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MATLAB使用教程(四)

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2020/11/29 Share

做区块链的实验分析的时候,需要使用MATLAB做仿真实验。记录一下相关的教程。本文章转载至https://blog.csdn.net/qq_38431572

前期回顾

在上一篇我们学习了下面 的知识点:

  1. 使用roots函数求一元二次方程的根。
  2. 使用solve函数求方程的根。
  3. 使用inline函数和ezplot函数一起绘制函数图形。
  4. 使用 fzero 函数和 plot 函数绘制某一点处的零点。

前言

斐波那契数列是一个很有趣的数列,有趣的地方在两点,在说这两点之前,我们先来看看斐波那契数列的前几项:

1 1 2 3 5 8 13 21 34 ……………………………………

有趣地方在于:

  1. 这个很容易发现,即后一个元素等于前两项元素之和:2 = 1 + 1, 3 = 1 + 2, 5 = 2 + 3 ……………….结合某些真实存在的现状,网上甚至有一个段子叫做:今天的汤 = 前天的汤 + 昨天的汤。
  2. 这个有趣的地方,很少有人发现,上一讲中我们谈到了黄金分割数:两个数的比例是1.618…或者0.618…,如果我们细心一算,前一项除以后一项大概约等于0.618…,后一项除以前一项等于1.618…,并且越靠后的数,这个结果就越精准。

本文开始

斐波那契数列大概(可能会错,但是这个不重要,重要的是知识)是来源于这个问题:说初始给你一对兔子,一个月后生育出一公一母,兔子生下后一个月后即可开始生小兔子。(这里要抛弃伦理问题,并且出生必是一公一母,并且老兔子还不会死能一直生,反正让我想我是想不出来这种东西的。)问,n个月后总共有多少对兔子。

一般类似于这种的问题都可以认为是斐波那契问题,说实话,这种现象还真的挺常见的,比如:树枝发芽啊(假设一个树枝一年生出一根小树枝,小树枝一年后开始分叉)、植物花瓣、动物羽毛好像都是这种数。

现在以兔子为例吧,浅显易懂,假设函数是 f(n) ,其中 n 是月数,容易知道,f(1) = 1, f(2) = 2…….那么第 n 天的兔子数量就是

$f(n)=f(n-1)+f(n-2),n>2$

总体思路

我有个习惯,做东西之前先想思路,这个功能,我的思路大概是这样的:两个文件,一个文件中写的是计算斐波那契数的函数,另一个作为主文件运行、调用并且打印输出。

首先创建文件

image-20201130113116687

fibo_use.m 是用来调用的“主”函数,fibonacci_mine.m 中写的是我们自己写的斐波那契数列计算函数,下面我们来逐一编写。

编写test_use.m文件的代码

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%% 清理可能存在的旧数据
clc; % 清屏
clear; % 清除变量
close; % 关闭可能存在的窗口
%% 我们在这里调用,这里是主要代码
n = 5; % 我们计算前几个斐波那契数列
res = fibonacci_mine(n); % 调用计算函数
disp('结果是:')
disp(res); % 打印结果

或许有人会问:我们还没写怎么能调用呢?岂不是错了?

这里是一种思想,我自己总结为了一句话:我调用你,与你无关。

说详细点就是:我们写代码时,把各个功能包装称为一个一个的函数,我们不需要关注怎么实现,我们只需要关注两个东西:

  1. 目标函数需要什么参数?
  2. 目标函数返回的什么数据?

只要这两个东西和我们需要的、能提供的一样,那么我们就能用。这种思想可以叫做:模块化。

所以,上面代码中,我们先使用,到时候只需去实现这个功能即可。

编写 fibonacci_mine.m 文件中的代码

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function fibo = fibonacci_mine(n)
% 功能:计算前n个斐波那契数列
% 参数:n 代表需要前n个斐波那契数列
% 返回值: fibo 一个 n行1列的矩阵,代表前n个斐波那契数
fibo = zeros(n, 1); % 把fibo作为n行1列的空矩阵,里面元素都为0
fibo(1) = 1;
fibo(2) = 2; % 把启动条件写出来
for k = 3:n % for 循环,从 3 到 n(包含 3 也包含 n)
fibo(k) = fibo(k-1) + fibo(k-2);
end
return

这个代码需要逐句来讲,连带注释总共11行,下面我将详细讲解(标号为几就是第几行):

1行,这句话表名这个文件不是普通的脚本文件,而是一个函数文件,在matlab中,我们可以认为每个文件都是可以被独立执行的个体,这句话的格式是这样的:function 返回值名字 = 文件名(参数列表)

在本文件中,返回值是:fibo,文件名是 fibonacci_mine,参数一个: n。

2~4行,这三个注释是一个规范,不是强制要求。如果我们在这个地方介绍我们这个函数的功能,对使用者来讲,是非常方便的,可以通过help命令直接看到这个帮助信息。如下图:

image-20201130113130006

而对于程序员来说,易读易懂的文档是很重要的。

5行,zeros(行, 列):返回一个矩阵,矩阵是 n 行 n 列,内容都是0。这句话是把返回值初始化为n行1列的0矩阵了。

6~7行,斐波那契数列的前两项是1和1没错,但是现在解决的问题是兔子问题,所以根据实际情况剔除一个1,大家不要纠结。

8~10行,matlab 的for 循环,必须以end结束。说循环,其实说遍历更加恰当一点。for循环是把变量k从3->n各取一次,在这个循环中,k的取值范围是:

$3≤k≤n$既包含3也包含k。

在循环内部,我们直接用累加打表计算(第5行定义一个空矩阵也是为了打表,这样能节省很多时间,否则每次都重新计算太耗时了,这个程序尽量不要用递归,即使用递归,打表也是好的选择。)

11行,return 程序结束,返回我们的返回值 fibo,当然可以省略

代码运行

终于我们理解了上面的代码,下面来看看结果吧,品尝胜利的果实:

image-20201130113512801

如果我们想增加数量,改变 fibo_use中的n的值。

如果我们只想看最后一个的值,则最后一行这样写:

1
disp(res(n));

是的,matlab的矩阵以1为起始下标,没有0。

今日总结

今天,我们通过计算斐波那契数列,学到了下面的知识点:

  1. 如何声明、定义、调用函数(文件)。
  2. 给函数传递参数、接受函数的返回值。
  3. matlab中矩阵的简单使用和下标索引。
  4. 一句话:我调用你,与你无关。即软件工程的思想:模块化。
  5. matlab中for循环(遍历)的使用。
  6. 如何从一个文件调用另一个函数文件。

by Covteam-Sma11_Tim3

生活不易,多才多艺。

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  1. 1. 前期回顾
  2. 2. 前言
  3. 3. 本文开始
    1. 3.1. 总体思路
    2. 3.2. 首先创建文件
    3. 3.3. 编写test_use.m文件的代码
    4. 3.4. 编写 fibonacci_mine.m 文件中的代码
    5. 3.5. 代码运行
    6. 3.6. 今日总结