1、第第2章章 MATLAB矩阵及其运算矩阵及其运算2.1 变量和数据操作变量和数据操作2.2 MATLAB矩阵矩阵2.3 MATLAB运算运算2.4 矩阵分析矩阵分析2.5 矩阵的超越函数矩阵的超越函数2.6 字符串字符串2.7 结构数据和单元数据结构数据和单元数据2.1 变量和数据操作变量和数据操作2.1.1 变量与赋值变量与赋值1变量命名变量命名 在在MATLAB 7中，变量名是以字母开中，变量名是以字母开头，后接字母、数字或下划线的字符序列，头，后接字母、数字或下划线的字符序列，变量名长度不超过变量名长度不超过31位，超过位，超过31位的系统位的系统将忽略不计将忽略不计. 在在MATLAB
2、中，变量名区分字母的大中，变量名区分字母的大小写。小写。2赋值语句赋值语句(1) 变量变量=表达式表达式 (2) 表达式表达式其中表达式是用运算符将有关运算量连接其中表达式是用运算符将有关运算量连接起来的式子，其结果是一个矩阵。起来的式子，其结果是一个矩阵。例例2-1 计算表达式的值，并显示计算结果。计算表达式的值，并显示计算结果。在在MATLAB命令窗口输入命令：命令窗口输入命令：x=1+2i;y=3-sqrt(17);z=(cos(abs(x+y)-sin(78*pi/180)/(x+abs(y)其中其中pi和和i都是都是MATLAB预先定义的变量，预先定义的变量，分别代表代表圆周率分别代
3、表代表圆周率和虚数单位。和虚数单位。输出结果是：输出结果是：z = -0.3488 + 0.3286i 2.1.2 预定义变量预定义变量 在在MATLAB工作空间中，还驻留几个工作空间中，还驻留几个由系统本身定义的变量。例如，用由系统本身定义的变量。例如，用pi表示圆表示圆周率周率的近似值，用的近似值，用i，j表示虚数单位。预表示虚数单位。预定义变量有特定的含义，在使用时，应尽定义变量有特定的含义，在使用时，应尽量避免对这些变量重新赋值。量避免对这些变量重新赋值。2.1.3简单的计算器使用法简单的计算器使用法 当命令窗口处于激活状态时，会出现当命令窗口处于激活状态时，会出现”,在提示符的右边有
4、一个闪烁光标，表明在提示符的右边有一个闪烁光标，表明MATLAB 正处于准备状态，等待用户输入各种命令正处于准备状态，等待用户输入各种命令.数值运数值运算符号：算符号：+，-，*，/、，1、直接输入法、直接输入法 在命令窗口中直接输入数学表达式，按在命令窗口中直接输入数学表达式，按Enter键确认，即可得到结果。结果被自动赋予暂时变键确认，即可得到结果。结果被自动赋予暂时变量名量名ans2、存储变量法、存储变量法3.标点符号的使用标点符号的使用分号分号(;):暂时不显示计算的中间结果暂时不显示计算的中间结果百分号百分号(%):添加注释语句添加注释语句逗号逗号(,):一行输入多条命令语句一行输入
5、多条命令语句续行号续行号(.):将程序分多行书写将程序分多行书写2.1.4向量及其运算向量及其运算向量的生成向量的生成1.在命令窗口中直接输入向量在命令窗口中直接输入向量可以在行和列向量之间进行转置可以在行和列向量之间进行转置2.等差元素向量的生成等差元素向量的生成冒号冒号(:)生成法：基本格式为生成法：基本格式为 vec=vec0:n:vecn, n表示步长表示步长 使用使用linspace函数：线性等分向量函数，基函数：线性等分向量函数，基本格式为本格式为Vec=linspace(vec0,vecn,n),当当n默默认时，系统默认为认时，系统默认为1002.1.5向量的基本运算向量的基本运
6、算1、向量与数的四则运算、向量与数的四则运算2、向量与向量之间的加减运算、向量与向量之间的加减运算2.5数组及其运算2.1.6数组寻址和排序数组寻址和排序1.数组寻址数组寻址通过对数组下标的访问来实现数组寻址通过对数组下标的访问来实现数组寻址A=1:1:10;A(4);A(2：6);A(6:-2:1);A(1 3 4 5); A(4:end);2 数组排序数组排序 使用使用sort函数对数组进行排序，使用格式如下：函数对数组进行排序，使用格式如下：sort(X) 将数组中的元素按升序排列将数组中的元素按升序排列 当当X是多维数组时，把各列元素按升序排列是多维数组时，把各列元素按升序排列X=3
