1012 MATLAB 教學 彭奕翔 2013/02/27.

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1 1012 MATLAB 教學 彭奕翔 2013/02/27

2 What is MATLAB? MATrix LABoratory的縮寫 1984年由MathWorks公司推出 主要特色 應用
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

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

4 Operators 算術運算子 比較運算子 邏輯運算子 Element-by-Element運算“.” 沒有++、--
+、-、*、/(除以)、\(除)、^(次方) >> 100/5 ans = 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 = A.^2 = A^2 =

5 Operators 運算式最後加分號(;)，就不會顯示運算結果 多個運算式之間，可用逗號(,)或分號(;)隔開
>> 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)

6 Variables (1/3) 區分大小寫(case sensitive) 變數第一個字母必需是英文字母 不需要預先宣告變數
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: 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

7 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=[ ; ] 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=[ ] 刪除元素 z(2)=[] % z=[ ] 增加元素 z(6)=100 % z=[ ]

8 Matrices and Arrays 矩陣列跟欄的操作 從哪裡到哪裡 x=[1 2 3; 4 5 6]
x(2,1:2)=7 % x=[1 2 3; 7 7 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

9 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 = [ ]; A = B = [ ]’ B = A*B = 13 如果要element by element 的相乘，應該用”.*”，而不是”*”

10 矩陣常用函式 zeros: 配置零矩陣 ones: 配置每個element都是1的矩陣 eye: 配置單位矩陣
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)

11 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)

12 一般常用函式 clear: 清除所有變數宣告 clc: 清除Command Window畫面 disp: 顯示文字或陣列
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

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

14 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 here code return

15 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

16 if/elseif/else 與 C 語言相同，看情況使用 elseif 跟 else
if expression1 commands elseif expression2 commands elseif … … … else commands end

17 For Loop for i=1:10 % i 從 1~10 間隔 1 x(i)=sin(i) end
for i=1:2:10 % i 從 1~10 間隔 2 x(i)=cos(i) end for i=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)

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

19 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*');

20 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([xmin xmax ymin ymax]): x、y 軸的範圍 x=linspace(1,2*pi,30); y=sin(x); stem(x,sin(x)); grid on; xlabel('x name'); ylabel('y name'); title('Test Title');

21 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);

22 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

23 Input/Output fprintf input: select=input('selection(number):');
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):');

24 音效 (1/3) 讀取音效 播放音效 錄製音效 輸出檔案 [y,fs]=wavread('file.wav');
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)

25 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 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);

26 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);

27 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);

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