Giáo trình Matlab cơ bản (Bản đẹp)
CHƯƠNG 1: MATLAB CƠ BẢN
§1. CÁC TOÁN TỬ CƠ BẢN CỦA MATLAB
1. Các toán tử cơ bản: Matlab là một phần mềm cao cấp dùng để giải các bài toán.
Để khởi động MATLAB ta bấm đúp vào icon của nó. Các file MATLAB có dạng *.m
và chỉ chạy trong môi trường MATLAB. MATLAB xử lí số liệu như là ma trận. Khi
ta đánh lệnh vào cửa sổ lệnh, nó sẽ được thi hành ngay và kết quả hiện lên màn hình.
Nếu ta không muốn cho kết quả hiện lên màn hình thì sau lệnh ta đặt thêm dấu “;”.
Nếu lệnh quá dài, không vừa một dòng dòng có thể đánh lệnh trên nhiều dòng và cuối
mỗi dòng đặt thêm dấu ... rồi xuống dòng. Khi soạn thảo lệnh ta có thể dùng các phím
tắt :
↑
↓
Ctrl-P gọi lại lệnh trước đó
Ctrl-N gọi lệnh sau
←
→
Ctrl-B lùi lại một kí tự
Ctrl-F tiến lên một kí tự
Ctrl-→ Ctrl-R sang phải một từ
Ctrl-← Crtl-L sang phải một từ
home
end
esc
Ctrl-A
Ctrl-E về cuối dòng
Ctrl-U
Ctrl-D
về đầu dòng
xoá dòng
xoá kí tự tại chỗ con nháy đứng
del
backspace Ctrl-H xoá kí tự trước chỗ con nháy đứng
) Các phép toán cơ bản của MATLAB gồm:
+
-
cộng
trừ
*
/
nhân
chia phải
\
chia trái
^
‘
luỹ thừa
chuyển vị ma trận hay số phức liên hợp
) Các toán tử quan hệ :
<
nhỏ hơn
<=
>
nhỏ hơn hay bằng
lớn hơn
>=
==
~=
lớn hơn hoặc bằng
bằng
không bằng
) Các toán tử logic :
&
|
và
or
~
not
) Các hằng :
1
pi
3.14159265
i
số ảo
j
tương tự i
eps
sai số 2-52
realmin
realmax
inf
số thực nhỏ nhất 2-1022
số thực lớn nhất 21023
vô cùng lớn
NaN
Not a number
2. Nhập xuất dữ liệu từ dòng lệnh: MATLAB không đòi hỏi phải khai báo biến
trước khi dùng. MATLAB phân biệt chữ hoa và chữ thường. Các số liệu đưa vào
môi trường làm việc của MATLAB được lưu lại suốt phiên làm việc cho đến khi gặp
lệnh clear all. MATLAB cho phép ta nhập số liệu từ dòng lệnh. Khi nhập ma trận từ
bàn phím ta phải tuân theo các quy định sau :
•
•
•
ngăn cách các phần tử của ma trận bằng dấu “,” hay dấu trống
dùng dấu “;” để kết thúc một hàng
bao các phần tử của ma trận bằng cặp dấu ngoặc vuông [ ]
Để nhập các ma trận sau:
1 2
A = 3 −2 5
4
1
⎡
⎢
⎤
⎥
⎥
⎡ ⎤
⎢ ⎥
B = 1 4 −2 1
C = 4
⎡
⎤
⎦
⎣
⎢
⎢ ⎥
⎢
⎥
⎦
⎢ ⎥
7
1 5
3
⎣
⎣ ⎦
ta dùng các lệnh:
A = [ 1 2 3; 3 -2 4; 1 5 3]
B = [ 1 4 2 1]
C = [ 1; 4; 7]
3. Nhập xuất dữ liệu từ file: MATLAB có thể xử lí hai kiểu file dữ liệu: file
nhị phân *.mat và file ASCII *.dat. Để lưu các ma trận A, B, C dưới dạng file nhị phân
ta dùng lệnh:
save ABC A B C
và nạp lại các ma trận A, B bằng lệnh:
load ABC A B
Nếu muốn lưu số liệu của ma trận B dưới dạng file ASCII ta viết:
save b.dat B /ascii
2
Ta viết chương trình ct1_1.m như sau:
clear
A = [1 2 3; 4 5 6]
B = [3; -2; 1];
C(2) = 2; C(4) = 4
disp(’Nhan phim bat ky de xem nhap/xuat du lieu tu file’)
save ABC A B C %luu A,B & C duoi dang MAT-file co ten ’ABC.mat’
clear(’A’, ’C’) %xoa A va C khoi bo nho
load ABC A C %doc MAT - file de nhap A va C vao bo nho
save b.dat B /ascii %luu B duoi dang file ASCII co ten ’b.dat’
clear B
load b.dat %doc ASCII
b
x = input(’Nhap x:’)
