1、MATLAB繪圖與程序設計基本知識,一 繪圖,二維和三維基本繪圖命令,Matlab圖形窗口,Matlab有用于圖形輸出的專用窗口，稱為圖形窗口。所有的繪圖命令將把圖象輸出到當前窗口，若在命令執(zhí)行前，當前窗口已經(jīng)存在圖形，則原圖形將被新圖象覆蓋掉。,二維平面圖形的繪制,plot 最基本的二維圖形指令,plot的功能： plot命令自動打開一個圖形窗口Figure 用直線連接相鄰兩數(shù)據(jù)點來繪制圖形 根據(jù)圖形坐標大小自動縮擴坐標軸，將數(shù)據(jù)標尺及單位標注自動加到兩個坐標軸上，可自定坐標軸，可把x, y 軸用對數(shù)坐標表示,線性坐標曲線 plot plot(y): 參數(shù)y為向量，以y的值為縱坐標，y的下標

2、為橫坐標。,例1：x=0, 0.48,0.84,1,0.91,0.6,0.14 plot (x),plot(x,y) :參數(shù)x,y為向量，以x為橫坐標，以y為縱坐標。 注意：x,y的長度必須相等 例：t=0:0.001:2*pi; y=cos(t); plot(t,y),plot(Y)參數(shù)Y為mn的矩陣。該命令把矩陣Y轉(zhuǎn)化為長度為m的n個向量，然后對n個向量劃出n條線。 例：y=5 4 4 8 9 10; 3 4 4 5 8 2; 8 5 7 9 6 25; 9 8 8 9 6 7 plot(y),復向量式 plot(Z):當z為一個復向量時，該命令等價于plot(real(Y),imag(Y

3、);其它情況忽略z的虛部。 例：t=0:0.1:3*pi; x=t+i*cos(t); plot(x); figure; plot(t,x),綜合調(diào)用方式plot(x1,y1,x2,y2,)該命令可以在同一窗口繪制多條曲線。 例： t=0:0.1:3*pi; x=t+i*cos(t); plot(real(x),imag(x),t,x),三維繪圖可分為三個過程： 生成平面網(wǎng)格點 生成和繪制三維網(wǎng)格點 處理三維表面。,三維曲面繪圖,生成平面網(wǎng)格點 X,Y=meshgrid(x,y) x 是區(qū)間x0,xm上劃分點組成的向量； y 是區(qū)間y0,yn上劃分點組成的向量； X,Y是輸出變量矩陣，矩陣X的

4、行向量都是x，矩陣y的列向量都是y。 例： X,Y=meshgrid(-2:2:2,-2:1:2),生成三維網(wǎng)格點 mesh(x,y,z,c)： x,y,z,c是同維矩陣 x,y,z對應確定空間上的網(wǎng)格點 c為顏色矩陣； 例：X,Y=meshgrid(-2:.2:2,-2:.2:2);Z=X.*exp(-X.2-Y.2); mesh(Z),三維表面處理 對網(wǎng)格曲面的網(wǎng)格塊區(qū)域著色就得到實曲面。mesh命令僅對網(wǎng)格線著色，而對網(wǎng)格片著色使用surf命令。surf的使用方式與mesh相同。 例：X,Y=meshgrid(-2:.2:2,-2:.2:2); Z=X.*exp(-X.2-Y.2); s

5、urf(Z);,函數(shù)contour繪制二維等高線。用戶可以指定等高線的條數(shù)、坐標系的比例及某值上的等高線,兩者用法相同.,等高線的繪制,shading faceted 網(wǎng)格修飾，缺省方式,shading flat 去掉黑色線條，根據(jù)小方塊的值確定顏色,shading interp 顏色整體改變，根據(jù) 小方塊四角的值差補過度點的值確定顏色,peaks(30);shading interp;colormap(hot),X,Y,Z=peaks(30);surfl(X,Y,Z)shading interp;colormap(cool);axis off,透視與消隱 p=peaks(30);mesh(p

6、)；hidden on,作業(yè)：,繪出二元函數(shù) 的三維圖形。并根據(jù)你的興趣，對圖形做出適當?shù)男揎棥?M文件類型 命令文件（腳本文件script-file） 函數(shù)文件（function-file）,二 編程,命令文件格式 注解運行命令 將matlab命令構(gòu)成的程序存儲成以m為擴展名的文件，然后再執(zhí)行該程序文件，這種工作模式稱為命令文件模式。 程序文件不能在指令窗口下建立，因為指令窗口只允許一次執(zhí)行一行上的一個或幾個語句。,例： % 畫出花瓣 theta=-pi:0.01:pi; rho(1,:)=2*sin(5* theta).2; polar(theta,rho(1,:) %極坐標繪圖,函數(shù)定義

