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1、MATLAB 与控制系统仿真,第2章 MATLAB语言基础,主要内容,2.1 MATLAB语言的常量与变量 2.1.1 MATLAB语言的常量 2.1.2 MATLAB语言的变量 2.2 MATLAB语言的运算符 2.2.1 算术运算符 2.2.2 关系运算符 2.2.3 逻辑运算符,主要内容(续),2.3 MATLAB语言的数据类型 2.3.1 MATLAB语言的数据类型概述 2.3.2 稀疏矩阵（sparse matrix） 2.3.3 单元数组（cell array） 2.3.4 结构数组（structure array） 2.4 MATLAB语言的基本语句结构 本章小结,2.1 MAT
2、LAB语言的常量与变量,2.1.1 MATLAB语言的常量,MATLAB允许使用各种特殊变量和常量。 实际编程时，这些特殊变量和常量可以直接使用。 常量及特定函数在matlab/elmat目录下，并提供有详尽的帮助文档。,2.1.1 MATLAB语言的常量,2.1.1 MATLAB语言的常量,2.1.1 MATLAB语言的常量,注：演示例1 MATLAB常量的使用,2.1.2 MATLAB语言的变量,MATLAB变量不需申明和指定类型。 变量名由一个英文字母引导，后可接英文字母、数字和下划线3种字符。最长不超过n个字符，n可由namelengthmax查看。如超过则只前n个字符有效。,2.1.
3、2 MATLAB语言的变量,MATLAB变量名区分大小写（case sensitive）。依此，A and a 就应该是2个不同的变量名。 注：演示例2 MATLAB变量的赋值与使用。,2.2 MATLAB语言的运算符,2.2 MATLAB语言的运算符,类似于其它语言如C语言，MATLAB也有不同运算符。 以下分类列出这些运算符。有关其具体使用在下章中介绍。,2.2.1 算术运算符,2.2.1 算术运算符,点运算是针对同阶矩阵中逐个元素进行的算术运算。 由于矩阵和数组的加减操作一致，所以数组的加减运算不必使用点运算。,2.2.2 关系运算符,关系运算符用来比较2个运算元之间的关系。,2.2.3
4、 逻辑运算符,逻辑运算符及相关函数是处理2个运算元之间的逻辑关系。,一些相关逻辑函数如xor（），all（），any（）等。,2.3.1 MATLAB数据类型,MATLAB语言数据类型都是数组格式的。 为保证较高的计算精度，MATLAB中最常用的数据类型是双精度浮点型double和字符类型char。 MATLAB提供的符号运算符还支持符号变量的使用，,2.3.1 MATLAB数据类型,int8，uint8，int16，uint16，int32，uint32，int64，uint64主要用于高效内存存储，仅能进行一些基本的操作，不能进行任何数学运算。因此在进行任何数学运算之前，必须通过MATLA
5、B的转换函数将其转换成double型。 可以通过str = class(object) 获取到数据的类型。,2.3.2 稀疏矩阵（sparse matrix）,稀疏矩阵的基本概念 实际应用中，往往要用到一些特殊的矩阵。这些矩阵中大部分元素为0。稀疏矩阵即是精简一般含有零元素较多的矩阵，仅就非零元素之位置加以陈述。 注：演示例3 产生一个稀疏矩阵并与原矩阵比较。,2.3.2 稀疏矩阵,例3分析： 稀疏矩阵非零元素包括了3项：行列位置及元素自身值。这种方式对大规模的稀疏矩阵是十分节约空间的。且规模越大，零元素越多的稀疏矩阵，这种优势越明显。,2.3.2 稀疏矩阵,稀疏矩阵的创建 使用函数的方式生成
6、稀疏矩阵。 下表列出一些产生稀疏矩阵的函数及其说明。,2.3.2 稀疏矩阵,2.3.2 稀疏矩阵,注：查阅并导读MATLAB关于稀疏矩阵的帮助文档。 注：演示例4 将已知矩阵转换成稀疏矩阵；直接产生该矩阵的稀疏矩阵表示。 注：演示例5 导入已有的数据文档，并将其转换为稀疏矩阵。,2.3.2 稀疏矩阵,例5结果分析：数据文件中的最后一个元素为零，所以在稀疏矩阵中略去。但在全元素矩阵中仍能表示出来。,2.3.2 稀疏矩阵,稀疏矩阵的操作 MATLAB提供了查看稀疏矩阵元素的函数及图形化查看函数。 相应的函数(注：函数帮助文档导读),2.3.2 稀疏矩阵,n = nnz(X)，返回矩阵的非零元素个数