format short e
x
format rat, x
format long, x
format short, x
4. Nhập xuất dữ liệu từ bàn phím: Lệnh input cho phép ta nhập số liệu từ bàn phím.
Ví dụ:
x = input(’Nhap x: ’)
Lệnh format cho phép xác định dạng thức của dữ liệu. Ví dụ:
format rat % so huu ti
format long % so sẽ có 14 chu so sau dau phay
format long e % so dang mu
format hex % so dang hex
format short e %so dang mu ngan
format short %tro ve so dang ngan (default)
Một cách khác để hiển thị giá trị của biến và chuỗi là đánh tên biến vào cửa số lệnh
MATLAB. Ta cũng có thể dùng disp và fprintf để hiển thị các biến. Ví dụ:
disp('Tri so cua x = '), disp(x)
Ta viết chương trình ct1_2.m như sau:
3
clc
f = input('Nhap nhiet do Fahrenheit[F]:');
c = 5/9*(f - 32);
fprintf('%5.2f(do Fahrenheit) la %5.2f(do C).\n', f, c)
fid = fopen('ct1_2.dat', 'w');
fprintf(fid, '%5.2f(do Fahrenheit) la %5.2f(do C).\n', f, c);
fclose(fid);
Trong trường hợp ta muốn nhập một chuỗi từ bàn phím, ta cần phải thêm kí tự s vào
đối số. Ví dụ:
ans = input('Ban tra loi <co> hoac <khong>: ','s')
5. Các hàm toán học:
a. Các hàm toán học cơ bản:
exp(x)
sqrt(x)
hàm ex
căn bậc hai của x
log(x) logarit tự nhiên
log10(x) logarit cơ số 10
abs(x) modun của số phức x
angle(x)
conj(x)
imag(x)
real(x)
sign(x)
cos(x)
argument của số phức a
số phức liên hợp của x
phần ảo của x
phần thực của x
dấu của x
sin(x)
tan(x)
acos(x)
asin(x)
atan(x)
cosh(x)
coth(x)
sinh(x)
tanh(x)
acosh(x)
acoth(x)
asinh(x)
atanh(x)
b. Các hàm toán học tự tạo: MATLAB cho phép ta tạo hàm toán học và lưu nó
vào một file để dùng như là hàm có sẵn của MATLAB. Ví dụ ta cần tạo hàm:
1
f1(x) =
1+ 8x2
4
và hàm:
f2(x) =
x12 + 4x22 − 5
⎤
⎥
⎦
f (x ,x )
f2(x1 ,x2 )
⎡
⎢
⎣
⎡
⎤
1
1
2
=
⎢
⎣
⎥
⎦
2x12 − 2x1 − 3x2 − 2.5
Muốn thế ta tạo ra file f1.m như sau:
function y = f1(x)
y = 1./(1+8*x.^2);
và file f2.m:
function y = f2(x)
y(1) = x(1)*x(1)+4*x(2)*x(2) -5;
y(2) = 2*x(1)*x(1)-2*x(1)-3*x(2) -2.5;
Khi nhập lệnh f1(2) ta có giá trị của hàm f1 tại x = 2. Khi nhập lệnh f2([2 4]) ta có
giá trị của hàm f2 tại x1 = 2 và x2 = 4. Lệnh feval(‘f1’, 2) và feval(‘f2’, [2 4]) cũng
cho kết quả tương tự.
Cách thứ hai để biểu diễn một hàm toán học một biến trên dòng lệnh là tạo ra
một đối tượng inline từ một biểu thức chuỗi. Ví dụ ta có thể nhập từ dòng lệnh hàm
như sau:
f1 = inline(’1./(1 + 8*x.^2)’,’x’);
f1([0 1]), feval(f1, [0 1])
Ta cũng có thể viết:
f1 = '1./(1 + 8*x.^2)';
x = [0 1];
eval(f1)
Nếu hàm là đa thức ta chỉ cần nhập ma trận các hệ số từ số mũ cao nhất. Ví dụ
với đa thức P4(x) = x4 + 4x3 + 2x + 1 ta viết:
P = [1 4 0 2 1]
Để nhân hai đa thức ta dùng lệnh conv; để chia 2 đa thức ta dùng lệnh deconv.
Muốn tính trị số của đa thức ta dùng lệnh polyval và lệnh polyvalm dùng khi đa thức
là ma trận.
