MATLAB快速入门-矩阵和数组

MATLAB 是“matrix laboratory”的缩写形式。MATLAB® 主要用于处理整个的矩阵和数组,而其他编程语言大多逐个处理数值。所有 MATLAB 变量都是多维数组,与数据类型无关。矩阵是指通常用来进行线性代数运算的二维数组。

数组创建

要创建每行包含四个元素的数组,可以使用逗号(,)或空格分隔各元素,这种数组为行向量。

a = [1 2 3 4]

a = 1×4

    1    2    3    4

要创建包含多行的矩阵,可以使用分号分隔各行。

a = [1 2 3; 4 5 6; 7 8 10]

a = 3×3

    1    2    3

    4    5    6

    7    8    10

创建矩阵的另一种方法是使用 ones、zeros或 rand等函数。例如,创建一个由零组成的 5×1 列向量。

z = zeros(5,1)

z = 5×1

    0

    0

    0

    0

    0

矩阵和数组运算

MATLAB 允许使用单一的算术运算符或函数来处理矩阵中的所有值。

a + 10

ans = 3×3

    11    12    13

    14    15    16

    17    18    20

sin(a)

ans = 3×3

    0.8415    0.9093    0.1411

  -0.7568  -0.9589  -0.2794

    0.6570    0.9894  -0.5440

要转置矩阵,可以使用单引号('):

a'

ans = 3×3

    1    4    7

    2    5    8

    3    6    10

使用*运算符可以执行标准矩阵乘法,这将计算行与列之间的内积。例如,确认矩阵乘以其逆矩阵可返回单位矩阵:

p = a*inv(a)

p = 3×3

    1.0000              0  -0.0000

              0    1.0000              0

              0              0    1.0000

请注意,p不是整数值矩阵。MATLAB 将数字存储为浮点值,算术运算可以区分实际值与其浮点表示之间的细微差别。使用 format命令可以显示更多小数位数:

format long

p = a*inv(a)

p = 3×3

  1.000000000000000                                        0  -0.000000000000000

                                        0  1.000000000000000                                          0

                                        0                                        0    0.999999999999998

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format short

format仅影响数字显示,而不影响 MATLAB 对数字的计算或保存方式。

要执行元素级乘法(而非矩阵乘法),请使用.*运算符:

p = a.*a

p = 3×3

    1    4    9

    16    25    36

    49    64  100

乘法、除法和幂的矩阵运算符分别具有执行元素级运算的对应数组运算符。例如,计算a的各个元素的三次方:

a.^3

ans = 3×3

          1          8          27

          64        125        216

        343        512        1000

串联

串联是连接数组以便形成更大数组的过程。实际上,第一个数组是通过将其各个元素串联起来而构成的。成对的方括号[]即为串联运算符。

A = [a,a]

A = 3×6

    1    2    3    1    2    3

    4    5    6    4    5    6

    7    8    10    7    8    10

使用逗号将彼此相邻的数组串联起来称为水平串联。每个数组必须具有相同的行数。同样,如果各数组具有相同的列数,则可以使用分号垂直串联。

A = [a; a]

A = 6×3

    1    2    3

    4    5    6

    7    8    10

    1    2    3

    4    5    6

    7    8    10

复数

复数包含实部和虚部,虚数单位是-1的平方根。

sqrt(-1)

ans = 0.0000 + 1.0000i

要表示复数的虚部,请使用i或 j。

c = [3+4i, 4+3j; -i, 10j]

c = 2×2 complex

  3.0000 + 4.0000i  4.0000 + 3.0000i

  0.0000 - 1.0000i  0.0000 +10.0000i
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