面向矩阵的编程——【转帖】写给matlab新手

时间:2022-05-31 16:27:13

【kit_147】这篇文章写得很好,很多时候用MATLAB写程序的确还是脱离不了用编程语言编程的思想;MATLAB其实是要“面向矩阵编程”,所以稍微有所不同。

转自 http://www.cnblogs.com/wmlong/archive/2010/10/31/1865578.html (貌似这个也是转帖)

 

写给MATLAB新手

 

本人接触matlab已经有5年多的时间了,一直想写点东西,但是之前不知道放在哪里才能发挥它的最大作用,直到几天前碰上了这个论坛(有点像诸葛亮遇见姜维,哈哈)。

废话不说,我想借贵论坛宝地,写一些经验给使用matlab的新手们,当然了,老大们也可以看看,不嫌弃我写得粗糙的话还可以指点一下,先谢过了~~~~

首先我想说的是,matlab跟其他语言不一样(我用的比较多的编程语言,除了matlab就应该是c或c++了,VB和Delphi也接触过,我想版面(matlab版)大部分人也差不多),如果你抱着“把其他语言的思想运用在matlab里面”的话,那么我想,即使程序运行不出错,也很难把握matlab的精髓,也就很难发挥matlab的作用了。所以,如果你是希望掌握一门语言、一个工具,使它更有效为你服务的话,那么,希望本文对你有所帮助,请精读;如果你是希望matlab作为VC的附属品,即你不想在matlab上面花太多功夫,只纯粹想用matlab来完成VC做不了或很难做成的任务的话,那么,本文你也应该至少浏览一下。

Matlab是一个基于矩阵运算的软件,这恐怕是众所周知的事情了,但是,真正在运用的时候(就是在编程的时候),许多人(特别是初学者)往往没有注意到这个问题,因此,for循环(包括while循环)满天飞…………..这不仅是暴殄天物(没有发挥matlab所长),还浪费了你宝贵的时间。对此,版友MVH在他的“MATLAB 小技巧”一文中也有所涉及,雷同的东西我也就不重复了,matlab的“帮助”里面也有相关的指示。我这里想说的一点是,初学者往往在初始化矩阵的时候注意到这个问题,懂得了使用矩阵而不是循环来赋值,但是,在其他环节上,就很容易疏忽,或者说,仍然没有摆脱C++的思想。举个例子吧,下面的代码是我的一个师弟写的,我想他接触matlab也有2、3年时间了(在此说明一下,接触2、3年并不是表示每天都会跟matlab打交道,我本人也不是,只是在一年某几个时间段里面连续使用),但是仍然会出现类似的问题:

J = 0;
lt = size(imf1,2);
for (i = 1:lt)
    if (abs(imf1(i)) > 1)
        J = 1;
        break
    end
end

上面的代码实现了一个目的――检查信号imf1(一个向量)是否存在绝对值大于1的点,这显然是基于C++的思想写出来的。如果在matlab下面,其实用两个语句就足够了(当然,可以合并为一个):

q = find(imf1>1);
J = ~isempty(q);

这样的修改带来的好处是很可观的。

又如:

for j = 1:num
    imf1(start1+j) = 2*li1(j+1) - imf1(start1+j);
end

这是一个对称翻折的问题,它完全可以用以下这个语句简洁表示:
imf1(start1+1:start1+num) = 2*li1(2:num+1) - imf1(start1+1:start1+num);

因此,如果是新手,可以先用循环(基于C++的思想)来编写代码,然后看看能否用matlab的语言(基于矩阵的思想)来改进。当然,这样做的前提是你对matlab提供的一些函数比较熟悉才行,这些函数在matlab的“帮助”那里搜索“Functions Used in Vectorizing”就可以找到一些,其他的也可以找相关的书籍(没找到?不可能,电子版总可以下载到的)

对提高matlab编程能力的方法,我想主要有以下三个:
1. 查help
    如何查?抽丝剥茧法,具体请看此贴2楼matlab画的三维图的怎么使x轴的label标注平行于x轴

2. 多上上论坛,搜索帖子、发帖子提问

3. 阅读别人、特别是牛人的程序

当然了,正如所有的程序语言一样,“3分课本7分上机”,一定要动手才行,不能光看。多想、多思考、多尝试,才是正路。以下技巧就是平日动手编程、阅读别人的帖子后整理出来的(不断添加中):