c. Các lệnh xử lí hàm: Lệnh fplot vẽ đồ thị hàm toán học giữa các giá trị đã
cho. Ví dụ:
fplot(‘f1’, [-5 5 ])
5
grid on
Cho một hàm toán học một biến, ta có thể dùng lệnh fminbnd của MATLAB
để tìm cực tiểu địa phương của hàm trong khoảng đã cho. Ví dụ:
f = inline('1./((x - 0.3).^2+0.01) + 1./((x - 0.9).^2 + 0.04) - 6 ');
x = fminbnd(f, 0.3, 1)
Lệnh fminsearch tương tự hàm fminbnd dùng để tìm cực tiểu địa phương của
hàm nhiều biến. Ta có hàm 3 biến lưu trong file three_var.m như sau:
function b = three_var(v)
x = v(1);
y = v(2);
z = v(3);
b = x.^2 + 2.5*sin(y) - z^2*x^2*y^2;
Bây giờ tìm cực tiểu đối với hàm này bắt đầu từ x = -0.6 , y = -1.2 và z = 0.135 bằng
các lệnh:
v = [-0.6 -1.2 0.135];
a = fminsearch('three_var', v)
Lệnh fzero dùng để tìm điểm zero của hàm một biến. Ví dụ để tìm giá trị không của
hàm lân cận giá trị -0.2 ta viết:
f = inline('1./((x - 0.3).^2 + 0.01) + 1./((x - 0.9).^2 + 0.04) - 6');
a = fzero(f, -0.2)
Zero found in the interval: [-0.10949, -0.264].
a =
-0.1316
6. Các phép toán trên ma trận và vec tơ:
a. Khái niệm chung: Giả sử ta tạo ra các ma trận a và b bằng các lệnh:
a = [1 2 3; 4 5 6];
b = [3 -2 1];
Ta có thể sửa đổi chúng:
A = [a; 7 8 9]
B = [b; [1 0 -1]]'
6
Toán tử ‘ dùng để chuyển vị một ma trận thực và chuyển vị liên hợp một ma trận
phức. Nếu chỉ muốn chuyển vị ma trận phức, ta dùng thêm toán tử “.” nghĩa là phải
viết “.’”. Ví dụ:
C = [1 + 2*i
X = C'
2 - 4*i; 3 + i
2 - 2*j];
Y = C.’
b. Chỉ số: Phần tử ở hàng i cột j của ma trận m×n có kí hiệu là A(i, j). Tuy
nhiên ta cũng có thể tham chiếu tới phần tử của mảng nhờ một chỉ số, ví dụ A(k) với k
= i + (j - 1)m. Cách này thường dùng để tham chiếu vec tơ hàng hay cột. Trong trường
hợp ma trận đầy đủ thì nó được xem là ma trận một cột dài tạo từ các cột của ma trận
ban đầu. Như vậy viết A(5) có nghĩa là tham chiếu phần tử A(2, 2).
Để xác định kích thước của một ma trận ta dùng lệnh length(trả về kích thước
lớn nhất) hay size(số hàng và cột). Ví dụ:
c = [1 2 3 4; 5 6 7 8];
length(c)
[m, n] = size(c)
c. Toán tử “:” : Toán tử “:” là một toán tử quan trọng của MATLAB. Nó xuất
hiện ở nhiều dạng khác nhau. Ví dụ:
1:10
tạo một vec tơ hàng chứa 10 số nguyên từ 1 đến 10. Lệnh:
100: -7: 50
tạo một dãy số từ 100 đến 51, giảm 7 mỗi lần. Lệnh:
0: pi/4: pi
tạo một dãy số từ 0 đến pi, cách đều nhau pi/4
Các biểu thức chỉ số tham chiếu tới một phần của ma trận. Viết A(1:k, j) là tham
chiếu đến k phần tử đầu tiên của cột j. Ngoài ra toán tử “:” tham chiếu tới tất cả các
phần tử của một hàng hay một cột. Ví dụ:
B = A(:, [1 3 2 ])
tạo ra ma trận B từ ma trận A bằng cách đổi thứ tự các cột từ [1 2 3] thành [1 3 2]
7
d. Tạo ma trận bằng hàm có sẵn: MATLAB cung cấp một số hàm để tạo các
ma trận cơ bản:
zeros
tạo ra ma trận mà các phần tử đều là zeros
z = zeros(2, 4)
ones
tạo ra ma trận mà các phần tử đều là 1
x = ones(2, 3)
y = 5*ones(2, 2)
rand
tạo ra ma trận mà các phần tử ngẫu nhiên phân bố đều
d = rand(4, 4)
randn t ạo ra ma trận mà các phần tử ngẫu nhiên phân bố trực giao
e = randn(3, 3)
magic(n) tạo ra ma trận cấp n gồm các số nguyên từ 1 đến n2 với tổng các hàng
bằng tổng các cột n phải lớn hơn hay bằng 3.
pascal(n) tạo ra ma trận xác định dương mà các phần tử lấy từ tam giác Pascal.
pascal(4)
eye(n) tạo ma trận đơn vị
eye(3)
eye(m, n) tạo ma trận đơn vị mở rộng
eye(3, 4)
e. Lắp ghép: Ta có thể lắp ghép(concatenation) các ma trận có sẵn thành một
ma trận mới. Ví dụ:
a = ones(3, 3)
b = 5*ones(3, 3)
c = [a + 2; b]
f. Xoá hàng và cột : Ta có thể xoá hàng và cột từ ma trận bằng dùng dấu []. Để
xoá cột thứ 2 của ma trận b ta viết:
b(:, 2) = []
8
Viết x(1: 2: 5) = [] nghĩa là ta xoá các phần tử bắt đầu từ đến phần tử thứ 5 và cách 2
rồi sắp xếp lại ma trận.
