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发表于 2004-6-2 00:54:27
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<><FONT color=#ee1111>MATLAB程序语言(转载!)</FONT></P><TABLE width="100%" bgColor=#00ffff border=0><TR><TD width="100%">< align=center><FONT face=隶书 size=4>MATLAB 支持的数据结构</FONT></P></TD></TR></TABLE><> MATLAB 语言的赋值语句有两种: <UL><LI>变量名 = 运算表达式 <LI>[返回变量列表] = 函数名(输入变量列表) </LI></UL><P> MATLAB 支持变量和常量,其中 pi 为圆周率 <FONT face=Symbol>p</FONT>, 更重要的,MATLAB 支持 IEEE 标准的运算符号,如 Inf 表示无穷大,NaN (Not a Number) 为 0/0, 0*Inf 或 Inf/Inf 等运算结果。MATLAB 变量名应该由字母引导,后面可以跟数字、字母或下划线等符号。MATLAB 是区分变量名字母大小写的。</P><P>(1) 矩阵 <P> MATLAB 最基本的数据结构是复数矩阵。输入一个复数矩阵是很简单的事。例如可以给出下面的语句:
>> B=[1+9i,2+8i,3+7j; 4+6j 5+5i,6+4i; 7+3i,8+2j 1i]
其中 >> 为 MATLAB 的提示符。矩阵各行元素由分号分隔,而同行不同元素由逗号或空格分隔。给出了上面的命令,则可以给出下面的结果。 <BLOCKQUOTE><P>B =
1.0000 + 9.0000i 2.0000 + 8.0000i 3.0000 + 7.0000i
4.0000 + 6.0000i 5.0000 + 5.0000i 6.0000 + 4.0000i
7.0000 + 3.0000i 8.0000 + 2.0000i 0 + 1.0000i </P></BLOCKQUOTE><P>其中,元素 1+9i 表示复数项。有这样的表述方法,实矩阵、向量或标量均可以更容易地输入了。如果赋值表达式末尾有分号,则其结构将不显示,否则将显示出全部结果。 <P> MATLAB 和其他语言不同,它无需事先声明矩阵的维数。下面的语句可以建立一个更大的矩阵 <BLOCKQUOTE><P>>> B(2,5)=1
B =
1.0000 + 9.0000i 2.0000 + 8.0000i 3.0000 + 7.0000i 0 0
4.0000 + 6.0000i 5.0000 + 5.0000i 6.0000 + 4.0000i 0 1.0000
7.0000 + 3.0000i 8.0000 + 2.0000i 0 + 1.0000i 0 0 </P></BLOCKQUOTE><P> 冒号表达式是 MATLAB 里最具特色的表示方法。其调用格式为 <FONT size=2>a=s1:s2:s3; 这一语句可以生成一个行向量,其中 s1 为向量的起始值,s2 为步距,而 s3 为向量的终止值。例如 S=0:.1:2*pi; 将产生一个起始于 0, 步距为 0.1, 而终止于 6.2 的向量 (pi 为 MATLAB 保留常量<FONT face=Symbol>p</FONT>), 而不是终止于2<FONT face=Symbol>p</FONT>。如果写成 S=0:-0.1:2*pi; 则不出现错误,而返回一个空向量。</FONT> <P> 冒号表达式可以用来提取矩阵元素,例如 B(:,1) 将提取 B 矩阵的第 1 列而 B(1:2,1:2:3) 将提取 B 的前 2 行与 1,3,5 列组成的子矩阵。在矩阵提取时还可以采用end 这样的算符。如 B(2:end, 将提取 B 矩阵的后 2 列构成的子矩阵。 <P>(2) 多维数组 <P> 多维数组是 MATLAB 在其 5.0 版本开始提供的。假设有 2 个 3x3 矩阵 A1, A23,则可以由下面的命令建立起一个 3x3x2 的数组:A=cat(3,A1,A2)。试验 A1=cat(2,A1,A2) 和 A2=cat(1,A1A2) 将得到什么结果。 <P> 对矩阵或多维数组 A 可以使用 size(A) 来测其大小,也可以使用 reshape() 函数重新按列排列。对向量来说,还可以用 length(A) 来测其长度。 <P> 不论原数组 A 是多少维的,A( 将返回列向量。 <P>(3) 字符串与字符串矩阵 <P> MATLAB 的字符串是由单引号括起来的。如可以使用下面的命令赋值 <P><FONT size=2> >> strA='This is a string.'</FONT> <P><FONT size=2> 多个字符串可以用 str2mat() 函数构造出字符串矩阵。如 B=str2mat(strA, 'ksa saj','aa');字符串变量可以由下表中的命令进行操作:</FONT> <TABLE width="100%" border=1><TR><TD align=middle width="17%">命令</TD><TD align=middle width="30%">意义</TD><TD align=middle width="14%">命令</TD><TD align=middle width="39%">意义</TD></TR><TR><TD width="17%">strcmp(A,B)</TD><TD width="30%">比较A和B字符串是否相同。