Hướng dẫn Biến, Toán tử và Hàm Cơ bản | Môn Lập trình Matlab (Matrix Laboratory) - Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

lOMoAR cPSD| 58728417 Tài liệu MATLAB
BIẾN: được khai báo và khởi tạo thông qua câu lệnh gán.
• Quy tắc đặt tên biến: kí tự đầu tiên phải là chữ cái; các kí tự sau có thể là chữ cái hoặcsố,
hay _; phân biệt chữ hoa với chữ thường (var1 khác Var1)
• Một số biến được đ/n sẵn (ko được dùng tên biến này): i,j -> đơn vị phức; pi=
3.1415926...; ans; Inf và -Inf; NaN
Chú ý: mỗi biến khi khởi tạo sẽ được xem như một mảng
-Biến giá trị đơn: mảng có kích thước là 1x1
-Biến là ma trận hoặc vector: kích thước của mảng là kích thước của ma trận hoặc vector. TOÁN TỬ:
- Toán tử Số học.
- Toán tử quan hệ.
- Toán tử logic: & - AND, | - OR, ~ - NOT.
Kết quả của biểu thức logic trả về 1 nếu biểu thức đúng và bằng 0 nếu biểu thức sai. Nếu
phần tử so sánh là vec-tơ thì kết quả sẽ là một vec-tơ chứa các giá trị 0 hoặc 1.
MỘT SỐ HÀM TOÁN HỌC CƠ BẢN:
- round(): làm tròn đến số lượng số thập phân tuỳ chọn VD: round(1.95583, 2)=> 1.9600
- ceil(): dùng làm tròn lên số nguyên VD: ceil(5.777779944)=> 6;
- floor(): Dùng để làm tròn xuống nhưng số sẽ chuyển về dạng integer (số nguyên) VD: floor(4.3) => 4
- mod(): hàm lấy phần dư. VD: mod(10,8) => 2
- Fix(): làm tròn tiệm cận về 0. VD: fix(-3.14)->-3;
- Sqrt(): lấy căn bậc 2
MA TRẬN: đại diện cho mảng nhiều chiều có nhiều dòng và nhiều cột. lOMoAR cPSD| 58728417
- Khai báo : mat = [1 2 3 ; 4,5,6 ; 7:2:11], lưu ý dùng dấu (;)
• Ma trận không: zeros(số dòng, số cột)
• Ma trận vuông không cấp n: zeros(n)
• Ma trận đơn vị: eye(n)
• Ma trận đường chéo: diag([các phần tử trên đường chéo chính]) • Ma trận thực ngẫunhiên
trong khoảng [0,1]: rand(số dòng, số cột) hoặc rand(n) (ma trận vuông cấp n)
• Ma trận toàn số một: ones(số dòng, số cột)
• Ma trận vuông một cấp n: ones(n)
VD: A = [2 5 3; 6 4 1] ; B = [1:1.5:6; 2 3 4 5]; D =[]; D=[D;5]; D=[D;6;7]; E = zeros(4, 5)
TRÍCH XUẤT PHẦN TỬ TẠI MỘT VỊ TRÍ BẤT KỲ
THÔNG QUA CHỈ SỐ DÒNG VÀ CỘT: + Dòng i, cột j: A(i,j)
+ Nhiều phần tử: A([danh sách các dòng, danh sách các cột])
+ Đường chéo chính của ma trận: diag(A)
+ Trích tất cả phần tử của ma trận: A(:)
+ Trích tất cả phần tử tại cột i: A(:,i)
+ Trích tất cả phần tử tại dòng j: A(j,:)
Chú ý: Trong Matlab, chỉ số cuối cùng của dòng hay cột của ma trận hoặc vector có thể
được thay thế bởi chữ end.
Xử lý chuỗi trong MATLAB :
Tạo chuỗi: str = ‘ …. ‘; Ghép chuỗi: [….]
