第一章 Matlab入门.ppt

第一章MATLAB入门 第一章MATLAB入门 MATLAB简介数值计算符号运算图形处理程序设计 第一节MATLAB简介 MATLAB是MATrixLABoratory 矩阵实验室 的缩写 是由美国MathWorks公司开发的集数值计算 符号计算和图形可视化三大基本功能于一体的 功能强大 操作简单的语言 是国际公认的优秀数学应用软件之一 具有功能强大 界面友善且语言自然 开放性强三大特点 1 1MATLAB的发展历程和影响 MATLAB语言是由美国的CleverMoler博士于七十年代末年开发 初衷是为解决 线性代数 课程的矩阵运算问题 CleveMoler 1984年 成立了MathWorks公司 并把MATLAB正式推向市场 开始用c语言编写 20世纪九十年代 MATLAB已经成为国际控制界公认的标准计算软件 就影响而言 至今仍然没有一个别的计算软件可与MATLAB匹敌 欧美大学必修国际学术界 MATLAB已经被确认为准确 可靠的科学计算标准软件 在设计研究单位和工业部门 MATLAB被认作进行高效研究 开发的首选软件工具 1 1MATLAB的发展历程和影响 MATLAB已经不仅仅是一个 矩阵实验室 了 它集科学计算 图象处理 声音处理于一身 并提供了丰富的Windows图形界面设计方法MATLAB语言是功能强大的计算机高级语言 它以超群的风格与性能风靡全世界 成功地应用于各工程学科的研究领域 1 2MATLAB的应用 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 1 3MATLAB的功能 强大的数值 矩阵 运算功能广泛的符号运算功能高级与低级兼备的图形功能 计算结果的可视化功能 可靠的容错功能应用灵活的兼容与接口功能信息量丰富的联机检索功能 MATLAB提供了丰富的矩阵运算处理功能 是基于矩阵运算的处理工具 变量 矩阵 运算 矩阵的运算例如 C A B A B C都是矩阵 是矩阵的加运算即使一个常数 Y 5 MATLAB也看做是一个1 1的矩阵 1 矩阵运算功能 1 矩阵运算功能 例1用一个简单命令求解线性系统3x1 x2 x3 3 6x1 2x2 4x3 2 1 x1 4x2 5x3 1 4 A 31 1 124 145 b 3 6 2 1 1 4 x A bx 1 4818 0 46060 3848 对于线性系统有Ax b 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 等等 可求得解析符号解 2 符号运算功能 例1 f 2 x 2 3 x 5 g x 2 x 7 symsx f 2 x 2 3 x 5 g x 2 x 7 h f gh 3 x 2 4 x 12例2 f cos x g sin 2 x symsx f cos x g sin 2 x f g f gans cos x sin x cos x sin x 2 符号运算功能 3 丰富的绘图功能与计算结果的可视化 具有高层绘图功能 二维 三维绘图具有底层绘图功能 句柄绘图使用plot函数可随时将计算结果可视化 3 丰富的绘图功能与计算结果的可视化 surf x y z 绘制三维曲面图 x y z为图形坐标向量例 X Y Z peaks 30 peaks为matlab自动生成的三维测试图形surf X Y Z shadingflat 去掉黑色线条 根据小方块的值确定颜色 3 丰富的绘图功能与计算结果的可视化 shadinginterp 颜色整体改变 根据小方块四角的值差补过度点的值确定颜色 3 丰富的绘图功能与计算结果的可视化 peaks 30 shadinginterp colormap hot X Y Z peaks 30 surfl X Y Z shadinginterp colormap cool axisoff 3 丰富的绘图功能与计算结果的可视化 4 图形化程序编制功能 动态系统进行建模 仿真和分析的软件包用结构图编程 而不用程序 编程只需拖几个方块 连几条线 即可实现编程功能 5 丰富的MATLAB工具箱 MATLAB主工具箱SIMULINK仿真工具箱符号数学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 可与C语言 FORTURE语言跨平台兼容用函数CMEX FMEX实现 6 MATLAB的兼容功能 7 MATLAB的容错功能 非法操作时 给出提示 并不影响其操作1 0Warning Dividebyzeroans Inf 无穷大 8 MATLAB的开放式可扩充结构 MATLAB所有函数都是开放的用户可按自己意愿随意更改正因为此功能 使得MATLAB的应用越来越广泛 9 强大的联机检索帮助系统 