《Matlab數(shù)據(jù)處理》PPT課件.ppt

Matlab數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ) 王龑南京大學(xué) 將下列函數(shù)在 2 2 適當(dāng)離散化 計(jì)算并畫(huà)圖 break 中斷break中斷for while循環(huán)語(yǔ)句的執(zhí)行 在嵌套循環(huán)結(jié)構(gòu)中 break從最里層循環(huán)退出 continue 繼續(xù)與for while循環(huán)語(yǔ)句一起使用 結(jié)束本次循環(huán) 即跳過(guò)循環(huán)體中尚未執(zhí)行的語(yǔ)句 接著進(jìn)行下一次是否執(zhí)行循環(huán)的判斷 內(nèi)容提要 畫(huà)圖M文件Fourier變換基本統(tǒng)計(jì)函數(shù)幾個(gè)例子 單窗口多曲線分圖繪圖 subplot 1 3 1 plot t y1 subplot 1 3 2 plot t y2 subplot 1 3 3 plot t y3 subplot 3 1 1 plot t y subplot 3 1 2 plot t y3 subplot 3 1 3 plot t y2 多窗口繪圖 figure n 創(chuàng)建窗口函數(shù) n為窗口順序號(hào) t 0 pi 100 2 pi y sin t y1 sin t 0 25 y2 sin t 0 5 plot t y 自動(dòng)出現(xiàn)第一個(gè)窗口figure 2 plot t y1 在第二窗口繪圖figure 3 plot t y2 在第三窗口繪圖 圖形加注功能 將標(biāo)題 坐標(biāo)軸標(biāo)記 網(wǎng)格線及文字注釋加注到圖形上 這些函數(shù)為 title 給圖形加標(biāo)題xlable 給x軸加標(biāo)注ylable 給y軸加標(biāo)注text 在圖形指定位置加標(biāo)注gtext 將標(biāo)注加到圖形任意位置gridon off 打開(kāi) 關(guān)閉坐標(biāo)網(wǎng)格線legend 添加圖例axis 控制坐標(biāo)軸的刻度注 也可以直接在figure窗口進(jìn)行鼠標(biāo)操作 例 t 0 0 1 10 y1 sin t y2 cos t plot t y1 r t y2 b x 1 7 pi 1 6 pi y 0 3 0 8 s sin t cos t text x y s title 正弦和余弦曲線 legend 正弦 余弦 xlabel 時(shí)間t ylabel 正弦 余弦 gridaxissquare axis的用法還有 axis xminxmaxyminymax 用行向量中給出的值設(shè)定坐標(biāo)軸的最大和最小值 如axis 2205 axisequal 將兩坐標(biāo)軸設(shè)為相等axison off 顯示和關(guān)閉坐標(biāo)軸的標(biāo)記 標(biāo)志axisauto 將坐標(biāo)軸設(shè)置返回自動(dòng)缺省值 繪制函數(shù)圖函數(shù) fplot的調(diào)用格式 fplot fun lims 繪制函數(shù)fun在x區(qū)間lims xminxmax 的函數(shù)圖 fplot fun lims s 以指定線形繪圖 fplot sin x tan x cos x 2 pi 11 11 符號(hào)函數(shù)的簡(jiǎn)易繪圖函數(shù) ezplot的調(diào)用格式 ezplot f 這里f為包含單個(gè)符號(hào)變量x的符號(hào)表達(dá)式 在x軸的默認(rèn)范圍 2 pi2 pi 內(nèi)繪制f x 的函數(shù)圖ezplot f xmin xmax 給定區(qū)間ezplot f xmin xmax figure n 指定繪圖窗口繪圖 ezplot sin x ezplot sin x cos y 4 pi4 pi figure 2 特殊二維繪圖函數(shù) bar 繪制直方圖polar 繪制極坐標(biāo)圖hist 繪制統(tǒng)計(jì)直方圖stairs 繪制階梯圖stem 繪制火柴桿圖rose 繪制統(tǒng)計(jì)扇形圖comet 繪制彗星曲線 errorbar 繪制誤差棒圖compass 復(fù)數(shù)向量圖 羅盤圖 feather 復(fù)數(shù)向量投影圖 羽毛圖 quiver 向量場(chǎng)圖area 區(qū)域圖pie 餅圖convhull 凸殼圖scatter 離散點(diǎn)圖 例 繪制階梯曲線x 0 pi 20 2 pi y sin x stairs x y 例 繪制極坐標(biāo)繪圖t 0 2 pi 90 2 pi y cos 4 t polar t y 例 繪制火柴桿繪圖t 0 0 2 2 pi y cos t stem y 例 繪制直方圖t 0 0 2 2 pi y cos t bar y 例 繪制彗星曲線圖t pi pi 500 pi y tan sin t sin tan t comet t y a rand 