7、行 文件的第一行，定義函數(shù)名，輸入輸出參數(shù)的數(shù)量和名稱。 H1行 幫助信息的第一行，緊跟定義行之后。 函數(shù)說明 H1行以后，函數(shù)主體以前的幫助信息。 函數(shù)主體 函數(shù)中進行真正計算和輸出賦值等工作的代碼。 注釋 函數(shù)體中用引導的對程序的注釋。,函數(shù)文件格式 函數(shù)文件的一般結(jié)構(gòu)：,例： function k=rank(x) %RANKNumber of linearly independent rows or columns. %K = RANK(X) is the number of singular values of X %that are larger than MAX(SIZE(X) *

8、 NORM(X) * EPS. %K = RANK(X,tol) is the number of singular values of X that %are larger than tol. %Copyright (c) 1984-94 by The MathWorks, Inc. s = svd(x); if (nargin = 1) tol = max(size(x) * max(s) * eps; end r = sum(s tol);,程序部分,M文件的編輯環(huán)境 Matlab自身提供的M文件編輯器； 一般的文字編輯器，如寫字板、記事本和Word等，保存為文本文件，后綴為.m。,注：

9、 運行m文件之前，必須將文件放在MATLAB的搜索路徑上,盡量使函數(shù)定義名與函數(shù)文件名一致。 兩者不一致時，MATLAB將忽略函數(shù)定義行的函數(shù)定義名，而以保存文件名為準。 H1行做好用英文表達，利于關(guān)鍵字查詢。,MATLAB的搜索過程：,例：假設MATLAB執(zhí)行指令cow 1.檢查cow是否是變量名。 2.是否是內(nèi)建函數(shù)（Built_in Function)。 3.是否是cow所在M文件的一個子函數(shù)。 4.是否是cow所在M文件的一個私有函數(shù)。 5.是否是當前目錄上的文件。 6.搜索路徑上是否有cow存在。,MATLAB 的變量與表達式,MATLAB的變量與類型 變量命名規(guī)則 變量名和函數(shù)名對

10、字母的大小寫敏感； 變量名的第一個字符必須是一個英文字母，最多可包括31個字符； 變量名可由英文字母、數(shù)字和下劃線混合組成； 變量名中不得包含空格和標點，但可以由下連字符,局部變量：具有函數(shù)內(nèi)部作用范圍 全局變量：可在幾個函數(shù)和基本工作空間之間共享，具有全局作用范圍 全局變量的聲明： global 變量名1 變量名2 變量名間用空格分離。 全局變量在使用前必須在MATLAB工作空間中申明，而在某個具體的MATLAB函數(shù)中如果想用到該全局變量時，也必須在函數(shù)中申明。 由于全局變量損害函數(shù)的封閉性，因此不提倡使用全局變量。,局部變量和全局變量,永久變量 又稱預定義變量（Predefined Var

11、iable） ans; eps; realmax; realmin; pi; i,j; inf; NaN; compter; flops; version; 注：盡可能不對永久變量重新賦值，以免產(chǎn)生混淆,MATLAB基本表達式 表達式 變量=表達式 MATLAB書寫表達式的規(guī)則與“手寫算式”幾乎相同。,例： 20.3+3.9*sin(x); y=sin(x)+cos(x); x, y ,z=peaks,字符串數(shù)組、單元數(shù)組和結(jié)構(gòu)數(shù)組,數(shù)據(jù)類型:,最常用的數(shù)據(jù)類型只有雙精度型和字符型，其他數(shù)據(jù)類型只在一些特殊條件下使用,MATLAB 程序結(jié)構(gòu),順序結(jié)構(gòu) 循環(huán)結(jié)構(gòu) 分支結(jié)構(gòu),順序結(jié)構(gòu) 順序結(jié)構(gòu)就是

