Matlab仿真研究：多智能体蜂拥控制算法实现

Matlab文档学习 0.基础知识 1.矩阵数组 MATLAB 是“matrix laboratory”的缩写形式。MATLAB® 主要用于处理整个的矩阵和数组，而其他编程语言大多逐个处理数值。 所有 MATLAB 变量都是多维数组，与数据类型无关。矩阵是指通常用来进行线性代数运算的二维数组。 数组创建 要创建每行包含四个元素的数组，请使用逗号 (,) 或空格分隔各元素。 登录后复制 a = [1 2 3 4] a = 1×4 1 2 3 4 1.2.3.4. 这种数组为行向量。 要创建包含多行的矩阵，请使用分号分隔各行。 登录后复制 a = [1 3 5; 2 4 6; 7 8 10] 1 3 5 2 4 6 7 8 10 1.2.3.4.5. 创建矩阵的另一种方法是使用 ones、zeros 或 rand 等函数。例如，创建一个由零组成的 5×1 列向量。 登录后复制 z = zeros(5,1) z = 5×1 0 0 0 0 0 1.2.3.4.5.6.7.8. 矩阵和数组运算 MATLAB 允许您使用单一的算术运算符或函数来处理矩阵中的所有值。 登录后复制 a + 10 ans = 3×3 11 13 15 12 14 16 17 18 20 sin(a) ans = 3×3 0.8415 0.1411 -0.9589 0.9093 -0.7568 -0.2794 0.6570 0.9894 -0.5440 1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12. 要转置矩阵，请使用单引号 (')： 登录后复制 a' ans = 3×3 1 2 7 3 4 8 5 6 10 1.2.3.4.5.6. 您可以使用 * 运算符执行标准矩阵乘法，这将计算行与列之间的内积。例如，确认矩阵乘以其逆矩阵可返回单位矩阵： 登录后复制 p = a*inv(a) p = 3×3 1.0000 0 0 0 1.0000 0 0 -0.0000 1.0000 1.2.3.4.5.6. 请注意，p 不是整数值矩阵。MATLAB 将数字存储为浮点值，算术运算可以区分实际值与其浮点表示之间的细微差别。使用 format 命令可以显示更多小数位数： 登录后复制 format long p = a*inv(a) p = 3×3 0.999999999999996 0 0 0 1.000000000000000 0 0 -0.000000000000014 1.000000000000000 1.2.3.4.5.6.7. 使用以下命令将显示内容重置为更短格式 登录后复制 format short 1. format 仅影响数字显示，而不影响 MATLAB 对数字的计算或保存方式。 要执行元素级乘法（而非矩阵乘法），请使用 .* 运算符： 登录后复制 p = a.*a p = 3×3 1 9 25 4 16 36 49 64 100 1.2.3.4.5.6. 乘法、除法和幂的矩阵运算符分别具有执行元素级运算的对应数组运算符。例如，计算 a 的各个元素的三次方： 登录后复制 a.^3 ans = 3×3 1 27 125 8 64 216 343 512 1000 1.2.3.4.5.6. 串联 串联是连接数组以便形成更大数组的过程。实际上，第一个数组是通过将其各个元素串联起来而构成的。成对的方括号 [] 即为串联运算符。 登录后复制 A = [a,a] A = 3×6 1 3 5 1 3 5 2 4 6 2 4 6 7 8 10 7 8 10 1.2.3.4.5.6. 使用逗号将彼此相邻的数组串联起来称为水平串联。每个数组必须具有相同的行数。同样，如果各数组具有相同的列数，则可以使用分号垂直串联。 登录后复制 A = [a; a] A = 6×3 1 3 5 2 4 6 7 8 10 1 3 5 2 4 6 7 8 10 1.2.3.4.5.6.7.8.9. 复数 复数包含实部和虚部，虚数单位是 -1 的平方根。 登录后复制 sqrt(-1) ans = 0.0000 + 1.0000i 1.2. 要表示复数的虚部，请使用 i 或 j。 登录后复制 c = [3+4i, 4+3j; -i, 10j] c = 2×2 complex 3.0000 + 4.0000i 4.0000 + 3.0000i 0.0000 - 1.0000i 0.0000 +10.0000i 1.2.3.4.5. 2.数组索引 MATLAB® 中的每个变量都是一个可包含许多数字的数组。如果要访问数组的选定元素，请使用索引。 例如，假设有 4×4 矩阵 A： 登录后复制 A = [1 2 3 4; 5 6 7 8; 9 10 11 12; 13 14 15 16] A = 4×4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1.2.3.4.5.6.7. 