PDF de programación - Guía de uso de MATLAB Tutorial

Guía de uso de MATLAB

Se necesitan unos pocos comandos básicos para empezar a utilizar MATLAB. Esta
pequeña guía explica dichos comandos fundamentales. Habrá que definir vectores y
matrices para poder modificarlos y operar con ellos. Se trata de comandos cortos de alto
nivel, porque MATLAB trabaja constantemente con matrices. Creo que les gustarán las
posibilidades que les ofrece este software para realizar operaciones de álgebra lineal
mediante una serie de instrucciones cortas:

definir E
E = eye(3)
1 0 0




0 1 0


0 0 1







definir u
u =E(:,1)

1
 
 
0
 
0
  

modificar E
E(3,1)=5
1 0 0


0 1 0

5 0 1









multiplicar Eu
v =E*u
1
 
 
0
 
5
  



La palabra eye designa a la matriz identidad. La submatriz u = E(:,1) toma la primera
columna de la anterior. La instrucción E(3, 1) = 5 coloca un 5 en el elemento (3, 1). El
comando E* u multiplica las matrices E y u. Todos estos comandos se repiten en la lista
que aparece a continuación. Aquí se presenta un ejemplo de cómo invertir una matriz y
resolver un sistema lineal:

definir A

A = ones(3) + eye(3)

definir b
b = A(:,3)

invertir A
C = inv(A)

Resolver Ax=b

x = A\b o
x = C*b

0
 
 
0
 
1
  



2 1 1
1 2 1
1 1 2















1
 
 
1
 
2
  



.75
.25
−
.25
−

.25
−
.75
.25
−

.25
−
.25
−
.75














Se sumó una matriz formada por unos a eye(3), y b es su tercera columna. A continuación,
inv(A) genera la matriz inversa (normalmente en decimales, ya que para las fracciones se
usa format rat). El sistema Ax = b se resuelve mediante x = inv(A) * b, el método lento. El
comando de la barra inversa x = A\b realiza la eliminación gaussiana si A es cuadrada y
nunca calcula la matriz inversa. Cuando la parte derecha de b sea igual a la tercera columna
de A, la solución para x tiene que ser [0 0 1]'. (El símbolo de la transpuesta ' convierte a
x en un vector de columna.) Entonces A*x elige la tercera columna de A, y tenemos que
Ax = b.

A continuación aparece una serie de comentarios, precedidos por el símbolo %:



y otros.

% Los símbolos a y A son diferentes: MATLAB distingue por defecto entre unos casos

% Escribir help slash para obtener una explicación del modo de utilizar el símbolo de la
barra inversa. La palabra help (ayuda) puede ir seguida de un símbolo o del nombre
de un comando o de un archivo (de extensión .m) de MATLAB.

1

Nota: El nombre del comando aparece con una mayúscula inicial en la explicación
que da help, pero debe escribirse en minúsculas al utilizarlo. La barra inversa A\b
actúa de forma distinta cuando A no es cuadrada.

% Para ver los números con 16 dígitos, escribir format long (formato largo). El formato

normal, format short (formato corto), muestra 4 dígitos decimales.

% Si se pone un punto y coma tras un comando, el programa no mostrará su resultado.

A = ones(3); no mostrará la matriz identidad de 3 x 3.

% Utilizar la flecha del desplazamiento hacia arriba del cursor para volver a comandos anteriores.



Cómo introducir un vector de filas o de columnas
u = [2 4 5] tiene una fila con tres elementos (matriz de 1 x 3).
v = [2; 4; 5] tiene tres filas separadas por puntos y comas (matriz de 3 x 1).
v = [2 4 5]' o v = u' transpone u para generar la misma v.
w = 2:5 define el vector de filas w = [2 3 4 5] mediante valores que aumentan
sucesivamente en una unidad.
u = 1:2:7 asigna valores que aumentan en dos unidades para obtener u = [1 3 5 7]

Cómo definir una matriz (introduciendo las filas una por una)
A = [1 2 3; 4 5 6] tiene dos filas (el punto y coma siempre separa unas filas de otras).
A = [12 3
4 5 6] también genera la matriz A, pero es más difícil de escribir.
B = [1 2 3; 4 5 6]' es la transpuesta de A. Así pues, AT es A' en MATLAB.

Cómo generar matrices especiales
diag(v) genera una matriz diagonal con el vector v como diagonal.
toeplitz(v) define una matriz simétrica de diagonal constante con v como primera fila y

primera columna.

toeplitz(w, v) define una matriz simétrica de diagonal constante con w como primera
columna y v como primera fila.
ones(n) genera una matriz de n × n con todos los valores iguales a uno.
zeros(n) genera una matriz de n × n con todos los valores iguales a cero.
eye(n) genera una matriz identidad de n × n.
rand(n) genera una matriz de n × n con elementos de valor aleatorio entre 0 y 1
(distribución uniforme).
randn(n) genera una matriz de n × n cuyos elementos siguen una distribución normal
(media 0 y varianza 1).

2

ones(m, n), zeros(m, n), rand(m, n) generan matrices de m × n.
ones(size(A)), zeros(size(A)), eye(size(A)) generan matrices de la misma forma que A.

