《MATLAB概述》PPT课件.ppt

任课教师：何东健 电 话邮 箱：,MATLAB程序设计,一、课程安排 总学时：40 讲授：24学时 实验：16学时 自主学习：16学时 二、教材 楼顺天，姚若玉，沈俊霞.MATLAB 7.X程序设计语言（第二版），西安：西安电子科技大学出版社，2009.10,第一章 MATLAB概述,二、课程基本要求 1、掌握MATLAB特点、工作空间及集成环境； 2、掌握MATLAB基本操作，包括表达式表示、矩阵操作 ； 3、掌握MATLAB 绘图功能。掌握图形绘制相关函数，能熟练绘制二维图、三维曲线和曲面； 4、掌握MATLAB 程序设计流程和方法，重点掌握循环的向量化和阵列预分配；掌握程序调试技术。 5、掌握MATLAB 的基本应用。能用MATLAB 解决本专业相关问题； 6、了解MATLAB工具箱及其基本应用方法。,三、课程考核方法 1、考勤（10）（缺课6学时成绩按0分计） 2、实验成绩（20）； 3、考试（70）。,从一个例子开始 问题：方波可用相应频率的基波和奇次谐波合成，这也是将它展开为正弦级数的理论基础。用MATLAB来演示这一结论。 建模：一个以原点为奇对象中心的方波y(t)可以用奇次正弦波的叠加来合成: y(t)=sint+(sin3t)/3+(sin5t)/5+(sin(2k-1)t)/(2k-1),k=1,3,5 设方波宽度为，周期为2。,t=0:0.1:10; %设定一个时间数组，有101个点 y=sin(t);plot(t,y),pause %频率为1/2的正弦基波 y=sin(t)+sin(3*t)/3;plot(t,y),pause %叠加3次谐波 %用1,3,5,7,9次谐波叠加 y=sin(t)+sin(3*t)/3+sin(5*t)/5+sin(7*t)/7+sin(9*t)/9; plot(t,y),pause %绘制3维图形，把各次谐波数据存入3维数组，重新定义Y；%用19次谐波组合，点取的密集一些。 t=0:0.031:3.14; %t取值在0- y=zeros(10,max(size(t); %定义10行、102列的2维数组并置0 x=zeros(size(t); %定义每一个谐波并置0,for k=1:2:19 %计算k=1、3、5、717、19时x,y x=x+sin(k*t)/k; y(k+1)/2,:)=x; end %叠加波形后绘制 plot(t,y(1:10,:) %将各波形绘制成三维网格，观察增加谐波阶次对方波的逼近程度影响 pause mesh(t,1:10,y(1:10,:) pause clc,叠加3次谐波,1,3,5,7,9次谐波叠加,1-19次谐波及组合,各波形绘制成三维网格,示例2：复杂参数函数图形，demo2_cplxdemo.m 示例3：克莱因瓶。demo3_kleinbottle.m 示例4：数据可视化，demo4_datavisual.m,MATLABmatrix laboratory(MathWorks) 已成为线性代数、数值分析、优化方法、自动控制理论，数理统计，数字信号处理，时间序列分析，动态系统仿真等课程的基本教学工具。 1982第一版，1992年V4.0，2004年V7.0,目前，2011a,2011b等版本。 启动：双击MATLAB图标 退出：单击关闭按钮 quit命令 exit命令,一、MATLAB的语言特点,语言简洁紧凑，使用方便灵活，运算符、库函数极其丰富。 MATLAB中矩阵操作如同其它高级语言中的变量操作一样方便，而且矩阵无需定义即可采用，可随时改变矩阵的尺寸。 MATLAB语句书写简单，表达式的书写如同在稿纸中演算一样，与人们的手工运算相一致，容易为人们所接受。,德国 Albrecht Durer 1514年 Melancholia 作品中的“数独”,1-16共16个自然数填写在4的方格中，各行、列之和均等于34.,MATLAB语句功能强大，一条语句往往相当于其它高级语言中的几十条、几百条甚至几千条语句。既具有结构化的控制语句，又有面向对象编程的特性。 程序限制不严格，程序设计自由度大 。 程序的可移植性很好 。 MATLAB的图形功能强大。二维、三维曲线、曲面函数。 功能强大的工具箱。信号处理、图像处理、控制系统、非线性控制设计、鲁棒控制、系统辨识、最优化、神经网络、模糊系统和小波等50余个。 源程序的开放性。 MATLAB的缺点：不能脱离MATLAB环境运行。,二、MATLAB的系统组成,系统组成见P3图1.1 开发环境 数学函数库 编程与数据类型 文件I/O 图形处理 三维可视化 创建图形用户界面 外部接口,1MATLAB的开发环境 MATLAB的工作环境（编辑器、调试器、执行器集成）提供了一组实用工具函数，利用这些函数可以： 管理工作空间中的变量、输入/输出数据，开发、管理、调试M文件。 2MATLAB的数学函数库 MATLAB提供了许多数学函数，它们是内部函数。