Файл: MATLAB. Довідник для користувача.pdf

Двоеточие (Colon)

Двоеточие, : , является одним из наиболее важных операторов MATLAB-а. Оно встречается в нескольких разных формах. Выражение 1:10 есть вектор-строка, содержащий целвые числа от 1 до 10:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Чтобы получить неединичное приращение, нужно задать приращение. Например,

0 : pi/4 : pi

есть

0 0.7854 1.5708 2.3562 3.1416

Индексы, содержащие двоеточия, допускают обращение к частям матриц. Так, выражение

F (1:k, j)

дает первые k элементов j-го столбца матрицы F. То есть,

sum(F (1:4, 4))

вычисляет, как и в примере выше, сумму элементов 4-го столбца. Но есть еще лучший путь. Двоеточие само по себе означает обращение всемко элементам строки или столбца матрицы, а зарезервированное слово end есть обращение кпоследним строке или столбцу матрицы (в случае векторов-строк или столбцов словоend есть обращение кпоследнему элементу векто-ра). Значит,

sum(F (:, end))

вычисляет сумму элементов последнего столбца матрицы F . Ответ: ans = 34. Почему магическая сумма для волшебного квадрата 4 х 4 равна 34 ? Дело в том, что если целые числа от 1 до 16 (число элементов матрицы размера 4 х 4) упорядочены в четыре группы с равными сум-мами элементов, эта сумма должна быть равна

sum(1:16)/4

что, конечно, дает ans = 34.

Единичная матрица, нулевая матрицы и матрица из единиц. Двумерные массивы случайных чисел

Единичная матрица, то есть матрица имеющая единицы на главной диагонали и нулевые остальные элементы, в MATLAB-е обозначается eye, причем eye(n) есть единичная квадратная матрица размера nxn, eye(m,n) - прямоугольная единичная матрица размераmxn, а eye(size(A)) есть единичная матрица, имеющая размерность матрицы A. Например,

I = eye(3)

28

I =

I = eye (3,5)

I =

I = eye (4,2)

I =

Нулевая матрица, то есть матрица состоящая из нулей (массив нулей), в MATLAB-е обозначается zeros, причем zeros (n) есть нулевая квадратная матрица размераnxn, zeros (m,n) - прямоугольная нулевая матрица размера mxn, а zeros (size(A)) есть нулевая матрица имеющая размерность матрицы A.

Z = zeros(2,4)

Z =

0 0 0 0

0 0 0 0

Наконец, матрица состоящая из единиц(массив единиц), в MATLAB-е обозначается ones, причем ones (n) есть квадратный массив единиц размераnxn, ones (m,n) – прямоугольный массив единиц размераmxn, а ones (size(A)) есть массив единиц, имеющий размерность матрицы A.

S = 5*ones(3, 3)

S =

Аналогично, функция rand дает возможность сформировать соответствующие массивы случайных чисел в диапазоне от 0 до 1, распределенных по равномерному закону, а функция randn – по нормальному закону.

N = fix(10*rand(1,10))

N =

4 9 4 4 8 5 2 6 8 0

29

R = randn(4,4)

R =

1.0668 0.2944 -0.6918 -1.4410

0.0593 -1.3362 0.8580 0.5711 -0.0956 0.7143 1.2540 -0.3999 -0.8323 1.6236 -1.5937 0.6900

Решение систем линейных уравнений

Одной из важнейших задач в технических приложениях и расчетах является задача решения систем линейных уравнений. В матричных обозначениях, данная задача может быть сформулирована следующим образом. При заданных двух матрицахA and B, существует ли такая единственная матрица X, что AX = B или XA = B?

Для наглядности рассмотрим одномерный пример. Имеет ли уравнение

7x = 21

единственное решение? Ответ, разумеется, да. Это уравнение имеет единственное решение x = 3. Решение может быть легко получено обычным делением.

x = 21/7 = 3

Решение при этом обычно не состоит в определении обратной величины от числа 7 (т.е. величины 7-1 = 0.142857…), и последующим умножением числа 7-1 на число 21. Это было бы более трудоемко и, если число 7-1 представлено конечным числом цифр(разрядов), менее точно. Аналогичные рассуждения применимы и к системам линейных алгебраически уравнений с более чем одной неизвестной; MATLAB решает такие уравнения без вычисле-

ния обратной матрицы. Хотя это и не является стандартным математическим обозначением, система MATLAB использует терминологию, связанную с обычным делением в одномерном случае, для описания общего случая решения совместной системынескольких линейных уравнений. Два символа деления / (косая черта (по английски - slash)) и \ (обратная косая черта (backslash)) используются в двух случаях, когда неизвестная матрица появляется слева или справа от матрицы коэффициентов:

X = A\B обозначает решение матричного уравнения AX = B

X = B/A обозначает решение матричного уравнения XA = B.

Вы можете представлять себе это как процесс«деления» обеих частей уравнения AX = B или XA = B на A. Матрица коэффициентов A всегда находится в «знаменателе».Условие совместимости размерностей для X = A\B требует чтобы две матрицы A и B имели одинаковое число строк. Решение X тогда имеет такое же число столбцов как и B, а число ее строк будет равно числу столбцов A. Для X = B/A, строки и столбцы меняются ролями. На практике, линейные уравнения в виде AX = B встречаются более часто, чем в виде XA = B. Следовательно, обратная наклонная черта \ используется более часто, чем прямая / . Поэтому, в оставшейся части данного раздела мы ограничимся рассмотрением оператора \ ; соответствующие свойства оператора / можно вывести из тождества

(B/A)' = (A'\B')

30