1012 MATLAB 教學

1012 MATLAB 教學 羅英倉2014/02/25

What is MATLAB? • MATrixLABoratory的縮寫 • 1984年由MathWorks公司推出 • 主要特色 • 強大的數值運算(numeric computation)能力 • 完整的矩陣運算指令 • 許多不同領域的工具箱(Toolbox)、函式庫 • 影像處理、訊號處理、金融分析、生物資訊 • 應用 • algorithm development, data visualization, data analysis, and numeric computation

Development Environment • 4個主要視窗 • Workspace(變數區域)、Command History(命令歷史列)、Command History、Current Folder

Operators • 算術運算子 • 沒有++、-- • +、-、*、/(除以)、\(除)、^(次方) • >> 100/5ans= 20 • 比較運算子 • >=、<=、>、<、==、~= • 邏輯運算子 • &、|、~ • Element-by-Element運算“.” A = [1 1 1;1 2 3;1 3 6]; A = 1 1 1 1 2 3 1 3 6 A.^2 = 1 1 1 1 4 9 1 9 36 A^2 = 3 6 10 6 14 25 10 25 46

Operators • 運算式最後加分號(;)，就不會顯示運算結果 • >> 100/5;%不會輸出運算結果 • 多個運算式之間，可用逗號(,)或分號(;)隔開 • x=1,y=2,z=3 • x=1;y=2;z=3 • %註解符號，類似C語言的// • 快捷鍵：Ctrl+R(註解) 、Ctrl+T(解除註解)

Variables(1/3) • 區分大小寫(case sensitive) • 變數第一個字母必需是英文字母 • Ex: num_students= 30 • 不需要預先宣告變數 • 輸入變數名稱，會顯示變數值 • 預設變數 • ans: Most recent answer • pi: 3.1416 • i or j: 虛數基本單位，也就是根號負1 • Inf:無窮大(Infinity) • NaN:不存在 • realmin:可以使用的最小實數 • realmax:可以使用的最大實數

Matrices and Arrays • 矩陣index從1開始算 • 產生一個 1x3 的矩陣，可用空格或逗號隔開 • x=[10 2 3] 或 y=[1,2,3] • 產生一個 2x3 的矩陣，分號作為換列的分隔符號 • m=[11 12 13; 21 22 23] • 直接存取該位置的值 • x(2)=2 • m(2,3)=23 • 亦可由變數組成 • z=[x y] % z=[10 2 3 1 2 3] • 刪除元素 • z(2)=[] % z=[10 3 1 2 3] • 增加元素 • z(6)=100 % z=[10 3 1 2 3 100]

Matrices and Arrays • 矩陣列跟欄的操作 • x=[1 2 3; 4 5 6] • x(2,:) % 顯示第二列資料，其結果 4 5 6 • x(:,3) % 顯示第三欄資料，其結果 3 6 • x(2,1:2)=7 % x=[1 2 3; 77 6] • x(1,end) %ans = 3 • 從哪裡到哪裡 • a=1:3 % 從 1~3 每次間隔 1 • b=1:.5:3 % 從 1~3 每次間隔 0.5 • c=linspace(0,10,20) % 從 0~10 分成 20 等分 • %linspace(Generate linearly spaced vectors) • x(2:6)=1 % 將 x 向量的第二到六個設定 1

矩陣基本運算 • x = [2 2 2];y = [3 3 3];z = [1 1 1];x+y-z = [4 4 4] • 矩陣相乘A = [5 3 2 6];A = 5 3 2 6B = [-4 9 0 1]’B = -4 9 0 1A*B = 13 • 如果要element by element 的相乘，應該用”.*”，而不是”*”

矩陣常用函式 • zeros: 配置零矩陣 • zeros(3)%產生一個3-by-3的零矩陣 • ones: 配置每個element都是1的矩陣 • eye: 配置單位矩陣 • eye(3) • rand, randi, randn: 配置值為亂數的矩陣 • size:取得矩陣的大小 • length: 取得陣列的長度 • inv: 取得反矩陣 • sort: 排序 • magic(n): 產生n x n的魔方陣(每行、每列、和對角線的總和都一樣)

數學常用函式 • min、median、max • mean: 平均 • sum: 總和 • abs: 取絕對值 • ceil、floor、round(四捨五入) • sin、cos、tan、asin、acos、atan • exp: 自然指數 • log(x):自然對數 ln(x), log2, log10 • sqrt(開根號) • rem(x,y):x 除以 y 的餘數 • sign: 回傳-1(負數), 0(零) or 1(正數) • imag(取虛數部份)、real(取實數部份)

一般常用函式 • clear: 清除所有變數宣告 • 亦可僅清除單一變數 clear x; • clc: 清除Command Window畫面 • disp: 顯示文字或陣列

訊號系統常用函式 • conv(a,b):Convolution • fft2(x):Fast Fourier transform

Custom M-file • 副檔名: *.m • File->New->M-File or File->New->Script • 檔名必須與函數名稱相同 • M-file函式裡面定義的任何變數皆是 local variable • 一般習慣將指令先寫個M-File，然後執行該 M-File(等同於在Command Window下指令)，以便多次執行相同指令 • Function 格式 • function [ output_args ] = FuncName( input_args )% UNTITLED Summary of this function goes here% Detailed explanation goes herecodereturn

