MATLAB MATrix LABoratory avancerad ”räknedosa” utvecklingsmiljö och “programmeringsspråk” visualisering av data avancerad grafik 1 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU MATLAB 2 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Stefan Johansson Department of Computing Science, Umeå University Användbara kommandon help kommando – visar hjälptext i kommandofönstret doc – öppnar Matlab-dokumentationen who/whos – listar variabler format – anger formatet på utskriften clear all – ta bort alla definierade variabler 3 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Språket - kommandosyntaxen liknar ”matematik” med C syntax stor uppsättning kommandon och funktioner - avancerade algoritmer - ursprungligen inriktat mot linjär algebra enkelt konstruera egna program/script och funktioner (M-filer) 4 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Variabler m.m. ingen variabeldeklaration - variabler definieras genom tilldelning den grundläggande datatypen är double (normalt 16 decimaler) - elementen är i de flesta fall reella (kan vara komplexa) 5 det grundläggande dataformatet är matriser 1×1-matriser kallas skalärer case-sensitive Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU …variabler m.m. resultat lagras i ans (om ingen tilldelning) tilldelningar sker med = >> A = 7.5*2 (resultatet i A) A = 15 >> 7.5*2 (resultatet i ans) ans = 15 semikolon undertrycker utskrifter kommentarer inleds med % och räcker resten av raden 6 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU : operatorn start : steg : stopp ger en följd av värden till exempel 1:2:9 ger vektorn [1 3 5 7 9] start : stopp steget är 1 x = -pi/2:pi/30:pi/2 ger en radvektor 7 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Grafik- 2D plot - ritar ut en mängd av ordnade talpar (punkter, linjer, färger) fplot - graf till funktion i en variabel hold - håller kvar aktuellt grafikfönster, så att flera figurer kan ritas i samma fönster olika kommandon för text i grafikfönster - xlabel, ylabel, title,... 8 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Elementoperationer x = linspace(0,1); % OBS! Radvektor n=2; y = x.^n.*exp(x); plot(x,y,'k') n=3; hold on plot(x, x.^n.*exp(x)) 9 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Kod direkt i kommandofönstret >>x = linspace(0,1); % OBS! Radvektor >>n=2; >>y = x.^n.*exp(x); >>plot(x,y,'k'); >>n=3; >>hold on >>plot(x, x.^n.*exp(x)) >> title('x^n*exp(x) för n=2 och n=3') >> xlabel('x-axeln') >> ylabel('y-axeln') >> axis([-1 1 -1 3]) >> v=axis; >> plot([v(1) v(2)],[0 0]) %Rita y=0 >> plot([0 0], [v(3) v(4)]) %Rita x=0 10 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Slutlig figur (som Figure 1) x n*exp(x) för n=2 och n=3 3 2.5 2 y-axeln 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1 11 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 Mom 3, 5DV104, 5DV105 0 x-axeln HT09 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Subplottar %Test subplot() by plotting different functions %in different plot windows % x=linspace(0,1); for n=0:10 y=x.^n .* exp(x); subplot(4,3,n+1) plot(x,y) nchar=num2str(n); title(strcat('x^n*exp(x) where n= ', nchar)) end 12 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Subplottar x n*exp(x) where n=2 x n*exp(x) where n=1 x n*exp(x) where n=0 3 3 3 2 2 1 1 2 1 0.5 0 1 0 0.5 0 0 n x *exp(x) where n=5 x *exp(x) where n=4 x *exp(x) where n=3 4 4 4 2 2 2 0 0.5 0 1 0 0.5 0 1 0 n x *exp(x) where n=8 x *exp(x) where n=7 x *exp(x) where n=6 4 4 4 2 2 2 0 0.5 0 1 0 4 2 2 0.5 0 0 0.5 1 x *exp(x) where n=10 x *exp(x) where n=9 4 0 1 n n 0 0.5 0 1 0.5 0 n n 1 0.5 0 n n 13 1 1 0 0 Mom 3, 5DV104, 5DV105 0.5 HT09 1 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Funktioner en funktion ̶ en fil - om en fil innehåller flera funktioner kan endast den första