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MATLAB应用基础 罗文秋 北京印刷学院北京印刷学院 信息与机电学院信息与机电学院 1 课程介绍 2 Matlab是什么？ lMatlab来源于Matrix Laboratory. l由美国mathwork公司于1984年推出。 l是一套专门以矩阵形式处理数据的科学计算软 件。 lMatlab软件包括五大通用功能： 数值计算功能 符号运算功能 数据可视化功能 数据图形文字统一处理功能 建模仿真可视化功能 3 MATLAB的主要特点 1. 强大的数值计算和符号计算功能 2. 强大的图形处理能力 3. 高级但简单的程序环境 4. 丰富的MATLAB工具箱 4 为什么要学习Matlab lMatlab是目前国际上最流行、应用最广泛的科学与工 程计算软件。 lMatlab已经成为众多理工科院校自动化、通信技术、 电子信息以及电气自动化等专业的必修课程。Matlab 是这些专业本科生和研究生必须掌握的基本技能。 lMatlab被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处 理等领域的分析、仿真和设计工作，为研究系统和分 析试验数据提供了极大的方便。 l在信号与系统、数字信号处理、图像处理、自控原理 等课程，都借助Matlab这一工具进行计算和仿真分析 。 5 课程内容 l课程内容有： 1、Matlab语言的基本使用方法 2、 Matlab的数值运算 3、 Matlab的符号计算 4、计算结果的可视化 5、 Matlab程序设计 6、Simulink仿真环境 6 学时分配及成绩评定 l总学时：32学时（理论20学时，上机12学时） l成绩评定：平时30%+期末考试70% 7 参考书 l精讲多练MATLAB罗建军，杨琦，西安 交通大学出版社 lMATLAB 6.5及其在信号处理中的应用， 王宏，清华大学出版社 ，2004 8 参考网址 MATLAB的制造商美国 MathWorks公司的网站 MathWorks中国网站 /matlabcentral MATLAB中心 研学论坛科技综合交流 我爱matlab中文论坛 MATLAB中国论坛|实验室爱好者之 家 MATLAB中文论坛 9 第一章 MATLAB语言 的基本使用方法 10 教学目标 l了解MATLAB的基本知识以及上机环境 l学会利用MATLAB进行基本的数学运算 11 授课内容 l1.1 MATLAB介绍 l1.2 MATLAB的视窗环境 l1.3 基本运算 l1.4 变量 l1.5 常用函数 12 1.1 MATLAB介绍 lMatlab是美国mathwork公司开发的科学计算软 件，利用简单命令能快速实现数值计算和图像 显示。 lMatlab是既可以交互使用也能解释执行的计算 机编程语音。 lMatlab是解决工程计算问题的技术平台。 13 lMATLAB由主包和工具箱组成。 主包：基本函数库。 工具箱：解决某一专门问题的子程序集。 工具箱分为功能工具箱和学科工具箱。 学科工具箱如： 通信工具箱(Communication Toolbox) 信号处理工具箱(Signal Processing Toolbox) 图像处理工具箱(Image Processing Toolbox) 偏微分方程工具箱(Partial Differential Equation Toolbox) 财政金融工具箱(Financial Toolbox) 14 一、MATLAB操作界面 （一）菜单栏 lFile菜单 lEdit菜单 lDebug菜单 lDestributed菜单 lDesktop菜单 lWindows菜单 lHelp菜单 lstart菜单 1.2 MATLAB的视窗环境 15 （二）通用操作界面窗口 l命令窗口(Command Window) l历史命令窗口(Command History) l当前目录浏览器窗口(Current Directory Browser) l工作空间浏览器窗口(Workspace Browser) lM文件编辑调试器窗口(EditorDebugger) l帮助导航浏览器窗口(Help Navigator Browser) l程序性能剖析窗口(Profiler) 16 1. 命令窗口(Command Window)： 键入各种MATLAB的命令、函数和表达式， 并显示除图形外的所有运算结果。 (1) 命令行的显示方式 l每个命令行前会出现提示符：“”。 l命令、表达式以及计算结果等采用黑色字体 ； l字符串采用赭红色； l“if”、“for”等关键词采用蓝色。 17 (2)命令行的输入规则: l一个命令行输入一条命令，命令行以回车结束。 l一个命令行也可以输入若干条命令，各命令之间以逗号 分隔，若前一命令后带有分号，则逗号可以省略。 l如果一个命令行很长，要加续行符（三个小黑点）。 18 (3)命令窗口中的标点符号（英文状态） (4)数值计算结果的显示格式及设置: “File”“ Preferences”“Command Window” 19 2. 历史命令窗口(Command History): 可以复制、运 行历史命令或者把历史命令写出M文件中 3. 当前目录浏览器窗口(Current Directory Browser) l通过单击Windows桌面上的MATLAB图标启动，则启 动后的默认当前目录是“文档/matlab/”； l可把用户目录设置成当前目录：在当前目录设置区设 置。使用Set Path.Add Folder (或Add with Subfolders)SaveClose. 20 l当前目录指Matlab运行文件时的工作目录，只有在当 前目录或搜索路径下的文件及函数可以被直接运行或 调用，没有特殊指明的话，数据文件也将存储在当前 目录下。 l当前目录浏览器用于显示及设置当前工作目录，同时 显示当前工作目录下的文件信息。 l若运行文件需调用多个目录下的文件或函数，可以将 这些目录加入到搜索路径中。这样运行这些文件就不 需再将其设置成当前目录了。 21 4. 工作空间浏览器窗口(Workspace Browser) 显示所有MATLAB工作空间中的变量名、数据结构、类 型、大小和字节数。可以对变量进行观察、编辑、提取和保 存。 在排查逻辑错误，程序的跟踪调试中特别有用！ 例： a=rand(1,20)； b = a(11:20)；a(1:10) ； 22 (1) 可在Workspace中实现变量管理（查看、保存、载入和 删除等） (2) 也可通过命令管理变量 lsave FileName 变量1 变量2 参数 将workspace中变 量存入文件 例： a=100; b=1:2:10; c = a*b; d = a+b; save data1 a b c save data2 a b c save data3 %把工作区的所有变量 存入 save data1 d %覆盖 save data2 d -append %追加 23 load FileName 变量1 变量2 将文件中变量 workspace中 例： clear all load data3 a b c d lclear 清除内存变量 lwhos, who 显示变量信息 24 5. M文件编辑调试器窗口(EditorDebugger) 适用于较复杂和较长程序的编写、保存、调试和跟踪。 6. 帮助导航浏览器窗口(Help NavigatorBrowser) 7. 程序性能剖析窗口(Profiler) 在命令窗口输入“profile viewer”命令可以查看函数执行 过程和每个过程所花的时间。 例： profile on plot(1:5,2:2:10); profile viewer 25 二、MATLAB帮助系统 （一）帮助导航浏览器窗口 1、 Contents选项窗口 “MATLAB”下的各条目是最常使用的： “Getting Started”:对MATLAB的环境、图形和编程进行简单介绍； “Examples” : 较全面进行举例； “Development Environment”:介绍MATLAB工作环境，有较综合的 计算实例； “Mathematics ” : 详细介绍MATLAB的数学运算； “Programming and Data Types”: 介绍M文件编程和数据类型； “Graphics”: 介绍绘图功能和图形用户界面设计； “Printable Documentation”: 给出可打印的PDF文件列表等等。 26 2、 Index选项窗口: 术语索引表，可以查找命令、函数和 专用术语等。 3、 Search选项窗口: 通过关键词来查找与之匹配的章节 条目。