可随时检索MATLAB函数可随时查询MATLAB函数的使用方法 1 2MATLAB入门 MATLAB桌面平台 1 2 2命令窗口命令窗口是MATLAB的主要交互窗口 用于输入命令并显示除图形以外的所有执行结果 MATLAB命令窗口中的 为命令提示符 表示MATLAB正在处于准备状态 在命令提示符后键入命令并按下回车键后 MATLAB就会解释执行所输入的命令 并在命令后面给出计算结果 MATLAB的命令行窗口具有命令回调的功能 即在MATLAB的命令行窗口键入任意算术表达式 系统会自动解算 并给出结果 例3 计算算术表达式 5 4 8 5 32 2ans 0 0488例4 计算复数的运算 1 2i 1 3i ans 7 0000 1 0000i 在MATLAB中表示复数 x yi 例5 调用函数 cos pi 2 ans 6 1232e 017 exp acos 0 3 ans 3 5470 MATLAB的功能是通过大量的M语言函数或者MATLAB内建的指令来完成的在命令行窗口中 调用函数的方法就是直接键入函数或者指令 并根据不同的函数提供相应的参数列表MATLAB的命令行窗口具有命令行记忆功能在命令行窗口中 使用上 下光标键就可以重复以前键入的指令MATLAB有局部记忆的功能例如在MATLAB的命令行窗口中曾经执行了函数exp acos 0 3 再次运行该函数时 只要在命令行中键入exp 然后按光标上键 整条命令就会出现在命令行窗口 设置命令行窗口的显示方式 输出MATLAB的计算结果可以用图形方式进行可视化输出在命令行窗口中输出命令行窗口中的文本输出形式可以根据用户的需要自定义 设置命令行窗口的显示方式 文本输出形式的设置方法执行 File 菜单下的 Preferences 命令 在弹出的对话框中选择左边选项中的 CommandWindows 项 然后展开 Font Color 子选项 对话框的右边则出现可以设置的文本输出特性 设置命令行窗口的显示方式 设置命令行窗口的显示方式 设置命令行窗口的显示方式 设置命令行窗口的显示方式 在对话框中对各种文本的显示属性进行了设置 再单击 Apply 按钮或 OK 按钮 则属性值立即生效设置的属性会永久保留下来 在下一次启动MATLAB时将直接使用设定的属性 设置命令行窗口的显示方式 MATLAB命令行窗口显示数据的格式 设置命令行窗口的显示方式 注意 利用表中的指令设定的数据格式仅在当前的MATLAB会话的命令行窗口中有效例6 使用不同的数据显示格式来显示数据 pians 3 1416 formatlong pians 3 14159265358979 format pians 设置命令行窗口的显示方式 例7 使用 format 数据显示格式来显示数据 a 103 20 7 56 8 a 103 20 756 8 format a 103 20 7 56 8 a format a 103 20 7 56 8 a 103 20 756 8 常用的控制指令 MATLAB包含的函数分为执行各种具体计算或者数据处理功能的函数进行用户环境控制的指令 常用的控制指令 一般来说 一个命令行输入一条命令 命令行以回车结束 但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 例如p 15 m 35p 15 m 35 如果一个命令行很长 一个物理行之内写不下 可以在第一个物理行之后加上3个小黑点并按下回车键 然后接着下一个物理行继续写命令的其他部分 3个小黑点称为续行符 即把下面的物理行看作该行的逻辑继续 在MATLAB里 有很多的控制键和方向键可用于命令行的编辑 1 2 3工作空间窗口工作空间是MATLAB用于存储各种变量和结果的内存空间 在该窗口中显示工作空间中所有变量的名称 大小 字节数和变量类型说明 可对变量进行观察 编辑 保存和删除 1 2 4当前目录窗口和搜索路径1 当前目录窗口当前目录是指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 函数可以被运行或调用 在当前目录窗口中可以显示或改变当前目录 还可以显示当前目录下的文件并提供搜索功能 将用户目录设置成当前目录也可使用cd命令 例如 将用户目录c mydir设置为当前目录 可在命令窗口输入命令 cdc mydir 工作路径 MATLAB的工作路径就是当前路径 MATLAB在启动时采用默认的路径作为当前工作路径 启动时选择的工作路径可以修改在桌面上选择MATLAB应用程序的快捷图标 然后单击鼠标右键 在弹出的快捷菜单中选择 属性 命令在弹出的对话框中的 起始位置 文本输入框中 可以将需要设置的启动工作路径设置在这里 工作路径 续 修改MATLAB的起始位置 工作路径 续 