g. Các lệnh xử lí ma trận:
Cộng
Trừ
: X= A + B
: X= A - B
Nhân
: X= A * B
: X.*A nhân các phần tử tương ứng với nhau
: X = A/B lúc đó X*B = A
: X = A\B lúc đó A*X = B
: X=A./B chia các phần tử tương ứng với nhau
Chia
Luỹ thừa : X = A^2
: X = A.^2
Nghịch đảo : X = inv(A)
Định thức : d = det(A)
7. Tạo số ngẫu nhiên: MATLAB có các lệnh tạo số ngẫu nhiên là rand và randn tạo
ra các số ngẫu nhiên theo phân bố Gauss.
rand(m, n) tạo ra ma trận các số ngẫu nhiên phân bố đồng nhất.
randn(m, n) tạo ra ma trận các số ngẫu nhiên theo phân bố chuẩn Gauss.
rand(3, 3)
randn(3, 3)
8. Các lệnh dùng lập trình:
a. Các phát biểu điều kiện if, else, elseif:
Cú pháp của if:
if <biểu thức điều kiện>
<phát biểu>
end
Nếu <biểu thức điều kiện> cho kết quả đúng thì phần lệnh trong thân của if được thực
hiện.
Các phát biểu else và leseif cũng tương tự.
Ví dụ: Ta xét chương trình) ct1_4. m để đoán tuổi như sau:
clc
disp(‘Xin chao! Han hanh duoc lam quen’);
x = fix(30*rand);
disp(‘Tuoi toi trong khoang 0 - 30’);
gu = input(‘Xin nhap tuoi cua ban: ‘);
if gu < x
disp(‘Ban tre hon toi’);
elseif gu > x
9
disp(‘Ban lon hon toi’);
disp(‘Ban bang tuoi toi’);
else
end
b. switch: Cú pháp của switch như sau :
switch <biểu thức>
case n1 : <lệnh 1>
case n2 : <lệnh 2>
. . . . . . . . . . . . . . .
case nn : <lệnh n>
otherwise : <lệnh n+1>
end
c. while: vòng lặp while dùng khi không biết trước số lần lặp. Cú pháp của nó
như sau:
while <biểu thức>
<phát biểu>
end
Xét chương trình in ra chuoi “Xin chao” lên mà hình với số lần nhập từ bàn
phím ct1_5.m như sau:
clc
disp('xin chao');
gu = input('Nhap so lan in: ');
i = 0;
while i ~= gu
disp(['Xin chao' i]);
i = i + 1
end
d. for: vòng lặp for dùng khi biết trước số lần lặp. Cú pháp như sau:
for <chỉ số> = <giá trị đầu> : <mức tăng> : <giá trị cuối>
Ta xây dựng chương trình đoán số ct1_6.m:
clc
x = fix(100*rand);
n = 7;
t = 1;
for k = 1:7
num = int2str(n);
disp(['Ban co quyen du doan ', num, ' lan']);
disp('So can doan nam trong khoang 0 - 100');
gu = input('Nhap so ma ban doan: ');
10
if gu < x
disp('Ban doan nho hon');
elseif gu > x
disp('So ban doan lon hon');
else
disp('Ban da doan dung. Xin chuc mung');
t = 0;
break;
end
n = n - 1;
end
if t > 0
disp('Ban khong doan ra roi');
numx = int2str(x);
disp(['Do la so: ', numx]);
end
e. break: phát biểu break để kết thúc vòng lặp for hay while mà không quan
tâm đến điều kiện kết thúc vòng lặp đã thoả mãn hay chưa.
§2. ĐỒ HOẠ TRONG MATLAB
1. Các lệnh vẽ: MATLAB cung cấp một loạt hàm để vẽ biểu diễn các vec tơ số liệu
cũng như giải thích và in các đường cong này.
plot
plot3
polar
đồ họa 2-D với số liệu 2 trục vô hướng và tuyến tính
đồ họa 3-D với số liệu 2 trục vô hướng và tuyến tính
đồ hoạ trong hệ toạ độ cực
loglogđồ hoạ với các trục logarit
semilogx đồ hoạ với trục x logarit và trục y tuyến tính
semilogy
đồ hoạ với trục y logarit và trục x tuyến tính
plotyyđồ hoạ với trục y có nhãn ở bên trái và bên phải
2. Tạo hình vẽ: Hàm plot có các dạng khác nhau phụ thuộc vào các đối số đưa vào.
Ví dụ nếu y là một vec tơ thì plot(y) tạo ra một đường thẳng quan hệ giữa các giá trị
của y và chỉ số của nó. Nếu ta có 2 vec tơ x và y thì plot(x, y) tạo ra đồ thị quan hệ
giữa x và y.
t = [0: pi/100: 2*pi]
y = sin(t);
plot(t, y)
grid on
polar(t, y)
11
3. Đặc tả kiểu đường vẽ: Ta có thể dùng các kiểu đường vẽ khác nhau khi vẽ hình.
