MATLAB语言程序设计PPT课件-第一章 MATLAB概述.ppt

matlab 语言程序设计,李晖 北京工业大学实验学院 信息工程系,2009.09,第一章,2,matlab课程安排,目标：了解matlab，能够熟练掌握数学（矩阵）运算，简单编程，简单的数据处理及基本图形绘制。 学时: 32学时（基于matlab6.5版本介绍)。 教材：matlab程序设计教程.李海涛,邓樱,高等教育出版社. 参考书目：matlab7.0基础教程.孙祥,徐流美,吴清,清华大学出版社. 考核方式: 考试 70（%） 作业+考勤 30（%）,2009.09,第一章,3,上课时间与地点,1.周一 3、4节 综合502 2.周三 3、4节 综合502 *1-16周上课* 答疑： 每周三 中午 综合501,2009.09,第一章,4,上课要求,每次上课不得迟到 点名 上课点名：3次不到不能参加期末考试 迟到：上课时间为周四下午7-8节，迟到算旷课 2. 及时完成作业与设计任务,2009.09,第一章,5,学习内容,matlab概述 matlab的矩阵运算（一、二） matlab的数值计算（一、二） matlab的符号数学基础（一、二） matlab基本图形处理功能（一、二） matlab程序设计（一、二）,2009.09,第一章,6,第一章 matlab概述,matlab语言简介 matlab开发环境 m文件编辑器 在线帮助 matlab举例,matlab语言的发展 matlab语言的特点 matlab的主要组成 部分,2009.09,第一章,7,一. matlab语言简介,2009.09,第一章,8,1. matlab语言的发展,科学研究和工程实践中的计算问题 简单问题：计算器或直接手工推导 复杂问题：计算机编程 计算机编程 高级编程语言 microsoft: visual c+、visual basic borland: delphi、c+builder sun: java 科学计算软件工具 mathworks: matlab,2009.09,第一章,9,1. matlab语言的发展,matlab（ matrix laboratory）是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，着重针对科学计算、工程计算和绘图的需求。 首创者 cleve moler 教授曾在密西根大学、斯坦福大学和新墨西哥大学任数学与计算机科学教授,初衷是为解决“线性代数”课程的矩阵运算问题，此即用fortran编写的萌芽状态的matlab。 1984年，由little、moler、steve bangert合作成立mathworks公司，并把matlab正式推向市场。1988年3.0版，1992年4.0版， 1997年5.0版， 2000年6.0版， 2001年6.5版，最新版本为r2009a版。,2009.09,第一章,10,matlab：具有强大的数值计算能力，包含各种工具箱，其程序不能脱离matlab环境运行，所以严格讲，matlab不是一种计算机语言，而是一种高级的科学分析与计算软件。 matlab具有用法简单、灵活、结构性强、延展性好等优点，集科学计算、图象处理、声音处理于一身，逐渐成为科技计算、视图交互系统和程序中的首选语言工具。 功能强大的数值运算功能 强大、简单易用图形处理能力 高级但简单的程序环境 演算纸式的计算语言 丰富的工具箱与模块集 函数丰富,易于扩充,2. matlab语言的特点,2009.09,第一章,11,matlab的应用领域： 工业研究与开发 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 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 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 matlab在美国已经作为大学工科学生必修的计算机语言之一 。近年来，matlab语言已在我国推广使用，现在已应用于各学科研究部门和许多高等院校。,2. matlab语言的特点,2009.09,第一章,12,matlab开发环境： 桌面和命令窗口；命令历史窗口；帮助信息浏览器；工作空间浏览器；文件和搜索路径浏览器。 matlab数学函数库： 强大的数值（矩阵）运算功能和广泛的符号运算功能。 matlab语言： 以矩阵运算为基础的高级语言，包括控制流的描述、函数、数据结构、输入输出及面向对象的编程环境；丰富的matlab工具箱。 强大的绘图功能： 高级与低级兼备的图形功能（计算结果的可视化功能） matlab 与其它程序的接口： 应用灵活的兼容与接口功能,3. matlab的主要组成部分,2009.09,第一章,13,第一章 matlab概述,matlab语言简介 matlab开发环境 m文件编辑器 在线帮助 matlab举例,主菜单和工具栏 命令窗口 启动平台 工作空间 命令历史 当前路径,2009.09,第一章,14,二. matlab开发环境,2009.09,第一章,15,matlab开发环境：matlab的工作环境就是一系列便于使用matlab函数和文件的工具。 