面向矩陣的編程——【轉帖】寫給matlab新手

本人接觸matlab已經有5年多的時間了，一直想寫點東西，但是之前不知道放在哪裏才能發揮它的最大作用，直到幾天前碰上了這個論壇（有點像諸葛亮遇見姜維，哈哈）。

廢話不說，我想借貴論壇寶地，寫一些經驗給使用matlab的新手們，當然了，老大們也可以看看，不嫌棄我寫得粗糙的話還可以指點一下，先謝過了～～～～

首先我想說的是，matlab跟其他語言不一樣（我用的比較多的編程語言，除了matlab就應該是c或c＋＋了，VB和Delphi也接觸過，我想版面(matlab版)大部分人也差不多），如果你抱着“把其他語言的思想運用在matlab裏面”的話，那麼我想，即使程序運行不出錯，也很難把握matlab的精髓，也就很難發揮matlab的作用了。所以，如果你是希望掌握一門語言、一個工具，使它更有效爲你服務的話，那麼，希望本文對你有所幫助，請精讀；如果你是希望matlab作爲VC的附屬品，即你不想在matlab上面花太多功夫，只純粹想用matlab來完成VC做不了或很難做成的任務的話，那麼，本文你也應該至少瀏覽一下。

Matlab是一個基於矩陣運算的軟件，這恐怕是衆所周知的事情了，但是，真正在運用的時候（就是在編程的時候），許多人（特別是初學者）往往沒有注意到這個問題，因此，for循環（包括while循環）滿天飛…………..這不僅是暴殄天物（沒有發揮matlab所長），還浪費了你寶貴的時間。對此，版友MVH在他的“MATLAB 小技巧”一文中也有所涉及，雷同的東西我也就不重複了，matlab的“幫助”裏面也有相關的指示。我這裏想說的一點是，初學者往往在初始化矩陣的時候注意到這個問題，懂得了使用矩陣而不是循環來賦值，但是，在其他環節上，就很容易疏忽，或者說，仍然沒有擺脫C＋＋的思想。舉個例子吧，下面的代碼是我的一個師弟寫的，我想他接觸matlab也有2、3年時間了（在此說明一下，接觸2、3年並不是表示每天都會跟matlab打交道，我本人也不是，只是在一年某幾個時間段裏面連續使用），但是仍然會出現類似的問題：

J = 0;
lt = size(imf1,2);
for (i = 1:lt)
    if (abs(imf1(i)) > 1)
        J = 1;
        break
    end
end

上面的代碼實現了一個目的――檢查信號imf1（一個向量）是否存在絕對值大於1的點，這顯然是基於C＋＋的思想寫出來的。如果在matlab下面，其實用兩個語句就足夠了（當然，可以合併爲一個）：

q = find(imf1>1);
J = ~isempty(q);

這樣的修改帶來的好處是很可觀的。

又如：

for j = 1:num
    imf1(start1+j) = 2*li1(j+1) - imf1(start1+j);
end

這是一個對稱翻折的問題，它完全可以用以下這個語句簡潔表示：
imf1(start1+1:start1+num) = 2*li1(2:num+1) - imf1(start1+1:start1+num);

因此，如果是新手，可以先用循環（基於C＋＋的思想）來編寫代碼，然後看看能否用matlab的語言（基於矩陣的思想）來改進。當然，這樣做的前提是你對matlab提供的一些函數比較熟悉才行，這些函數在matlab的“幫助”那裏搜索“Functions Used in Vectorizing”就可以找到一些，其他的也可以找相關的書籍（沒找到？不可能，電子版總可以下載到的）

對提高matlab編程能力的方法，我想主要有以下三個：
1. 查help
    如何查？抽絲剝繭法，具體請看此貼2樓：matlab畫的三維圖的怎麼使x軸的label標註平行於x軸

2. 多上上論壇，搜索帖子、發帖子提問

3. 閱讀別人、特別是牛人的程序

當然了，正如所有的程序語言一樣，“3分課本7分上機”，一定要動手才行，不能光看。多想、多思考、多嘗試，纔是正路。以下技巧就是平日動手編程、閱讀別人的帖子後整理出來的（不斷添加中）：

• 1. matlab的運算是基於矩陣的，但是也提供了對應元素的運算，即在運算符前面加上“點”。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
  
  也就是說，沒有加“點”的運算是對整個矩陣而言的，稱爲矩陣運算（整體運算），而加了“點”的運算是對每個元素而言的，稱爲點運算（局部運算）。另外，一般情況下，matlab作點運算（理解爲左右兩個對象（矩陣）的對應元素參與該運算）時，兩個矩陣的維數和長度都要求是同大小的，且此時要在運算法前面添加“點”，但是在某些情況下該“點”可以省略，例如一個標量a和一個向量b（或者矩陣）相加、相減、相乘、b/a時都可以不需要加點，表示b中每個元素都和a進行運算（即點運算的效果）