7、5 7 0 4 2A=8 5 7;3 4 5;4 1 62.1.7数组的基本数值运算数组的基本数值运算数组运算符由矩阵运算符前面增加数组运算符由矩阵运算符前面增加“.”来表来表示示1、数组的加减、数组的加减2、数组的乘除、数组的乘除(.*，./, .)X=1 4 7Y=2 5 8Z=X-YV=X+YX=10 52 96 12 56Y=2 26 3 4 8Z1=X.*YZ1=X./Y3、数组的乘方、数组的乘方(.)X=1 4 7Y=2 5 8Z=X.YX=3 6 9Z1=X.3X=4 5 6 7 8Z=3.X2.1.8 内存变量的管理内存变量的管理1内存变量的删除与修改内存变量的删除与修改 MA
8、TLAB工作空间窗口专门用于内存变量的工作空间窗口专门用于内存变量的管理。在工作空间窗口中可以显示所有内存变量管理。在工作空间窗口中可以显示所有内存变量的属性。当选中某些变量后，再单击的属性。当选中某些变量后，再单击Delete按钮，按钮，就能删除这些变量。当选中某些变量后，再单击就能删除这些变量。当选中某些变量后，再单击Open按钮，将进入变量编辑器。通过变量编辑器按钮，将进入变量编辑器。通过变量编辑器可以直接观察变量中的具体元素，也可修改变量可以直接观察变量中的具体元素，也可修改变量中的具体元素。中的具体元素。 clear命令用于删除命令用于删除MATLAB工作空间中的变工作空间中的变量。
9、量。who和和whos这两个命令用于显示在这两个命令用于显示在MATLAB工作空间中已经驻留的变量名清单。工作空间中已经驻留的变量名清单。who命令只命令只显示出驻留变量的名称，显示出驻留变量的名称，whos在给出变量名的同在给出变量名的同时，还给出它们的大小、所占字节数及数据类型时，还给出它们的大小、所占字节数及数据类型等信息。等信息。2内存变量文件内存变量文件 利用利用MAT文件可以把当前文件可以把当前MATLAB工作空工作空间中的一些有用变量长久地保留下来，扩展名间中的一些有用变量长久地保留下来，扩展名是是.mat。MAT文件的生成和装入由文件的生成和装入由save和和load命命令来完
10、成。常用格式为：令来完成。常用格式为：save 文件名文件名 变量名表变量名表 load 文件名文件名 变量名表变量名表 其中，文件名可以带路径，但不需带扩展名其中，文件名可以带路径，但不需带扩展名.mat，命令隐含一定对命令隐含一定对.mat文件进行操作。变量名表中文件进行操作。变量名表中的变量个数不限，只要内存或文件中存在即可，的变量个数不限，只要内存或文件中存在即可，变量名之间以空格分隔。当变量名表省略时，保变量名之间以空格分隔。当变量名表省略时，保存或装入全部变量。存或装入全部变量。2.1.4 MATLAB常用数学函数常用数学函数 MATLAB提供了许多数学函数，函数的自变量规定提供了
11、许多数学函数，函数的自变量规定为矩阵变量，运算法则是将函数逐项作用于矩阵的元素上，为矩阵变量，运算法则是将函数逐项作用于矩阵的元素上，因而运算的结果是一个与自变量同维数的矩阵。因而运算的结果是一个与自变量同维数的矩阵。函数使用说明：函数使用说明：(1) 三角函数以弧度为单位计算。三角函数以弧度为单位计算。(2) abs函数可以求实数的绝对值、复数的模、字符串的函数可以求实数的绝对值、复数的模、字符串的ASCII码值。码值。(3) 用于取整的函数有用于取整的函数有fix、floor、ceil、round，要注意它，要注意它们的区别。们的区别。(4) rem与与mod函数的区别。函数的区别。rem
12、(x,y)和和mod(x,y)要求要求x,y必必须为相同大小的实矩阵或为标量。须为相同大小的实矩阵或为标量。2.1.5 数据的输出格式数据的输出格式 MATLAB用十进制数表示一个常数，具体可用十进制数表示一个常数，具体可采用日常记数法和科学记数法两种表示方法。采用日常记数法和科学记数法两种表示方法。 在一般情况下，在一般情况下，MATLAB内部每一个数据元内部每一个数据元素都是用双精度数来表示和存储的。数据输出时素都是用双精度数来表示和存储的。数据输出时用户可以用用户可以用format命令设置或改变数据输出格式。命令设置或改变数据输出格式。format命令的格式为：命令的格式为： forma
