MATLAB概况与基本操作.ppt

MATLAB程序设计与工程应用,机械工程学院 左惟炜 电话Email：zuo_ 1075348669,第一章 MATLAB概况与基本操作,1.1 MATLAB概况 1.2 本课程学习内容与方法 1.3 初识MATLAB 1.4 MATLAB集成开发环境 1.5 MATLAB帮助系统 1.6 Notebook使用简介,1.1 MATLAB概况,1.1.1 MATLAB发展史 1.早期MATLAB 2.MATLAB的市场化 3.MATLAB的Windows版本 4.新一代的MATLAB,1.1 MATLAB概况,1.早期MATLAB MATLAB是由MATrix和LABoratory两词的前3个字母组合而成，意为“矩阵实验室”，顾名思义，该软件一开始是作为专门处理矩阵运算的工具来使用的。 MATLAB的创始人是Cleve Moler教授。 在1970年代后期，他为减轻学生编程负担，设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序的通俗易用的接口，取名为MATLAB，这就是处于萌芽状态的用FORTRAN编写的MATLAB。 以后几年，MATLAB作为免费软件在大学里广泛使用，深受大学生喜爱。,1.1 MATLAB概况,2.MATLAB的市场化 1983年，Cleve Moler到Stanford大学访问，工程师Jack Little受到了Matlab的深深吸引。 同年，他与Cleve Moler、Steve Bangert一起用C语言合作开发了第二代专业版Matlab。从这时起，Matlab的核心使用了C语言编写，并具备了数值计算和图视功能。 1984年，Cleve Moler与John Little成立了MathWorks公司，正式将Matlab推向市场。 Matlab出现后几年，就以其良好的开放性和运行可靠性，使原先控制领域里的封闭式软件包纷纷淘汰。1990年代，Matlab已经成为国际控制界公认的标准计算软件，并且在数值计算方面独占鳌头。,1.1 MATLAB概况,3.MATLAB的Windows版本 1993年，MathWorks公司推出了划时代的Matlab4.x版本。Matlab4.x版本基于Windows平台构建，从此告别DOS。 Matlab4.x版本在继承和发展其原有的数值计算和图视功能的同时，还出现了以下变化： 推出了Simulink，一个交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境； 推出了符号计算工具包； 构作了Notebook。MathWorks公司瞄准应用范围最广的Word，运用DDE和OLE，实现了Matlab和Word的无缝连接，从而为专业科技工作者创造了融科学计算、图形可视、文字处理于一体的高水平环境。,1.1 MATLAB概况,4.新一代的MALAB 从19972004年，MathWorks公司先后推出了5.x7.x的Matlab版本，使Matlab“面向对象”特点更加突出，数据类型多种多样，数值运算速度更快，图形表现更加丰富有效，编程更加简洁美观，用户界面更加友好。 从2006年开始，MathWorks公司每年进行两次发布，时间定在每年3月和9月，版本名称采用“Matlab R2006a”和“Matlab R2006b”命名。,1.1 MATLAB概况,1.1.2 MATLAB的功能 数据分析 数值和符号计算 工程与科学可视化 信息与图像处理 系统建模、仿真与原型开发,1.1 MATLAB概况,1.1.2 MATLAB软件主要特点 强大的科学计算功能 先进的可视化工具 直观灵活的语言 良好的开放性、可扩展性 众多面向领域应用的工具箱和模块集,1.1 MATLAB概况,假如说，在20世纪90年代，控制类等相关学科新旧教科书的区别性标志是“教材是否包含MATLAB内容”，那么进入21世纪后，MATLAB对教材的影响以崭新的形式出现：新教材正在更彻底地摒弃那些手工计算、计算尺计算、手摇或电动计算机、电子模拟计算机时代建立的“老的但长久被当作经典的”表述、分析和计算方法，而逐步地建立以现代计算工具（包括软硬件）为平台的新的表述、分析和计算方法，其中包括采用交互式图形用户界面去完成各种表述、分析和计算目的。