Cómo cambiar elementos en una matriz A dada

A(3, 2) = 7
A(3,:) = v
A(:, 2) = w

coloca un 7 en el elemento (3, 2).
sustituye los valores de la tercera fila por los de v.
sustituye los valores de la segunda columna por los de w.

El símbolo de los dos puntos : significa todo (todas las columnas o todas las filas).

A([2 3],:) = A([3 2],:) intercambia las filas 2 y 3 de A.

Cómo crear submatrices de una matriz A de m × n
A(i, j)
A(i, :)
A(:, j)
A(2: 4,3: 7)

muestra el elemento (i, j) de la matriz A (escalar = matriz de 1 × 1).
muestra la fila i-ésima de A (como vector de fila).
muestra la columna j-ésima de A (como vector de columna).
muestra las filas de la 2 a la 4 y las columnas de la 3 a la 7 (en forma de
matriz de 3 × 5).
muestra las filas 2 y 4 y todas las columnas (en forma de matriz de
2 × n).
muestra una sola columna larga formada a partir de las columnas de A
(matriz de mn × 1).

A([2 4],:)

A(:)

triu(A) coloca ceros en todos los elementos por debajo de la diagonal (triangular superior).
tril(A) coloca ceros en todos lo elementos por encima de la diagonal (triangular inferior).

Multiplicación e inversión de matrices
A * B
A. * B

da la matriz resultante del producto AB (si dicha operación es posible).
da el producto elemento por elemento (si size(A) = size(B), es decir, si tienen
el mismo tamaño)
da A-1 si A es cuadrada e invertible.
da la pseudoinversa de A.
da inv(A) * B si existe inv(A): la barra inversa es la división por la izquierda.
da la solución de Ax = b si existe inv(A).

inv(A)
pinv(A)
A\B
x = A\b

¡Véase help slash cuando A sea una matriz rectangular!


Números y matrices asociados a A
det(A) es el determinante (si A es una matriz cuadrada).

rank(A) es el rango (número de pivotes = dimensión del espacio de filas y del espacio de

columnas).

size(A) es el par de números [m n].

3

trace(A) es la traza = suma de los elementos de la diagonal = suma de autovalores.

null(A) es una matriz cuyas columnas n - r forman una base ortogonal para el espacio

nulo de A.

orth(A) es una matriz cuyas columnas r forman una base ortogonal para el espacio de

columnas de A.

Ejemplos

E = eye(4); E(2, 1) = -3 crea una matriz de eliminación elemental de 4 × 4.
E*A resta 3 veces la fila 1 de la fila 2 de A.
B = [A b] crea una matriz aumentada con b como columna adicional.
E = eye(3); P = E([2 1 3],:) genera una matriz de permutación.
Nótese que triu(A) + tril(A) - diag(diag(A)) es igual a A.

incluidos en el programa para realizar

.m

Archivos
factorización de matrices (¡importantísimos!)
[L, U, P ] = lu(A) produce tres matrices donde PA = LU.

la

e = eig(A) es un vector en el que se encuentran los valores propios de A.
[S, E] = eig(A) produce una matriz diagonal de autovalores E y una matriz de autovectores
S donde AS = SE. Si A no es diagonalizable (no tiene suficientes autovectores), S no
es invertible.

[Q, R] = qr(A) produce una matriz ortogonal Q de m × m y una triangular R de m × n, siendo

A = QR.

Creación de archivos de extensión .m
Son archivos con la terminación .m que MATLAB utiliza para trabajar con funciones y
scripts. Un script es una secuencia de comandos que se pueden ejecutar a menudo y que se
pueden guardar en un archivo de extensión .m para no tener que escribirlos de nuevo. Las
demostraciones de MATLAB son un ejemplo de estos scripts. Fijémonos en la que lleva
por nombre house (casa). La mayoría de las funciones de MATLAB están en realidad en
archivos .m, y se pueden visualizar escribiendo type xxx, donde xxx es el nombre de la
función.

Para elaborar sus propios scripts o funciones, deberán generar un nuevo archivo de texto
con el nombre que ustedes quieran, siempre y cuando termine en .m, para que MATLAB lo
reconozca. Este tipo de archivos se pueden crear, editar y guardar con cualquier editor de
textos, como emacs, EZ, o vi. Un archivo de script es simplemente una lista de comandos de
MATLAB. Cuando se escribe el nombre del archivo en el prompt de MATLAB, su
contenido se ejecuta. Para que un archivo .m sea una función, tiene que empezar por la

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palabra function seguida de las variables de salida entre paréntesis, el nombre de la función
y las variables de entrada.

Ejemplos
function [C]=mult(A)
r=rank(A);
C =A' ∗ A;

Guardar los comandos que aparecen arriba en un archivo de texto llamado mult.m. Esta
función tomará la matriz A y mostrará solamente la matriz resultado C. La variable r no se
muestra porque no se introdujo como variable de salida. Al final de los comandos se ha
puesto ";" para que no aparezcan en la ventana de MATLAB cada vez que se ejecutan. Esto
resulta útil para trabajar con matrices grandes. Éste es otro ejemplo:

function [V, D, r]=properties(A)
% Esta función calcula el rango, autovalores y autovectores de A
[m, n]=size(A);
if m==n
[V, D]=eig(A); r=rank(A); else
disp('E