与点乘幂
\左除
%其后内容均为注释
续行
,命令后为逗号,显示结果
;命令后为分号,不显示结果

②数学函数

函数作用函数作用
sin(x)正弦函数asin(x)反正弦函数
cos(x)余弦函数acos(x)反余弦函数
tan(x)正切函数atan(x)反正切函数
abs(x)绝对值函数sum(x)求和函数
min(x)取最小值函数max(x)取最大值函数
sqrt(x)求根函数exp(x)指数函数
log(x)对数函数log10(x)特殊对数函数
sign(x)符号函数fix(x)取整函数

③自定义函数

        MATLAB自定义新函数,此类函数文件的文件名必须为后缀为m的文件,这类文件的第一行必须是一特殊字符function开始,格式为:        

        function    因变量名=函数名(自变量名)

        调用方式为函数名(参数),我们举个例子,定义函数f=(x_{2}-x_{1}^{2})^{2}+(1-x_{1})^{2}。建立后缀名为m的文件fun.m,内容为:

function   f=fun(x)
f=100*(x(2)-x(1)^2)^2+(1-x(1))^2

        可以直接使用函数fun.m,例如:计算 f(1,2), 只需在MATLAB命令窗口键入命令:

x=[1 2] 
fun(x)

三、数组与矩阵

1、数组

①创建数组

代码作用
x=[a  b  c  d  e  f]创建包含指定元素的行向量
x=[a ;b ;c ;d ;e ;f]创建包含指定元素的列向量
x=first:last   创建从first开始,加1计数,到last结束的行向量
x=first:increment:last  创建从first开始,加increment计数,到last结束的行向量
x=linspace(first,last,n)创建从first开始,到last结束,有n个元素的行向量
x=logspace(first,last,n)创建从first开始,到last结束,有n个元素的对数分隔行向量

列向量的知识我们放到“矩阵”模块中来讲。

②访问数组元素

(1)访问一个元素:x(i)表示访问数组x的第i个元素

(2)访问一块元素:x(a :b :c)表示访问数组x的第a个元素开始,以步长b到第c个元素(但不超过c),b可以为负数,b缺省时为1

(3)直接使用元素编址序号:x([a  b  c  d]) 表示提取数组x的第a、b、c、d个元素构成一个新的数组 [x(a) x(b) x(c) x(d)]

③数组运算

(1)转置

例如  x=[a  b  c  d  e  f]    y=x′,那么y=[a;b;c;d;e;f]

(2)与一个标量的加、减、乘、除和平方运算

a=[1 2 3 4]
c=2
a1=a+c  %得到[a1+c,a2+c,…,an+c]
a2=a*c  %得到[a1*c,a2*c,…,an*c]
a3=a./c %得到[a1/c,a2/c,…,an/c](右除)
a4=a.\c %得到[c/a1,c/a2,…,c/an](左除)
a5=a.^c %得到[a1^c,a2^c,…,an^c]
a6=c.^a %得到[c^a1,c^a2,…,c^an]

(3)数组-数组运算

        运算规则:当两个数组有相同维数时,加、减、乘、除、幂运算可按元素对元素方式进行,不同大小或维数的数组是不能进行运算的

a=[2 2 2]
b=[3 3 3]
c1=a+b    %得到[5 5 5]
c2=a.*b   %得到[6 6 6]
c3=a./b   %得到[0.6667 0.6667 0.6667]
c4=a.\b   %得到[1.5000 1.5000 1.5000]
c5=a.^b   %得到[8 8 8]

2、矩阵

①定义

        逗号或空格用于分隔某一行的元素,分号用于区分不同的行。当然啦,除了使用分号,也可以在输入矩阵时,按Enter键也表示开始新一行。但是输入矩阵时,严格要求所有行有相同的列。          例如输入代码m=[1 2 3 4 ;5 6 7 8;9 10 11 12],代表的矩阵为:\begin{pmatrix} 1 & 2 & 3 & 4\\ 5 & 6& 7 &8 \\ 9 &10 &11 & 12 \end{pmatrix}

②特殊矩阵

a=ones(m,n)  :   产生一个m行n列的元素全为1的矩阵

b=zeros(m,n)  : 产生一个m行n列的零矩阵

c=eye(m,n)   : 产生一个m行n列的“单位矩阵”,不够的删掉

d=[  ]                   :产生一个空矩阵

③矩阵运算

运算作用

A+B

矩阵加法
A*B矩阵乘法
det(A)求矩阵行列式
inv(A)求矩阵的逆
[V,D]=eig[A]求矩阵特征值与特征向量

四、控制流

        学过C语言或者Python的同学学这一部分就比较容易啦,唯一的不同点在for循环中,if循环与while循环与C语言大同小异

1、for循环

格式:

 for  x=array
          {commands}
        end

x=array代表的不是循环的次数,而是commands中某参数的值。例如:

for n=1:10
   x(n)=sin(n*pi/10);
end

代表的是对n=1、2 、3……10,函数x(n)=sin\frac{n\pi }{10}的值分别为多少

2、while循环

格式:

     while  (expression)
                   {commands}
              end

        while与for循环以固定次数求一组命令相反,while循环以不定的次数求一组语句的值,这一点与C语言极其相似(除了多了一个end)。

3、if-else-end结构

格式1:

if  (expression)
        {commands}
    end

格式2:

if   (expression1)
                 {commands1}
   else  if  (expression2)
                   {commands2} 
   else if  (expression3)
                        {commands3} 
   else if  ……
   …………………………………
   else
{commands} 
end
end
end
……
          end

        if循环与C语言也特别像,要特别关注end的位置,不要放错哦!

        我们举一个小小的例子:用matlab编程f(x)=\left\{\begin{matrix} x^{2}+8 &x>1 \\ (x-3)^{3} & x\leq 1 \end{matrix}\right.,并算出f(-5)       

function f=funif(x)
if x>1
   f=x^2+8
else if x<=1
      f=(x-3)^3
    end

end

        好的,本期的数学建模的先导课之matlab学习就到此结束啦!编辑不易,希望对本篇文章感兴趣的小伙伴给小编一个免费的小心心好吗?谢谢大家啦!

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