,1.1 MATLAB概况,1.1.3 MATLAB软件总体结构 MATLAB语言 MATLAB工作环境 MATLAB数学函数库 句柄图形(Handle Graphics)系统 MATLAB应用程序接口 Simulink 工具箱(Toolbox)与模块集(Blockset),1.2 本课程的学习内容与方法,1.2.1 本课程的学习内容 MATLAB概况 MATLAB基本数据类型 MATLAB扩展数据类型 MATLAB可视化 MATLAB程序设计 MATLAB工程应用,1.2 本课程的学习内容与方法,1.2.2 本课程的学习方法 掌握好领域的专业知识 由浅入深，逐步深入 习惯使用联机帮助 多利用网上资源 勤于尝试，多上机编程,1.3 初识MATLAB,1.3.1 MATLAB命令行程序 A=magic(3) A= 8 1 6 3 5 7 4 9 2 B=ones(3) B= 1 1 1 1 1 1 1 1 1,1.3 初识MATLAB,1.3.2 MATLAB绘图 二维绘图 t=0:0.01*pi:2*pi; x=sin(t); plot(t,x) 三维绘图 y=cos(t); z=2*t; plot3(x,y,z),1.3 初识MATLAB,1.3.3 MATLAB程序设计初步 M文件编写 function s=mysum(n) %我的第一个程序 s=0; i=1; while i=n s=s+i; i=i+1; end 执行程序 s=mysum(10) s= 55,1.3 初识MATLAB,1.3.4 Simulink建模仿真,1.4 MATLAB集成开发环境,1.4.1 集成开发环境的组成 菜单和工具栏 命令窗口(Command Window) 历史命令窗口(Command History) 当前目录浏览器窗口(Current Directory Browser) 工作空间浏览器窗口(Workspace) 数组编辑器窗口(Array Editor) M文件编辑/调试器窗口(Editor/Debugger) 程序性能剖析器窗口(Profiler) 发布工具窗口(Deployment Tool),1.4 MATLAB集成开发环境,1.4.2 命令窗口(Command Window) 1.命令行语句格式： 变量=表达式 关键字：蓝色字体 命令、表达式、计算结果：黑色字体 字符串：赫红色字体 注释：绿色字体 错误信息：红色字体 2.数值计算结果的显示 数值为整数，数值计算结果以整数显示 数值为实数，以小数点后4位的近似精度显示 数值的有效数字超出4位，则以科学计数法显示 数值显示格式设置：format 格式描述，见下页表,1.4 MATLAB集成开发环境,1.4.2 命令窗口 3.命令窗口常用的控制指令 目录与文件管理：cd、md、dir、edit、type、which 命令窗口管理：clc、clf、exit/quit、more 变量管理： clear、who、whos 4.命令窗口中的标点符号,1.4 MATLAB集成开发环境,1.4.2 命令窗口 5.命令窗口中命令行的编辑,1.4 MATLAB集成开发环境,1.4.3 历史命令窗口(Command History) 历史命令窗口的作用： 记录每次开启MATLAB的时间 记录用户在命令窗口输入过的所有命令 历史命令窗口的操作： M文件和其他文本文件的编辑 重新执行以前运行过的命令,1.4 MATLAB集成开发环境,1.4.4 当前目录浏览器窗口(Current Directory Browser) 1.常用操作： MATLAB文件的启动和运行 数据的导入与导出 2.设置当前目录： 设置当前目录 创建新目录 查找文件 生成各种报告文件 3.