如 基本函数：求和、正弦、余弦等； 复杂函数：矩阵求逆、FFT，小波变换等函数。,3编程与数据类型 MATLAB提供了许多种数据类型，例如整型、双精度、字符、结构型等，以方便选用。还包含运算所需的操作符和MATLAB的编程技术。 4文件I/O 提供一组读写文件的命令，文件格式，例如 .m、.mdl、.mat、.fig、.pdf、.html、.txt文件等。 注意：.dat文件可以采用load命令直接读取。 load imdemos.mat （C:Program FilesMATLABtoolboximagesimdemos）,5图形处理 有丰富的图形处理能力，提供了绘制各种图形、图像数据的函数。还包括一些低级的图形命令，可供用户自己制作、控制图形特性用。 6三维可视化 提供了一组绘制二维曲面和三维曲线的函数，还可以对图形进行旋转、缩放等操作。 7创建图形用户界面 为用户设计图形用户界面提供方便，这些函数可以用于窗口设定、修改属性等操作。 8外部接口 允许在MATLAB中编写C或FORTRAN程序，从而使MATLAB与C、FORTRAN程序结合起来。,三、MATLAB的搜索路径,当前路径Current Directory 默认当前路径为X:MATLAB701work（X为MATLAB的安装盘符） 用户输入某个标示符，MATLAB 检查该标示符是否为变量 检查该标示符是否为内部函数 在当前路径下检查是否存在该m文件 在搜索路径中检查是否存在该m文件 搜索路径 File/Set Path path命令,四、MATLAB的工作空间,工作空间：保存本次任务过程中的变量信息。 dir命令：列出当前路径下的文件和文件夹名 what命令：列出当前路径下的所有*.m、*.mex、*.mat文件。 工作空间浏览器Workspace，浏览、管理变量。 显示和清除变量 who（仅给出变量名）、whos（给出变量名，及大小、字节、数据类型等属性）命令 clear命令：clear all(清除工作空间所有变量), clear X (清除变量X), 保存和恢复工作空间 save命令：save 文件名 load命令： load 文件名,五、 MATLAB的集成环境,将程序编辑器、调试器、执行器集成在一起，用户编写程序简单、直观，调试方便，运行迅速，结果显示直观。 1. MATLAB主窗口 2. 命令窗口（Command Window） 直接在“提示符”后输入命令， MATLAB立即执行 如：sin(1/9*pi)+sin(2/9*pi)+sin(3/9*pi)+ . sin(4/9*pi)+sin(5/9*pi)+sin(6/9*pi)+ . +sin(7/9*pi)+sin(8/9*pi)+sin(9/9*pi) 执行结束后会再次出现提示符。如果没有出现 ，则表明程序正在运行或暂停。,五、 MATLAB的集成环境,3. 历史窗口（Command History）：保存过去使用过的命令，可以将命令行拖拉到命令窗口，也可以直接双击命令行调出命令并进行执行。 4. 当前目录窗口（Current Directory ） 用户想要运行的任何文件必须在当前目录或在搜索路径中。 5. 工作空间窗口（Workspace）：保存本次项目中建立的变量。双击变量可显示变量名称、尺寸、占空间大小、类型等。也可对变量进行修改、删除等管理。,其他技巧： 1、设置命令、编辑器等字体：File/Prefrences/Font中，选中Custom后，选择字体大小； 2、恢复Matlab默认窗口布局：Desktop/Desktop Layout/Default 3、快速调用历史命令：用光标可直接调用上一次、下一次的命令到命令窗口。 4、清除命令窗口显示内容：clc,六、编辑M文件,例：绘制y=sin(x)在0-2pi间的曲线 在命令行输入： x=0:0.01:2*pi; y=sin(x); plot(x,y); title(y=sin(x); xlabel(x); ylable(y); grid on 问题：（1）效率低；（2）出现错误前功尽弃；（3）只能按顺序执行，无法实现复杂问题的求解,1.什么是M文件？ 将MATLAB语句按特定的顺序组合在一起就得到了MATLAB程序，其文件名的后缀为M，故也称为M文件。 2.为什么要用到M文件？ M文件专用编辑/调试器，在编辑中会以不同的颜色表示不同的内容：命令、关键字、不完整字符串、完整字符串及其它文本，这样就可以发现输入错误，缩短调试时间。可以连续、自动执行一系列命令，提高效率。 3.怎样建立一个M文件？,(1) 在命令窗口键入 edit 文件名 则启动编辑器，并打开fname.m文件。 (2) 在Matlab主窗口 File菜单或工具栏上选择New命令或NewFile图标。 编辑器窗口如图1.5所示，它提供了一组菜单和快捷键，提供了编辑M文件和调试M文件的两大功能。 注意：M文件命名时，最好以字母开头，不能用中划线、空格和matlab保留字。如pi、