面向矩阵的编程——【转帖】写给matlab新手

【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：

 

• 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[e-mail]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