anropas, de andra är interna funktioner första kommandoraden skall innehålla ordet function - (annars en kommandofil/script/huvudprogram) - function [utparametrar] = namn(inparametrar) noll, en eller flera in-/utparametrar – värdeparametrar anropas med: [utparametrar] = filnamn(inparametrar) - ger funktionen samma namn som filen de första kommentarraderna (fram till blankrad eller första kommandorad) skrivs ut vid >> help filnamn 14 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Mata in i editorn och spara myf() på fil namn myf.m function y = myf(x) %Evaluate f(x)=sin(x)+x^3-x^2+1.5 %Call: y=myf(x) % y=sin(x)+x.^3-x.^2+1.5; Skriv i kommandofönstret >> help myf Evaluate f(x)=sin(x)+x^3-x^2 Call: y=myf(x) >>t=-2:0.1:2; >>y=myf(t); >>plot(t,y) 15 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Plot av: sin(x)+x^3-x^2+1.5 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 -2 16 -1.5 -1 -0.5 Mom 3, 5DV104, 5DV105 0 HT09 0.5 1 1.5 2 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Elementära matematiska funktioner help elfun Elementary math functions. Trigonometric. sin sind sinh asin asind asinh - cos Sine. Sine of argument in degrees. Hyperbolic sine. Inverse sine. Inverse sine, result in degrees. Inverse hyperbolic sine. - Cosine. Och många fler….. 17 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Problemet måste definieras i en funktion help funfun Function functions and ODE solvers. Optimization and root finding. -fminbnd Scalar bounded nonlinear function minimization. -fminsearch Multidimensional unconstrained nonlinear minimization, -fzero - Scalar nonlinear zero finding. Och många fler…….. >> help fzero FZERO Scalar nonlinear zero finding. X = FZERO(FUN,X0) tries to find a zero of the function FUN near X0, if X0 is a scalar. 18 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Prova använda fzero() >> help myf Evaluate f(x)=sin(x)+x^3-x^2+1.5 Call: y=myf(x) >> xzero=fzero('myf',0.9) xzero = -0.7062 >> myf(xzero) ans = -4.4409e-016 19 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU S.k. anonyma funktioner FUNHANDLE = @(ARGLIST)EXPRESSION constructs an anonymous function and returns a handle to that function. >> format short >> fh=@(x)x.^2-2; %Def. av anonym funktion >> fh(-2); >> t=-2:0.1:2; >> y=fh(t); >> plot(t,y) >> tzero=fzero(fh,1.3) tzero =1.4142 >> fh(tzero) ans =4.4409e-016 20 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU X^2-2 i [-2..2] 2 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2 -2 21 -1.5 -1 -0.5 Mom 3, 5DV104, 5DV105 0 HT09 0.5 1 1.5 2 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Matriser tilldelning omges av hakparenteser [ ] tilldelning sker radvis blank eller komma mellan elementen rader i matrisen skiljs med semikolon eller ny rad värdet av en variabel variabelns namn följt av retur 22 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Skapa en matris 23 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Stefan Johansson Department of Computing Science, Umeå University Enstaka element i matrisen adresseras med rad- resp. kolumnindex 1,2,…. variabelnamn(radindex,kolumnindex) A(1,3) Observera! skillnad mellan tilldelning och adressering A=[1 5;10 15;-2 6] ger A (3*2)-matris A(1,1)=100 ändrar (1,1)-elementet 24 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Stefan Johansson Department of Computing Science, Umeå University alla Del av matrisen i:te raden A(i,:) j:te kolumnen A(:,j) Delmatris 25 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 A(i:j,k:l) Stefan Johansson Department of Computing Science, Umeå University Att skapa matriser n × n-matris med ettor ones(n) ones(m,n) m × n-matris med ettor zeros(n) n × n-matris med nollor eye(n) en enhetsmatris n × n diag ger diagonalen/skapar diagonalmatris triu,tril ger över/under triangulära matriser 26 