基本的工具：启动和退出matlab，使用matlab的桌面，使用matlab的函数，以及matlab的在线帮助(help)。 其它的工具则有：工作空间、路径搜索、文件操作、数据输入输出、编辑和调试m文件以及改善m文件的性能，资源控制系统的利用等。,主要就matlab桌面及各应用窗口的主要功能作简单介绍。,命令窗口： 输入matlab函数,启动平台窗口,工作空间窗口： 观察工作变量,命令历史窗口： 观察使用过的函数,当前路径窗口,当前窗口移出工作桌面,关闭窗口,2009.09,第一章,16,1. 主菜单和工具栏,与windows的窗口界面类似，有菜单项file、edit、option、windows、help等项可以选择。,菜单项file，其功能如下： new 建立新文件 open 打开 save workspace as 将工作区存为 print 打印 print setup 打印设置 exit matlab 退出 matlab,2009.09,第一章,17,2. 命令窗口,提示符：输入变量和函数,显示结果,在命令窗口内执行的matlab主要操作有： 运行函数和输入变量；控制输入和输出；执行程序，包括m文件和外部程序；保存一段日志；打开或关闭其他应用窗口，以及各应用窗口的参数选择。,交互式平台：命令窗口中可直接运行matlab 函数或matlab命令。,2009.09,第一章,18,2. 命令窗口,常用的指令行输入 每输入一条语句必须按回车键，命令被一条条执行。 变量名可以缺省而仅写一条算式，系统自动给表达式一个变量名“ans”。可由一个字母开头并后续若干字母与数字符号构成。 采用表达式语言，最常见的输入方式为： 变量名=表达式 表达式由运算符、函数、变量名和数字组成。 数字通常采用十进制数并可带小数点、负号等。 例如：3，-99，1.35，1.3e-3，r=-23.5 角度值一般采用弧度制。 运算符号常见的有：+，-，*，/，等，分别依次表示：加、减、乘、除、左除、乘方等运算。,例2.1,2009.09,第一章,19,2. 命令窗口,常用的指令行基本操作 和键:调用上一行或下一行输入过的指令,不是光标上下移动。 clc指令：清屏,窗口成为空白,原已输入的内容、变量依然有效。 clear指令：使内存中的内容完全消失并不能再恢复。 （句号）：分行输入算式，在行末输入，按回车键后再接着输入同一条语句的后续部分。 ；（分号）：不立即显示一条语句的执行结果，在语句末输入分号；以后如需要显示某一变量的值，只要输入变量名即可。 对字母的大小写敏感：例，r和r是两个变量名。 所有的命令和函数名必须用小写。,例2.2,2009.09,第一章,20,2. 命令窗口,系统启动时定义的变量,例2.3,2009.09,第一章,21,例2.1 计算 输入：1996/18 显示：ans= 110.889,例2.2 计算 输入：s=1-1/2+1/3-1/4+1/5-1/6- 1/7+1/8; s 显示：s= 0.5988,2009.09,第一章,22,例2.3 已知算式 ，求 时的y值 输入：x=pi; y=x2; y 显示：y= 9.869604379,2009.09,第一章,23,3. 启动平台（launch pad）,matlab 6.x后具有启动平台窗口： 其中提供了用户在机器中已经安装的所有matlab工具包、演示及帮助信息的目录。,系统中已安装的程序和帮助文件。,2009.09,第一章,24,4. 工作空间（workspace）,matlab 6.x后具有 工作空间窗口： 工作空间窗口以列表形式显示了matlab工作区中当前所有变量的名称及其属性，属性中包括了变量的类型、长度及其占用空间大小。 工作空间由运行matlab的程序或命令所生成的所有变量和matlab本身提供的常量构成。,2009.09,第一章,25,5. 命令历史窗口（command history）,命令历史窗口： 显示已执行过的命令。,命令使用的时间,鼠标单击右键出现快捷菜单,2009.09,第一章,26,6. 当前路径窗口（current directory）,当前路径窗口： 显示了matlab当前工作目录下的所有文件夹与文件，以便用户对当前目录下的文件进行管理。,2009.09,第一章,27,第一章 matlab概述,matlab语言简介 matlab开发环境 m文件编辑器 在线帮助 matlab举例,编辑器及界面 编辑功能和调试功能,2009.09,第一章,28,三. m文件编辑器,2009.09,第一章,29,matlab命令行编辑器： 如同一个高级的数学演算和函数图形器。 输入和运行是一种交互式的指令行操作，在完成演算与制图的过程中主要是调用库函数。 语句简练、使用和阅读都十分方便。 在实际应用中，需要根据用户需求，对程序进行不同处理。具有分支、循环、判断、与用户交换信息的功能。 matlab设有另一种编程工作方式，即m文件的编程方式。 可以根据程序中的语句完成复杂的功能。 可以自编函数文件，这些文件可以像函数一样被调用，为用户使用提供便利。 