Muốn thế ta chuyển kiểu đường vẽ cho hàm plot. Ta viết chương trình ct1_7.m tạo ra
đồ thị hàm hình sin:
t = [0: pi/100: 2*pi];
y = sin(t);
plot(t, y, ’. ‘) % vẽ bằng đường chấm chấm
grid on
4. Đặc tả màu và kích thước đường vẽ: Để đặc tả màu và kích thước đường vẽ ta
dùng các tham số sau:
LineWidth
độ rộng đường thẳng,tính bằng số điểm
màu của các cạnh của khối đánh dấu
màu của khối đánh dấu
MarkerEdgeColor
MarkerFaceColor
MarkerSize
kích thước của khối đánh dấu
Màu được xác định bằng các tham số:
Mã
r
g
b
c
Màu
red
green
blue
cyan
Mã
m
y
k
w
Màu
magenta
yellow
black
white
Các dạng điểm đánh dấu xác định bằng:
Mã
+
o
Kiểu đánh dấu
dấu cộng
vòng tròn
Mã
.
x
s
Kiểu đánh dấu
điểm
chữ thập
*
dấu sao
hình vuông
d
^
>
p
hạt kim cương
điểm tam giác hướng lên
tam giác sang phải
ngũ giác
v
<
h
điểm tam giác hướng xuống
tam giác sang trái
lục giác
Các dạng đường thẳng xác định bằng:
Mã
-
--
Kiểu đường
đường liền
đường đứt nét
Mã
:
-.
Kiểu đường
đường chấm chấm
đường chấm gạch
Ta xét chương trình ct1_8.m như sau:
x = -pi : pi/10 : pi;
12
y = tan(sin(x)) - sin(tan(x));
plot(x, y, '--rs’, 'LineWidth', 2, 'MarkerEdgeColor', 'k',...
'MarkerFaceColor', 'g', 'MarkerSize', 10)
Chương trình này sẽ vẽ đường cong y = f(x) có các đặc tả sau :
- đường vẽ là đường đứt nét(--)
- khối đánh dấu hình vuông (s), đường vẽ màu đỏ(r)
- đường vẽ rộng 2 point
- các cạnh của khối đánh màu đen
- khối đánh dấu màu green
- kích thước khối đánh dấu 10 point
5. Thêm đường vẽ vào đồ thị đã có: Để làm điều này ta dùng lệnh hold. Khi ta đánh
lệnh hold on thì MATLAB không xoá đồ thị đang có. Nó thêm số liệu vào đồ thị mới
này. Nếu phạm vi giá trị của đồ thị mới vượt quá các giá trị của trục toạ độ cũ thì nó
sẽ định lại tỉ lệ xích.
6. Chỉ vẽ các điểm số liệu: Để vẽ các điểm đánh dấu mà không nối chúng lại với
nhau ta dùng đặc tả nói rằng không có các đường nối giữa các điểm, nghĩa là ta gọi
hàm plot chỉ với đặc tả màu và điểm đánh dấu. Ta xét chương trình ct1_9.m như sau:
x = -pi : pi/10 : pi;
y = tan(sin(x)) - sin(tan(x));
plot(x, y, 's', 'MarkerEdgeColor', 'k')
7. Vẽ các điểm và đường: Để vẽ cả các điểm đánh dấu và đường nối giữa chúng ta
cần mô tả kiểu đường và kiểu điểm. Ta xét chương trình ct1_10.m:
x = 0:pi/15:4*pi;
y = exp(2*sin(x));
plot(x, y, '-r', x, y, 'ok')
dùng vẽ đường cong y = f(x) có đường nối liền, màu đỏ. Điểm đánh dấu là
chữ o có màu đen.