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Matrisoperationer A’ (konjugerade) transponatet det(A) determinanten inv(A) inversen eig(A) egenvärdena norm(A) 2-normen A*B, A+B 27 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Strängar strängar är av datatypen char de lagras som matriser strängkommandon Exempel: - strcmp, strncmp 28 - strcat strfind, findstr strrep lower, upper int2str, str2double sprintf ... Mom 3, 5DV104, 5DV105 >>s = ’detta är en sträng’ s = detta är en sträng >>s(2) ans = e >>s2 = s(5:10) s2 = a är e HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Kontrollstrukturer... for variabel = uttryck satser end for I = 1:2:n satser end for i= 1:n satser end 29 jmfr. C / Java for (i=1; i<=n; i=i+2) { satser } Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU …kontrollstrukturer... if logiskt uttryck satser end if logiskt uttryck satser if logiskt uttryck satser else satser end 30 Mom 3, 5DV104, 5DV105 elseif logiskt uttryck satser end HT09 Stefan Johansson Department of Computing Science, Umeå University ...kontrollstrukturer... logiska operatorer & (och) | (eller) ~ (inte) relations operatorer == (lika med) ~= (skilt från) < och > (mindre/större än) <= och >= (mindre än eller lika med resp. större än eller lika med) 31 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Andra användbara funktioner vid kontroller any(), all(), ismember() Exempel a=[1:10]; b=[1 2 3 4 5]; if(any(a<0)) %värde falskt do something else do something else end Exempel -ismember(b,a); Ger vektor [1 1 1 1 1 ] -ismember(a,b); Ger vektor [1 1 1 1 1 0 0 0 0 0] 32 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Stefan Johansson Department of Computing Science, Umeå University ...kontrollstrukturer... while logiskt uttryck satser Exempel: end x=0.1 while x < 3 x = x*1.1 end 33 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU ...kontrollstrukturer switch vilkorsuttryck case vilkor1 satser case {vilkor2,vilkor3,...} satser : [otherwise] vilkorsuttrycket kan vara en skalär eller satser sträng end 34 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Skärmutskrift och inläsning returvärdet från kommandon som inte avslutas med semikolon skrivs ut kommandon för utskrift 35 fprintf – formaterad utskrift (C syntax) disp – textutskrift eller matriser Ex. disp(’Rubrik över en tabell’) T.ex. om a och b är radvektorer av samma längd: disp([a’ b’]) Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Input() för inläsning via tangentbordet Ex. postal=input(’Ge positivt heltal’); Inmatning av sträng görs med Ex. str=input(’Ledtext ’,’s’); Utan ; i slutet ger utskrift av det nyss inmatade 36 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Stefan Johansson Department of Computing Science, Umeå University %A program to roll 2 ordinary dice a number of times. %Number of times is input by the user. %The program produces statistics for results 2,3,4...,11,12 % disp('The program simulates rolling 2 dice a number of times') num=-1; % Initiate for the while-loop while num <= 0 num=input('Give number of simulations (>0): ') end % of while tab=zeros(12,2); % 2:nd column for relative frequence %Use the clock to initiate the random sequence rand('state',sum(100*clock)); 37 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Stefan Johansson Department of Computing Science, Umeå University 38 %Simulate and save for i=1:num res=rolldice+rolldice; tab(res,1)=tab(res,1)+1; end %of for %Compute relative frequence tab(2:12,2)=tab(2:12,1)/num; %Print format short format compact utfall=2:12; disp('disp does not print results readable') disp('DICE_Sum Totals Relative freq.') disp([utfall(:) tab(2:12,:)]) disp('Using FPRINTF gives better print out') %NOTE the transpose of tab disp('DICE_Sum Totals Relative freq.') %The matrix is printed column wise