13、t 格式符格式符其中格式符决定数据的输出格式其中格式符决定数据的输出格式2.2 MATLAB矩阵矩阵2.2.1 矩阵的建立矩阵的建立1直接输入法直接输入法 最简单的建立矩阵的方法是从键盘直接输入最简单的建立矩阵的方法是从键盘直接输入矩阵的元素。具体方法如下：将矩阵的元素用方矩阵的元素。具体方法如下：将矩阵的元素用方括号括起来，按矩阵行的顺序输入各元素，同一括号括起来，按矩阵行的顺序输入各元素，同一行的各元素之间用空格或逗号分隔，不同行的元行的各元素之间用空格或逗号分隔，不同行的元素之间用分号分隔。素之间用分号分隔。2利用利用M文件建立矩阵文件建立矩阵 对于比较大且比较复杂的矩阵，可以为它专对于
14、比较大且比较复杂的矩阵，可以为它专门建立一个门建立一个M文件。下面通过一个简单例子来说文件。下面通过一个简单例子来说明如何利用明如何利用M文件创建矩阵。文件创建矩阵。 例例2-2 利用利用M文件建立文件建立MYMAT矩阵。矩阵。(1) 启动有关编辑程序或启动有关编辑程序或MATLAB文本编辑器，文本编辑器，并输入待建矩阵：并输入待建矩阵： (2) 把输入的内容以纯文本方式存盘把输入的内容以纯文本方式存盘(设文件名为设文件名为mymatrix.m)。 (3) 在在MATLAB命令窗口中输入命令窗口中输入mymatrix，即运，即运行该行该M文件，就会自动建立一个名为文件，就会自动建立一个名为MY
15、MAT的的矩阵，可供以后使用。矩阵，可供以后使用。 3利用冒号表达式建立一个向量利用冒号表达式建立一个向量冒号表达式可以产生一个行向量，一般格式是：冒号表达式可以产生一个行向量，一般格式是： e1:e2:e3其中其中e1为初始值，为初始值，e2为步长，为步长，e3为终止值。为终止值。在在MATLAB中，还可以用中，还可以用linspace函数产生行向量。其调函数产生行向量。其调用格式为：用格式为： linspace(a,b,n)其中其中a和和b是生成向量的第一个和最后一个元素，是生成向量的第一个和最后一个元素，n是元素是元素总数。总数。显然，显然，linspace(a,b,n)与与a:(b-a
16、)/(n-1):b等价。等价。4建立大矩阵建立大矩阵大矩阵可由方括号中的小矩阵或向量建立起来。大矩阵可由方括号中的小矩阵或向量建立起来。2.2.2 矩阵的拆分矩阵的拆分1矩阵元素矩阵元素通过下标引用矩阵的元素，例如通过下标引用矩阵的元素，例如A(3,2) . 采用矩阵元素的序号来引用矩阵元素。矩阵采用矩阵元素的序号来引用矩阵元素。矩阵元素的序号就是相应元素在内存中的排列顺序。元素的序号就是相应元素在内存中的排列顺序。在在MATLAB中，矩阵元素按列存储，先第一列，中，矩阵元素按列存储，先第一列，再第二列，依次类推。例如再第二列，依次类推。例如A=1,2,3;4,5,6;A(3) 显然，序号显然
17、，序号(Index)与下标与下标(Subscript )是一一对应是一一对应的，以的，以mn矩阵矩阵A为例，矩阵元素为例，矩阵元素A(i,j)的序号为的序号为(j-1)*m+i。其相互转换关系也可利用。其相互转换关系也可利用sub2ind函数函数求得。求得。 例：例：c=sub2ind(size(a),2,3) 2矩阵拆分矩阵拆分(1) 利用冒号表达式获得子矩阵利用冒号表达式获得子矩阵 A(:,j)表示取表示取A矩阵的第矩阵的第j列全部元素；列全部元素；A(i,:)表示表示A矩阵矩阵第第i行的全部元素；行的全部元素；A(i,j)表示取表示取A矩阵第矩阵第i行、第行、第j列的元素。列的元素。 A
18、(i:i+m,:)表示取表示取A矩阵第矩阵第ii+m行的全部元素；行的全部元素；A(:,k:k+m)表示取表示取A矩阵第矩阵第kk+m列的全部元素，列的全部元素，A(i:i+m,k:k+m)表示取表示取A矩阵第矩阵第ii+m行内，并在第行内，并在第kk+m列中的所有元素。列中的所有元素。此外，还可利用一般向量和此外，还可利用一般向量和end运算符来表示矩阵下标，运算符来表示矩阵下标，从而获得子矩阵。从而获得子矩阵。end表示某一维的末尾元素下标。表示某一维的末尾元素下标。 (2) 利用空矩阵删除矩阵的元素利用空矩阵删除矩阵的元素 在在MATLAB中，定义中，定义为空矩阵。给变量为空矩阵。给变量