</TD><TD width="14%">findstr(A,B)</TD><TD width="39%">测试A是否为B的子字符串,或反过来</TD></TR><TR><TD width="17%">strrep(A,s1,s2)</TD><TD width="30%">在A中用s2替换s1</TD><TD width="14%">length(A)</TD><TD width="39%">字符串A的长度</TD></TR><TR><TD width="17%">deblank(A)</TD><TD width="30%">删除A字符串尾部的空格</TD><TD width="14%">double(A)</TD><TD width="39%">字符串转换双精度数据</TD></TR></TABLE><P>(4) 单元数据结构 <P> 用类似矩阵的记号将给复杂的数据结构纳入一个变量之下。和矩阵中的圆括号表示下标类似,单元数组由大括号表示下标。 <BLOCKQUOTE><P>>> B={1,'Alan Shearer',180,[100, 80, 75; 77, 60, 92; 67, 28, 90; 100, 89, 78]}
B =
[1] 'Alan Shearer' [180] [4x3 double]
</P></BLOCKQUOTE><P>访问单元数组应该由大括号进行,如第 4 单元中的元素可以由下面的语句得出 <BLOCKQUOTE><P>>> B{4}
ans =
100 80 75
77 60 92
67 28 90
100 89 78 </P></BLOCKQUOTE><P>(5) 结构体 <P> MATLAB 的结构体有点象 C 语言的结构体数据结构。每个成员变量用点号表示,如 A.p 表示 A 变量的 p 成员变量。获得该成员比 C 更直观,仍用 A.p 访问,而不用 A->p。用下面的语句可以建立一个小型的数据库。 <BLOCKQUOTE><P>>> student_rec.number=1;
student_rec.name='Alan Shearer';
student_rec.height=180;
student_rec.test=[100, 80, 75; 77, 60, 92; 67, 28, 90; 100, 89, 78];
>> student_rec
student_rec =
number: 1
name: 'Alan Shearer'
height: 180
test: [4x3 double] </P></BLOCKQUOTE><P>其中 test 成员为单元型数据。删除成员变量可以由 rmfield() 函数进行,添加成员变量可以直接由赋值语句即可。另外数据读取还可以由 setfield 和 getfield 函数完成。 <P>(6) 类与对象 <P> 类与对象是 MATLAB 5.* 开始引入的数据结构。在 MATLAB 手册中定义了一各很好的类 -- 多项式类。该例子值得细读,去体会类和对象的定义,重载函数编写等信息。事实上,在实际工具箱设计中,用到了很多的类,例如在控制系统工具箱中定义了 LTI (线性时不变系统) 类,并在此基础上定义了其子类:传递函数类 TF, 状态方程类 SS, 零极点类 ZPK 和频率响应类 FR。 <P>举例:我们将通过一个例子来介绍类的构造。 在 MATLAB 语言使用手册中给出了一个很有代表性的例子:多项式类的建立问题。假设我们想为多项式建立一个单独的类,重新定义加、减、乘及乘方等运算,并定义其显示方式。那么建立一个类至少应该执行下面的步骤:(这个例子更详细的情况请参考 MATLAB 手册) <UL><LI>首先应该选定一个恰当的名字,例如这里的多项式类可选择为 polynom。 <LI>以这个名字建立一个子目录,目录的名字前加 @。对本例来说,即应该在当前的工作目录下建立 @polynom 子目录,而这个目录无需在 MATLAB 路径下再指定。 <LI>编写一个引导函数,函数名应该和类同名。定义类的使用方法:
function p = polynom(a)
if nargin == 0
p.c = []; p = class(p,'polynom');
elseif isa(a,'polynom'), p = a;
else,
p.c = a(.'; p = class(p,'polynom');
end
可以看出,本函数分三种情况加以考虑:
① 如果不给输入变量,则建立一个空的多项式;
② 如果输入变量 a 已经为多项式类,则将它直接传送给输出变量 p;
③ 如果 a 为向量,则将此向量变换成行向量,再构造成一个多项式对象。 <LI>如果想正确地显示新定义的类,则必需首先定义 display() 函数,并对新定义的类重新定义其基本运算。对多项式来说,我们可以如下定义有关的函数: <LI>要改变显示函数的定义,则需在此目录下重新建立一个新函数 display()。这种重新定义函数的方法又称为函数的重载。显示函数可以如下地重载定义。
function display(p)
disp(' '); disp([inputname(1),' = '])
disp(' '); disp([' ' char(p)]); disp(' ');
注意,这里应该定义的是 display() 而不是 disp()。 <LI>从上面的定义可见,显示函数要求重载定义 char() 函数,用于把多项式转换成可显示的字符串。 该函数的定义为