fprintf('%3d %10d %10.3f\n',[utfall; tab(2:12,:)']) Stefan Johansson Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Department of Computing Science, Umeå University function dice = rolldice %Roll one ordinary dice. The returned value is %1, 2, 3, 4, 5 or 6 %Call: s=rolldice % dice = 1+floor(rand*6); 39 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Stefan Johansson Department of Computing Science, Umeå University 40 >> simdice The program simulates rolling 2 dice a number of times Give number of simulations (>0): 100000 num = 100000 disp does not print results readable DICE_Sum Totals Relative freq. 1.0e+004 * 0.0002 0.2711 0.0000 0.0003 0.5509 0.0000 0.0004 0.8422 0.0000 0.0005 1.1289 0.0000 0.0006 1.3767 0.0000 0.0007 1.6675 0.0000 0.0008 1.3920 0.0000 0.0009 1.1153 0.0000 0.0010 0.8238 0.0000 0.0011 0.5548 0.0000 0.0012 0.2768 0.0000 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Stefan Johansson Department of Computing Science, Umeå University Using FPRINTF gives better print out DICE_Sum Totals Relative freq. 2 2711 0.027 3 5509 0.055 4 8422 0.084 5 11289 0.113 6 13767 0.138 7 16675 0.167 8 13920 0.139 9 11153 0.112 10 8238 0.082 11 5548 0.055 12 2768 0.028 >> 41 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Stefan Johansson Department of Computing Science, Umeå University function fmedel=tabell(fun,xstart,xslut,step) %Anrop: fmedel=tabell(fun,xstart,xslut,step) %Funktion som tabulerar den matematiska funktionen fun %mellan xstart och xslut med steg step %fun = filnamn eller funktionshandtag för den matematiska %funktionen %fmdel= medelvärdet av funktionsvärdena % t=xstart; n=0; while t<=(xslut+eps) fx=feval(fun,t); n=n+1; x(n)=t; tabell(n)=fx; t=t+step; end %of while 42 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU %Skriv ut if isa(fun,'function_handle') fun=func2str(fun); end %of if if n>0 disp(strcat('Tabell över funktionen ',fun)) disp('x-värden f(x)-värden') disp([x(:) tabell(:)])%Gör x och tabell till kolumner 43 medel_1=sum(tabell)/n; else disp('Fel i x-argumenten') medel_1=0; end %of if %Ett annat sätt är med vektorer x=xstart:step:xslut; fx=feval(fun,x); n=length(x); if n>0 medel_2=sum(fx)/n; else medel_2=0; end %of if fmedel=medel_1; Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU 44 function mult(tal) %Anrop: mult(tal) %Skriv ut multiplikationstabell för tabell 1,2,3...,tal %Multiplicera talen med 1,2,.....12 % if tal>0 for i=1:tal for j=1:12 t(i,j)=i*j; end end % for i disp('Multabeller för talen') disp([1:tal]) disp('-----------------------------------') disp(t') else disp('Fel indata') end % of if Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Stefan Johansson Department of Computing Science, Umeå University %Ett annat sätt if tal>0 rad=1:tal; col=1:12; disp('ETT ANNAT SÄTT att beräkna') A=col'*rad; A end % of if 45 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Stefan Johansson Department of Computing Science, Umeå University >> mult(5) Multabeller för talen 1 2 3 4 5 ----------------------------------1 2 3 4 5 2 4 6 8 10 3 6 9 12 15 4 8 12 16 20 5 10 15 20 25 6 12 18 24 30 7 14 21 28 35 8 16 24 32 40 9 18 27 36 45 10 20 30 40 50 11 22 33 44 55 12 24 36 48 60 46 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Stefan Johansson Department of Computing Science, Umeå University Spara och öppna/ladda data datat i definierade variabler kan sparas i en fil (ges filändelsen .mat) save ex. för att spara matrisen A och vektorn b till filen ’minfil.mat’ i aktuell katalog >>save minfil A b load ex. ladda in filen ’minfil.mat’ >>load minfil (skapar A och b i Matlab) ex. >>load minfil A b 47 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU Validering vid inmatning Skräp in ger skräp ut….. Så man bör validera indata!!!! T.ex. Inmatning av ett postivt tal tal=-1; while tal<0 