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  • MATLAB解方程与函数极值

    1.线性方程数值求解

      主要是用到了计算方法里的LU分解等,不过是加快了求解速度而已(相对于inv(A)*b或者A\b)

    2.非线性方程数值求解

      1 单变量非线性方程求解
        在MATLAB中提供了一个fzero函数,可以用来求单变量非线性方程的根。该函数的调用格式为:
        z=fzero('fname',x0,tol,trace)
      其中fname是待求根的函数文件名,x0为搜索的起点。一个函数可能有多个根,但fzero函数只给出离x0最近的那个根。tol控制结果的相对精度,缺省时取tol=eps,trace指定迭代信息是否在运算中显示,为1时       显示,为0时不显示,缺省时取trace=0。

       例  求f(x)=x-10x+2=0在x0=0.5附近的根。
        步骤如下:
       (1) 建立函数文件funx.m。
           function fx=funx(x)
           fx=x-10.^x+2;
       (2) 调用fzero函数求根。
          z=fzero('funx',0.5)
          z =
             0.3758

      2 非线性方程组的求解

      对于非线性方程组F(X)=0,用fsolve函数求其数值解。fsolve函数的调用格式为:
        X=fsolve('fun',X0,option)
    其中X为返回的解,fun是用于定义需求解的非线性方程组的函数文件名,X0是求根过程的初值,option为最优化工具箱的选项设定。最优化工具箱提供了20多个选项,用户可以使用optimset命令将它们显示出来。如果想改变其中某个选项,则可以调用optimset()函数来完成。例如,Display选项决定函数调用时中间结果的显示方式,其中‘off’为不显示,‘iter’表示每步都显示,‘final’只显示最终结果。optimset(‘Display’,‘off’)将设定Display选项为‘off’。

    例  求下列非线性方程组在(0.5,0.5) 附近的数值解。
        (1) 建立函数文件myfun.m。
    function q=myfun(p)
    x=p(1);
    y=p(2);
    q(1)=x-0.6*sin(x)-0.3*cos(y);
    q(2)=y-0.6*cos(x)+0.3*sin(y);
        (2) 在给定的初值x0=0.5,y0=0.5下,调用fsolve函数求方程的根。
    x=fsolve('myfun',[0.5,0.5]',optimset('Display','off'))
    x =
        0.6354
        0.3734

    将求得的解代回原方程,可以检验结果是否正确,命令如下:
    q=myfun(x)
    q =
          1.0e-009 *
        0.2375    0.2957
        可见得到了较高精度的结果。

    3.  常微分方程初值问题的数值解法

      龙格-库塔法的实现
        基于龙格-库塔法,MATLAB提供了求常微分方程数值解的函数,一般调用格式为:
        [t,y]=ode23('fname',tspan,y0)
        [t,y]=ode45('fname',tspan,y0)
    其中fname是定义f(t,y)的函数文件名,该函数文件必须返回一个列向量。tspan形式为[t0,tf],表示求解区间。y0是初始状态列向量。t和y分别给出时间向量和相应的状态向量。

    例  设有初值问题,试求其数值解,并与精确解相比较(精确解为y(t)=)。
        (1) 建立函数文件funt.m。
    function yp=funt(t,y)
    yp=(y^2-t-2)/4/(t+1);
    (2) 求解微分方程。
    t0=0;tf=10;
    y0=2;
    [t,y]=ode23('funt',[t0,tf],y0);   %求数值解
    y1=sqrt(t+1)+1;             %求精确解
    t'
    y'
    y1'

      y为数值解,y1为精确值,显然两者近似。

    4.  函数极值
        MATLAB提供了基于单纯形算法求解函数极值的函数fmin和fmins,它们分别用于单变量函数和多变量函数的最小值,其调用格式为:
        x=fmin('fname',x1,x2)
        x=fmins('fname',x0)
    这两个函数的调用格式相似。其中fmin函数用于求单变量函数的最小值点。fname是被最小化的目标函数名,x1和x2限定自变量的取值范围。fmins函数用于求多变量函数的最小值点,x0是求解的初始值向量。

    MATLAB没有专门提供求函数最大值的函数,但只要注意到-f(x)在区间(a,b)上的最小值就是f(x)在(a,b)的最大值,所以fmin(f,x1,x2)返回函数f(x)在区间(x1,x2)上的最大值。

    例  求f(x)=x3-2x-5在[0,5]内的最小值点。
        (1) 建立函数文件mymin.m。
    function fx=mymin(x)
    fx=x.^3-2*x-5;
        (2) 调用fmin函数求最小值点。
    x=fmin('mymin',0,5)
    x=
        0.8165

    5.复数相关

    matlab里可以直接输入数学表达式计算。

    空格三个点号为续行符,必须加空格,否则被认为是无法识别的操作符。

    可以1 + 4*i或者1 + 4i表示复数,exp(x)表示指数函数。

    生成复数阵,每个元素是复数,或者[1 2;4 5] - [7 8; 56 7]*i。

    real(实部),imag(虚部),abs(求模),angle(求角)

     1 >> (-8)^(1/3)
     2 
     3 ans =
     4 
     5    1.0000 + 1.7321i
     6  -8^(1/3)
     7 
     8 ans =
     9 
    10     -2
    11 
    12 
    13 
    14 因为计算是按复数计算,在复数面内旋转-1/3圈,即顺时针三分之一圈,所以得到1.0000 + 1.7321i
    15 使用时注意就可以了

     6.matlab中画的图形想要加上网格线,须先plot在grid,顺序反了和没加grid一样。

    画出衰减振荡曲线及其它的包络线。

    1 t=0:pi/50:4*pi; 
    2 y0=exp(-t/3);  
    3 y=exp(-t/3).*sin(3*t); 
    4 plot(t,y,'-r',t,y0,':b',t,-y0,':b') 
    5 grid  

    7.eps是matlab中最小的正数。eps=2.22044604925031e-016
    在matlab的数值计算中,当发现某个值小于eps时,就把这个数当做0来处理。

    历史指令再运行(选择全部需要的代码,右键选择evaluate section)。

    8.

      

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/hxsyl/p/2787517.html
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