19、X赋空矩阵的语句为赋空矩阵的语句为X=。注意，。注意，X=与与clear X不不同，同，clear是将是将X从工作空间中删除，而空矩阵则从工作空间中删除，而空矩阵则存在于工作空间中，只是维数为存在于工作空间中，只是维数为0。2.2.3 特殊矩阵特殊矩阵1通用的特殊矩阵通用的特殊矩阵常用的产生通用特殊矩阵的函数有：常用的产生通用特殊矩阵的函数有：zeros：产生全：产生全0矩阵矩阵(零矩阵零矩阵)。ones：产生全：产生全1矩阵矩阵(幺矩阵幺矩阵)。eye：产生单位矩阵。：产生单位矩阵。rand：产生：产生01间均匀分布的随机矩阵。间均匀分布的随机矩阵。randn：产生均值为：产生均值为0，方差
20、为，方差为1的标准正态分布的标准正态分布随机矩阵。随机矩阵。例例2-3 分别建立分别建立33、32和与矩阵和与矩阵A同样大小的零矩阵。同样大小的零矩阵。(1) 建立一个建立一个33零矩阵。零矩阵。zeros(3) (2) 建立一个建立一个32零矩阵。零矩阵。zeros(3,2) (3) 设设A为为23矩阵，则可以用矩阵，则可以用zeros(size(A)建立一个与建立一个与矩阵矩阵A同样大小零矩阵。同样大小零矩阵。A=1 2 3;4 5 6; %产生一个产生一个23阶矩阵阶矩阵Azeros(size(A) %产生一个与矩阵产生一个与矩阵A同样大小的零矩阵同样大小的零矩阵例例2-4 建立随机矩阵
21、：建立随机矩阵： 在区间在区间20,50内均匀分布的内均匀分布的5阶随机矩阵。阶随机矩阵。命令如下：命令如下：x=20+(50-20)*rand(5)此外，常用的函数还有此外，常用的函数还有reshape(A,m,n)，它在矩，它在矩阵总元素保持不变的前提下，将矩阵阵总元素保持不变的前提下，将矩阵A重新排成重新排成mn的二维矩阵。的二维矩阵。2用于专门学科的特殊矩阵用于专门学科的特殊矩阵(1) 魔方矩阵魔方矩阵魔方矩阵有一个有趣的性质，其每行、每列及魔方矩阵有一个有趣的性质，其每行、每列及两条对角线上的元素和都相等。对于两条对角线上的元素和都相等。对于n阶魔方阶魔方阵，其元素由阵，其元素由1,
22、2,3, 共共 个整数组成。个整数组成。MATLAB提供了求魔方矩阵的函数提供了求魔方矩阵的函数magic(n)，其功能是生成一个其功能是生成一个n阶魔方阵。阶魔方阵。2n2n例例2-5 将将101125等等25个数填入一个个数填入一个5行行5列的列的表格中，使其每行每列及对角线的和均为表格中，使其每行每列及对角线的和均为565。M=100+magic(5) (2) 范得蒙矩阵范得蒙矩阵范得蒙范得蒙(Vandermonde)矩阵最后一列全为矩阵最后一列全为1，倒数第二列为一个指定的向量，其他各列倒数第二列为一个指定的向量，其他各列是其后列与倒数第二列的点乘积。可以用是其后列与倒数第二列的点乘积
23、。可以用一个指定向量生成一个范得蒙矩阵。在一个指定向量生成一个范得蒙矩阵。在MATLAB中，函数中，函数vander(V)生成以向量生成以向量V为基础向量的范得蒙矩阵。例如，为基础向量的范得蒙矩阵。例如，A=vander(1;2;3;5)即可得到上述范得蒙矩即可得到上述范得蒙矩阵。阵。(3) 希尔伯特矩阵希尔伯特矩阵在在MATLAB中，生成希尔伯特矩阵的函数是中，生成希尔伯特矩阵的函数是hilb(n)。使用一般方法求逆会因为原始数据的微小扰动而使用一般方法求逆会因为原始数据的微小扰动而产生不可靠的计算结果。产生不可靠的计算结果。MATLAB中，有一个专中，有一个专门求希尔伯特矩阵的逆的函数门求