引用数组中的特定元素有两种方法。最常见的方法是指定行和列下标，例如 登录后复制 A(4,2) ans = 14 1.2. 另一种方法不太常用，但有时非常有用，即使用单一下标按顺序向下遍历每一列： 登录后复制 A(8) ans = 14 1.2. 使用单一下标引用数组中特定元素的方法称为线性索引。 如果尝试在赋值语句右侧引用数组外部元素，MATLAB 会引发错误。 登录后复制 test = A(4,5) Index in position 2 exceeds array bounds (must not exceed 4). 1.2. 不过，您可以在赋值语句左侧指定当前维外部的元素。数组大小会增大以便容纳新元素。 登录后复制 A(4,5) = 17 A = 4×5 1 2 3 4 0 5 6 7 8 0 9 10 11 12 0 13 14 15 16 17 1.2.3.4.5.6.7. 要引用多个数组元素，请使用冒号运算符，这使您可以指定一个格式为 start:end 的范围。例如，列出 A 前三行及第二列中的元素： 登录后复制 A(1:3,2) ans = 3×1 2 6 10 1.2.3.4.5.6. 单独的冒号（没有起始值或结束值）指定该维中的所有元素。例如，选择 A 第三行中的所有列： 登录后复制 A(3,:) ans = 1×5 9 10 11 12 0 1.2.3.4. 此外，冒号运算符还允许您使用较通用的格式 start:step:end 创建等间距向量值。 登录后复制 B = 0:10:100 B = 1×11 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1.2.3.4. 3.工作区变量 工作区包含在 MATLAB® 中创建或从数据文件或其他程序导入的变量。例如，下列语句在工作区中创建变量 A 和 B。 登录后复制 A = magic(4); B = rand(3,5,2); 1.2. 使用 whos 可以查看工作区的内容。 登录后复制 whos Name Size Bytes Class Attributes A 4x4 128 double B 3x5x2 240 double 1.2.3.4.5. 此外，桌面上的“工作区”窗格也会显示变量。 退出 MATLAB 后，工作区变量不会保留。使用 save 命令保存数据以供将来使用， 登录后复制 save myfile.mat 1. 通过保存，系统会使用 .mat 扩展名将工作区保存在当前工作文件夹中一个名为 MAT 文件的压缩文件中。 要清除工作区中的所有变量，请使用 clear 命令。 使用 load 将 MAT 文件中的数据还原到工作区。 登录后复制 load myfile.mat 1. 4.文本和字符 字符串数组中的文本 当您处理文本时，将字符序列括在双引号中。可以将文本赋给变量。 登录后复制 t = "Hello, world"; 1. 如果文本包含双引号，请在定义中使用两个双引号。 登录后复制 q = "Something ""quoted"" and something else." q = "Something "quoted" and something else." 1.2.3.4. 与所有 MATLAB® 变量一样，t 和 q 为数组。它们的类或数据类型是 string。 登录后复制 whos t Name Size Bytes Class Attributes t 1x1 174 string 1.2.3. 注意 使用双引号创建字符串数组是在 R2017a 中引入的。如果您使用的是更早期的版本，请创建字符数组。有关详细信息，请参阅 字符数组中的数据。 要将文本添加到字符串的末尾，请使用加号运算符 +。 登录后复制 f = 71; c = (f-32)/1.8; tempText = "Temperature is " + c + "C" tempText = "Temperature is 21.6667C" 1.2.3.4.5. 与数值数组类似，字符串数组可以有多个元素。使用 strlength 函数求数组中每个字符串的长度。 登录后复制 A = ["a","bb","ccc"; "dddd","eeeeee","fffffff"] A = 2×3 string array "a" "bb" "ccc" "dddd" "eeeeee" "fffffff" strlength(A) ans = 1 2 3 4 6 7 1.2.3.4.5.6.7.8.9.10. 字符数组中的数据 有时，字符表示的数据并不对应到文本，例如 DNA 序列。您可以将此类数据存储在数据类型为 char 的字符数组中。字符数组使用单引号。 