M-file Example function [z] = add(x,y) z=x+y; return • 在Command Window可以直接呼叫add() • add(4,80) • Current Folder 要設定在M-file所在位置，不然會找不到該函式，發生”??? Undefined function or method”的錯誤

if/elseif/else • 與 C 語言相同，看情況使用 elseif跟 else • if expression1 commandselseif expression2 commandselseif … … …else commandsend

For Loop • for i=1:10 % i 從 1~10 間隔 1 x(i)=sin(i)end • fori=1:2:10 % i從 1~10 間隔 2x(i)=cos(i)end • fori=10:-1:1 % i從 10~1 每次少 1 x(i)=tan(i)end • for迴圈方法較慢，可直接向量操作 • i=1:10;x=sin(i)

while loop • while • i=0;whilei<10i = i+1end • 迴圈可使用 break，continue

Graphics (1/4) • plot:畫2D線圖 • 樣式設定 • 顏色 • y(yellow)、m(magenta)、c(cyan)、r(red)、green(g)、b(blue)、white(w)、black(b) • 線條樣式 • .(point)、o(circle)、x(x-mark)、+(plus)、*(star)、-(solid line)、:(dotted line)、--(dashed) x=linspace(1,2*pi,30); y=sin(x); plot(x,y); z=cos(x); plot(x,y,x,z); plot(x,y,'o',x,z,'g*');

Graphics (2/4) • stem(x,y): 繪製離散圖形 • grid: 格線 • xlabel('x name'): x 軸名稱 • ylabel('y name'): y 軸名稱 • title('stem(x,sin(x))'): 圖片抬頭 • text(0,0,'text'): 特定位置加上文字 • axis([xminxmaxyminymax]): x、y 軸的範圍 x=linspace(1,2*pi,30); y=sin(x); stem(x,sin(x)); gridon; xlabel('x name'); ylabel('y name'); title('Test Title');

Graphics (3/4) • subplot(共幾列,共幾欄,第幾個位置)%選擇輸出的位置 • 分好幾個小圖顯示 • Example x=linspace(0,2*pi,30); y=sin(x); z=cos(x); a=2*sin(x).*cos(x); b=tan(x); subplot(2,2,1); plot(x,y); subplot(2,2,2); plot(x,z); subplot(2,2,3); plot(x,a); subplot(2,2,4); plot(x,b);

Graphics (4/4) • hold on / hold off • 在已有的圖案上，加上新的圖案 • % plot(x,z) 的結果會覆蓋 plot(x,y) 的結果 • % 在 plot(x,z) 之前加上 hold on，保留之前畫得結果 • x=linspace(1,2*pi,30); • y=sin(x); • plot(x,y); • z=cos(x); • plot(x,z); • x=linspace(1,2*pi,30); • y=sin(x); • plot(x,y); • z=cos(x); • hold on • plot(x,z); • hold off

Input/Output • fprintf • print to the screen x= 100; fprintf('hello world! %d\n',x); • 寫檔 x = 0:.1:1; y = [x; exp(x)]; % open the file with write permission fid = fopen('c:\exp.txt', 'w'); fprintf(fid, '%6.2f %12.8f\n', y); fclose(fid); % view the contents of the file type exp.txt • input:select=input('selection(number):');

音效 (1/3) • 讀取音效 • [y,fs]=wavread('file.wav'); • 可設定讀取範圍，如 wavread('file.wav',[3000,5000]); • 播放音效 • sound(y,fs); • wavplay(y*m,fs*n); • y 增加倍數(m)可增大音量，fs增加倍數(n)會影響音訊速度 • 錄製音效 • y=wavrecord(n, fs); %讀入 n 點資料 • 輸出檔案 • wavwrite(y, fs, nbits, waveFile)

音效 (2/3) • wavread範例 • wavrecord範例 [y, fs]=wavread('run.wav'); sound(y, fs); % 播放此音訊 time=(1:length(y))/fs; % 時間軸的向量 plot(time, y); % 畫出時間軸上的波形 fs=12000;%取樣頻率 12000 Hz fprintf('按任意鍵後開始 2秒錄音：'); pause fprintf('錄音中...'); y=wavrecord(2*fs, fs); %duration*fs是錄音資料點數 fprintf('錄音結束\n'); fprintf('按任意鍵後開始播放：'); pause wavplay(y,fs);

音效 (3/3) • 音效Convolution範例 file='sentence.wav'; [y,fs,nbits]=wavread(file); file2='Hallway_IR.wav'; [y2,fs2,nbits2]=wavread(file2); test=conv(y,y2); %迴旋積運算 wavwrite(test,fs2,'test.wav'); time=(1:length(test))/fs; %時間軸 plot(time,test);

影像處理範例 • imread(‘filename.jpg'): 讀取影像檔案 • Example: filename = 'dog.jpg'; rgb_image= imread(filename); figure,imshow(rgb_image); %彩色轉成灰階 gray_image = rgb2gray(rgb_image); figure,imshow(gray_image); imwrite(gray_image, 'gray_dog.jpg'); %write new image %影像模糊化 h = fspecial('gaussian',10,10); blur_rgb_image=imfilter(rgb_image,h); figure,imshow(blur_rgb_image);

影像處理範例 • 灰階影像的邊界 edge_img= edge(gray_image,'canny'); imshow(edge_img);

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