24、希尔伯特矩阵的逆的函数invhilb(n)，其功能，其功能是求是求n阶的希尔伯特矩阵的逆矩阵。阶的希尔伯特矩阵的逆矩阵。例例2-6 求求4阶希尔伯特矩阵及其逆矩阵。阶希尔伯特矩阵及其逆矩阵。命令如下：命令如下：format rat %以有理形式输出以有理形式输出H=hilb(4)H=invhilb(4) 2.3 MATLAB运算运算 2.3.1算术运算算术运算1基本算术运算基本算术运算MATLAB的基本算术运算有：的基本算术运算有：(加加)、(减减)、*(乘乘)、/(右除右除)、(左除左除)、(乘方乘方)。注意，运算是在矩阵意义下进行的，单个注意，运算是在矩阵意义下进行的，单个数据的算术运算只
25、是一种特例。数据的算术运算只是一种特例。 (1) 矩阵加减运算矩阵加减运算假定有两个矩阵假定有两个矩阵A和和B，则可以由，则可以由A+B和和A-B实现矩阵的加减运算。运算规则是：若实现矩阵的加减运算。运算规则是：若A和和B矩阵的维数相同，则可以执行矩阵的加矩阵的维数相同，则可以执行矩阵的加减运算，减运算，A和和B矩阵的相应元素相加减。如矩阵的相应元素相加减。如果果A与与B的维数不相同，则的维数不相同，则MATLAB将给出将给出错误信息，提示用户两个矩阵的维数不匹错误信息，提示用户两个矩阵的维数不匹配。配。 (2) 矩阵乘法矩阵乘法 假定有两个矩阵假定有两个矩阵A和和B，若，若A为为mn矩阵，矩
26、阵，B为为np矩阵，则矩阵，则C=A*B为为mp矩阵。矩阵。 (3) 矩阵除法矩阵除法在在MATLAB中，有两种矩阵除法运算：中，有两种矩阵除法运算：和和/，分，分别表示左除和右除。如果别表示左除和右除。如果A矩阵是非奇异方阵，矩阵是非奇异方阵，则则AB和和B/A运算可以实现。运算可以实现。AB等效于等效于A的逆左的逆左乘乘B矩阵，也就是矩阵，也就是inv(A)*B，而，而B/A等效于等效于A矩阵矩阵的逆右乘的逆右乘B矩阵，也就是矩阵，也就是B*inv(A)。对于含有标量的运算，两种除法运算的结果相同，对于含有标量的运算，两种除法运算的结果相同，如如3/4和和43有相同的值，都等于有相同的值，
27、都等于0.75。又如，设。又如，设a=10.5,25，则，则a/5=5a=2.1000 5.0000。对于矩。对于矩阵来说，左除和右除表示两种不同的除数矩阵和阵来说，左除和右除表示两种不同的除数矩阵和被除数矩阵的关系。对于矩阵运算，一般被除数矩阵的关系。对于矩阵运算，一般ABB/A。A=2 1 -5 1;1 -3 0 -6;0 2 -1 2 ;1 4 -7 6B=8;9;-5;0X=AB (4) 矩阵的乘方矩阵的乘方 一个矩阵的乘方运算可以表示成一个矩阵的乘方运算可以表示成Ax，要，要求求A为方阵，为方阵，x为标量。为标量。2点运算点运算 在在MATLAB中，有一种特殊的运算，因中，有一种特殊
28、的运算，因为其运算符是在有关算术运算符前面加点，为其运算符是在有关算术运算符前面加点，所以叫点运算。点运算符有所以叫点运算。点运算符有.*、./、.和和.。两矩阵进行点运算是指它们的对应元素进两矩阵进行点运算是指它们的对应元素进行相关运算，要求两矩阵的维参数相同。行相关运算，要求两矩阵的维参数相同。2.3.2 关系运算关系运算 MATLAB提供了提供了6种关系运算符：种关系运算符：(小小于于)、(大于大于)、=(大于或大于或等于等于)、=(等于等于)、=(不等于不等于)。它们的含。它们的含义不难理解，但要注意其书写方法与数学义不难理解，但要注意其书写方法与数学中的不等式符号不尽相同。中的不等式
29、符号不尽相同。 关系运算符的运算法则为：关系运算符的运算法则为： (1) 当两个比较量是标量时，直接比较两当两个比较量是标量时，直接比较两数的大小。若关系成立，关系表达式结果数的大小。若关系成立，关系表达式结果为为1，否则为，否则为0。 (2) 当参与比较的量是两个维数相同的矩当参与比较的量是两个维数相同的矩阵时，比较是对两矩阵相同位置的元素按阵时，比较是对两矩阵相同位置的元素按标量关系运算规则逐个进行，并给出元素标量关系运算规则逐个进行，并给出元素比较结果。最终的关系运算的结果是一个比较结果。最终的关系运算的结果是一个维数与原矩阵相同的矩阵，它的元素由维数与原矩阵相同的矩阵，它的元素由0或或