200 1 b rand 200 1 c rand 200 1 scatter a b 100 c p 三維線圖 plot3 基本的三維圖形指令調(diào)用格式 plot3 x y z x y z是長(zhǎng)度相同的向量plot3 X Y Z X Y Z是維數(shù)相同的矩陣plot3 x y z s plot3 x1 y1 z1 s1 x2 y2 z2 s2 二維圖形的所有基本特性對(duì)三維圖形全都適用 定義三維坐標(biāo)軸大小axis xminxmaxyminymaxzminzmax gridon off 繪制三維網(wǎng)格子圖和多窗口也可以用到三維圖形中 例 繪制三維線圖t 0 pi 50 10 pi plot3 t sin t cos t r 三維網(wǎng)格圖 mesh 三維網(wǎng)線繪圖函數(shù)調(diào)用格式 mesh z z為n m的矩陣 x與y坐標(biāo)為元素的下標(biāo)mesh x y z x y z分別為三維空間的坐標(biāo)位置 例 矩陣的三維網(wǎng)線圖z rand 6 0 88080 07290 41680 76940 37750 47760 33810 71010 09640 63520 38260 70860 18950 87910 67470 89650 68760 23800 74310 35940 56260 87840 12170 39100 71890 08990 81300 48650 07680 97590 87920 16100 87820 11310 14330 6288z round z 100100010101011110101100101001101001mesh z mesh z 三維曲面圖 surf 三維曲面繪圖函數(shù) 與網(wǎng)格圖看起來(lái)一樣與三維網(wǎng)線圖的區(qū)別 網(wǎng)線圖 線條有顏色 空擋是無(wú)色的曲面圖 線條是黑色的 空擋有顏色 把線條之間的空擋填充顏色 沿z軸按每一網(wǎng)格變化 調(diào)用格式 surf x y z 繪制三維曲面圖 x y z為圖形坐標(biāo)向量例 X Y Z peaks 30 peaks為matlab自動(dòng)生成的三維測(cè)試圖形surf X Y Z surfc X Y Z 帶等高線的曲面圖 X Y Z peaks 30 surfc X Y Z surfl X Y Z 被光照射帶陰影的曲面圖 X Y Z peaks 30 surfl X Y Z 視角 函數(shù)view az el az 方位角 el 俯視角省缺值為 az 37 5 el 30例 觀察不同視角的波峰圖形z peaks 40 subplot 2 2 1 mesh z subplot 2 2 2 mesh z view 15 60 subplot 2 2 3 mesh z view 90 0 subplot 2 2 4 mesh z view 7 10 水線圖 waterfall waterfall peaks 30 matlab的工作模式 指令驅(qū)動(dòng)模式 通常matlab以指令驅(qū)動(dòng)模式工作 即在matlab窗口下當(dāng)用戶輸入單行指令時(shí) matlab立即處理這條指令 并顯示結(jié)果 這就是matlab命令行方式 命令行操作時(shí) matlab窗口只允許一次執(zhí)行一行上的一個(gè)或幾個(gè)語(yǔ)句 命令行方式程序可讀性差 而且不能存儲(chǔ) 對(duì)于復(fù)雜的問(wèn)題 應(yīng)編寫成能存儲(chǔ)的程序文件 m文件模式將matlab語(yǔ)句構(gòu)成的程序存儲(chǔ)成以m為擴(kuò)展名的文件 然后再執(zhí)行該程序文件 這種工作模式稱為程序文件模式 程序文件不能在指令窗口下建立 因?yàn)橹噶畲翱谥辉试S一次執(zhí)行一行上的一個(gè)或幾個(gè)語(yǔ)句 m文件 m文件的類型是普通的文本文件 我們可以使用系統(tǒng)認(rèn)可的文本文件編輯器來(lái)建立m文件 具體的創(chuàng)建方法 在matlab命令窗口點(diǎn)擊file菜單new m file 也可直接點(diǎn)file下面的新建圖標(biāo) m文件它只是一個(gè)簡(jiǎn)單的ASCII碼文本文件 執(zhí)行程序時(shí)逐行解釋運(yùn)行程序 matlab是解釋性的編程語(yǔ)言 m文件有兩類 獨(dú)立的m文件 稱腳本m文件 可調(diào)用m文件 稱函數(shù)m文件m文件包括兩部分 注釋文件和程序文件 腳本m文件腳本m文件實(shí)際上是一串指令的集合 與在命令窗口逐行執(zhí)行文件中的所有指令 其結(jié)果是一樣的 沒(méi)有輸入輸出參數(shù) 函數(shù)m文件 需要輸入變量 返回輸出變量matlab用戶可以根據(jù)需要編輯自己的m文件 它們可以像庫(kù)函數(shù)一樣方便的調(diào)用 從而極大地?cái)U(kuò)展了matlab的能力 對(duì)于某一類特殊問(wèn)題 如創(chuàng)建了許多m函數(shù)文件 則可形成新的工具箱 這種用matlab語(yǔ)言創(chuàng)建定義新的matlab函數(shù)的功能 