（例：矩阵转置） 具体应用： l 1）知道命令名称，不熟悉使用格式，可以用help的命 令获得帮助，格式：help 27 l（2）知道命令名称的第一个英文字母，可用 “help” 中的“Index” 选项窗口。窗口出现MATLAB全部命令名称的索引，索引的命令 名按英文字母顺序排列。找到你所需要的命令名，用鼠标单击它 ，将会得到该命令的英文帮助信息。 l（3）如果忘记了所要使用的命令的名称，可以根据命令的功能属 于哪一类来进行分类的查找。MATLAB4.2的所有命令和语句被划 分为23类。在MATLAB环境下键入指令 help (回车) 屏幕将显示出 关于MATLAB的23个类的名称。 （二） 其他帮助 1、 Demos演示 2、 通过Web查找帮助信息 28 三、 MATLAB其它管理 （一）用户文件格式 l 程序文件 l数据文件 l可执行文件 l图形文件 l模型文件 29 1. 程序文件 即M文件，扩展名为.m，包括主程序和函数文件。 2. 数据文件 即MAT文件，扩展名.mat，用来保存工作空间的数据变量 ，数据文件可以通过在命令窗口中输入“save”命令生成。 3. 可执行文件 即MEX文件，扩展名为.mex，由MATLAB编译器对M 文件进行编译后产生，运行速度比直接执行M文件快得多 。 30 4. 图形文件 扩展名为.fig，可以在“File”菜单中创建和打开，也可由 MATLAB的绘图命令和图形用户界面窗口产生。 5. 模型文件 模型文件扩展名为.mdl，由Simulink工具箱建模生成 。 31 （二）文件管理命令 1. which 文件名 ：指出给文件所在的目录 例： which abs.m which mean.m 2. diary：把当前命令窗口中所有内容(包括命令、计算结 果等)保存到日志文件中 diary on %恢复执行diary命令并使用当前的文件名 diary (file1)%使用指定文件名创建日志文件 diary off %暂停执行diary命令 32 1.3 基本运算 lMATLAB的基本运算可分为三类： l算术运算 l关系运算 l逻辑运算 33 MATLAB的基本算术运算符 运 算 符 号 范 例 加+1+2 减-1-2 乘*1*2 除/或或12 幂次方12 34 l例: 计算 1+2+3+4+5 l 1+2+3+4+5 ans = 15 35 使用变量来进行更复杂的问题求解 lx=15 ly=10 lz=7 ltotal=x+y*2+z*5 l average=total /3 36 l例：有一个半径r = 3的圆，请计算其面积area = ? r=3; %指定半径值，结尾的；符号表示不需要系统给 出运行结果 area=pi*r2 %计算圆面积area=r2 area = 28.2743 37 1.4变量 一、变量的命名 l在MATLAB中，变量名是以字母开头，后接 字母、数字或下划线的字符序列，最多19 个字符。 l在MATLAB中，变量名区分字母的大小写。 MATLAB提供的标准函数名以及命令名必须 用小写字母。 38 二、变量赋值： MATLAB赋值语句有两种格式： (1) 变量=表达式 (2) 表达式 一般地，运算结果在命令窗口中显示出来。如 果在语句的最后加分号，那么MATLAB仅仅执 行赋值操作，不再显示运算的结果。 39 逗号或分号的区别 la=2; b=3; a*b ans = 6 la=2, b=3, c=4 a = 2 b = 3 c = 4 40 例： 计算表达式的值，并将结果赋给变量x，然 后显示出结果。 x=(5+cos(47*pi/180)/(1+sqrt(7)-2*i) %计算表达式的值 注: “%”后面是注释的内容。 41 三、预定义变量 在MATLAB工作空间中，还驻留几个由系统本 身定义的变量。它们有特定的含义，在使用 时，应尽量避免对这些变量重新赋值。 42 1.5常用函数 43 应用举例 例： 设两个复数a=1+2i,b=3-4i ,计算ab，a b，ab，a/b a=1+2i; b=3-4i; a+b a-b a*b a/b 44 lx=pi/180*(-3.5); y=pi/180*6.7; %将角度单位由度转换为数学函数所能处理的弧度 值 z=sin(abs(x)+abs(y)/sqrt(cos(abs(x+y) 45 例：我国人口按2000年第五次全国人口普查的结果为 12.9533亿，如果年增长率为1.07%，求公元2010年末 的人口数。 l计算人口的公式为：P