30、1组成。组成。 (3) 当参与比较的一个是标量，而另一个是当参与比较的一个是标量，而另一个是矩阵时，则把标量与矩阵的每一个元素按矩阵时，则把标量与矩阵的每一个元素按标量关系运算规则逐个比较，并给出元素标量关系运算规则逐个比较，并给出元素比较结果。最终的关系运算的结果是一个比较结果。最终的关系运算的结果是一个维数与原矩阵相同的矩阵，它的元素由维数与原矩阵相同的矩阵，它的元素由0或或1组成。组成。M=magic(5)N=(rem(M,3)N=(rem(M,3)=1)2.3.3 逻辑运算逻辑运算 MATLAB提供了提供了3种逻辑运算符：种逻辑运算符：&(与与)、|(或或)和和(非非)。 逻辑运算的运
31、算法则为：逻辑运算的运算法则为： (1) 在逻辑运算中，确认非零元素为真，用在逻辑运算中，确认非零元素为真，用1表示，零元表示，零元素为假，用素为假，用0表示。表示。 (2) 设参与逻辑运算的是两个标量设参与逻辑运算的是两个标量a和和b，那么，那么， a&b a,b全为非零时，运算结果为全为非零时，运算结果为1，否则为，否则为0。 a|b a,b中只要有一个非零，运算结果为中只要有一个非零，运算结果为1。 a 当当a是零时，运算结果为是零时，运算结果为1；当；当a非零时，运算结果非零时，运算结果为为0。 (3) 若参与逻辑运算的是两个同维矩阵，那若参与逻辑运算的是两个同维矩阵，那么运算将对矩阵
32、相同位置上的元素按标量么运算将对矩阵相同位置上的元素按标量规则逐个进行。最终运算结果是一个与原规则逐个进行。最终运算结果是一个与原矩阵同维的矩阵，其元素由矩阵同维的矩阵，其元素由1或或0组成。组成。 (4) 若参与逻辑运算的一个是标量，一个是若参与逻辑运算的一个是标量，一个是矩阵，那么运算将在标量与矩阵中的每个矩阵，那么运算将在标量与矩阵中的每个元素之间按标量规则逐个进行。最终运算元素之间按标量规则逐个进行。最终运算结果是一个与矩阵同维的矩阵，其元素由结果是一个与矩阵同维的矩阵，其元素由1或或0组成。组成。 (5) 逻辑非是单目运算符，也服从矩阵运算规逻辑非是单目运算符，也服从矩阵运算规则。则
33、。(6) 在算术、关系、逻辑运算中，算术运算在算术、关系、逻辑运算中，算术运算优先级最高，逻辑运算优先级最低。优先级最高，逻辑运算优先级最低。A=linspace(1,10,10)B=linspace(10,1,10)L1=A4&B5&B5L3=A5|B5L4=A6例例2-9 建立矩阵建立矩阵A，然后找出大于，然后找出大于4的元素的的元素的位置。位置。(1) 建立矩阵建立矩阵A。A=4,-65,-54,0,6;56,0,67,-45,0 (2) 找出大于找出大于4的元素的位置。的元素的位置。find(A4)2.4 矩阵分析矩阵分析2.4.1 对角阵与三角阵对角阵与三角阵1对角阵对角阵只有对角线
34、上有非只有对角线上有非0元素的矩阵称为对角矩元素的矩阵称为对角矩阵，对角线上的元素相等的对角矩阵称为阵，对角线上的元素相等的对角矩阵称为数量矩阵，对角线上的元素都为数量矩阵，对角线上的元素都为1的对角矩的对角矩阵称为单位矩阵。阵称为单位矩阵。(1) 提取矩阵的对角线元素提取矩阵的对角线元素设设A为为mn矩阵，矩阵，diag(A)函数用于提取矩阵函数用于提取矩阵A主对角线元主对角线元素，产生一个具有素，产生一个具有min(m,n)个元素的列向量。个元素的列向量。diag(A)函数还有一种形式函数还有一种形式diag(A,k)，其功能是提取第，其功能是提取第k条条对角线的元素。对角线的元素。(2)
35、 构造对角矩阵构造对角矩阵设设V为具有为具有m个元素的向量，个元素的向量，diag(V)将产生一个将产生一个mm对对角矩阵，其主对角线元素即为向量角矩阵，其主对角线元素即为向量V的元素。的元素。diag(V)函数也有另一种形式函数也有另一种形式diag(V,k)，其功能是产生一，其功能是产生一个个nn(n=m+)对角阵，其第对角阵，其第k条对角线的元素即为向量条对角线的元素即为向量V的元素。的元素。例例2-10 先建立先建立33矩阵矩阵A，然后将，然后将A的第一的第一行元素乘以行元素乘以1，第二行乘以，第二行乘以2，第三行乘以，第三行乘以3。A=2 3 1;3 4 2; 4 3 1;D=dia