8. Vẽ với hai trục y: Lệnh plotyy cho phép tạo một đồ thị có hai trục y. Ta cũng có
thể dùng plotyy để cho giá trị trên hai trục y có kiểu khác nhau nhằm tiện so sánh. Ta
xét chương trình ct1_11.m:
t = 0:900;
A = 1000;
b = 0.005;
a = 0.005;
13
z2 = sin(b*t);
z1 = A*exp(-a*t);
[haxes, hline1, hline2] = plotyy(t, z1, t, z2,'semilogy', 'plot');
9. Vẽ đường cong với số liệu 3 - D: Nếu x, y, z là 3 vec tơ có cùng độ dài thì plot3 sẽ
vẽ đường cong 3D. Ta viết chương trình ct1_12.m:
t = 0:pi/50:10*pi;
plot3(sin(t),cos(t),t)
axis square;
grid on
10. Đặt các thông số cho trục: Khi ta tạo một hình vẽ, MATLAB tự động chọn các
giới hạn trên trục toạ độ và khoảng cách đánh dấu dựa trên số liệu dùng để vẽ. Tuy
nhiên ta có thể mô tả lại phạm vi giá trị trên trục và khoảng cách đánh dấu theo ý
riêng. Ta có thể dùng các lệnh sau:
axis
đặt lại các giá trị trên trục toạ độ
axes
tạo một trục toạ độ mới với các đặc tính được mô tả
get và set cho phép xác định và đặt các thuộc tính của trục toạ độ đang
có
gca
trở về trục toạ độ cũ
MATLAB chọn các giới hạn trên trục toạ độ và khoảng cách đánh dấu dựa trên số
liệu dùng để vẽ. Dùng lệnh axis có thể đặt lại giới hạn này. Cú pháp của lệnh:
axis[ xmin , xmax , ymin , ymax]
Ta xét chương trình ct1_13.m như sau:
x = 0:0.025:pi/2;
plot(x, tan(x), '-ro')
axis([0 pi/2 0 5])
MATLAB chia vạch trên trục dựa trên phạm vi dữ liệu và chia đều. Ta có thể mô tả
cách chia nhờ thông số xtick và ytick bằng một vec tơ tăng dần. Ví dụ xét chương
trình ct1_14.m:
x = -pi: .1: pi;
y = sin(x);
plot(x, y)
set(gca, 'xtick', -pi :pi/2:p);
set(gca, 'xticklabel', {'-pi', '-pi/2', '0', 'pi/2', 'pi'})
11. Ghi nhãn lên các trục toạ độ: MATLAB cung cấp các lệnh ghi nhãn lên đồ hoạ
gồm :
title
thêm nhãn vào đồ hoạ
14
xlabelthêm nhãn vào trục x
ylabel thêm nhãn vào trục y
zlabel thêm nhãn vào trục z
legend
text
gtext
\bf
thêm chú giải vào đồ thị
hiển thị chuỗi văn bản ở vị trí nhất định
đặt văn bản lên đồ hoạ nhờ chuột
bold font
\it
italics font
\sl
\rm
oblique font (chữ nghiêng)
normal font
Các kí tự đặc biệt xem trong String properties của Help.
Ta dùng các lệnh xlabel , ylabel , zlabel để thêm nhãn vào các trục toạ độ. Ta có thể
thêm văn bản vào bất kì chỗ nào trên hình vẽ nhờ hàm text. Ta có chương trình
ct1_15.m:
x = -pi: .1: pi;
y = sin(x);
plot(x, y)
xlabel('t = 0 to 2\pi', 'Fontsize', 16)
ylabel('sin(t)', 'Fontsize', 16)
title('\it{Gia tri cua sin tu zero đến 2 pi}', 'Fontsize', 16)
text(3*pi/4, sin(3*pi/4),'\leftarrowsin(t ) = 0.707', 'FontSize', 12)
12. Định vị văn bản trên hình vẽ: Ta có thể sử dụng đối tượng văn bản để ghi chú
các trục ở vị trí bất kì. MATLAB định vị văn bản theo đơn vị dữ liệu trên trục. Ví dụ
để vẽ hàm y = Aeαt với A = 0.25 , t = 0 đến 900 và α = 0.005 ta viết chương trình
ct1_16.m:
t = 0: 900;
plot(t, 0.25*exp(-0.005*t))
plot(t, y)
text(300, .25*exp(-.005*300),...
'\bullet\leftarrow\fontname{times}0.25{\ite}^{- 0.005{\itt}} tai,...
{\itt} = 300', 'FontSize', 14)%ghi chu tai t = 300
Tham số HorizontalAlignment và VerticalAlignment định vị văn bản so với các toạ
độ x, y, z đã cho.
13. Đồ hoạ đặc biệt:
a. Khối và vùng: Đồ hoạ khối và vùng biểu diễn số liệu là vec tơ hay ma trận.
MATLAB cung cấp các hàm đồ hoạ khối và vùng :
bar
hiển thị các cột của ma trận m*n như là m nhóm, mỗi nhóm có n
bar
15
barh
bar3
hiển thị các cột của ma trận m*n như là m nhóm, mỗi nhóm có n
bar nằm ngang
hiển thị các cột của ma trận m*n như là m nhóm, mỗi nhóm có n
bar dạng 3D
bar3h
hiển thị các cột của ma trận m*n như là m nhóm, mỗi nhóm có n
bar dạng 3D nằm ngang
Mặc định, mỗi phần tử của ma trận được biểu diễn bằng một bar. Ta xét chương trình
ct1_17.m:
y = [5 2 1
6 7 3
8 6 3
5 5 5
1 5 8];
bar(y)
b. Mô tả dữ liệu trên trục: Ta dùng các hàm xlabel và ylabel để mô tả các dữ
liệu trên trục. Ta xét chương trình ct1_18.m:
nhdo = [29 23 27 25 20 23 23 27];
ngay = 0: 5: 35;
bar(ngay, nhdo)
xlabel('Ngay')
ylabel('Nhiet do (^{o}C)')
set(gca,'YLim',[15 30],'Layer','top')
grid on
set(gca,'YLim',[15 30])
Mặc định,phạm vi giá trị của trục y là từ 0 đến 30. Để xem nhiệt độ trong khoảng từ
15 đến 30 ta thay đổi phạm vi giá trị của trục y:
set(gca,'YLim',[15 30],'Layer','top')
và trên đồ thị, phạm vi giá trị của trục y đã thay đổi.
c. Xếp chồng đồ thị: Ta có thể xếp chồng số liệu trên đồ thị thanh bằng cách
tạo ra một trục khác trên cùng một vị trí và như vậy ta có một trục y độc lập với bộ số
liệu khác.