12、依照順序執(zhí)行程序的各條語句。語句在程序文件中的位置反映了程序的執(zhí)行順序。,循環(huán)結(jié)構(gòu) for-end循環(huán) 語法為： for x =array 可執(zhí)行語句 end,循環(huán)執(zhí)行的次數(shù)為固定的。 循環(huán)次數(shù)由數(shù)組(array)的列數(shù)決定。 例： for ii=1:10; x(ii)=ii; end; x = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,說明： for循環(huán)不會因為在循環(huán)體內(nèi)對循環(huán)變量重新賦值而終止； for循環(huán)結(jié)構(gòu)可按需要嵌套使用。 技巧： 為得到高效代碼，盡量提高代碼的向量化程度，避免使用循環(huán)結(jié)構(gòu)； 為得到最快的運算速度，在循環(huán)指令前盡量對數(shù)組進行預定義,例：利用for循環(huán)求1！+2！+3！

13、+ +5！的值 sum=0; for i=1:5 pdr=1; for k=1:i pdr=pdr*k; end sum=sum+pdr; end,sum = 153,while-end循環(huán) while循環(huán)將循環(huán)體中的語句循環(huán)執(zhí)行不定次數(shù)。 語法為： while 表達式 循環(huán)體語句 end,表達式一般是由邏輯運算和關(guān)系運算以及一般運算組成的，以判斷循環(huán)的進行和停止； 只要表達式的值 非0，繼續(xù)循環(huán)；直到表達式值為0，循環(huán)停止。,例：用while循環(huán)求1100間整數(shù)的和 sum=0; i=1; while i=100 sum=sum+i; i=i+1; end sum sum = 5050,分支

14、結(jié)構(gòu) if-else-end分支結(jié)構(gòu),if else end語句有3種形式 if 表達式 執(zhí)行語句 end if 表達式 是 語句1 else 否 語句2 end, if 表達式1 語句1 elseif 表達式2 語句2 elseif 表達式3 語句3 else 語句n end,這種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了一種多路選擇，比較復雜。可替代一般高級語言中的switch-case-end語句,例：編寫m函數(shù)，計算函數(shù)值并繪圖,x=-3:0.1:3; if x=1 y=2*x.2; plot(x,y) elseif -1x1 y=0; plot(x,y) else y=-x.3; plot(x,y) end 對嗎？

15、,正確方法 x1=-3:0.1:-1; y1=-x1.3; x2=-1:0.1:1; y2=x2.*0; x3=1:0.1:3; y3=2.*x3.2; x=x1,x2,x3; y=y1,y2,y3; plot(x,y),switch-case-end分支結(jié)構(gòu) switch 開關(guān)表達式 case 表達式1 語句段1 case表達式2 語句段2 . otherwise 語句段n end,說明： 將開關(guān)表達式依次與case后面的表達式進行比較，如果表達式1不滿足，則與下一個表達式2比較，如果都不滿足則執(zhí)行otherwise后面的語句段n；一旦開關(guān)表達式與某個表達式相等，則執(zhí)行其后面的語句段。 開關(guān)

16、表達式只能是標量或字符串。 case后面的表達式可以是標量、字符串或單元數(shù)組，如果是單元數(shù)組則將開關(guān)表達式與單元數(shù)組的所有元素進行比較，只要某個元素與開關(guān)表達式相等，就執(zhí)行其后的語句段。,例：,method = Bilinear; switch lower(method) %將字符串轉(zhuǎn)換為小寫 case linear,bilinear disp(Method is linear) %顯示 case cubic disp(Method is cubic) case nearest disp(Method is nearest) otherwise disp(Unknown method.) en

17、d,M文件調(diào)試的主要功能 編輯/調(diào)試器界面,編輯/調(diào)試器的調(diào)試功能 語法錯誤：變量名、函數(shù)名的誤寫及標點符號的缺、漏。 運行錯誤：由算法本身引起 對語法錯誤，MATLAB在運行時可立即發(fā)現(xiàn)，終止運行，給出相應的錯誤原因及所在行號。,調(diào)試方法： 直接調(diào)試法（使用命令行調(diào)試） 圖形調(diào)試法,例 %計算輸入?yún)?shù)的方差的無偏估計 function y=variance(x) mu=sum(x)/length(x); tot=sqsum(x,mu); y=tot/(length(x)-1); function tot=sqsum(x,mu) tot=0; for i=1:length(mu) tot=tot+(x(i)-mu).2); end,程序優(yōu)化,1循環(huán)的向量化。 例： 一般循環(huán)編程。 x=1; for k=1:10000 y(k)=log10(x); x=x+0.01; end % 向量化編程。 x=1:0.01:100; y=log10(x);,2 數(shù)組的預定維： 例：%矩陣未預定義維編程 clear; tic for i=1:5 for j=1:1