  • 1. matlab的运算是基于矩阵的,但是也提供了对应元素的运算,即在运算符前面加上“点”。例如:
    >> a = [1,2;3,4]

    a =

         1     2
         3     4

    >> b = [-1,-2;-3,0]

    b =

        -1    -2
        -3     0

    >> a * b

    ans =

        -7    -2
       -15    -6

    >> a .* b

    ans =

        -1    -4
        -9     0

    也就是说,没有加“点”的运算是对整个矩阵而言的,称为矩阵运算(整体运算),而加了“点”的运算是对每个元素而言的,称为点运算(局部运算)。另外,一般情况下,matlab作点运算(理解为左右两个对象(矩阵)的对应元素参与该运算)时,两个矩阵的维数和长度都要求是同大小的,且此时要在运算法前面添加“点”,但是在某些情况下该“点”可以省略,例如一个标量a和一个向量b(或者矩阵)相加、相减、相乘、b/a时都可以不需要加点,表示b中每个元素都和a进行运算(即点运算的效果)
  • 2. 强烈建议大家在命名自己的函数名(更加准确应该说m文件名)时,在名称前面加上 my 等个人专用标识,即假如你要把你的函数命名为conv,则最好写成 myConv,否则容易与matlab自带的函数(m文件)名字重复而导致“Attempt to execute SCRIPT conv as a function”的错误!当你碰到这个错误时,可以在命令窗口中输入 which conv all 来看看到底有否重复命名了该函数,有的话,建议把自己命名的文件改名,保留 matlab 自带的文件。此外,命名文件名时,必须符合标识符的规范,即不能以数字开头等等,否则会出现莫名其妙的错误!

  • 3. 在条件判断中,y==0, a-b==0这类语句应该尽量避免使用,除非你可以保证y、a、b在整个计算过程中是整数,否则两个浮点数相减、或者一个浮点数不可能完全等于0。因此,对浮点数进行条件判断时,最好采用 abs(a-b) <= 1e-005 这种方式来进行等值比较
  • 4. 循环变量递减时必须显式给出步长,即 i = 5:-1:-5 (假设步长为-1),如果递增时且步长为1,则可以省略,简写作 i = -5:5
  • 5. 在引号环境下的语句中,如果需要使用单引号,则要写成两个单引号的形式,不能用一个双引号代替!例如: ...'callback','[imp,Fs,bits]=wavread(''temp.wav'');'  文件名 temp.wav 外面的是两个单引号
  • 6. 如果你编写的函数带有输入参数(例如 x ),则跟其他语言一样,这只是形式参数,所以不能通过直接运行该函数(或者m文件)来测试,这样会出现 ??? Input argument "x" is undefined. 的错误。一定要从其他地方(如命令窗口或者其他函数对其调用)来传递真实值,此时 x 才是实际参数。如果你有C语言的编程经验,命令窗口就相当于main函数;如果没有,以下是举例:
    myPlus.m:
    1. function d = myPlus(a,b)
    2. d = a + b;
    复制代码
    命令窗口:
    1. >> x = 2;
    2. >> y = 5;
    3. >> z = myPlus(x,y)
    复制代码
    此外,和每一种编程语言一样,所有定义的变量都有一定的作用域。虽然matlab 宣称变量不需要定义即可以直接使用,但是,事实上任何编程语言的变量都需要先定义才能使用,所以 matlab 也不例外(看来真的是“ matlab 宣称变量不需要定义”惹的祸),只不过所不同的是并非使用 int x 这种方式来定义,而是使用一个简单的赋值语句包含定义+初始化。因此,如果直接使用未定义的变量(最常用的是在“=”右边首次出现),则会出现“Undefined function or variable” 的错误!例如:
    1. function y = myTest(x)
    2. z = x * 2;
    3. y = t + z;
    复制代码
    则运行时 matlab 会报错:Undefined function or variable t !此时当实际参数传递给输入变量 x 后, x、z 就被定义了,但是 t  却没有。

    因此,强烈建议在使用变量之前(特别是循环中使用数组),先预分配空间,这样容易减少很多莫名其妙的错误,具体做法参见以下图片:

 

面向矩阵的编程——【转帖】写给matlab新手

  • 7. 如何调试程序:编好程序(先保证代码没有语法错误),设置断点(m文件编辑窗口中菜单 Debug 有 Set/Clear breakpoint),运行程序(菜单 Debug 有 Run 或 Save & Run),此时 matlab 会停在断点处,各变量的值可以通过鼠标停留在变量名上观察到,或者在命令窗口中敲入变量名后得到
  • 8. 对于matlab自带函数(命令)的问题,请多利用matlab的帮助功能。即在命令窗口中输入: help eval 或者 doc eval。更多的帮助指令请参阅以下链接的帖子:[转帖]MATLAB中的帮助指令
  • 9. 对于 mat 文件的读取,由于存放的是结构体数组,因此调用 A = load('*.mat') 后,得到的 A 并非原始数据,而是一个结构体,此时需要使用".域名" 才能正确得到数据,例如:
    1. A =load('*.mat');
    复制代码
    后得到:

        A = 
              Signal: [85x7794x64 single]
          TargetChar: [1x85 char]
            Flashing: [85x7794 single]
        StimulusCode: [85x7794 single]
        StimulusType: [85x7794 single]

