MATLAB编程全解析：从基础绘图到高效代码优化

# MATLAB编程全解析：从基础绘图到高效代码优化 ## 1. MATLAB绘图基础 ### 1.1 常见绘图函数 MATLAB具备强大的绘图能力，能生成二维、三维图形，显示图像以及创建和播放动画。在信号处理应用中，最常用的两个绘图函数是`plot`和`stem`。 - `plot(x,y)`：用于生成连接数据点的直线图，数据点为`{(x(1),y(1)),(x(2),y(2)),...,(x(N),y(N))}`。 - `stem(x,y)`：以“棒棒糖”形式展示数据。 示例代码如下： ```matlab tt = 0:0.4:4; xx = sin(0.7*pi*tt + 0.1*pi); subplot(2,1,1) plot( tt, xx ) title('Example of plot( tt, xx)') subplot(2,1,2) stem( tt, xx ) title('Example of stem( tt, xx)') ``` ### 1.2 图形窗口操作 MATLAB绘图时会将图形显示在图形窗口中。可以同时打开多个图形窗口，但只有一个是活动窗口。绘图命令的输出会导向活动窗口。 - `figure(n)`：弹出编号为`n`的新图形窗口，若窗口已存在则使其成为活动窗口。 - 可通过`figure`命令控制窗口属性，如大小、位置、颜色等。 ### 1.3 多图绘制 使用`subplot`函数可在一个窗口中绘制多个图形。该函数仅将图形窗口划分为多个小块，并不进行实际绘图。 - `subplot(3,2,tile number)`：将图形窗口划分为3行2列的小块，`tile number`指定绘图位置。 ### 1.4 图形打印与保存 使用`print`命令可将图形打印到打印机或保存为文件。 - 打印到默认打印机：直接输入`print`。 - 保存为文件：需指定设备格式和文件名，如保存为PNG格式：`print -dpng myplot`。 ## 2. 编程结构 ### 2.1 函数式编程 MATLAB支持函数式编程，可嵌套函数调用。例如，计算$\sum_{n=1}^{L} \log (|x_n|)$，可使用以下代码： ```matlab sum( log( abs(x) ) ) ``` ### 2.2 内置函数 许多MATLAB函数可同时处理数组和标量。例如，`cos(x)`会返回一个与`x`大小相同的数组，包含`x`中每个元素的余弦值。 ```matlab cos(x) = ⎡ ⎢⎢⎢⎣ cos(x1,1) cos(x1,2) · · · cos(x1,n) cos(x2,1) cos(x2,2) · · · cos(x2,n) ... ... ... ... cos(xm,1) cos(xm,2) · · · cos(xm,n) ⎤ ⎥⎥⎥⎦ ``` ### 2.3 程序流程控制 MATLAB可使用`if`语句、`while`循环、`for`循环和`switch`语句控制程序流程，具体用法可通过`helpwin`命令查看。 ## 3. MATLAB脚本与函数 ### 3.1 MATLAB脚本 可将在MATLAB命令提示符下输入的表达式存储在扩展名为`.m`的文本文件中，作为脚本执行。例如，将上述绘图代码保存为`plotstem.m`，在命令提示符下输入`plotstem`即可运行。 ### 3.2 自定义函数 可编写自己的函数并添加到MATLAB环境中。函数文件也是`.m`文件，文件首行必须是`function`关键字，其后指定函数的输入和输出参数。 示例函数`foo.m`： ```matlab function y = foo( x, L ) %FOO get last L points of x % usage: % y = foo( x, L ) % where: % x = input vector % L = number of points to get % y = output vector N = length(x); if( L > N ) error('input vector too short') end y = x((N-L+1):N); ``` 调用示例： ```matlab aa = foo( (1:2:37), 7 ); ``` ### 3.3 创建剪辑函数 以`clipper.m`函数为例，该函数接受信号向量和标量阈值作为输入，返回剪辑后的信号向量。 ```matlab function y = clipper( x, Limit ) %CLIPPER saturate mag of x[n] at Limit % when |x[n]| > Limit, make |x[n]| = Limit % keeping the sign of x[n] % usage: y = clipper( x, Limit ) % x = input signal vector % Limit = limiting value % y = output vector after clipping [nrows, ncols] = size(x); if( ncols ~= 1 & nrows ~= 1 ) error('CLIPPER: input not a vector') end Lx = max([nrows ncols]); for n=1:Lx if( abs(x(n)) > Limit ) x(n) = sign(x(n))*Limit; end end y = x; ``` 该函数包含以下四个要素： - **输入输出定义**：明确函数的输入和输出参数。 - **自我文档化**：使用`%`开头的注释行，通过`helpwin clipper`可查看帮助信息。 - **大小和错误检查**：使用`size`函数检查输入是否为向量。 - **实际函数操作**：使用`for`循环对向量元素进行剪辑。 ### 3.4 调试MATLAB M文件 MATLAB是交互式环境，可通过检查工作区变量进行调试。以下是一些常用调试命令： - `dbstop`：设置断点，`dbstop if error`可在出错时给出提示。 - `dbstep`：逐行执行代码。 - `dbcont`：恢复正常程序执行。 - `dbquit`：退出调试模式。 - `keyboard`：插入到M文件中可暂停程序执行。 ##