Арифметические операторы и функции

Арифметические операторы являются самыми распространенными и известными. В отличие от большинства языков программирования в системе MATLAB практически все операторы являются матричными, т. е. предназначены для выполнения операций над матрицами. В табл. 8.1 приводится список арифметических операторов и синтаксис их применения.

Таблица 8.1.Арифметические операторы и функции MATLAB

Обратите внимание на то, что каждый оператор имеет аналогичную по назначению функцию. Например, оператору матричного умножения * соответствует функция mtimes(Ml,M2). Примеры применения арифметических операторов уже не раз приводились, так что ограничимся несколькими дополнительными примерами:

» А=[1 2 3];

» В=[4 5 6]:

» В-А

ans=

Соответствие функций операторам и командам в системе MATLAB является одним из основных положений программирования. Оно позволяет одновременно использовать элементы как операторного, так и функционального программирования.

Следует отметить, что в математических выражениях операторы имеют определенный приоритет исполнения. Например, в MATLAB приоритет логических операторов выше, чем арифметических, приоритет возведения в степень выше приоритетов умножения и деления, приоритет умножения и деления выше приоритета сложения и вычитания. Для изменения приоритета операций в математических выражениях используются круглые скобки. Степень вложения скобок не ограничивается.

Операторы отношения и их функции

Операторы отношения служат для сравнения двух величин, векторов или матриц. Все операторы отношения имеют два операнда, например х и у, и записываются, как показано в табл. 8.2.

Таблица 8.2.Операторы и функции отношения

Данные операторы выполняют поэлементное сравнение векторов или матриц одинакового размера и возвращают значение 1 (True), если элементы идентичны, и значение 0 (False) в противном случае. Если операнды — действительные числа, то применение операторов отношения тривиально:

» eq(2.2)

ans =

» 2==2

ans =

» ne(l,2)

ans =

» 2 ~- 2

ans =

» 5 > 3

ans =

» le(5.3)

ans =

Следует отметить, что операторы <, <=, > и >= при комплексных операндах используют для сравнения только действительные части операндов — мнимые отбрасываются. В то же время операторы == и ~= ведут сравнение с учетом как действительной, так и мнимой частей операндов. Следующие примеры поясняют это положение:

» (2+3i)>-(2+i)

ans=

» (2+3i)>(2+i)

ans=

» abs(2+3i)>abs(2+i)

ans =

» (2+3i)—(2+i)

ans =

» (2+3i)-(2+i)

ans =

Если один из операндов — скаляр, происходит сравнение всех элементов второго операнда-массива со значением этого скаляра:

M=

-1 0

1 2

» М>=0

ans =

0 1

1 1

В общем случае операторы отношения сравнивают два массива одного размера и выдают результат в виде массива того же размера:

» М>[0 1;.1 0]

ans =

0 0

0 1

Таким образом, спектр применения операторов отношения в системе MATLAB шире, чем в обычных языках программирования, поскольку операндами являются не только числа, но и векторы, матрицы и массивы. Возможно применение операторов отношения и к символьным выражениям:

» 'b'>'а'

ans =

» 'abc'= ='abc'

ans =

1 1 1

» 'cba'<'abc'

ans =

0 0 1

В этом случае символы, входящие в выражения, представляются своими ASCII-кодами. Строки воспринимаются как векторы, содержащие значения кодов. Все это надо учитывать при использовании управляющих структур языка программирования, в которых широко применяются операторы отношения.

Логические операторы

Логические операторы и соответствующие им функции служат для реализации поэлементных логических операций над элементами одинаковых по размеру массивов (табл. 8.3).

Таблица 8.3.Логические операторы и функции MATLAB

Работа операторов поясняется приведенными ниже примерами:

»А=[1 2 3];

»В=[1 0 0];

» and(A.B)

ans =

1 0 0

» оr(А.В)

ans =

1 1 1

» А&В

ans =

1 0 0

» А|В

ans=

1 1 1

» not(А)

ans =

0 0 0

» not(B)

ans =

0 1 1

» ~B

ans=

0 1 1

» xor(A.B)

ans =

0 1 1

» any(A)

ans =

» all([0 0 0])

ans =

» all(B)

ans =

» and('abc'.'012')

ans =

1 1 1

Обратите внимание, что аргументами логических операторов могут быть числа и строки. При аргументах-числах логический нуль соответствует числовому нулю, а любое отличное от нуля число воспринимается как логическая единица. Для строк действует уже отмеченное правило — каждый символ строки представляется своим ASCII-кодом.

Специальные символы

К классу операторов в системе MATLAB относятся также специальные символы. Они предназначены для создания самых разнообразных объектов входного языка и языка программирования системы и придания им различных форм. В табл. 8.4 представлено описание полного набора специальных символов.

Таблица 8.4.Специальные символы MATLAB

Теперь рассмотрим их более подробно.

· : (двоеточие) — формирование подвекторов и подматриц из векторов и матриц. Оператор : — один из наиболее часто используемых операторов в системе MATLAB.

Оператор : использует следующие правила для создания векторов:

· j:k — то же, что и [j.j+l,...,k];

· j:k — пустой вектор, если j>k;

· j:i :k — то же, что и [j, j+i ,j+2i .....k];

· j:i :k — пустой вектор, если i>0 и j>k или если i<0 и j<k, где 1, j и k — скалярные величины.