TCE = [515 420 370 250 135 120 60 20];
nhdo = [29 23 27 25 20 23 23 27];
ngay = 0:5:35;
bar(ngay, nhdo)
xlabel('Ngay')
16
ylabel('Nhiet do (^{o}C)')
Để xếp chồng một số liệu lên một đồ thị thanh ở trên, có trục thứ 2 ở cùng vị trí
như trục thứ nhất ta viết:
h1 = gca;
và tạo trục thứ 2 ở vị trí trục thứ nhất trước nhất vẽ bộ số liệu thứ 2:
h2 = axes('Position',get(h1,'Position'));
plot(days,TCE,'LineWidth',3)
Để trục thứ 2 không gây trở ngại cho trục thứ nhất ta viết:
set(h2,'YAxisLocation','right','Color','none','XTickLabel',[])
set(h2,'XLim',get(h1,'XLim'),'Layer','top')
Để ghi chú lên đồ thị ta viết:
text(11,380,'Mat do','Rotation',--55,'FontSize',16)
ylabel('TCE Mat do (PPM)')
title('Xep chong do thi','FontSize',16)
(lưu trong ct1_19.m)
d. Đồ hoạ vùng: Hàm area hiển thị đường cong tạo từ một vec tơ hay từ một
cột của ma trận. Nó vẽ các giá trị của một cột của ma trận thành một đường cong
riêng và tô đầy vùng không gian giữa các đường cong và trục x. ta xét chương trình
ct1_20.m:
Y = [5 1 2
8 3 7
9 6 8
5 5 5
4 2 3];
area(Y)
hiển thị đồ thị có 3 vùng, mỗi vùng một cột. Độ cao của mỗi đồ thị vùng là tổng các
phần tử trong một hàng. Mỗi đường cong sau sử dụng đường cong trước làm cơ sở.
Để hiển thị đường chia lưới ta dùng lệnh:
set(gca,'Layer','top')
set(gca,'XTick',1:5)
grid on
f. Đồ thị pie: Đồ thị pie hiển thị theo tỉ lệ phần trăm của một phần tử của một
vec tơ hay một ma trận so với tổng các phần tử. Các lệnh pie và pie3 tạo ra đồ thị 2D
và 3D. ta xét chương trình ct1_21.m:
X = [19.3 22.1 51.6;
17
34.2 70.3 82.4;
61.4 82.9 90.8;
50.5 54.9 59.1;
29.4 36.3 47.0];
x = sum(X);
explode = zeros(size(x));
[c,offset] = max(x);
explode(offset) = 1;
h = pie(x,explode)
%A = [ 1 3 6];
%pie3(A)
Khi tổng các phần tử trong đối số thứ nhất bằng hay lớn hơn 1, pie và pie3 chuẩn hoá
các giá trị. Như vậy cho vec tơ x, mỗi phần có diện tích xi /sum(xi ) với xi là một
phần tử của x. Giá trị được chuẩn hoá mô tả phần nguyên của mỗi vùng. Khi tổng các
phần tử trong đối số thứ nhất nhỏ hơn 1, pie và pie3 không chuẩn hoá các phần tử của
vec tơ x. Chúng vẽ một phần pie.
x = [.19 .22 .41];
pie(x)
g. Làm hình chuyển động: Ta có thể tạo ra hình chuyển động bằng 2 cách
tạo và lưu nhiều hình khác nhau và lần lượt hiển thị chúng
•
•
vẽ và xoá liên tục một đối tượng trên màn hình,mỗi lần vẽ lại có sự thay đổi.
Với cách thứ nhất ta thực hiện hình chuyển động qua 3 bước:
dùng hàm moviein để dành bộ nhớ cho một ma trận đủ lớn nhằm lưu các
khung hình.
•
•
dùng hàm getframes để tạo các khung hình.
dùng hàm movie để hiển thị các khung hình.
