【基础】MATLAB桌面基础知识

# 2.1 基本数据类型

MATLAB 中的基本数据类型包括数值类型、字符类型和逻辑类型。

### 2.1.1 数值类型

数值类型用于表示数字，包括整数、实数和复数。整数类型包括 int8、int16、int32 和 int64，分别表示 8 位、16 位、32 位和 64 位有符号整数。实数类型包括 single 和 double，分别表示 32 位和 64 位浮点数。复数类型 complex 表示由实部和虚部组成的复数。

# 2. MATLAB数据类型与变量

### 2.1 基本数据类型

MATLAB支持多种基本数据类型，用于表示不同类型的数值和字符数据。

#### 2.1.1 数值类型

* **double：**双精度浮点数，用于表示实数，精度为 15-16 位小数。
* **single：**单精度浮点数，用于表示实数，精度为 7-8 位小数。
* **int8、int16、int32、int64：**有符号整数，分别占 8、16、32、64 位。
* **uint8、uint16、uint32、uint64：**无符号整数，分别占 8、16、32、64 位。

#### 2.1.2 字符类型

* **char：**单个字符，用单引号表示。
* **string：**字符串，用双引号表示。

#### 2.1.3 逻辑类型

* **logical：**逻辑值，表示真或假，用 true 和 false 表示。

### 2.2 变量操作

#### 2.2.1 变量定义与赋值

MATLAB 中的变量使用变量名来引用，变量名必须以字母开头，可以包含字母、数字和下划线。变量定义使用赋值运算符 `=`，如下：

a = 10; % 定义变量 a 并赋值为 10

#### 2.2.2 变量类型转换

MATLAB 提供了多种函数用于转换变量类型，常见的有：

* **double(x)：**将 x 转换为双精度浮点数。
* **single(x)：**将 x 转换为单精度浮点数。
* **int8(x)：**将 x 转换为 8 位有符号整数。
* **char(x)：**将 x 转换为字符。

#### 2.2.3 变量作用域

MATLAB 中的变量作用域分为工作区和函数作用域。工作区变量在整个 MATLAB 会话中有效，而函数作用域变量仅在函数内有效。

**代码块：**

% 工作区变量
a = 10;

% 函数作用域变量
function myFunction()
    b = 20;
end

**逻辑分析：**

* 变量 `a` 定义在工作区，可以在整个 MATLAB 会话中使用。
* 变量 `b` 定义在函数 `myFunction` 中，仅在函数内部有效。

**参数说明：**

* `a`：工作区变量，类型为 double。
* `b`：函数作用域变量，类型为 double。

# 3.1 矩阵操作

#### 3.1.1 矩阵创建与初始化

MATLAB 中的矩阵是一种二维数组，由行和列组成。创建矩阵有以下几种方法：

* **使用方括号 [] 创建矩阵：**

A = [1, 2, 3; 4, 5, 6; 7, 8, 9];

* **使用内置函数 zeros() 和 ones() 创建矩阵：**

B = zeros(3, 3); % 创建一个 3x3 的零矩阵
C = ones(3, 3);  % 创建一个 3x3 的一矩阵

* **使用冒号 : 创建矩阵：**

D = 1:10;  % 创建一个从 1 到 10 的行向量
E = 1:3:10; % 创建一个从 1 到 10，步长为 3 的行向量

#### 3.1.2 矩阵运算与函数

MATLAB 提供了丰富的矩阵运算和函数，包括：

* **算术运算：**加法 (+)、减法 (-)、乘法 (*)、除法 (/)
* **逻辑运算：**与 (&)、或 (|)、非 (~)
* **比较运算：**等于 (==)、不等于 (~=)、大于 (>)、小于 (<)
* **矩阵函数：**行列式 (det)、逆矩阵 (inv)、转置 (transpose)

**示例：**

A = [1, 2, 3; 4, 5, 6; 7, 8, 9];
B = [10, 11, 12; 13, 14, 15; 16, 17, 18];

% 矩阵加法
C = A + B;

% 矩阵乘法
D = A * B;

% 矩阵行列式
detA = det(A);

#### 3.1.3 矩阵索引与切片

MATLAB 中可以使用索引和切片来访问矩阵中的元素。索引从 1 开始，切片使用冒号 : 指定范围。

* **索引：**

A = [1, 2, 3; 4, 5, 6; 7, 8, 9];

% 访问矩阵中的元素
element = A(2, 3); % 获取第二行第三列的元素

* **切片：**

A = [1, 2, 3; 4, 5, 6; 7, 8, 9];