文件管理命令： 列出当前目录下的MATLAB文件清单：what命令 显示当前目录或指定当前目录下的文件：dir命令 改变或显示当前工作目录：cd D:mat_dir 显示文件内容：type filename 删除文件：delete filename 指出MATLAB文件所在的目录：which filename,1.4 MATLAB集成开发环境,1.4.5 工作空间浏览器(Workspace) 内存变量操作： 内存变量查看：who、whos命令 内存变量删除：clear 创建新变量 保存变量 从数据文件读取变量 变量数据的图形显示 数组编辑器,1.4 MATLAB集成开发环境,1.4.6 M文件编辑器/调试器的启动 FileNewM-File FileOpen打开文件对话框 鼠标左键双击目录窗口的M文件 在命令窗口键入：edit filename 1.4.7 MATLAB系统的启动和退出 系统菜单方式退出：FileExit MATLAB 命令窗口方式退出：exit/quit 直接单击MATLAB主窗口的关闭按钮,1.4 MATLAB集成开发环境,1.4.8 MATLAB的文件格式 1.程序文件： MATLAB源程序文件，扩展名为.M，也称M文件 MATLAB可执行文件，扩展名为.MEX，由MATLAB编译器对M文件进行编译后产生，其运行速度比直接执行M文件快得多 项目文件的扩展名为.prj，需要在发布工具窗口中编译生成，以脱离MATLAB环境而独立运行 M文件被调用后在内存中生成内部伪代码文件，扩展名为.P，文件名与M文件相同，运行速度比M文件快 模型文件扩展名为.mdl，可以在File菜单中创建Model时生成，也可以在Simulink环境中建模生成 2.图形文件： MATLAB图形文件扩展名为.fig，创建方法如下 在File菜单中创建Figure文件 在File菜单中创建GUI时生成.fig文件 由MATLAB的绘图命令生成.fig文件 MATLAB也能够支持并显示多种格式的图形文件,1.4 MATLAB集成开发环境,1.4.8 MATLAB的文件格式 3.数据文件 MATLAB数据文件的扩展名为.MAT 数据存入MAT文件： save 文件名 变量1 变量2 参数 save(文件名,变量1,变量2,参数) 如果省略文件名，则将变量存入Matlab.mat文件中 如果省略变量名，则将所有变量存入文件中 从数据文件中加载变量到工作空间 load 文件名 变量1 变量2 如果省略变量名，则加载MAT文件中的所有变量,1.4 MATLAB集成开发环境,1.4.9 设置搜索路径 1.MATLAB的基本搜索过程(以sin(x)为例) 首先在内存中检查“sin”和“x”是否为工作空间的变量或内置常量 然后检查“sin”和“x”是否为MATLAB的内建函数(Built-in Function) 然后在当前目录上检查是否有相应的“.m”或“.mex”文件存在 最后在MATLAB搜索路径的所有其他目录中依次检查是否有相应的“.m”或“.mex”文件存在 如果都不是，则MATLAB发出错误信息 程序文件的优先级：mex文件P码文件M文件,1.4 MATLAB集成开发环境,1.4.9 设置搜索路径 2. 设置搜索路径窗口 在MATLAB主窗口选择菜单FileSet Path 在命令窗口中运行pathtool或editpath命令 3.设置搜索路径的命令 path(path,newfolder)：在搜索路径最后面添加新目录 path(newfolder,path)：在搜索路径最前面添加新目录 如果括号中的参数全部省略，则显示所有搜索路径 addpath 目录1 目录2 参数 参数有-end、-begin、-frozen三种，分别表示添加在末尾、最前面和添加后不能改变搜索路径位置,1.5 MATLAB帮助系统,1.5.1 联机帮助系统启动 打开主窗口以后按F1键 在主窗口中单击工具栏上的问号 选择“帮助”下拉菜单的帮助选项 在命令窗口键入命令： helpdesk helpwin doc,1.5 MATLAB帮助系统,1.5.2 联机演示系统启动 在主窗口Help菜单下选择“Demos” 在帮助目录窗口选择“Demos”表单 在命令窗口输入“demo”命令 在开始菜单中选择对应模块集的“Demos”选项,1.5 MATLAB帮助系统,1.5.3 远程帮助系统 1.5.4 命令查询系统 help：显示帮助系统中所有项目 help funname：查询与该函数相关的帮助内容 lookfor keyword：查询H1行帮助内容 demo：打开演示窗口 info：显示MATLAB的一般信息 whatsnew：列出MATLAB的最新特征,1.6 Notebook使用简介,1.6.1