•
Sau đây là ví dụ sử dụng movie để quan sát hàm fft(eye(n)).Ta tạo chương trình
ct1_22.m như sau :
axis equal
M = moviein(16, gcf);
set(gca, 'NextPlot', 'replacechildren')
h = uicontrol('style', 'slider', 'position',[100 10 500 20], 'Min', 1, 'Max', 16)
for j = 1:16
plot(fft(eye(j + 16)))
set(h, 'Value', j)
M(:, j) = getframe(gcf);
end
clf;
axes('Position', [0 0 1 1]);
18
movie(M, 30)
Bước đầu tiên để tạo hình ảnh chuyển động là khởi gán ma trận. Tuy nhiên trước khi
gọi hàm moviein, ta cần tạo ra các trục toạ độ có cùng kích thước với kích thước mà
ta muốn hiển thị hình. Do trong ví dụ này ta hiển thị các số liệu cách đều trên vòng
tròn đơn vị nên ta dùng lệnh axis equal để xác định tỉ lệ các trục. Hàm moviein tạo ra
ma trận đủ lớn để chứa 16 khung hình. Phát biểu:
set(gca, 'NextPlot', 'replacechildren')
ngăn hàm plot đưa tỉ lệ các trục về axis normal mỗi khi nó được gọi. Hàm getframe
không đối số trả lại các điểm ảnh của trục hiện hành ở hình hiện có. Mỗi khung hình
gồm các số liệu trong một vec tơ cột. Hàm getframe(gcf) chụp toàn bộ phần trong của
một cửa sổ hiện hành. Sau khi tạo ra hình ảnh ta có thể chạy chúng một số lần nhất
định ví dụ 30 lần nhờ hàm movie(M, 30) .
Một phương pháp nữa để tạo hình chuyển động là vẽ và xoá, nghĩa là vẽ một
đối tượng đồ hoạ rồi thay đổi vị trí của nó bằng cách thay đổi toạ độ x, y và z một
lượng nhỏ nhờ một vòng lặp. Ta có thể tạo ra các hiệu ứng khác nhau nhờ các cách
xoá hình khác nhau. Chúng gồm:
•
none
background
MATLAB không xoá đối tượng khi nó di chuyển
MATLAB xoá đối tượng bằng cách vẽ nó có màu
nền
•
•
xor
MATLAB chỉ xoá đối tượng
Ta tạo ra M-file có tên là ct1_23.m như sau:
A = [ -8/3 0 0; 0 -10 10; 0 28 -1 ];
y = [35 -10 -7]';
h = 0.01;
p = plot3(y(1), y(2), y(3),'.', ...
'EraseMode', 'none', 'MarkerSize', 5);
axis([0 50 -25 25 -25 25])
hold on
for i = 1:4000
A(1,3) = y(2);
A(3,1) = -y(2);
ydot = A*y;
y = y + h*ydot;
set(p, 'XData', y(1), 'YData', y(2), 'ZData', y(3)) % thay doi toa do
drawnow
i = i + 1;
end
13. Đồ hoạ 3D:
19
a.Các lệnh cơ bản: Lệnh mesh và surf tạo ra lưới và mặt 3D từ ma trận số liệu.
Gọi ma trận số liệu là z mà mỗi phần tử của nó z(i, j) xác định tung độ của mặt thì
mesh(z) tạo ra một lưới có màu thể hiện mặt z còn surf(z) tạo ra một mặt có màu z.
b. Đồ thị các hàm hai biến: Bước thứ nhất để thể hiện hàm 2 biến z=f(x,y) là
tạo ma trận x và y chứa các toạ độ trong miền xác định của hàm. Hàm meshgrid sẽ
biến đổi vùng xác định bởi 2 vec tơ x và y thành ma trận x và y. Sau đó ta dùng ma
trận này để đánh giá hàm.
Ta khảo sát hàm sin(r)/r. Để tính hàm trong khoảng -8 và 8 theo x và y ta chỉ
cần chuyển một vec tơ đối số cho meshgrid:
[x,y] = meshgrid(-8:.5:8);
r = sqrt(x.^2 + y.^2) + 0.005;
ma trận r chứa khoảng cách từ tâm của ma trận. Tiếp theo ta dùng hàm mesh để vẽ
hàm.
z = sin(r)./r;
mesh(z)
c. Đồ thị đường đẳng mức: Các hàm contour tạo, hiển thị và ghi chú các đường
đẳng mức của một hay nhiều ma trận. Chúng gồm:
clabel
contour
tạo các nhãn sử dụng ma trận contour và hiển thị nhãn
hiển thị các đường đẳng mức tạo bởi một giá trị cho trước của ma
trận Z.
contour3 hiển thị các mặt đẳng mức tạo bởi một giá trị cho trước của ma
trận Z.
contourf
hiển thị đồ thị contour 2D và tô màu vùng giữa 2 các đường
contourc hàm cấp thấp để tính ma trận contour
Hàm meshc hiển thị contour và lưới và surfc hiển thị mặt contour.
[X,Y,Z] = peaks;
contour(X,Y,Z,20)
Mỗi contour có một giá trị gắn với nó. Hàm clabel dùng giá trị này để hiển thị nhãn
đường đồng mức 2D. Ma trận contour chứa giá trị clabel dùng cho các đường contour
2D. Ma trận này được xác định bởi contour, contour3 và contourf.
Để hiển thị 10 đường đẳng mức của hàm peak ta viết:
Z = peaks;
[C,h] = contour(Z,10);
clabel(C,h)
title({'Cac contour co nhan','clabel(C,h)'})
20
Tải về để xem bản đầy đủ
474 trang
26080
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Matlab cơ bản (Bản đẹp)", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_matlab_co_ban_ban_dep.pdf