扩展名为“.m”,2009.09,第一章,30,丰富的matlab工具箱,matlab主工具箱 符号数学工具箱 simulink仿真工具箱 控制系统工具箱 信号处理工具箱 图象处理工具箱 通讯工具箱 系统辨识工具箱 神经元网络工具箱 金融工具箱,许多学科，在matlab中都有专用工具箱，现已有30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。,2009.09,第一章,31,1. 编辑器及界面,编辑器：不但提供m文件的编辑功能，同时还与matlab的开发环境一起实现matlab命令和函数文件的运行和调试。 新建或打开一个matlab的命令或函数文件时，m文件编辑器自动打开。 程序中的指令输入完毕后必须存盘。,2009.09,第一章,32,2. 编辑功能和调试功能,“%”开头的说明语句：不被执行，仅是供编程者参考的语句，主要是供阅读m文件的注释。 行号与程序窗口之间的横线：只有在可执行行上有。 在进行程序调试时，可以直接在这些横线上点击以设置或去掉断点。,% 绘制一条简单曲线 x=0:pi/100:2*pi; y=sin(x); plot(x,y) title(简单的二维曲线); xlabel(时间); ylabel(幅度); grid,2009.09,第一章,33,第一章 matlab概述,matlab语言简介 matlab开发环境 m文件编辑器 在线帮助 matlab举例,帮助浏览器 help命令 lookfor命令 模糊查询,2009.09,第一章,34,四. 在线帮助,2009.09,第一章,35,1. 帮助浏览器,帮助浏览器： view菜单的help选项 启动平台的help选项 help菜单中matlab help菜单项 命令窗口输入“helpwin”,contens：树状目录 index：索引 search：搜索 favorites：常用内容,2009.09,第一章,36,2. help命令,help命令：在命令窗口输入，提供matlab大部分主题的在线帮助信息。 help ： 列出主要的帮助主题 help 帮助主题： 列出指定主题下的函数 help 函数名： 对所选函数的功能、调用格式及相关函数给出说明 help help 显示help 的帮助信息 help命令的实现方法：显示指定名称的m文件（函数）的注释内容。 即查看文件中以“%”开头的说明语句。 在编写程序时可把帮助信息写在程序中的说明语句，供用户查对和参考。,2009.09,第一章,37,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。 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 lookfor fourier 寻找含有傅立叶变换的相关指令 lookfor fouri 寻找所有包含fouri的指令和注释 如 fft discrete fourier transform help、lookfor 两个指令构成了matlab语言相当完善的在线帮助查询系统,3. lookfor命令,2009.09,第一章,38,模糊查询： 输入命令的前几个字母 tab键 系统列出全部以这几个字母开始的函数。,4. 模糊查询, plot plot plotbintree ploteach plotes plotlr plotmf plotperf plotsom plotvec plot3 plotbode plotedit plotfa plotm plotnic plotpv plotstep plotyy plot3m plotbr plotep plotfis plotmap plotnyq plotscale plottr plotall plotchar ploterr plotfrsp plotmatrix plotpc plotsm plotv plot,tab,2009.09,第一章,39,第一章 matlab概述,matlab语言简介 matlab开发环境 m文件编辑器 在线帮助 matlab举例,矩阵运算功能 符号运算功能 绘图功能 容错功能 开放式可扩充结构 联机检索帮助系统,2009.09,第一章,40,五. matlab举例,2009.09,第一章,41,1. 矩阵运算功能,例1 用一个简单命令求解线性系统,a=3 1 -1;1 2 4;-1 4 5;b=3.6;2.1;-1.4; x=ab x = 1.4818 -0.4606 0.3848,2009.09,第一章,42,2. 符号运算功能,例2 求解一元二次方程, root=solve(a*x2+b*x+c=0,x) root = 1/2/a*(-b+(b2-4*a*c)(1/2) 1/2/a*(-b-(b2-4*a*c)(1/2),用字符串进行数学分析；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、积分、二重积分、有理函数、微分方程、泰乐级数展开、寻优等等，可求得解析符号解,2009.09,第一章,43,3. 绘图功能,例3 用简短命令计算并绘制在 范围内的sin(2x)、sinx2、sin2x。, x=linspace(0,6); y1=sin(2*x);y2=sin(x.2);y3=(si