对于同一个应用程序的不同的快捷方式可以设置不同的起始位置用户应该尽量为自己创建一个工作路径 将必要的文件保存在自己的工作路径下若要切换工作路径 则单击 CurrentDirectory 下拉框边上的按钮 工作路径 续 搜索路径 为了避免执行不同路径下的MATLAB文件而不断切换不同的路径 MATLAB提供了搜索路径机制来完成对文件的组织和管理所有的MATLAB文件都被保存在不同的路径中 将这些路径按照一定的次序组织起来 就构成了搜索路径 当执行MATLAB指令时 系统将按照以下顺序搜索该指令首先判断该指令是否为变量然后判断该指令是否为内建的函数接着在当前的路径下搜索是否存在该指令文件最后从搜索路径中依次搜索该文件直到找到第一个符合要求的M文件为止若上述的搜索都没有找到该指令 则报告错误信息 搜索路径 续 设置搜索路径执行 File 菜单下的 SetPath 指令 在弹出的对话框中可以设置相应的搜索路径 搜索路径 续 设置路径的方法也可通过MATLAB指令来完成path 察看或者修改路径信息addpath 添加路径到搜索路径中rmpath 将路径从搜索路径列表中删除path2rc 保存搜索路径信息pathtool 显示搜索路径设置对话框genpath 生成路径字符串 1 2 5命令历史记录窗口 用户完成设计后 可以将已经经过验证考察的指令通过MATLAB的记录命令能力 将这些指令再次提取出来 记录命令的能力就是利用MATLAB提供的CommandHistory窗口以及相应的MATLAB控制指令完成介绍的内容命令行历史窗口diary指令 命令行历史窗口 命令行历史窗口 续 命令行历史窗口 续 快捷菜单Copy 拷贝当前选中的指令EvaluateSelection 执行当前选中的指令CreateM File 把当前选前选中的指令创建一个新的M文件DeleteSelection 从命令行历史窗口中删除当前选中的指令DeletetoSelection 将当前选中指令之前的所有历史记录指令从命令行历史窗口中删除DeleteEntireHistory 删除命令行历史窗口中所有的指令 命令行历史窗口 续 设置命令行历史窗口的属性执行 File 菜单下的 Preferences 命令 在命令行历史窗口属性设置对话框中 可以设置有关命令行历史窗口的属性 diary指令 diary指令功能 创建一个日志文件日志文件能够把所有在MATLAB命令行键入的指令以及在命令行窗口的输入保存下来diary指令的常用方法diary 在历史日志记录指令On和Off状态之间切换diaryon 打开历史日志记录功能diaryoff 关闭历史日志记录功能diary filename 创建日志文件 文件名为filenamediary记录指令的功能在执行diary指令之后的MATLAB会话中有效 一旦关闭了MATLAB再次启动时 则diary指令要重新键入 1 2 6启动平台窗口和Start按钮MATLAB6 5的启动平台窗口可以帮助用户方便地打开和调用MATLAB的各种程序 函数和帮助文件 MATLAB6 5主窗口左下角还有一个Start按钮 单击该按钮会弹出一个菜单 选择其中的命令可以执行MATLAB产品的各种工具 并且可以查阅MATLAB包含的各种资源 LaunchPad和Start菜单 续 LaunchPad LaunchPad和Start菜单 续 LaunchPad和Start菜单 续 LaunchPad和Start菜单 续 Start LaunchPad和Start菜单 续 LaunchPad和Start菜单上的四类主要图标 可用工具 MATLAB的帮助文档 MATLAB系统自带的演示示例 MATLAB的网上资源 1 3MATLAB帮助系统 1 3 1帮助窗口进入帮助窗口可以通过以下3种方法 1 单击MATLAB主窗口工具栏中的Help按钮 2 在命令窗口中输入helpwin helpdesk或doc 3 选择Help菜单中的 MATLABHelp 选项 1 3 2帮助命令MATLAB帮助命令包括help lookfor以及模糊查询 1 help命令在MATLAB6 5命令窗口中直接输入help命令将会显示当前帮助系统中所包含的所有项目 即搜索路径中所有的目录名称 同样 可以通过help加函数名来显示该函数的帮助说明 2 lookfor命令help命令只搜索出那些关键字完全匹配的结果 lookfor命令对搜索范围内的M文件进行关键字搜索 条件比较宽松 lookfor命令只对M文件的第一行进行关键字搜索 若在lookfor命令加上 all选项 则可对M文件进行全文搜索 3 模糊查询MATLAB6 0以上的版本提供了一种类似模糊查询的命令查询方法 用户只需要输入命令的前几个字母 然后按Tab键 系统就会列出所有以这几个字母开头的命令 使用帮助 在MA