Tạo chỗ trống : blank(số khoảng trống) strcat: Dùng để nối các chuỗi lại
với nhau. sprintf: Tạo chuỗi có định dạng bằng cách kết hợp các chuỗi và các giá trị.
strfind: Tìm kiếm chuỗi con trong chuỗi cha strrep: Thay thế
chuỗi con trong chuỗi bằng một chuỗi khác. lower và upper: lOMoAR cPSD| 58728417
Chuyển đổi chuỗi thành chữ thường hoặc chữ in hoa. strsplit:
Chia chuỗi thành mảng các phần tử dựa trên dấu phân tách.
strjoin: sử dụng để kết hợp các phần tử của một mảng thành một chuỗi duy nhất, thường
được sử dụng để nối các chuỗi con lại với nhau bằng một dấu phân tách. length: Trả về độ dài của chuỗi.
strcmp và strcmpi: So sánh chuỗi với chuỗi khác (phân biệt hoa thường và không phân biệt hoa thường). Hàm IS cho chuỗi:
ischar: kiểm tra xem một biến có kiểu dữ liệu chuỗi hay không isstring: Hàm isstring
kiểm tra xem một biến có kiểu dữ liệu string (kiểu dữ liệu chuỗi đặc biệt trong MATLAB
từ phiên bản R2016b trở đi) hay không.
isstrprop: Hàm isstrprop được sử dụng để kiểm tra tính hợp lệ của các ký tự trong chuỗi
dựa trên các thuộc tính như chữ hoa, chữ thường, chữ số, ký tự đặc biệt, v.v
MẢNG & CẤU TRÚC: Mảng (cell array):
- Trong MATLAB, cell array là một loại dữ liệu đặc biệt được sử dụng để lưu trữ cácphần
tử có định dạng và kích thước khác nhau trong một mảng đa chiều. Cell array cho phép
lưu trữ một tập hợp các giá trị khác nhau, bao gồm chuỗi ký tự, số, mảng, biểu đồ, hoặc
thậm chí các cell array khác, trong cùng một mảng.
- Cell array được tạo bằng cách sử dụng dấu ngoặc nhọn '{}' và các phần tử bên trong
cellarray được tách nhau bằng dấu phẩy ‘,’. Thao tác với cell array:
- Truy cập, hiển thị các vị trí của mảng: sử dụng chỉ số
- Thêm phần tử vào cuối Cell Array: Sử dụng myCellArray{end+1} = value để thêm
mộtphần tử vào cuối của cell array.
- Thêm phần tử vào đầu Cell Array: Sử dụng cat, horzcat để thêm một phần tử vào đầucủa
cell array hoặc sử dụng cách gán thông thường để thêm một phần tử vào đầu của cell array.
- Duyệt qua Cell Array: Sử dụng vòng lặp for để duyệt qua các phần tử trong cell array.
- Xoá phần tử khỏi Cell Array: Sử dụng myCellArray(index) = [] để xoá một phần tử tạivị
trí cụ thể trong cell array. lOMoAR cPSD| 58728417
- Thay đổi kích thước Cell Array: Sử dụng hàm reshape.
- So sánh Cell Arrays: Sử dụng isequal để so sánh hai cell arrays. isequal: trả về true nếuhai
cell arrays giống nhau về cả giá trị và kích thước. Cấu trúc (Struct):
- Cấu trúc (struct) trong MATLAB cho phép tổ chức dữ liệu thành các trường (fields)
vàgán giá trị cho từng trường.
- Tạo cấu trúc với nhiều mẫu dữ liệu (struct). VD: personStruct = struct ( ) ;- Xóa trường
khỏi struct: sử dụng lệnh rmfield.
- Chuyển cấu trúc vào hàm : Passing Structures to FunctionsMột số hàm liên quan cấu trúc (Struct):
- Hàm isstruct: kiểm tra xem một biến có phải là một biến cấu trúc hay không.
- Hàm isfield : kiểm tra xem một trường (field) cụ thể có tồn tại trong một biến cấu trúchay không.
- Lệnh fieldnames trong MATLAB được sử dụng để trích xuất tên các trường (hoặc
thuộctính) của một cấu trúc (structure).
Vector của cấu trúc Là mảng (vector) của các biến cấu trúc.