    则用:
    1. B = fieldnames(A);
    复制代码
    可得到各结构体的域名。
    如果要获得各域中(下以 Signal 为例)的数据,必须用:
    1. S = A.(B{1});
    复制代码
    此外,不建议使用 load *; 这种方式读取 mat 文件(读取 dat 等其他格式的文件也是类似),因为此时读取后的变量名是存储时设定的,假若文件并非您本人存储,则无法获悉这个变量名,通过这种方式是无法在读取时候指定数据存放在哪个变量中的,这样将会导致下文不知道使用哪个变量名,甚至会导致出错!因此,强烈建议采用A = load('*.mat'); 方式进行读取,当然了,如果文件是您本人存储的,则用前面的方式比较简便,这另当别论。下面以 dat 文件作为例子说明:
    clear all
    >> a = magic(4);  b = ones(2, 4) * -5.7;  c = [8 6 4 2];
    >> save -ascii 1_data.dat
    >> load 1_data.dat

    因为这种方式的读取是把数据默认存放在以“不含后缀的文件名”命名的变量中(这里为 1_data),但是由于 1_data 不是合法的标识符,因此 matlab 自动改成 X1_data(不同版本的matlab可能不同),即读取出来的数据事实上是存放在 X1_data 变量中。如果使用 m 文件方式编程(即 load 1_data.dat 后有分号),则这个变量名根本不会显示出来,也就是说,对它的改名你是毫不知情的,这时候下文继续使用 1_data 的话,就会产生错误。
  • 10. matlab 对中文的文件路径(不光是文件名)不太支持,特别是 6.5 版本。

  • 11. 函数不能在命令窗口中定义,只能在 m 文件中定义。否则出现: ??? Error: Function definitions are not permitted at the prompt or in scripts. 的错误!

最后,整理一下常用的快捷键(用【】表示)或命令:
1. 在命令窗口(Command Window)中:
1) 【上、下键】――切换到之前、之后的命令,可以重复按多次来达到你想要的命令
2) clc――清除命令窗口显示的语句,此命令并不清空当前工作区的变量,仅仅是把屏幕上显示出来的语句清除掉
3) clear――这个才是清空当前工作区的变量命令,常用语句clear all来完成
4) 【Tab】键――(转自版友心灯)在matlab@hit.edu.cn看到的:在command窗口,输入一个命令的前几个字符,然后按tab键,会弹出前面含这几个字符的所有命令,找到你要的命令,回车,就可以自动完成。目前讨论结果是:matlab6.5版本中,如果候选命令超过100个,则不显示。而在matlab7以后版本中,则没有这个限制,均可正常提示
5) 【Ctrl+C】(或【Ctrl+Break】)――(转自版友yangjin_ren)在matlab程序运行过程中,可能由于程序编写的失误,导致程序不停的运行,在命令窗口输入“Ctrl+C”可以将运行的程序停下来,而不需要将整个Matlab程序关掉。不过进行此操作的前提是能够激活切换到命令窗口才行,呵呵。
2. 在编辑器(Editor)中:
1) 【Tab】(或【Ctrl+]】)――增加缩进(对多行有效)
2) 【Ctrl+[】--减少缩进(对多行有效)
3) 【Ctrl+I】--自动缩进(即自动排版,对多行有效)
4) 【Ctrl+R】――注释(对多行有效)
5) 【Ctrl+T】――去掉注释(对多行有效)
6) 【Ctrl+B】――括号配对检查(对版本6.5有效,但版本7.0以上无效,matlab把这项功能自动集成到编辑器里面了,即在m文件编辑窗口中会自动进行括号配对检查,并在窗口右侧有红橙绿三灯提示,具体请参考以下帖子:http://www.simwe.com/forum/thread-746722-1-4.html 
7) 【F12】――设置或取消断点
8) 【F5】――运行程序
其余的例如在Debug状态下的快捷键就不多说了,自己看菜单Debug吧

累了, 有时间再写吧。希望大家多交流~~~~~~

Coming: (以下东西都是一年前做的了,不知道能否记起,呵呵)——已经全部完成
1) 关于神经网络的――调用matlab的nntool命令后的使用问题(我做的时候没有看过其他书籍或资料,是自己闭门造车的结果,如果写之前发现其他书籍有相关介绍的话就不写了)
2) 关于外部接口的――matlab与C++Builder的接口,想详细介绍如何利用matcom 4.5在C++Builder中调用matlab的代码以及matcom的一些技巧。由于我不是搞项目开发的(搞科研、搞课题的),所以对VC不熟悉,大学的时候学过一点,不过我想对于搞科研来说C++Builder就足够了,免去很多麻烦,Builder在界面设计和数据库连接上面(我只接触过这两方面)还是做得不错的。同样,如果发现其他书籍上有类似的东西就不写了
3) GUI方面也写写吧,只是一点点心得或者体会,呵呵,这个相对简单些,篇幅相对要少些。

注:本帖不断更新中,修正的部分用红色字体表示,增加的部分用蓝色字体表示