matlab建立多维矩阵,创建、串联和扩展矩阵

构建数据矩阵

如果您有一组具体的数据,可以使用方括号将这些元素排列成矩阵。一行数据的元素之间用空格或逗号分隔,行与行之间用分号分隔。例如,创建只有一行的矩阵,其中包含四个数字元素。得到的矩阵大小为 1×4,因为它有一行和四列。这种形状的矩阵通常称为行向量。

A = [12 62 93 -8]

A = 1×4

12 62 93 -8

sz = size(A)

sz = 1×2

1 4

现在再用这些数字创建一个矩阵,但排成两行。此矩阵有两行和两列。

A = [12 62; 93 -8]

A = 2×2

12 62

93 -8

sz = size(A)

sz = 1×2

2 2

专用矩阵函数

MATLAB 中有许多函数可以帮助您创建具有特定值或特定结构的矩阵。例如,zeros 和 ones 函数可以创建元素全部为零或全部为一的矩阵。这些函数的第一个和第二个参数分别是矩阵的行数和列数。

A = zeros(3,2)

A = 3×2

0 0

0 0

0 0

B = ones(2,4)

B = 2×4

1 1 1 1

1 1 1 1

diag 函数将输入元素放在矩阵的对角线上。例如,创建一个行向量 A,其中包含四个元素。然后创建一个 4×4 矩阵,其对角元素是 A 的元素。

A = [12 62 93 -8];

B = diag(A)

B = 4×4

12 0 0 0

0 62 0 0

0 0 93 0

0 0 0 -8

串联矩阵

您还可以使用方括号将现有矩阵连接在一起。这种创建矩阵的方法称为串联。例如,将两个行向量串联起来,形成一个更长的行向量。

A = ones(1,4);

B = zeros(1,4);

C = [A B]

C = 1×8

1 1 1 1 0 0 0 0

要将 A 和 B 排列为一个矩阵的两行,请使用分号。

D = [A;B]

D = 2×4

1 1 1 1

0 0 0 0

要串联两个矩阵,它们的大小必须兼容。也就是说,水平串联矩阵时,它们的行数必须相同。垂直串联矩阵时,它们的列数必须相同。例如,水平串联两个各自包含两行的矩阵。

A = ones(2,3)

A = 2×3

1 1 1

1 1 1

B = zeros(2,2)

B = 2×2

0 0

0 0

C = [A B]

C = 2×5

1 1 1 0 0

1 1 1 0 0

串联矩阵的另一种方法是使用串联函数,如 horzcat,它可以水平串联两个兼容的输入矩阵。

D = horzcat(A,B)

D = 2×5

1 1 1 0 0

1 1 1 0 0

生成数值序列

colon 是创建元素连续且均匀分布的矩阵的便捷方式。例如,创建一个行向量,其元素是从 1 到 10 的整数。

A = 1:10

A = 1×10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

可以使用冒号运算符创建在任何范围内以 1 为增量的数字序列。

A = -2.5:2.5

A = 1×6

-2.5000 -1.5000 -0.5000 0.5000 1.5000 2.5000

要更改序列的增量值,请在范围起始值和结束值之间指定增量值,以冒号分隔。

A = 0:2:10

A = 1×6

0 2 4 6 8 10

要递减,请使用负数。

A = 6:-1:0

A = 1×7

6 5 4 3 2 1 0

还可以按非整数值递增。如果增量值不能均分指定的范围,MATLAB 会在超出范围之前在可以达到的最后一个值处自动结束序列。

A = 1:0.2:2.1

A = 1×6

1.0000 1.2000 1.4000 1.6000 1.8000 2.0000

扩展矩阵

通过将一个或多个元素置于现有行和列索引边界之外,可以将它们添加到矩阵中。MATLAB 会自动用 0 填充矩阵,使其保持为矩形。例如,创建一个 2×3 矩阵,然后在 (3,4) 的位置插入一个元素,使矩阵增加一行一列。

A = [10 20 30; 60 70 80]

A = 2×3

10 20 30

60 70 80

A(3,4) = 1

A = 3×4

10 20 30 0

60 70 80 0

0 0 0 1

还可以通过在现有索引范围之外插入新矩阵来扩展其大小。

A(4:5,5:6) = [2 3; 4 5]

A = 5×6

10 20 30 0 0 0

60 70 80 0 0 0

0 0 0 1 0 0

0 0 0 0 2 3

0 0 0 0 4 5

要重复扩展矩阵的大小,例如在 for 循环中,通常最好要为预计创建的最大矩阵预分配空间。如果没有预分配空间,MATLAB 必须在每次大小增加时分配内存,因此会降低操作速度。例如,通过将矩阵的元素初始化为零,预分配一个最多容纳 10000 行和 10000 列的矩阵。

A = zeros(10000,10000);

如果之后还要预分配更多元素,可以通过在矩阵索引范围之外指定元素或将另一个预分配的矩阵与 A 串联来进行扩展。

空数组

MATLAB 中的空数组是指至少有一个维度的长度等于零的数组。空数组可用于以编程方式表示“无”的概念。例如,假设要查找一个向量中小于 0 的所有元素但没有找到。find 函数将返回一个空的索引向量,表示未找到任何小于 0 的元素。

A = [1 2 3 4];

ind = find(A<0)

ind =

1x0 empty double row vector

许多算法都包含可以返回空数组的函数调用。在这些算法中,允许将空数组作为函数参数传递,而不是作为特殊情况处理,这样通常是有帮助的。如果确实需要自定义空数组的处理方式,可以使用 isempty 函数检查它们。

TF = isempty(ind)

TF = logical

1