正體現(xiàn)了matlab語(yǔ)言強(qiáng)大的擴(kuò)展功能 函數(shù)m文件的格式 function返回變量 函數(shù)名 輸入變量 注釋說(shuō)明語(yǔ)句段程序語(yǔ)句段特定規(guī)則 函數(shù)m文件第一行必須以單詞function作為引導(dǎo)詞 必須遵循如下形式 function m文件的文件名最好是 m程序中的變量均為局部變量 不保存在工作空間中 其變量只在函數(shù)運(yùn)行期間有效 nargin和nargout是庫(kù)函數(shù) 可以檢查m文件的輸入和輸出參數(shù)的個(gè)數(shù)如nargin sin 在函數(shù)m文件中 可以用varargin和varargout實(shí)現(xiàn)可變長(zhǎng)度的輸入和輸出參數(shù)個(gè)數(shù) 注意varargin是cell型的 函數(shù)M文件例 functions test varargin s 0 forn 1 length varargin 1 s s varargin 1 n end調(diào)用test 1 10 編寫腳本m文件 計(jì)算1到100的平方和 Fourier變換 一般信號(hào)都是以時(shí)間 幅度的形式記錄的 時(shí)間序列 對(duì)它的分析稱為時(shí)域分析Fourier變換是把時(shí)間序列的不同頻率成分提取出來(lái) 利用Fourier基底的正交歸一和完備性 將信號(hào)表示成頻率 幅度的形式 對(duì)它的分析稱為頻域分析 Fourier變換 Fourier變換 Matlab中的離散fourier變換fft ifft fft2 ifft2 fftn ifftnY fft x 對(duì)向量x進(jìn)行離散fourier變換 若x是矩陣則對(duì)每一列分別操作Y fft x n 用n限制x的長(zhǎng)度 若x的長(zhǎng)度小于n則后面補(bǔ)0 若x的長(zhǎng)度大于n 則只對(duì)前面n個(gè)數(shù)進(jìn)行變換helpfft 注意matlab中fft的定義 例 fft的應(yīng)用 t 0 1 512 4 1 512 采樣時(shí)間點(diǎn)n randn 1 2048 相應(yīng)點(diǎn)的噪聲s 0 3 sin 2 pi 150 t 相應(yīng)點(diǎn)的信號(hào)d n s 實(shí)際采集的數(shù)據(jù)subplot 2 1 1 plot t 1 500 d 1 500 x fft d 數(shù)據(jù)的DFTsubplot 2 1 2 plot 0 1 4 256 1 4 abs x 1 1024 直方圖 n y hist x k 輸入 x是原始數(shù)據(jù)行向量 k是需要等分的區(qū)間數(shù)返回值 n是頻數(shù)行向量 y是區(qū)間中點(diǎn)行向量hist x k 輸入數(shù)據(jù)意義同上 返回直方圖hist x 此時(shí)k取默認(rèn)值10 標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布 a randn 1 10000 hist a 100 holdonx 5 0 1 5 plot x 2 pi 1 2 800 exp x 2 2 r 畫(huà)0到1均勻分布的直方圖 要求 產(chǎn)生10000個(gè)在 0 1 上均勻分布的隨機(jī)數(shù) 直方圖分5個(gè)區(qū)間 常用命令 mean均值 median中位數(shù) range極差 最大值與最小值之差 std標(biāo)準(zhǔn)差 var方差 cov協(xié)方差生成10000個(gè)均值是5 方差是10的隨機(jī)數(shù) 并用上面命令檢驗(yàn)實(shí)際的均值和方差 用蒙特卡羅法計(jì)算圓周率 n 50000 x rand 2 n k 0 fori 1 nifx 1 i 2 x 2 i 2 1k k 1 endendp 4 k n 用蒙特卡羅法計(jì)算積分 用蒙特卡羅法計(jì)算積分 a rand 2 10000 x a 2 sin a 1 sum x 10000檢驗(yàn)1 cos 1 分段線性插值 Y interp1 x0 y0 x helpinterp1helpspline shgclfresetset gcf color white menubar none numbertitle off name FractalFern x 5 5 h plot x 1 x 2 darkgreen 02 30 set h markersize 1 color darkgreen erasemode none axis 33010 axisoffstop uicontrol style toggle string stop background white drawnowp 85 92 991 00 A1 85 04 04 85 b1 0 1 6 A2 20 26 23 22 b2 0 1 6 A3 15 28 26 24 b3 0 44 A4 00 0 16 cnt 1 tic while ge