- Cấu trúc lồng nhau (Nested structures): cho phép tạo các cấu trúc phức tạp
hơn, trong đó các trường (fields) của cấu trúc có thể chứa cấu trúc khác. Các cấu trúc bên
trong thường được gọi là "cấu trúc lồng nhau”.
- Trong MATLAB, "table" (bảng) là một cấu trúc dữ liệu mạnh mẽ được sử dụng để
lưu trữ và quản lý dữ liệu dưới dạng bảng có hàng và cột.
- Sắp xếp các phần tử trong một mảng của các biến cấu trúc (struct array): sử dụng hàm sort.
XUẤT NHẬP TẬP TIN TRONG MATLAB:
Hàm xuất nhập tập tin:
- Load: hàm được sử dụng để nạp dữ liệu từ một tệp vào không gian làm việc của MATLAB lOMoAR cPSD| 58728417
- Save: được sử dụng để lưu trữ dữ liệu từ không gian làm việc của MATLAB vào một tệp dữ liệu
- Lệnh fopen được sử dụng để mở một tệp tin cho việc đọc hoặc ghi.
fileID = fopen(filename, permission);
- Lệnh fclose được sử dụng để đóng tệp tin đã được mở bằng fopen. fclose(fileID);
- Lệnh fread được sử dụng để đọc dữ liệu từ tệp tin đã mở.
data = fread(fileID, size, precision);
- Lệnh fwrite được sử dụng để ghi dữ liệu vào tệp tin đã mở. fwrite(fileID, data, precision);
fprintf và fscanf: Sử dụng fprintf để ghi dữ liệu vào tệp tin với định dạng cụ thể
và fscanf để đọc dữ liệu từ tệp tin với định dạng cụ thể. fprintf(fileID, format, A); A = fscanf(fileID, format)
xlsread và xlswrite: Sử dụng xlsread để đọc dữ liệu từ tệp Excel và xlswrite để ghi dữ liệu vào tệp Excel.
textscan: Sử dụng textscan để đọc dữ liệu từ tệp văn bản với định dạng tùy chỉnh. HÀM NÂNG CAO:
Biến toàn cục (Global) & Biến cục bộ (Local):
- Biến toàn cục (Global Variables): định nghĩa ở mức độ cao nhất trong không gian làm việc của
MATLAB, và được truy cập từ mọi. Sử dụng từ khóa “global”.
- Biến cục bộ (Local Variables): định nghĩa bên trong một hàm và chỉ được truy cập trong phạm vi của hàm đó.
Đối số (Argument): Trong MATLAB, sử dụng đối số để truyền thông tin vào một
hàm. Đối số là các giá trị hoặc biểu thức được truyền vào hàm khi gọi nó.
Số lượng đối số biến đổi: ‘varargin’ là một cách để xử lý số lượng đối số biến đổi trong
các hàm MATLAB. Nó là một cell array (mảng ô) chứa tất cả các đối số bổ sung truyền vào hàm.
varargin cho phép truyền một số lượng đối số không cố định khi gọi hàm và sau đó xử lý chúng bên trong hàm.
Hàm lồng nhau (Nested Function): các hàm được định nghĩa bên trong một hàm khác.
Điều này cho phép tạo và sử dụng các hàm con (nested functions) chỉ trong phạm vi của hàm cha. lOMoAR cPSD| 58728417
Hàm khuyết danh (Anonymous Function):
- một hàm được định nghĩa mà không cần phải đặt tên.
- thường được sử dụng trong các tình huống: cần truyền một hàm như tham số và không
cần phải tạo một tên hàm riêng biệt. để tạo một hàm tạm thời, thực hiện tính toán đơn
giản hoặc đặc thù cho một mục đích cụ thể mà không cần đặt tên hàm.
Hàm vẽ đồ thị của biểu thức hàm (fplot ):fplot là một hàm được sử dụng để
vẽ đồ thị của một hàm số hoặc biểu thức hàm số trên một khoảng giá trị xác định. Hàm
fplot trực quan hóa hàm số một cách dễ dàng và nhanh chóng.