36、g(1:3);D*A %用用D左乘左乘A，对，对A的每行乘的每行乘以一个指定常数以一个指定常数2三角阵三角阵三角阵又进一步分为上三角阵和下三角阵，三角阵又进一步分为上三角阵和下三角阵，所谓上三角阵，即矩阵的对角线以下的元所谓上三角阵，即矩阵的对角线以下的元素全为素全为0的一种矩阵，而下三角阵则是对角的一种矩阵，而下三角阵则是对角线以上的元素全为线以上的元素全为0的一种矩阵。的一种矩阵。(1) 上三角矩阵上三角矩阵求矩阵求矩阵A的上三角阵的的上三角阵的MATLAB函数是函数是triu(A)。triu(A)函数也有另一种形式函数也有另一种形式triu(A,k)，其功能是，其功能是求矩阵求矩阵A的第
37、的第k条对角线以上的元素。例如，提取条对角线以上的元素。例如，提取矩阵矩阵A的第的第2条对角线以上的元素，形成新的矩阵条对角线以上的元素，形成新的矩阵B。(2) 下三角矩阵下三角矩阵在在MATLAB中，提取矩阵中，提取矩阵A的下三角矩阵的函数的下三角矩阵的函数是是tril(A)和和tril(A,k)，其用法与提取上三角矩阵的，其用法与提取上三角矩阵的函数函数triu(A)和和triu(A,k)完全相同。完全相同。2.4.2 矩阵的转置与旋转矩阵的转置与旋转1矩阵的转置矩阵的转置转置运算符是单撇号转置运算符是单撇号()。2矩阵的旋转矩阵的旋转利用函数利用函数rot90(A,k)将矩阵将矩阵A旋转
38、旋转90的的k倍，倍，当当k为为1时可省略。时可省略。 3矩阵的左右翻转矩阵的左右翻转对矩阵实施左右翻转是将原矩阵的第一列对矩阵实施左右翻转是将原矩阵的第一列和最后一列调换，第二列和倒数第二列调和最后一列调换，第二列和倒数第二列调换，换，依次类推。，依次类推。MATLAB对矩阵对矩阵A实实施左右翻转的函数是施左右翻转的函数是fliplr(A)。4矩阵的上下翻转矩阵的上下翻转MATLAB对矩阵对矩阵A实施上下翻转的函数是实施上下翻转的函数是flipud(A)。2.4.3 矩阵的逆矩阵的逆对于一个方阵对于一个方阵A，如果存在一个与其同阶的方阵，如果存在一个与其同阶的方阵B，使得：使得：AB=BA=
39、I (I为单位矩阵为单位矩阵)则称则称B为为A的逆矩阵，当然，的逆矩阵，当然，A也是也是B的逆矩阵。的逆矩阵。求一个矩阵的逆是一件非常烦琐的工作，容易出求一个矩阵的逆是一件非常烦琐的工作，容易出错，但在错，但在MATLAB中，求一个矩阵的逆非常容易。中，求一个矩阵的逆非常容易。求方阵求方阵A的逆矩阵可调用函数的逆矩阵可调用函数inv(A)。例例2-11 用求逆矩阵的方法解线性方程组。用求逆矩阵的方法解线性方程组。Ax=b其解为：其解为：x=A-1b2.4.4 方阵的行列式方阵的行列式把一个方阵看作一个行列式，并对其按行把一个方阵看作一个行列式，并对其按行列式的规则求值，这个值就称为矩阵所对列式
40、的规则求值，这个值就称为矩阵所对应的行列式的值。在应的行列式的值。在MATLAB中，求方阵中，求方阵A所对应的行列式的值的函数是所对应的行列式的值的函数是det(A)。2.4.5 矩阵的秩与迹矩阵的秩与迹1矩阵的秩矩阵的秩矩阵线性无关的行数与列数称为矩阵的秩。矩阵线性无关的行数与列数称为矩阵的秩。在在MATLAB中，求矩阵秩的函数是中，求矩阵秩的函数是rank(A)。2矩阵的迹矩阵的迹矩阵的迹等于矩阵的对角线元素之和，也矩阵的迹等于矩阵的对角线元素之和，也等于矩阵的特征值之和。在等于矩阵的特征值之和。在MATLAB中，中，求矩阵的迹的函数是求矩阵的迹的函数是trace(A)。2.4.6 矩阵的
41、特征值与特征向量矩阵的特征值与特征向量在在MATLAB中，计算矩阵中，计算矩阵A的特征值和特的特征值和特征向量的函数是征向量的函数是eig(A)，常用的调用格式有，常用的调用格式有3种：种：(1) E=eig(A)：求矩阵：求矩阵A的全部特征值，构的全部特征值，构成向量成向量E。(2) V,D=eig(A)：求矩阵：求矩阵A的全部特征值，的全部特征值，构成对角阵构成对角阵D，并求，并求A的特征向量构成的特征向量构成V的的列向量。列向量。 2.6 字符串字符串 在在MATLAB中，字符串是用单撇号括起中，字符串是用单撇号括起来的字符序列。来的字符序列。MATLAB将字符串当作一个行向量，每个将字