% 获取矩阵中的第二行
row2 = A(2, :);

% 获取矩阵中的第一列
column1 = A(:, 1);

**mermaid流程图：**

graph LR
subgraph 矩阵创建与初始化
    A[创建矩阵] --> B[方括号 []]
    A[创建矩阵] --> C[zeros() 和 ones()]
    A[创建矩阵] --> D[冒号 :]
end

subgraph 矩阵运算与函数
    A[矩阵运算] --> B[算术运算]
    A[矩阵运算] --> C[逻辑运算]
    A[矩阵运算] --> D[比较运算]
    A[矩阵运算] --> E[矩阵函数]
end

subgraph 矩阵索引与切片
    A[矩阵索引] --> B[索引]
    A[矩阵索引] --> C[切片]
end

# 4. MATLAB流程控制

### 4.1 条件语句

条件语句用于根据特定条件执行不同的代码块。MATLAB 中提供了两种常见的条件语句：if-else 语句和 switch-case 语句。

#### 4.1.1 if-else 语句

if-else 语句用于根据一个或多个条件执行不同的代码块。其语法如下：

if condition
    % 代码块 1
else
    % 代码块 2
end

其中，`condition` 是一个布尔表达式，如果为真，则执行代码块 1；否则，执行代码块 2。

**示例：**

x = 5;
if x > 0
    disp('x 是正数')
else
    disp('x 是非正数')
end

**输出：**

x 是正数

#### 4.1.2 switch-case 语句

switch-case 语句用于根据一个变量的值执行不同的代码块。其语法如下：

switch variable
    case value1
        % 代码块 1
    case value2
        % 代码块 2
    ...
    otherwise
        % 默认代码块
end

其中，`variable` 是要比较的变量，`value1`、`value2` 等是与 `variable` 比较的值。如果 `variable` 的值与其中一个 `case` 的值匹配，则执行相应的代码块。如果没有匹配的 `case`，则执行 `otherwise` 代码块。

**示例：**

grade = 'A';
switch grade
    case 'A'
        disp('优秀')
    case 'B'
        disp('良好')
    case 'C'
        disp('及格')
    otherwise
        disp('不及格')
end

**输出：**

优秀

### 4.2 循环语句

循环语句用于重复执行代码块。MATLAB 中提供了三种常见的循环语句：for 循环、while 循环和 break 和 continue 语句。

#### 4.2.1 for 循环

for 循环用于对一系列值执行代码块。其语法如下：

for variable = start:increment:end
    % 代码块
end

其中，`variable` 是循环变量，`start` 是循环的起始值，`increment` 是循环变量每次递增的值，`end` 是循环的结束值。

**示例：**

for i = 1:10
    disp(i)
end

**输出：**

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

#### 4.2.2 while 循环

while 循环用于只要条件为真就执行代码块。其语法如下：

while condition
    % 代码块
end

其中，`condition` 是一个布尔表达式，如果为真，则执行代码块。

**示例：**

i = 1;
while i <= 10
    disp(i)
    i = i + 1;
end

**输出：**

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

#### 4.2.3 break 和 continue 语句

break 语句用于跳出循环，continue 语句用于跳过当前循环迭代并继续执行下一迭代。

**示例：**

for i = 1:10
    if i == 5
        break
    end
    disp(i)
end

**输出：**

1
2
3
4

# 5.1 函数定义与调用

### 5.1.1 函数语法

MATLAB 函数使用 `function` 关键字定义，其语法格式如下：

function [output_args] = function_name(input_args)
    % 函数体
end

其中：

* `function_name`：函数名称，必须以字母开头，且不能与 MATLAB 保留字冲突。
* `input_args`：函数输入参数，可以有多个，用逗号分隔。
* `output_args`：函数输出参数，可以有多个，用方括号括起来。
* `函数体`：函数的具体实现代码。

### 5.1.2 函数参数传递

函数参数传递分为两种方式：

* **值传递：**将参数值复制一份传递给函数，函数内部对参数的修改不会影响函数外部的变量。
* **引用传递：**将参数的地址传递给函数，函数内部对参数的修改会影响函数外部的变量。

默认情况下，MATLAB 使用值传递，但可以通过 `global` 关键字实现引用传递。

### 5.1.3 函数返回值

函数可以通过 `return` 语句返回多个值，其语法格式如下：

return [output_arg1, output_arg2, ..., output_argn]

如果函数没有明确指定返回值，则默认返回 `[]`。