MATLAB中矩阵与数组的区别,点运算符的运用

正如matlab(矩阵实验室)这个名字一样,matlab的数据结构只有矩阵(array)一种形式(可细分为普通矩阵和稀疏矩阵)。

单个的数就是1*1的矩阵;

数组向量就是1*n或n*1的矩阵。

事实上对于matlab来说数、数组或向量和二维矩阵在本质上没有任何区别,他们的维数都是2,一切都是以矩阵的形式保存的。

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一维数组相当于向量二维数组相当于矩阵,所以矩阵是数组的子集

1.数组的运算是指数组对应元素之间的运算,也称点运算.

2.矩阵是一个二维数组,所以矩阵的数乘等运算与数组运算是一致的。

3.矩阵乘法乘方除法有特殊的数学含义,并不是数组对应元素的运算.

但有两点要注意:

(1)对于乘法、乘方和除法等三种运算,矩阵运算与数组运算的运算符及含义都不同:矩阵运算按线性变换定义,使用通常符号数组运算按对应元素运算定义,使用点运算符

(2)数与矩阵加减、矩阵除法在数学是没有意义的,在MATLAB中为简便起见,定义了这两类运算。

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数组中的元素可以是字符等;矩阵中的只能是

这是二者最直观的区别。因为矩阵是一个数学概念(线性代数里的),数组是个计算机上的概念。

《精通MATLAB6.5版》(张志涌编著,北京航空航天大学出版社)中说:

从外观形状和数据结构上看,二维数组和数学中的矩阵没有区别。但是矩阵作为一种变换或映射算子的体现,矩阵运算有着明确而严格的数学规则。而数组运算是Matlab软件所定义的规则,其目的是为了数据管理方便、操作简单、指令形式自然和执行计算的有效。虽然数组运算尚缺乏严谨的数学推理,虽然数组运算仍在完善和成熟中,但是它的作用和影响正随着matlab的发展而扩大。

数组运算:

数与数组加减:k+/-A %k加或减A的每个元素

数组乘数组: A.*B %对应元素相乘

数组乘方:  A.^k %A的每个元素k次方;k.^A,分别以k为底A的各元素为指数求幂值

数除以数组: k./A和A./k %k分别被A的元素除

数组除法: 左除A.\B,右除B./A %对应元素相除

矩阵运算:

数与矩阵加减:k+/-A %等价于k*ones(size(A))+/-A

矩阵乘法: A*B %按数学定义的矩阵乘法规则

矩阵乘方:  A^k %k个矩阵A相乘

矩阵除法: 左除A\B右除B/A %分别为AX=B和XA=B的解

可见,数组的运算很简单。若不考虑数学意义时,矩阵是数组的二维版本。

构造数组:

1、直接构造:用空格或逗号间隔数组元素

x=[1,2,3,4,5,6]

2、增量法构造:使用冒号操作符创建数组

a=first:end %递增,且步长为1的数组

a=first:step:end %指定增量步长值创建任何等差序列

3、用linspace函数构造

x=linspace(first,last,num) %需要指定首尾值和元素总个数,步长根据num平均分配

构造矩阵

1、简单创建方法

用[ ],逗号或空格格开各元素,分号隔开各行,注意各行具有相同的元素个数。

2、构造特殊矩阵

ones,zeros,eye,diag,magic,rand,randn,randpem

.....

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数组运算

转置 A.\' %非共轭转置,相当于(conj(A\'))

数组加与减 A+B与A-B %对应元素之间加减

数乘数组 k.*A或A.*k % k乘A的每个元素

数与数组加减 k+A与k-A %k加(减)A的每个元素

数组乘数组 A.*B

数组乘方 A.^k %A的每个元素进行k次方运算

k.^A %以k底的,分别以A的元素为指数求幂值

数除以数组 k./A和A.\k % k分别被B的元素除

数组除法 左除A.\B,右除B./A

矩阵运算

矩阵转置 A\' %共轭转置

加减 A+B A-B

数乘矩阵 k*A或A*k %上三项同数组运算

矩阵乘法 A*B %按数学定义的矩阵乘法规则

矩阵乘方 A^k %k个矩阵A相乘

数与矩阵加减 k+A与k-A %等价于k*ones(size(A))+-A

矩阵除法 左除A\B,右除B/A %分别为AX=B和XA=B的解

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例:

A=[1 2;3 4];B=[4 3;2 1];

r1=100+A

r1 =

101 102

103 104

r2_1=A*B,r2_2=A.*B

r2_1 =

8 5

20 13

r2_2 =

4 6

6 4

r3_1=A\B,r3_2=A.\B

r3_1 =

-6.0000 -5.0000

5.0000 4.0000

r3_2 =

4.0000 1.5000

0.6667 0.2500

r4_1=B/A,r4_2=B./A

r4_1 =

-3.5000 2.5000

-2.5000 1.5000

r4_2 =

4.0000 1.5000

0.6667 0.2500

r5_1=A.^2,r5_2=A^2

r5_1 =

1 4

9 16

r5_2 =

7 10

15 22

r6_1=2.^A

r6_1 =

2 4

8 16

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size(a)表示矩阵每个维度的长度

比如size([1 2 3;4 5 6])

等于[2 3]

表示他有2行3列

size([1 2 3])

等于[1 3]

表示他有1行3列

另外size(a,n)表示矩阵a在第n个维度下的长度。

比如size([1 2 3;4 5 6],1)

等于2,表示有2行

size([1 2 3;4 5 6],2)

等于3,表示有3列

length(a)表示矩阵a的最大的长度,即max(size(a))

比如length([1 2 3;4 5 6])

等于3,因为2和3中最大是3

当a是向量时,即表示向量的元素个数,因为向量总是1×n或n×1的,而n一定大于或等于1.所以得到的结果一定是n

ndims(a)表示矩阵a的维数,即length(size(a))

比如ndims([1 2 3;4 5 6])

等于2,因为他是二维矩阵

matlab认为向量也是二维矩阵,只不过其中一个维度的长为1.

因此ndims([1 2 3])也等于2

我们可以构造一个三维甚至更高维度的矩阵,

比如a=cat(3,[1 2 3 4;5 6 7 8],[9 8 7 6;5 4 3 2])

他除了行和列以外还有一个维度,我们暂且把它叫做高度。

也就是说a有两层,第一层是[1 2 3 4;5 6 7 8],第二层是[9 8 7 6;5 4 3 2]

此时有size(a)=[2 4 2]

即2行4列2层

length(a)=4

([2 4 2]中最大为4)

ndims(a)=3

(因为他有3个维度)