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,请使用逗号 (,
) 或空格分隔各元素。
a = [1 2 3 4]
a = 1×4
1 2 3 4
这种数组为行向量。
要创建包含多行的矩阵,请使用分号分隔各行。
a = [1 3 5; 2 4 6; 7 8 10]
a = 3×3
1 3 5
2 4 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 允许您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 13 15
12 14 16
17 18 20
sin(a)
ans = 3×3
0.8415 0.1411 -0.9589
0.9093 -0.7568 -0.2794
0.6570 0.9894 -0.5440
要转置矩阵,请使用单引号 ('
):
a'
ans = 3×3
1 2 7
3 4 8
5 6 10
您可以使用 *
运算符执行标准矩阵乘法,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 0.0000 -0.0000
0 1.0000 -0.0000
0 0.0000 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
0.999999999999996 0.000000000000007 -0.000000000000002
0 1.000000000000000 -0.000000000000003
0 0.000000000000014 0.999999999999995
使用以下命令将显示内容重置为更短格式
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 9 25
4 16 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 27 125
8 64 216
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 3 5 1 3 5
2 4 6 2 4 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 3 5
2 4 6
7 8 10
1 3 5
2 4 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