7、。（number of nonzero elements） s = nonzeros(A)，返回包含所有非零元素组成的列向量。 n = nzmax(S)，返回非零元素个数。 图形化查看函数： spy(S)，用图形查看稀疏矩阵的非零元素分布情况。,2.3.2 稀疏矩阵,注：演示例6 产生一个随机稀疏矩阵，并用图形观察非零元素分布情况。,2.3.3 单元数组（cell array）,单元数组的概念 基本组成是单元（cell），用来存放不同类型的数据，如矩阵、多维数组、字符串、单元数组及结构数组等。 单元数组可以是一维的，也可以是多维的。 这一数据类型在仿真系统模型中经常见到，另外在函数的编写中一般
8、也会用到，如由不同类型输入参数组成的varargin即是单元数组类型。,2.3.3 单元数组,单元数组的创建 （1）直接使用 创建； （2）在原有的单元数组基础上不断地扩展，类似于矩阵的扩展操作； （3）直接给单元数组的每个单元赋值； （4）合并不同的单元数组。,2.3.3 单元数组,注：演示例7 直接创建一个单元数组。 注：演示例8 用扩展的方式创建单元数组A1。,2.3.3 单元数组,注：演示例9 用直接给每个单元赋值的方式创建单元数组A2。 注：演示例10 将单元数组A1和A2合并成一个单元数组。,2.3.3 单元数组,单元数组的操作 单元数组的内容获取命令celldisp(C) 图形化
9、的显示方式cellplot(c) 也可直接读取具体的单元内容，或类似读取矩阵元素值的方式读出部分单元内容。 注：相关函数的帮助文档导读,2.3.3 单元数组,注：演示例11 显示单元数组A1的内容，读出其中一个单元或几个单元的值。,2.3.4 结构数组（structure array）,结构数组的概念 结构数组的基本组成单位是结构，每一个结构包含多个域（fields），域中可以存放任何类型，任何大小的数组。 结构数组的创建 结构数组可以直接创建 可利用Struct函数创建。(注：函数帮助文档导读),2.3.4 结构数组,注：演示例12 创建一个含有不同学生信息（姓名，性别，班级，成绩）的结构数
10、组。,2.3.4 结构数组,结构数组的操作 由于结构数组很像数据库中的一个数据表，因此对其操作可以借助数据库的概念，总结为增、删、改、查4种操作。 增，即增加一条记录，如例12在创建学生信息的结构数组中，就是通过增加的方式添加学生信息；也可以是增加一个字段。,2.3.4 结构数组,删，即删除结构数组中的字段，如删除“性别”字段。MATLAB提供的 s = rmfield(s, fieldname) 执行删除结构字段的操作。 改，即改变结构数组中字段的内容。 函数s = setfield(s, i,j, field, k, v) 执行修改字段内容的操作，相当于 S(i,j).field(k) =
11、 V。,2.3.4 结构数组,注：演示例13 将第一条记录的姓名改为“zhaogy”。,2.3.4 结构数组,查，指简单地获取结构数组的数据，也指对其较深层次的查询分析。 注：演示例14 查询上例结构数组的各字段名，查询第一条记录的成绩，查询第一条记录平均成绩，求所有学生平均成绩。,2.4 MATLAB语言的基本语句结构,2.4 MATLAB语言的基本语句结构,MATLAB有2种基本语句结构： 直接赋值语句 调用函数语句,2.4.1 直接赋值语句,变量表达式 %显示运行结果 变量表达式； %不显示运行结果 表达式 %结果赋给常量ans 注：演示示例 不同的赋值方法。,2.4.1 直接赋值语句,
12、值得注意的是，表达式一般需要添加“；”，以避免显示中间结果。 有时显示中间结果对程序调试很有帮助，这时可以尝试将其去掉。,2.4.2 调用函数语句,函数的一般调用格式为： 返回变量列表函数名（输入变量列表） 在调用函数时，很多情况下，同一函数给出了若干种调用方法。这就要求在使用时根据需要调用。 注： 查阅函数mean( ) 的帮助文档，并说明其不同用法： M = mean(A) M = mean(A,dim),本章小结,介绍了MATLAB语言的常量与变量及其使用，MATLAB语言的运算符，MATLAB语言的数据类型与基本语句结构。 介绍了部分特殊变量和常量，变量的命名规则及其使用与赋值。 介绍了算术运算符，关系运算符与逻辑运算符。,本章小结(续),介绍了数据类型，对稀疏矩阵、单元数组和结构数组等几种特殊类型进行了较全面介绍。 介绍了基本语句结构，分别有直接赋值语句和调用函数语句。,