Ниже показано, как выбирать с помощью оператора : строки, столбцы и элементы из векторов, матриц и многомерных массивов:

· А(:, j) — это j-й столбец из А;

· А(i,:) — это i-я строка из А;

· А(:,:) — эквивалент двумерного массива. Для матриц это аналогично А;

· A(j:k) - это A(j), A(j+l),...,A(k);

· A(:J:k)-это A(:.j),A(:,j+l),...,A(:,k);

· А(:,: ,k) — это k-я страница трехмерного массива А;

· A(i.j.k.:) — вектор, выделенный из четырехмерного массива А. Вектор включает элементы А(1, j.k.l), A(i. j,k,2), A(i. j,k.3) и т. д.;

· А(:) — записывает все элементы массива А в виде столбца.

Символы ( ) (круглые скобки) используются для задания порядка выполнения операций в арифметических выражениях, указания последовательности аргументов функции и указания индексов элемента вектора или матрицы. Если X и V — векторы, то X(V) можно представить как [X(V(D), X(V(2)).....X(V(n))]. Элементы вектора V должны быть целыми числами, чтобы их можно было использовать как индексы элементов массива X. Ошибка генерируется в том случае, если индекс элемента меньше единицы или больше, чем size(X). Такой же принцип индексирования действителен и для матриц. Если вектор V имеет т компонентов, а вектор W — п компонентов, то A(V,W) будет матрицей размера mxn, сформированной из элементов матрицы А, индексы которой — элементы векторов V и W.

Символы [ ] (квадратные скобки) используются для формирования векторов и матриц:

· [6.9 9.64 sqrt(-l)] — вектор, содержащий три элемента, разделенных пробелами;

· [6.9. 9.64. i] —такой же вектор;

· [1+j 2-j 3] и [1 +j 2 -j 3] — разные векторы: первый содержит три элемента, а второй пять;

· [11 12 13: 21 22 23] — матрица размера 2x3. Точка с запятой разделяет первую и вторую строки.

Еще несколько примеров:

· А = [ ] — сохраняет пустую матрицу в А;

· А(m. :) = [] — удаляет строку m из матрицы А;

· А(: ,n) = [ ] — удаляет столбец n из матрицы А.

Символы { } (фигурные скобки) используются для формирования массивов ячеек. Например, {magic(3) 6.9 'hello'} — массив ячеек с тремя элементами.

Символ . (десятичная точка) используется для отделения дробной части чисел от целой. Например, 314/100, 3.14 и .314е1 — одно и то же число.

Кроме того, символ точки . используется для выделения полей структур. Например, A.(field) и A(i).field, где А — структура, означает выделение поля структуры с именем «field».

Ниже перечислено назначение остальных специальных символов MATLAB:

· .. (родительский каталог) — переход по дереву каталогов на один уровень вверх;

· ... (продолжение) — три или более точек в конце строки указывают на продолжение строки;

· ; (точка с запятой) — используется внутри круглых скобок для разделения строк матриц, а также в конце операторов для запрета вывода на экран результата вычислений;

· , (запятая) — используется для разделения индексов элементов матрицы и аргументов функции, а также для разделения операторов языка MATLAB. При разделении операторов в строке запятая может заменяться на точку с запятой с целью запрета вывода на экран результата вычислений;

· % (знак процента) — используется для указания логического конца строки. Текст, находящийся после знака процента, воспринимается как комментарий и игнорируется (увы, за исключением русскоязычных комментарий, которые нередко ведут к ошибочным командам);

· ! (восклицательный знак) — является указателем ввода команды операционной системы. Строка, следующая за ним, воспринимается как команда операционной системы;

· = (знак равенства) — используется для присваивания значений в арифметических выражениях;

· ' (одиночная кавычка, апостроф) — текст в кавычках представляется как вектор символов с компонентами, являющимися ASCII-кодами символов. Кавычка внутри строки задается двумя кавычками. Например:

» a-'Hello''my friend'

а =

Hello'my friend

· ' (транспонирование с комплексным сопряжением) — транспонирование матриц, например А' — транспонированная матрица А. Для комплексных матриц транспонирование дополняется комплексным сопряжением. Строки транспонированной матрицы соответствуют столбцам исходной матрицы;

· .' (транспонирование) — транспонирование массива, например А.' — транспонированный массив А. Для комплексных массивов операция сопряжения не выполняется;

· [.] — горизонтальная конкатенация. Так, [А.В] — горизонтальная конкатенация (объединение) матриц А и В. А и В должны иметь одинаковое количество строк. [А В] действует аналогично. Горизонтальная конкатенация может быть применена для любого числа матриц в пределах одних скобок: [А,В,С]. Горизонтальная и вертикальная конкатенации могут использоваться одновременно: [А,В:С];

· [:] — вертикальная конкатенация. Так, [А:В] — вертикальная конкатенация (объединение) матриц А и В. А и В должны иметь одинаковое число столбцов. Вертикальная конкатенация может быть применена для любого числа матриц в пределах одних скобок: [А:В:С]. Горизонтальная и вертикальная конкатенации могут использоваться одновременно: [А;В,С];

· (),{} — присваивание подмассива. Приведем несколько примеров:

o А(1)=В — присваивает значения элементов массива В элементам массива А, которые определяются вектором индексов I. Массив В должен иметь такую же размерность, как и массив I, или может быть скаляром;

o А(I,J)=B — присваивает значения массива В элементам прямоугольной подматрицы А, которые определяются векторами индексов I и J. Массив В должен иметь LENGTH(I) строк и LENGTH(J) столбцов;

o А{1}=В, где А — массив ячеек и I — скаляр, помещает копию массива В в заданную ячейку массива А. Если I имеет более одного элемента, то появляется сообщение об ошибке.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: