[工学]第一章MATLAB概述.ppt

第一章第一章 MATLABMATLAB语言概述语言概述 一、一、MATLABMATLAB语言的发展语言的发展 matlabmatlab语言是由新墨西哥大学的语言是由新墨西哥大学的 Clever Clever MolerMoler博士于博士于19801980年开发的年开发的 设计者的初衷是为解决设计者的初衷是为解决“ “线性代数线性代数 ” ”课程的矩阵运算问题课程的矩阵运算问题 取名取名MATLABMATLAB即即MatMatrix rix LabLaboratory oratory 矩阵实验室的意思矩阵实验室的意思 MATLABMATLAB的发展更新较快的发展更新较快 19841984年，年，MathworksMathworks公司成立，公司成立， MATLABMATLAB推向市场推向市场 ; ; 19931993年，第一版年，第一版windowswindows问世，同年支持问世，同年支持 windows3.xwindows3.x的的MATLAB4.0MATLAB4.0版问世；版问世； 19971997年，推出年，推出MATLAB5.0MATLAB5.0； 20012001年，推出年，推出MATLAB6.0MATLAB6.0； 20022002年，推出年，推出MATLAB6.5MATLAB6.5； 20042004年，推出年，推出MATLAB7.0MATLAB7.0；20072007年年 MATLAB7.4MATLAB7.4 。 MATLABMATLAB在美国已经作为大学工科学在美国已经作为大学工科学 生必修的计算机语言之一生必修的计算机语言之一 ( (C, C, FORTRAN, ASSEMBLER, FORTRAN, ASSEMBLER, MATLAB)MATLAB) 近年来，近年来，MATLABMATLAB语言已在我国推广语言已在我国推广 使用，现在已应用于各学科研究部门使用，现在已应用于各学科研究部门 和许多高等院校和许多高等院校. . 二、二、matlabmatlab能在各领域做什麽能在各领域做什麽 工业研究与开发工业研究与开发 数学教学，特别是线性代数数学教学，特别是线性代数 数值分析和科学计算方面的教学与研究数值分析和科学计算方面的教学与研究 电子学、控制理论和物理学等工程和科学电子学、控制理论和物理学等工程和科学 学科方面的教学与研究学科方面的教学与研究 经济学、化学和生物学等计算问题的所有经济学、化学和生物学等计算问题的所有 其他领域中的教学与研究其他领域中的教学与研究 1. 1.数值运算功能数值运算功能 MATLABMATLAB提供了丰富的矩阵运算处理功提供了丰富的矩阵运算处理功 能，是能，是基于矩阵运算的处理工具基于矩阵运算的处理工具。 变量变量 矩阵矩阵，运算，运算 矩阵的运算矩阵的运算 例如例如 C = A + B C = A + B ，A,B,CA,B,C都是矩阵都是矩阵, ,是矩是矩 阵的加运算阵的加运算 即使一个常数，即使一个常数，Y=5Y=5，MATLABMATLAB也看做也看做 是一个是一个1 1 1 1的矩阵的矩阵 三、三、MATLABMATLAB语言的功能语言的功能 例、用一个简单命令求解线性系统例、用一个简单命令求解线性系统 3 3x x 1 1 + x+ x 2 2 - x- x 3 3 = 3.6= 3.6 x x 1 1 +2x+2x 2 2 +4x+4x 3 3 = 2.1= 2.1 -x -x 1 1 +4x+4x 2 2 +5x+5x 3 3 = -1.4= -1.4 x =x = 1.4818 1.4818 -0.4606 -0.4606 0.3848 0.3848 A=3 1 -1;1 2 4;-1 4 5;b=3.6;2.1;-1.4;A=3 1 -1;1 2 4;-1 4 5;b=3.6;2.1;-1.4; x=Abx=Ab 例、求例、求x x 3 3 -6x -6x 2 2 -72x-72x 27=027=0的根的根 r=roots(1,-6,-72,-27)r=roots(1,-6,-72,-27) r =r = 12.1229 12.1229 -5.7345 -5.7345 -0.3884 -0.3884 2. 2.符号运算功能符号运算功能 符号运算即用字符串进行数学分析符号运算即用字符串进行数学分析 允许变量不赋值而参与运算允许变量不赋值而参与运算 用于解代数方程、微积分、复合导数、用于解代数方程、微积分、复合导数、 积分、二重积分、有理函数、微分方程积分、二重积分、有理函数、微分方程 、泰乐级数展开、寻优等等，可求得解、泰乐级数展开、寻优等等，可求得解 析符号解析符号解 例：例： 求求f(x)f(x)、g(x)g(x)的解。的解。 已知已知 f,g=f,g=dsolvedsolve( (DfDf=3*f+4*g,Dg=-4*f+3*g,=3*f+4*g,Dg=-4*f+3*g, f(0)=0,g(0)=1,x)f(0)=0,g(0)=1,x) f=exp(3*x)*sin(4*x)f=exp(3*x)*sin(4*x) g=exp(3*x)*g=exp(3*x)*coscos(4*x)(4*x) 3. 3. 丰富的绘图功能与计算结果的可视化丰富的绘图功能与计算结果的可视化 具有高层绘图功能具有高层绘图功能两维、三维两维、三维 绘图绘图 具有底层绘图功能具有底层绘图功能句柄绘图句柄绘图 使用使用plotplot函数可随时将计算结果可视函数可随时将计算结果可视 化化 x=x=linspacelinspace(0,6)(0,6) y1=sin(2*x),y2=sin(x.2),y3=(sin(x).2;y1=sin(2*x),y2=sin(x.2),y3=(sin(x).2; plot(x,y1,r,x, y2,g,x, y3,b)plot(x,y1,r,x, y2,g,x, y3,b) 例：例：用简短命令计算并绘制在用简短命令计算并绘制在0 0 x x 6 6范围内范围内 的的sin(2x)sin(2x)、sinxsinx2 2、 、sin sin 2 2 x x。 例：例：绘制绘制 x x2 2 +y+y 2 2 的三维图。的三维图。 x=-4:4; y=x; X,Y=x=-4:4; y=x; X,Y=meshgridmeshgrid(x,y);(x,y); Z=X.2+Y.2;Z=X.2+Y.2; mesh(X,Y,Z);mesh(X,Y,Z);colormapcolormap(1,0,0)(1,0,0) meshcmeshc(X,Y,Z)(X,Y,Z) meshzmeshz(X,Y,Z)(X,Y,Z) surflsurfl(X,Y,Z)(X,Y,Z)surf(X,Y,Z)surf(X,Y,Z) 4. 4.图形化程序编制功能图形化程序编制功能 动态系统进行建模、仿真和分析的动态系统进行建模、仿真和分析的 软件包软件包 用结构图编程，而不用程序编程用结构图编程，而不用程序编程 只需拖几个方块、连几条线，即可只需拖几个方块、连几条线，即可 实现编程功能实现编程功能 5. 5.丰富的丰富的MATLABMATLAB工具箱工具箱 MATLABMATLAB主工具箱主工具箱 符号数学工具箱符号数学工具箱 SIMULINKSIMULINK仿真工具箱仿真工具箱 控制系统工具箱控制系统工具箱 信号处理工具箱信号处理工具箱 图象处理工具箱图象处理工具箱 通讯工具箱通讯工具箱 系统辨识工具箱系统辨识工具箱 神经元网络工具箱神经元网络工具箱 金融工具箱金融工具箱 许多学科，在MATLAB中都有专用 工具箱，现MATLAB7.0已有60多个 工具箱，但MATLAB语言的扩展开 发还远远没有结束，各学科的相互促 进，将使得MATLAB更加强大 6. 6.MATLABMATLAB的兼容功能的兼容功能 可与可与C C语言、语言、FORTUREFORTURE语言跨语言跨 平台兼容平台兼容 用函数用函数CMEXCMEX、FMEXFMEX实现实现 三、三、 启动启动MATLABMATLAB 开机执行程序开机执行程序 c:c:matlabmatlabbinbinmatlabmatlab.exe.exe 用鼠标双击用鼠标双击matlabmatlab图标）图标） 即可打开即可打开matlabmatlab命令平台命令平台 待 机 状 态 工作窗出现以后，即可进行各种操作工作窗出现以后，即可进行各种操作 四、MATLAB界面 与Windows的窗口界面类似，有菜单项 File、Edit、Option、Windows、Help 等项可以选择。 1. 1.dir dir 可列出指定目录下的文件可列出指定目录下的文件 和子目录清单和子目录清单 2. 2.cdcd可改变当前工作目录可改变当前工作目录 cdcd _ _ _ _ 显示当前子目录显示当前子目录 cd cd c:c:matlabmatlabtoolboxtoolbox设置当前路径设置当前路径 3.3.type type 可显示指定文件的内容可显示指定文件的内容 五、五、matlabmatlab常用指令常用指令 （一）常用指令（一）常用指令 6. 6.clearclear清除内存中的变量清除内存中的变量 7.7.dispdisp 程序或指令在运行中显程序或指令在运行中显 示变量或文字内容示变量或文字内容 dispdisp(The result is error!)(The result is error!) 8. 8.whowho和和whoswhos 可显示当前变量可显示当前变量 列表，后者还给出具体信息列表，后者还给出具体信息 4. 4.clcclc 可擦除命令窗显示的内容可擦除命令窗显示的内容 5. 5.clfclf 可擦除图形窗显示的内容可擦除图形窗显示的内容 9. 9. savesave和和loadload 数据的保存和获取数据的保存和获取 save datasave data将工作空间中所有的将工作空间中所有的 变量存到变量存到data.matdata.mat文件中。文件中。 save data a bsave data a b 将工作空间中将工作空间中a a 和和b b变量存到变量存到data.matdata.mat文件中。文件中。 load dataload data 将将datadata文件中的数文件中的数 据调入工作空间据调入工作空间 （二）（二）matlabmatlab在线查询在线查询 1. 1.help help 2. 2. help help 功能提供功能提供matlabmatlab大部分主题的在线帮大部分主题的在线帮 助信息助信息 指令窗：指令窗：helphelp菜单菜单或或 help+help+名称名称 help plot3help plot3 显示有关三维做图指令帮助信息显示有关三维做图指令帮助信息 虽然help可以随时提供帮助，但必须知道准 确的函数名称。当不能确定函数名称时， help就无能为力了。 2、lookfor lookfor函数 它可提供通过一般的关 键词，搜索出一组与之相关的命令，即 可搜索知其功能，但不知具体名的指令 Lookfor fourier 寻找含有傅立叶变换 的相关指令，结果：FFT、IFFT等 六、六、matlabmatlab的演示功能的演示功能 demos 在线演示 在命令窗口输入demos 指令，或在help菜单中选 demos指令 七、七、MATLABMATLAB的基本成分及数据结构的基本成分及数据结构 （一）基本成分（一）基本成分 1 1、数与表达式、数与表达式 a. a. 常用十进制的小数、负数及复数常用十进制的小数、负数及复数 -9 1.3-9 1.3e-3 2i 5+4i exp(10) exp(2+3i)e-3 2i 5+4i exp(10) exp(2+3i) 注意注意e e前必须有数字，且后必为整数。前必须有数字，且后必为整数。 b.b.表达式表达式 算术运算符：算术运算符：+ - * / + - * / 2 2、矩阵、矩阵 矩阵中行中元素用空格或逗号隔开，而矩阵中行中元素用空格或逗号隔开，而 行间用；隔开，矩阵两端用行间用；隔开，矩阵两端用 括起。括起。 A=1,2,3;4,5,6 A=1,2,3;4,5,6 或或A=1 2 3;4 5 6 A=1 2 3;4 5 6 ， B=1+2i,2+3i;3i,4B=1+2i,2+3i;3i,4 3 3、语句和变量、语句和变量 语句有两种语句有两种 (1) (1) 表达式表达式：由算符、函数名和数字组成：由算符、函数名和数字组成 关系运算符：关系运算符： = = = = = = 逻辑运算符：逻辑运算符： Li ; Xiao ZhouXiao Zhou; ; Xiao XuXiao Xu S=S= Hello!Hello! My name is Jhon!My name is Jhon! num2strnum2str：将数字转化为字符串。将数字转化为字符串。 int2strint2str：将整数转化为字符串。将整数转化为字符串。 str2numstr2num： 将字符串转化为数字。将字符串转化为数字。 hex2dechex2dec: :将十六进制字符串转化为十进制整数将十六进制字符串转化为十进制整数 dec2hexdec2hex: :将十进制整数转化为十六进制字符串将十进制整数转化为十六进制字符串 bin2decbin2dec: :将二进制字符串转化为十进制整数将二进制字符串转化为十进制整数 dec2bindec2bin: :将十进制整数转化为二进制字符串将十进制整数转化为二进制字符串 （3 3）字符串操作函数）字符串操作函数P41-42P41-42 absabs、doubledouble：将字符串转变为将字符串转变为ASCIIASCII值。值。 charchar：将：将ASCIIASCII值转变为字符串。值转变为字符串。 A=10011A=10011；B=bin2dec(A)B=bin2dec(A)， c=198c=198； D=dec2hex(c),D=dec2hex(c), 结果：结果： B=B= 1919 D=D= C6C6 strcatstrcat：字符串行连接串字符串行连接串 strvcatstrvcat：字符串垂直连接串字符串垂直连接串 A=char(red,yellow,green);A=char(red,yellow,green); B=charB=char(30%,40%,(30%,40%,30%);30%); C=C=strcatstrcat(A,B)(A,B) D=strvcat(A,B)D=strvcat(A,B) C= red30%C= red30% yellow40% yellow40% green30% green30% D=D= redred yellowyellow GreenGreen 30%30% 40%40% 30%30% 5 5、键盘操作指令、键盘操作指令 （1 1）读取用户指令）读取用户指令 变量值根据提示从键盘输入数值、字符串变量值根据提示从键盘输入数值、字符串 或表达式或表达式 X=input(X=input(提示信息提示信息) ) X=input(X=input(提示信息提示信息,s) ,s) 作为字符串的作为字符串的 形式赋给变量。形式赋给变量。 （二）数据结构（二）数据结构 1. 1. char 2. double 3. sparsechar 2. double 3. sparse 4. cell4. cell单元数组单元数组 5. 5. structstruct结构数组结构数组 单元数组可用单元数组可用cellcell指令或指令或创建创建。 cell(m,n)cell(m,n)创建创建 个空阵个空阵 例：例：创建一单元数组，已知创建一单元数组，已知A=1,2,3;4,5,6,A=1,2,3;4,5,6,利用利用 A A、sum(A)sum(A)、prod(A)prod(A)创建创建 的单元数组。的单元数组。 法法 一：利用一：利用创建创建 C=A,sum(A),prod(A)C=A,sum(A),prod(A) C= double double doubleC= double double double 1 2 3 4 5 6 double 法二：利用法二：利用cellcell指令创建指令创建 C=cell(1,3) C=cell(1,3) 结果结果 C1,1=A; C1,2