• 2. 強烈建議大家在命名自己的函數名（更加準確應該說m文件名）時，在名稱前面加上 my 等個人專用標識，即假如你要把你的函數命名爲conv，則最好寫成 myConv，否則容易與matlab自帶的函數（m文件）名字重複而導致“Attempt to execute SCRIPT conv as a function”的錯誤！當你碰到這個錯誤時，可以在命令窗口中輸入 which conv all 來看看到底有否重複命名了該函數，有的話，建議把自己命名的文件改名，保留 matlab 自帶的文件。此外，命名文件名時，必須符合標識符的規範，即不能以數字開頭等等，否則會出現莫名其妙的錯誤！
  
  
• 3. 在條件判斷中，y==0, a-b==0這類語句應該儘量避免使用，除非你可以保證y、a、b在整個計算過程中是整數，否則兩個浮點數相減、或者一個浮點數不可能完全等於0。因此，對浮點數進行條件判斷時，最好採用 abs(a-b) <= 1e-005 這種方式來進行等值比較
  
• 4. 循環變量遞減時必須顯式給出步長，即 i = 5:-1:-5 （假設步長爲-1），如果遞增時且步長爲1，則可以省略，簡寫作 i = -5:5
  
• 5. 在引號環境下的語句中，如果需要使用單引號，則要寫成兩個單引號的形式，不能用一個雙引號代替！例如： ...'callback','[imp,Fs,bits]=wavread(''temp.wav'');'  文件名 temp.wav 外面的是兩個單引號
  
• 6. 如果你編寫的函數帶有輸入參數（例如 x ），則跟其他語言一樣，這只是形式參數，所以不能通過直接運行該函數（或者m文件）來測試，這樣會出現 ??? Input argument "x" is undefined. 的錯誤。一定要從其他地方（如命令窗口或者其他函數對其調用）來傳遞真實值，此時 x 纔是實際參數。如果你有C語言的編程經驗，命令窗口就相當於main函數；如果沒有，以下是舉例：
  myPlus.m：
  1. function d = myPlus(a,b)
  2. d = a + b;

  複製代碼
  命令窗口：
  1. >> x = 2;
  2. >> y = 5;
  3. >> z = myPlus(x,y)

  複製代碼
  此外，和每一種編程語言一樣，所有定義的變量都有一定的作用域。雖然matlab 宣稱變量不需要定義即可以直接使用，但是，事實上任何編程語言的變量都需要先定義才能使用，所以 matlab 也不例外（看來真的是“ matlab 宣稱變量不需要定義”惹的禍），只不過所不同的是並非使用 int x 這種方式來定義，而是使用一個簡單的賦值語句包含定義+初始化。因此，如果直接使用未定義的變量（最常用的是在“=”右邊首次出現），則會出現“Undefined function or variable” 的錯誤！例如：
  1. function y = myTest(x)
  2. z = x * 2;
  3. y = t + z;

  複製代碼
  則運行時 matlab 會報錯：Undefined function or variable t ！此時當實際參數傳遞給輸入變量 x 後， x、z 就被定義了，但是 t  卻沒有。
  
  因此，強烈建議在使用變量之前（特別是循環中使用數組），先預分配空間，這樣容易減少很多莫名其妙的錯誤，具體做法參見以下圖片：

 

• 7. 如何調試程序：編好程序（先保證代碼沒有語法錯誤），設置斷點（m文件編輯窗口中菜單 Debug 有 Set/Clear breakpoint），運行程序（菜單 Debug 有 Run 或 Save & Run），此時 matlab 會停在斷點處，各變量的值可以通過鼠標停留在變量名上觀察到，或者在命令窗口中敲入變量名後得到
  
• 8. 對於matlab自帶函數（命令）的問題，請多利用matlab的幫助功能。即在命令窗口中輸入： help eval 或者 doc eval。更多的幫助指令請參閱以下鏈接的帖子：[轉帖]MATLAB中的幫助指令
  
• 9. 對於 mat 文件的讀取，由於存放的是結構體數組，因此調用 A = load('*.mat') 後，得到的 A 並非原始數據，而是一個結構體，此時需要使用".域名" 才能正確得到數據，例如：
  1. A =load('*.mat');

  複製代碼
  後得到：
  
      A = 
            Signal: [85x7794x64 single]
        TargetChar: [1x85 char]
          Flashing: [85x7794 single]
      StimulusCode: [85x7794 single]
      StimulusType: [85x7794 single]
  
  則用：
  1. B = fieldnames(A);

  複製代碼
  可得到各結構體的域名。
  如果要獲得各域中（下以 Signal 爲例）的數據，必須用：
  1. S = A.(B{1});

