第三章 MATLAB的使用

目录

一、初识MATLAB

1、MATLAB界面

2、三种基本操作

3、实时脚本文件

二、MATLAB单引号和双引号

1、string变量（字符串变量）

2、char变量（字符变量）

三、矩阵运算

四、线图、条形图、极坐标图、散点图

五、MATLAB三维图和内嵌子图

1、三维曲面图

2、子图

六、 MATLAB导入数据

七、MATLAB处理缺失值和异常值 

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一、初识MATLAB

1、MATLAB界面

• MATLAB简介、安装、界面(推荐2020b)
  • 矩阵实验室，数据是以矩阵的形式存在，强大的数学软件
  • 一般学校都已购买；到CSDN去搜安装步骤：CSDN - 专业开发者社区CSDN是全球知名中文IT技术交流平台,创建于1999年,包含原创博客、精品问答、职业培训、技术论坛、资源下载等产品服务,提供原创、优质、完整内容的专业IT技术开发社区.https://www.csdn.net/

2、三种基本操作

• 在命令行输入指令
  • 输入完指令后，敲回车就自动运行
  • 指令是不会存储的
  • clc(清空命令行)，clear (清空工作区)，按上方向键调用历史命令(很方便)
• 在脚本文件中编写程序后运行
  • 脚本文件，就是存放代码的文件，尾缀.m
  • 实时脚本文件界面更加方便，把结果实时显示在代码旁边推荐使用
• 在函数文件中编写程序，然后在脚本文件中调用
  • 函数文件相当于做好一个工具，以后用到的时候直接调用，尾缀也是.m
  • 有固定格式，例如: function [sigma, theta,x,y, final_ res] = Simple(f, a, b, index)

3、实时脚本文件

• 在同一个界面里，既看到所写代码，也看到输出结果

 
二、MATLAB单引号和双引号

1、string变量（字符串变量）

• 双引号(英文输入法，且2017a之后的版本)
  • 例如t = "Brave uncle is not afraid to top" 即定义了string变量， 也就是字符串变量
  • 如果字符串本身有双引号，则在双引号位置使用双重双引号
  • 例如，想把这句话定为字符串变量：Brave ""uncle"" is not afraid to top
  • 代码应该写t = "Brave ""uncle"" is not afraid to top"
• 字符串和数值变量的区别
  • a = 1+1，运行结果是2
  • a = "1 + 1"，运行结果是"1 + 1"
• 字符串添加内容
  • w = t + "forever"
  • 矩阵存储多个元素
  • A = ["a","b","c";"d","e","f"]

2、char变量（字符变量）

•  单引号(英文输入法)
  • 字符表示的数据并不对应到文本，例如DNA序列字符串和数值变量的区别
  • DNA = 'GCTAGAATCC'
  • 如果字符串本身有单引号，则在单引号位置使用双重单引号 'GCT''A''GAATCC'
  • 选择第四个字符: s = DNA(4)，得到的是'A'
• 添加内容
  • 使用方括号把多个字符数组串联起来
  • DNA2  =  [DNA, ' ZZZZZ' ]
• 双引号得到的是1个string变量，单引号得到的是多个char变量，一定不要混淆！
   

三、矩阵运算

 

 四、线图、条形图、极坐标图、散点图

五、MATLAB三维图和内嵌子图

1、三维曲面图

• surf函数可用来做三维曲面图。一般是展示函数z = z(x,y)的图像。
• 首先需要用 meshgrid 创建好空间上(x,y) 点。 

[X,Y] = meshgrid(-2:0.2:2);                          
%Z = X.^2 + Y.^2
Z = X.*exp(-X.^2-Y.^2);
surf(X,Y,Z);
colormap hsv    % colormap设置颜色，可跟winter、summer等，hsv是一种颜色模型
colorbar        % 显示色阶的颜色栏   

2、子图

使用 subplot 函数可以在同一窗口的不同子区域显示多个绘图 

theta = 0:0.01:2*pi;  
radi = abs(sin(2*theta).*cos(2*theta));  
Height = randn(1000,1);   
Weight = randn(1000,1);

t = 0:pi/10:2*pi;
[X,Y,Z] = cylinder(4*cos(t));

subplot(2,2,1); surf(X.^2); title('1st');
subplot(2,2,2); scatter(Height,Weight) ; title('2nd');
subplot(2,2,3); mesh(Z); title('Z');
subplot(2,2,4); mesh(X,Y,Z); title('X,Y,Z');

 

六、 MATLAB导入数据

最常用的就是导入excel表格数据，主页选项卡-导入数据-选择excel文件。

• 导入的范围
  • 导入数据的范围默认是从第二行开始的，第一行一般是标题行。
  • 如果不想导入所有数据，可以按住ctrl键，选择想导入的内容，例如某行、某列。
  •  “变量名称行”也就是导入之后，matlab里表格最上方会显示变量，一般默认选择原文件第一行。但是只能识别英文，如果是汉字则变成“VerName”。

 

• 导入类型
  •  “输出类型”决定了导入的数据以什么类型存储。一般选择表。如果选择“数值矩阵”，那么所有字符串都变成NaN，反之亦然。

注意，导入后数据在工作区。关闭matlab后数据消失。如果想保存数据的话，记得保存工作区文件！

• 处理无法导入的数据
  • 例如设置输出类型为“数值矩阵”，那么表格里的字符串怎么办？
  • 选择替换，则所有字符串都变成NaN
  • 选择排除行，那么某一行只要有字符串，这一行数据都不会被导入
  • 选择排除列，同上

七、MATLAB处理缺失值和异常值 

• 清理缺失数
• 实时编辑器，选择任务 > 清理缺失数据
• 首先，先写一组包含缺失值和异常值的例子

x = 1:100;      % 构造一个数组，元素为1，2，3，……，100
% randn(1,100)意味着生成一个1行100列的矩阵
% 矩阵元素的均值为0，方差 σ^2 = 1，且是正态分布的随机数
data = randn(1,100);
data(20:20:80) = NaN;   % 设置第20，40，60，80个元素为缺失值
% data的值都是在0附近的，设置4个异常值
data(10) = -50;
data(40) = 45;
data(70) = -40;
data(90) = 50
plot(x,data)