tal=input(’Ge positivt tal: ’); end %of while T.ex. inmatning av tal i vektor där alla tal måste vara olika och i givet intervall [1..20] -----”-----rad=[]; %tomma vektorn disp('Ge 5 tal. Alla olika') i=1; while i<=5 tal=input('Ge tal>>>: '); if any(rad==tal) | tal<1 |tal>20 disp('Fel inmatning. Försök igen') else rad(i)=tal; i=i+1; end %of if end %of while 48 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Per Lindström Inst. För Datavetenskap, UmU %Konverteringstabell mellan Celsius och Fahrenheit %Formel: Temp(F)=9/5Temp(C)+32 %Låt användaren mata in starttrmp. i C, ökning mellan varje %i tabellen och antalet rader i tabellen disp('Konverteringstabell mellan Celsius och Fahrenheit'); start = input('Ge starttemp i Celsius: '); incr = input('Ge steget (mellan rader) i Celsius: '); Ett exempel till total = input('Hur många rader i tabellen: '); 49 stop = start+(total-1)*incr; C = start:incr:stop; F = 9/5*C+32; more on format bank disp('Celsius Fahrenheit'); disp([C(:) F(:)]); disp('**************************Med FPRINTF blir utskriften' disp('Celsius Fahrenheit'); fprintf('%10.2f %10.2f \n', [C;F]); Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Stefan Johansson Department of Computing Science, Umeå University >> help CelFah Konverteringstabell mellan Celsius och Fahrenheit Formel: Temp(F)=9/5Temp(C)+32 Låt användaren mata in starttrmp. i C, ökning mellan varje rad i tabellen och antalet rader i tabellen 50 >> CelFah Konverteringstabell mellan Celsius och Fahrenheit Ge starttemp i Celsius: -10 Ge steget (mellan rader) i Celsius: 5 Hur många rader i tabellen: 10 Celsius Fahrenheit -10.00 14.00 -5.00 23.00 0 32.00 5.00 41.00 10.00 50.00 15.00 59.00 20.00 68.00 25.00 77.00 30.00 86.00 35.00 95.00 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Stefan Johansson Department of Computing Science, Umeå University **************************Med FPRINTF blir utskriften Celsius Fahrenheit -10.00 14.00 -5.00 23.00 0.00 32.00 5.00 41.00 10.00 50.00 15.00 59.00 20.00 68.00 25.00 77.00 30.00 86.00 35.00 95.00 >> 51 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Stefan Johansson Department of Computing Science, Umeå University 56 function [terms, sum] = harmoni(upper) %Compute the sum of 1/k; k=1,2,3,4,5,......... %until that sum exceeds upper. %Call: [terms,sum] = harmoni(upper) %terms = no. of terms in the sum %sum = the actual sum %Also there is a printout for each time the sum %exceeds "the next" integer. % sum = 0; k = 0; oldsum = -1; heltal = 1; while (sum <= upper) & (oldsum ~= sum) k = k+1; oldsum = sum; sum = sum+1/k; if sum >= heltal fprintf(1,'%d termer behövs för att överskrida %d \n', k, heltal); heltal = heltal+1; end %of if end %of while terms = k; Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Stefan Johansson Department of Computing Science, Umeå University >> [termer, summa]=harmoni(15); 1 termer behövs för att överskrida 1 4 termer behövs för att överskrida 2 11 termer behövs för att överskrida 3 31 termer behövs för att överskrida 4 83 termer behövs för att överskrida 5 227 termer behövs för att överskrida 6 616 termer behövs för att överskrida 7 1674 termer behövs för att överskrida 8 4550 termer behövs för att överskrida 9 12367 termer behövs för att överskrida 10 33617 termer behövs för att överskrida 11 91380 termer behövs för att överskrida 12 248397 termer behövs för att överskrida 13 675214 termer behövs för att överskrida 14 1835421 termer behövs för att överskrida 15 57 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Stefan Johansson Department of Computing Science, Umeå University >> termer termer = 1835421 >> format compact >> summa summa = 15.0000 >> format long >> summa summa = 15.00000037826723 58 Mom 3, 5DV104, 5DV105 HT09 Stefan Johansson Department of Computing Science, Umeå University