matlab特殊矩阵包括,Matlab — 特殊矩阵的使用以及矩阵的基本运算

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一、特殊矩阵的使用

(1) zeros函数:产生全0矩阵,即零矩阵

(2)ones函数:产生全1局者,即幺矩阵

(3)eye函数:产生对角线为1的矩阵。当矩阵是方阵时,得到一个单位阵。

(4)rand函数:产生(0,1)区间均匀分布的随机矩阵

(5)randn函数:产生均值为0,方差为1的标准正态分布随机矩阵

举例:
c98d7305bd86442bec3dbca2143eb633.png

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分析:

% rand函数:产生(0,1)开区间均匀分布的随机数x

% fix(a+(b-a+1)*x):产生[a,b]区间上均匀分布的随机整数

% randn函数:产生均值为0、方差为1的标准正态分布随机数x

% u+ ax: 得到均值为u, 方差为a^2的随机数

>>A = fix(10+(99-10+1)*rand(5))

>>B = 0.6+sqrt(0.1)*randn(5)

>>C = eye(5)

>>(A+B)*C == C*A +B*C

ans = 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1

1 1 1 1 1

1 1 1 1 1

1 1 1 1 1

二、用于专门学科的特殊矩阵

(1)魔法矩阵

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% 魔方矩阵 由1,2,3…n^2个整数组成,且每行每列以及主、副对角线各n元素之和都相等

% M = magic(8);

% disp(M);

% disp(sum(M(1,:)));

% disp(sum(M(:,1)));

>> study_6

64 2 3 61 60 6 7 57

9 55 54 12 13 51 50 16

17 47 46 20 21 43 42 24

40 26 27 37 36 30 31 33

32 34 35 29 28 38 39 25

41 23 22 44 45 19 18 48

49 15 14 52 53 11 10 56

8 58 59 5 4 62 63 1

260

260

1 1 1 1 1

1 2 3 4 5

1 3 6 10 15

1 4 10 20 35

1 5 15 35 70

5 -10 10 -5 1

-10 30 -35 19 -4

10 -35 46 -27 6

-5 19 -27 17 -4

1 -4 6 -4 1

>>

(2)范德蒙矩阵:用于通讯系统的纠错编码中,如图所示。

% M = vander(1:5);

% disp(M);

60058225a827c378e2982be073dd44c5.png

(3)希尔伯特矩阵 行号+列号的倒数,

% format rat

% H = hilb(4);

% disp(H);

65e1f2bde7277962721522cccc73c612.png

(4)伴随矩阵 compan(P) p是一个多项式的系数向量

df0d820141abdead8891e812a37f01c9.png

(5) 帕斯卡矩阵P = pascal

24e18aac8613f7ede22eca18354d616c.png

三、矩阵的变换

(1)对角阵:提取矩阵对角线的元素

63a1a55d1779c1efb01fd5a26cecd06b.png

% 提取矩阵对角线元素

% A = fix(10+(99-10+1)*rand(5));

% disp(A);

% B = diag(1:5);

% disp(B);

% C = B*A;

% disp(C);

% A = fix(10+(99-10+1)*rand(5));

% disp(A);

% B = diag(1:5);

% C = A*B;

% disp(C);

(2)三角阵:上三角阵和下三角阵:%上三角阵 triu(A),triu(A,k);

(3)矩阵的转置 :小数点后加单引号

%上三角阵 triu(A),triu(A,k);

%矩阵旋转rot90(A,k)

%矩阵的转置 小数点后面接单引号 单引号(共轭转置)

%矩阵的翻转 fliplr(A) 矩阵左右翻转

%flipud 上下翻转

例题:验证魔方阵的主对角线、对角线元素之和相等

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(4)逆矩阵:inv(A)

例题:

b7cfbdbb9002b0e1273acde73144b60d.png

四、矩阵求值

(1)矩阵的行列式值:

%行列式求值 det(A)

(2)矩阵的秩:线性无关的行数或者列数

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规律:

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(3)矩阵的迹:对角线元素和或者特征值和

5dd547bd59646b1ff26c68797588d5c6.png

(4)矩阵的范数:

%向量的矩阵和范数

%1范数,向量元素的绝对值之和

%2范数,向量元素平方和的平方根

%无穷范数:向量元素绝对值中的最大值 norm

norm(V)、norm(V,1)计算向量V的一范数

norm(V,inf);

%1范数,矩阵列元素绝对值之和的最大值

%2范数,矩阵最大特征值的平方根

%无穷范数:矩阵行元素绝对值之和的最大值

(5)矩阵的条件数:描述矩阵的性能(%矩阵条件数:A的范数 与A逆矩阵的范数乘积 越接近1 矩阵性能越好)

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五、矩阵的特征值和特征向量

(1)矩阵特征值的数学定义:

b01b084ca1450b4686f4ab3c24d3ca97.png

0478948026b9151663c409d8e1ddd1d5.png

例题:

5ad5f4c6270ba9fb57cc1d07ba7f5722.png

6ca2f15ec382051b805459dda0314fed.png

结论:

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(2)特征值的几何意义:

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六、稀疏矩阵

(1)定义:0元素个数多于非0个数

(2)  矩阵的存储方式:

17bbb2c0abf58b295028b15c9a603136.png

(3)存储方式:

b3704b5d9a6bd621a0ecef1d1c40553f.png

(4)存储方式的转化:

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(5)直接建立稀疏存储矩阵:Sparse、spconvert

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cca814bd3f94b81b517d95d213a1be6e.png

(6)带状稀疏矩阵:非零元素在对角线上 ,speye产生单位稀疏矩阵

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总结:

第二篇介绍了Matlab矩阵的运算处理