Cú pháp: fplot(f, [xmin, xmax])
Hàm đệ quy (Recursive Functions) là một hàm mà trong quá trình thực thi, nó
gọi chính nó. Điều này cho phép hàm tự gọi mình để giải quyết một vấn đề lớn thành các
vấn đề con nhỏ hơn. Hàm đệ quy thường được sử dụng để giải các vấn đề có cấu trúc lặp đi lặp lại.
VẼ ĐỒ THỊ NÂNG CAO:
Các hàm vẽ đồ thị:
- Plot: vẽ biểu đồ dạng đường (line plot) hoặc biểu đồ dạng điểm (scatter plot) để hiển thị dữ liệu
- Bar: vẽ biểu đồ cột (bar chart), sử dụng để biểu diễn dữ liệu dưới dạng các cột dọc trên trục x
- Barh: vẽ biểu đồ cột ngang (horizontal bar chart), thường được sử dụng để biểu diễn dữ
liệu dưới dạng các cột ngang trên trục y
- Area: vẽ biểu đồ diện tích (area plot) hoặc biểu đồ cột diện tích (stacked area plot) để
biểu diễn dữ liệu dưới dạng các khu vực màu sắc trên biểu đồ
- Stem: sử dụng để tạo biểu đồ dữ liệu rời rạc hoặc dữ liệu mẫu tại các điểm cụ thể trên trục x
- Histogram: sử dụng để tạo biểu đồ histogram, là một biểu đồ thể hiện tần suất xuất hiện
của các khoảng giá trị hoặc ngưỡng trong một tập dữ liệu. Biểu đồ histogram là công cụ
quan trọng để hiểu phân phối của dữ liệu và tìm ra thông tin về cường độ tập trung và phân tán của dữ liệu.
- Pie: sử dụng để tạo biểu đồ hình bánh (pie chart), là một biểu đồ tròn chia thành các phần
tương ứng với các giá trị phần trăm của dữ liệu.
Kỹ thuật Hoạt hình (Animation):
- “Animation”: sử dụng để tạo ra một chuỗi hình ảnh động (frames) hoặc biểu đồ động
để minh họa các quá trình thay đổi theo thời gian
- Tạo “Animation: sử dụng các hàm figure, plot, imshow, getframe, và movie để tạo ra
các hình ảnh động và sau đó hiển thị dưới dạng video hoặc GIF (Graphics Interchange Format) lOMoAR cPSD| 58728417
Đồ thị 3 chiều (3D Plots)
- Matlab có các hàm sau để hiển thị 3D: plot3, bar3, barh3, pie3, comet3, stem3, surf,mesh.
- Meshgrid: sử dụng để tạo ra hai ma trận 2D có chứa tọa độ X và Y của các điểm trên
lưới (grid), dựa trên vectơ tọa độ dọc theo trục X và Y
Đối tượng đồ họa cơ bản (Core Graphic Object):
Đối tượng đồ họa cơ bản (core graphic objects) sử dụng để tạo và điều khiển biểu đồ, hình
ảnh, đồ thị và các phần khác của giao diện đồ họa:
• Axes (Tùy biến trục)
• Figure (Tạo hình ảnh)
• Line (vẽ dường)
• Text (Thêm văn bản):
• Image (Hình ảnh):
• Patch (Vẽ đa giác):
• Rectangle (Vẽ hình chữ nhật):
• Ellipse (Vẽ hình elip)
Ứng dụng vẽ đồ thị (Plots Application):
- Vẽ biểu đồ từ hàm (Plotting From a Function): hàm Heatmap sử dụng để tạo một
biểu đồ nhiệt độ (heatmap) từ dữ liệu trong một ma trận. Biểu đồ nhiệt độ hiển thị các
giá trị trong ma trận bằng cách sử dụng màu sắc để biểu thị các phạm vi giá trị khác nhau
- Vẽ biểu đồ từ File (Plotting File Data).
Lưu và in đồ thị (Saving and Printing Plots): Lệnh print được sử dụng để
lưu hình ảnh của biểu đồ hoặc giao diện người dùng (GUI) dưới dạng một file theo nhiều
định dạng khác nhau như JPEG, PNG, TIFF, GIF, PDF, ...