登录后复制 seq = 'GCTAGAATCC'; whos seq Name Size Bytes Class Attributes seq 1x10 20 char 1.2.3.4. 数组的每个元素都包含单个字符。 登录后复制 seq(4) ans = 'A' 1.2.3. 使用方括号串联字符数组，就像串联数值数组一样。 登录后复制 seq2 = [seq 'ATTAGAAACC'] seq2 = 'GCTAGAATCCATTAGAAACC' 1.2.3. 在字符串数组引入之前编写的程序中，字符数组很常见。接受 string 数据的所有 MATLAB 函数都能接受 char 数据，反之亦然。 5.调用函数 MATLAB® 提供了大量执行计算任务的函数。在其他编程语言中，函数等同于子例程或方法。 要调用函数，例如 max，请将其输入参数括在圆括号中： 登录后复制 A = [1 3 5]; max(A) ans = 5 1.2.3. 如果存在多个输入参数，请使用逗号加以分隔： 登录后复制 B = [10 6 4]; max(A,B) ans = 1×3 10 6 5 1.2.3.4.5. 通过将函数赋值给变量，返回该函数的输出： 登录后复制 maxA = max(A) maxA = 5 1.2. 如果存在多个输出参数，请将其括在方括号中： 登录后复制 [maxA,location] = max(A) maxA = 5 location = 3 1.2.3. 将任何字符输入括在单引号中： 登录后复制 disp('hello world') hello world 1.2. 要调用不需要任何输入且不会返回任何输出的函数，请只键入函数名称： 登录后复制 clc 1. clc 函数清空命令行窗口。 6.二维图和三维图 线图 要创建二维线图，请使用 plot 函数。例如，绘制从 0 到 2π 的正弦函数值： 登录后复制 x = 0:pi/100:2*pi; y = sin(x); plot(x,y) 1.2.3. 可以标记轴并添加标题。 登录后复制 xlabel('x') ylabel('sin(x)') title('Plot of the Sine Function') 1.2.3. 通过向 plot 函数添加第三个输入参数，您可以使用红色虚线绘制相同的变量。 登录后复制 plot(x,y,'r--') 1. 'r--' 为线条设定。每个设定可包含表示线条颜色、样式和标记的字符。标记是在绘制的每个数据点上显示的符号，例如，+、o 或 *。例如，'g:*' 请求绘制使用 * 标记的绿色点线。 请注意，为第一幅绘图定义的标题和标签不再被用于当前的图窗窗口中。默认情况下，每次调用绘图函数、重置坐标区及其他元素以准备新绘图时，MATLAB® 都会清空图窗。 要将绘图添加到现有图窗中，请使用 hold on。在使用 hold off 或关闭窗口之前，当前图窗窗口中会显示所有绘图。 登录后复制 x = 0:pi/100:2*pi; y = sin(x); plot(x,y) hold on y2 = cos(x); plot(x,y2,':') legend('sin','cos') hold off 1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11. 三维绘图 三维图通常显示一个由带两个变量的函数（即 z = f (x,y)）定义的曲面图。 要计算 z，请首先使用 meshgrid 在此函数的域中创建一组 (x,y) 点。 登录后复制 [X,Y] = meshgrid(-2:.2:2); Z = X .* exp(-X.^2 - Y.^2); 1.2. 然后，创建曲面图。 登录后复制 surf(X,Y,Z) 1. surf 函数及其伴随函数 mesh 以三维形式显示曲面图。surf 使用颜色显示曲面图的连接线和面。mesh 生成仅以颜色标记连接定义点的线条的线框曲面图。 子图 使用 subplot 函数可以在同一窗口的不同子区域显示多个绘图。 subplot 的前两个输入表示每行和每列中的绘图数。第三个输入指定绘图是否处于活动状态。例如，在图窗窗口的 2×2 网格中创建四个绘图。 登录后复制 t = 0:pi/10:2*pi; [X,Y,Z] = cylinder(4*cos(t)); subplot(2,2,1); mesh(X); title('X'); subplot(2,2,2); mesh(Y); title('Y'); subplot(2,2,3); mesh(Z); title('Z'); subplot(2,2,4); mesh(X,Y,Z); title('X,Y,Z'); 1.2.3.4.5.6.

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