  複製代碼
  此外，不建議使用 load *; 這種方式讀取 mat 文件（讀取 dat 等其他格式的文件也是類似），因爲此時讀取後的變量名是存儲時設定的，假若文件並非您本人存儲，則無法獲悉這個變量名，通過這種方式是無法在讀取時候指定數據存放在哪個變量中的，這樣將會導致下文不知道使用哪個變量名，甚至會導致出錯！因此，強烈建議採用A = load('*.mat'); 方式進行讀取，當然了，如果文件是您本人存儲的，則用前面的方式比較簡便，這另當別論。下面以 dat 文件作爲例子說明：
  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
  
  因爲這種方式的讀取是把數據默認存放在以“不含後綴的文件名”命名的變量中（這裏爲 1_data），但是由於 1_data 不是合法的標識符，因此 matlab 自動改成 X1_data（不同版本的matlab可能不同），即讀取出來的數據事實上是存放在 X1_data 變量中。如果使用 m 文件方式編程（即 load 1_data.dat 後有分號），則這個變量名根本不會顯示出來，也就是說，對它的改名你是毫不知情的，這時候下文繼續使用 1_data 的話，就會產生錯誤。
  
• 10. matlab 對中文的文件路徑（不光是文件名）不太支持，特別是 6.5 版本。
  
  
• 11. 函數不能在命令窗口中定義，只能在 m 文件中定義。否則出現： ??? Error: Function definitions are not permitted at the prompt or in scripts. 的錯誤！

最後，整理一下常用的快捷鍵（用【】表示）或命令：
1. 在命令窗口(Command Window)中：
1) 【上、下鍵】――切換到之前、之後的命令，可以重複按多次來達到你想要的命令
2) clc――清除命令窗口顯示的語句，此命令並不清空當前工作區的變量，僅僅是把屏幕上顯示出來的語句清除掉
3) clear――這個纔是清空當前工作區的變量命令，常用語句clear all來完成
4) 【Tab】鍵――（轉自版友心燈）在[email protected]看到的：在command窗口，輸入一個命令的前幾個字符，然後按tab鍵，會彈出前面含這幾個字符的所有命令，找到你要的命令，回車，就可以自動完成。目前討論結果是：matlab6.5版本中，如果候選命令超過100個，則不顯示。而在matlab7以後版本中，則沒有這個限制，均可正常提示
5) 【Ctrl+C】（或【Ctrl＋Break】）――（轉自版友yangjin_ren）在matlab程序運行過程中，可能由於程序編寫的失誤，導致程序不停的運行，在命令窗口輸入“Ctrl+C”可以將運行的程序停下來，而不需要將整個Matlab程序關掉。不過進行此操作的前提是能夠激活切換到命令窗口才行，呵呵。
2. 在編輯器(Editor)中：
1) 【Tab】（或【Ctrl+]】）――增加縮進（對多行有效）
2) 【Ctrl+[】－－減少縮進（對多行有效）
3) 【Ctrl+I】－－自動縮進（即自動排版，對多行有效）
4) 【Ctrl+R】――註釋（對多行有效）
5) 【Ctrl+T】――去掉註釋（對多行有效）
6) 【Ctrl+B】――括號配對檢查（對版本6.5有效，但版本7.0以上無效，matlab把這項功能自動集成到編輯器裏面了，即在m文件編輯窗口中會自動進行括號配對檢查，並在窗口右側有紅橙綠三燈提示，具體請參考以下帖子：http://www.simwe.com/forum/thread-746722-1-4.html ）
7) 【F12】――設置或取消斷點
8) 【F5】――運行程序
其餘的例如在Debug狀態下的快捷鍵就不多說了，自己看菜單Debug吧

累了， 有時間再寫吧。希望大家多交流～～～～～～

Coming: （以下東西都是一年前做的了，不知道能否記起，呵呵）——已經全部完成
1) 關於神經網絡的――調用matlab的nntool命令後的使用問題（我做的時候沒有看過其他書籍或資料，是自己閉門造車的結果，如果寫之前發現其他書籍有相關介紹的話就不寫了）
2) 關於外部接口的――matlab與C＋＋Builder的接口，想詳細介紹如何利用matcom 4.5在C++Builder中調用matlab的代碼以及matcom的一些技巧。由於我不是搞項目開發的（搞科研、搞課題的），所以對VC不熟悉，大學的時候學過一點，不過我想對於搞科研來說C＋＋Builder就足夠了，免去很多麻煩，Builder在界面設計和數據庫連接上面（我只接觸過這兩方面）還是做得不錯的。同樣，如果發現其他書籍上有類似的東西就不寫了
3) GUI方面也寫寫吧，只是一點點心得或者體會，呵呵，這個相對簡單些，篇幅相對要少些。

注：本帖不斷更新中，修正的部分用紅色字體表示，增加的部分用藍色字體表示