42、符串当作一个行向量，每个元素对应一个字符，其标识方法和数值向元素对应一个字符，其标识方法和数值向量相同。也可以建立多行字符串矩阵。量相同。也可以建立多行字符串矩阵。字符串是以字符串是以ASCII码形式存储的。码形式存储的。abs和和double函数都可以用来获取字符串矩阵所函数都可以用来获取字符串矩阵所对应的对应的ASCII码数值矩阵。相反，码数值矩阵。相反，char函数函数可以把可以把ASCII码矩阵转换为字符串矩阵。码矩阵转换为字符串矩阵。例例2-13 建立一个字符串向量，然后对该向量建立一个字符串向量，然后对该向量做如下处理：做如下处理：(1) 取第取第15个字符组成的子字符串。个字符组
43、成的子字符串。(2) 将字符串倒过来重新排列。将字符串倒过来重新排列。(3) 将字符串中的小写字母变成相应的大写将字符串中的小写字母变成相应的大写字母，其余字符不变。字母，其余字符不变。(4) 统计字符串中小写字母的个数。统计字符串中小写字母的个数。 命令如下：命令如下：ch=ABc123d4e56Fg9;subch=ch(1:5) %取子字符串取子字符串revch=ch(end:-1:1) %将字符串倒排将字符串倒排k=find(ch=a&ch=z); %找小写字母的位置找小写字母的位置ch(k)=ch(k)-(a-A); %将小写字母变成相应将小写字母变成相应的大写字母的大写字母lengt
44、h(k) %统计小写字母的个数统计小写字母的个数 与字符串有关的另一个重要函数是与字符串有关的另一个重要函数是eval，其调用，其调用格式为：格式为： eval(t)其中其中t为字符串。它的作用是把字符串的内容作为对为字符串。它的作用是把字符串的内容作为对应的应的MATLAB语句来执行。语句来执行。for n = 3:5 magic_str = M,num2str(n), = magic(n); eval(magic_str)end2.7 结构数据和单元数据结构数据和单元数据2.7.1 结构数据结构数据1结构矩阵的建立与引用结构矩阵的建立与引用结构矩阵的元素可以是不同的数据类型，结构矩阵的元素
45、可以是不同的数据类型，它能将一组具有不同属性的数据纳入到一它能将一组具有不同属性的数据纳入到一个统一的变量名下进行管理。建立一个结个统一的变量名下进行管理。建立一个结构矩阵可采用给结构成员赋值的办法。具构矩阵可采用给结构成员赋值的办法。具体格式为：体格式为：结构矩阵名结构矩阵名.成员名成员名=表达式表达式其中表达式应理解为矩阵表达式。其中表达式应理解为矩阵表达式。2结构成员的修改结构成员的修改可以根据需要增加或删除结构的成员。例如要给结构矩阵可以根据需要增加或删除结构的成员。例如要给结构矩阵a增加一个成员增加一个成员x4，可给，可给a中任意一个元素增加成员中任意一个元素增加成员x4：a(1).
46、x4=410075;但其他成员均为空矩阵，可以使用赋值语句给它赋确定的但其他成员均为空矩阵，可以使用赋值语句给它赋确定的值。值。要删除结构的成员，则可以使用要删除结构的成员，则可以使用rmfield函数来完成。例如，函数来完成。例如，删除成员删除成员x4：a=rmfield(a,x4);3关于结构的函数关于结构的函数除了一般的结构数据的操作外，除了一般的结构数据的操作外，MATLAB还提供了部分还提供了部分函数来进行结构矩阵的操作。函数来进行结构矩阵的操作。2.7.2 单元数据单元数据1单元矩阵的建立与引用单元矩阵的建立与引用建立单元矩阵和一般矩阵相似，只是矩阵元素用建立单元矩阵和一般矩阵相似，只是矩阵元素用大括号括起来。大括号括起来。可以用带有大括号下标的形式引用单元矩阵元素。可以用带有大括号下标的形式引用单元矩阵元素。例如例如b3,3。单元矩阵的元素可以是结构或单元。单元矩阵的元素可以是结构或单元数据。数据。可以使用可以使用celldisp函数来显示整个单元矩阵，如函数来显示整个单元矩阵，如celldisp(b)。还可以删除单元矩阵中的某个元素。还可以删除单元矩阵中的某个元素。2关于单元的函数关于单元的函数MATLAB还提供了部分函数用于单元的操作。还提供了部分函数用于单元的操作。