function s=char(p)
if all(p.c==0), s ='0';
else
d=length(p.c)-1; s=[];
for a=p.c;
if a~=0;
if~isempty(s)
if a>0, s=[s, ' + '];
else, s=[s, ' - ']; a = -a; end
end
if a~=1 | d==0, s=[s, num2str(a)];
if d>0, s=[s, '*']; end
end
if d>=2, s=[s, 'x^', int2str(d)];
elseif d==1, s=[s 'x']; end
end
d=d-1;
end, end <LI>仔细研究此函数,可以发现,该函数能自动地按照多项式显示的格式构造字符串。比如,多项式各项用加减号连接,系数与算子之间用乘号连接,而算子的指数由 ^ 表示。再配以显示函数,则可以将此多项式以字符串的形式显示出来。 <LI>双精度处理:双精度转换函数的重载定义是很简单的。
function c = double(p)
c = p.c; <LI>加运算:两个多项式相加,只需将其对应项系数相加即可。这样,加法运算的重载定义
可由下面的函数实现。注意,这里要对 plus() 函数进行重载定义。
function p=plus(a,b)
a=polynom(a); b=polynom(b);
k=length(b.c)-length(a.c);
p=polynom([zeros(1,k) a.c]+[zeros(1,-k) b.c]);
同理,还可以重载定义多项式的减法运算:
function p=minus(a,b)
a=polynom(a); b=polynom(b);
k=length(b.c)-length(a.c);
p=polynom([zeros(1,k) a.c]-[zeros(1,-k) b.c]); <LI>乘法运算:多项式的乘法实际上可以表示为系数向量的卷积,可以由 conv() 函数直接获得。 故可以如下重载定义多项式的乘法运算。
function p=mtimes(a,b)
a=polynom(a); b=polynom(b); p=polynom(conv(a.c,b.c)); <LI>乘方运算: 多项式的乘方运算只限于正整数乘方的运算,其 n 次方相当于将该多项式自乘 n 次。若 n=0,则结果为 1。 这样我们就可以重载定义多项式的乘方运算为:
function p=mpower(a,n)
if n>=0, n=floor(n); a=polynom(a); p=1;
if n>=1,
for i=1:n, p=p*a; end
end
else, error('Power should be a non-negative integer.')
end <LI>多项式求值问题:可以对多项式求值函数 polyval() 进行重载定义。
function y=polyval(a,x)
a=polynom(a); y=polyval(a.c,x);
定义了此类之后,我们就可以方便地进行多项式处理了。例如我们可以建立两个多项式对象 P(s)=x^3+4x^2-7 和 Q(s)=5x^4+3x^3-1.5x^2+7x+8 其相应的~MATLAB 语句为
>> P=polynom([1,4,0,-7]), Q=polynom([5,3,-1.5,7,8])
P =
x^3 + 4*x^2 - 7
Q =
5*x^4 + 3*x^3 - 1.5*x^2 + 7*x + 8
然后调用下面函数就可以得出相应的计算结果
>> P+Q
ans =
5*x^4 + 4*x^3 + 2.5*x^2 + 7*x + 1
>> P-Q
ans =
-5*x^4 - 2*x^3 + 5.5*x^2 - 7*x - 15
>> P*Q
ans =
5*x^7 + 23*x^6 + 10.5*x^5 - 34*x^4 + 15*x^3 + 42.5*x^2 - 49*x - 56
>> X=P^3
X =
x^9 + 12*x^8 + 48*x^7 + 43*x^6 - 168*x^5-336*x^4+147*x^3+588*x^2-343
>> y=polyval(X,[1 2 3 4 5 6])
y =
-8 4913 175616 1771561 10360232 43986977
由于前面的重载定义,下面的表达式也能得出期望的结果
>> P+[1 2 3]
ans =
x^3 + 5*x^2 + 2*x - 4 <LI>使用 methods() 函数可以列出一个新的类已经定义的方法函数名。
>> methods('polynom')
Methods for class polynom:
char double mpower plus polyval
display minus mtimes polynom</LI><LI>
<P><FONT color=#ff0000>转载自Mtalab大观圆,</FONT><a href="http://www.matlab-world.com/" target="_blank" ><FONT color=#ff0000>http://www.matlab-world.com/</FONT></A><FONT color=#ff0000>原作:东北大学 薛定宇</FONT></P></LI></UL> |
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