Matlab-指导书.doc

第二部分 MATLAB软件包上机指导 MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的缩写。首创者是在数值线性代数领域颇有影响的Cleve Moler博士，他在讲授线生代数课程时，深感高等语言编程的诸多不便之处，于是萌生了开发新的软件平台，即为MATHLAB(MATrix LABoratory,矩阵实验室)，用FORTRAN语言编写而成。 现今的MATLAB已全部采用C语言编写，它既是一种编程环境，又是一种程序设计语言。在MATLAB中，以复矩阵作为基本编程单元，无须定义即可采用，且可随时改变尺寸。在MATLAB中，表达式的书写像在稿纸中演算一样。提供20多个工具箱函数。易扩展性是最重要的特征之一， 友好的界面、易记的命令和简便的操作。可将C、FORTRAN语言编写的程序移植进来。控制路径，可由此指定已有的存储子目录，用来存曾用过的命令.一、 MATLAB的启动启动“MATLAB”软件包: 执行“开始 程序 MATLAB6.x MATLAB6.x”后,出现下图所示界面：命令历史点击此处，可独立打开命令窗口.左侧两个同样的按扭作用类似命令窗口,在“”后输入命令并执行运算.工作空间窗口启动平台图1这个界面是系统在缺省情形下给出的, 左侧的四个卡片可成对切换.读者可以根据需要设置自己喜欢的界面,这可由上图第一行菜单栏中视图(View)的下拉菜单(如下图)中选项进行设置.练习一: 图2(1) 反复选或不选上面下拉菜单中的一项或多项,观察图1所示界面的变化情况.调乱之后，可由上图回到系统缺省状态.(2)点击图1菜单栏中其它项及相应的下拉菜单，观察结果.提示： 当确定某种界面后,正常存盘退出，这一界面即可作为下次启动后的界面.二、 MATLAB的工作环境1. 命令窗口（Command Window）“Command Window”是用来与MATLAB交互的主窗口，在此窗口中输入指令，系统自动地反馈信息。例1 计算 2+3.算法： （1）如果需要直接结果，则在“Command Window”接着提示符号“”之后键入算式：“1+2”，然后回车，MATLAB将计算的结果默认以ans显示。 2+3 ans = 5 （2）如果要将结果赋给某个变量，如x,则MATLAB将计算的结果以x显示. x=2+3 x = 5 (3)如果在上述的例子结尾加上;，则计算结果不会显示在指令视窗上，要得知计算值只须键入该变数值即可 x=2+3; x x = 5以下的例子，显示MATLAB对使用变数的弹性： apple=5 apples = 5 orange=10 orange = 10 total_cost=apple*2+orange*4 total_cost = 50 如果因一个指令很长或其它原因，需要跨行输入，则要使用“”作连续符号，按回车键转到下一行继续输入指令. 其中“”表示紧接下一行输入的也是指令的一部分.如下面的指令： 1+2+3+5提示：各符号间可以加上空格，以增强指令的可读性.注意，一个指令最多可以包括44096个字符.清除命令显示的内容可以用命令clc,它清除Command window中的所有命令，而将“”显示在窗口的第一行，这使得命令的输入显得好看.但是此命令并不清除工作空间.可用format命令来控制数值显示的格式，或打开File菜单的Preferences选项，选择如下图所求示的Command Window操作标签，可以在Numeric format选择框选择所需的数值显示格式.下面的表1列出了数值显示的格式及其范例.图3表1 数值显示格式及其范例显示格式范例1 (7/6)范例2 (1.23334422e-5)short1.16670.0000short e1.1667e+0001.2333e-005short e1.16671.2333e-005long1.166666666666670.00001233344220long e1.166666666666667e+001.23344220000000e-005long g1.166666666666671.23334422e-005bank1.170.00rat7/63/243241hex3ff2aaaaaaaaaaab3ee9dd7763803b29上述显示格式都可以在命令窗口直接输入，如format long e. 另外命令format loose与format compact用于控制显示的数值之间是否换行。提示： 当需反复使用或修改一些相似命令时，可通过键盘上的“”或“” 键调出曾用过的命令, 相当Doskey功能。例2 显示圆周率p.算法: x=pi % 圆周率p在MATLAB下用“pi”表示.x=3.1416 format shortx=3.1416 format short ex=3.1416e+000 format short gx=3.1416 format longx=3.14159265358979 format long ex=3.141592653589793e+000 format long gx=3.14159265358979 format bankx=3.14 format ratx=355/113 format hexx=400921fb54442d18除了上述格式之外，缺省显示为隔行显示（即format loose格式），采用 format compact % 紧凑格式, 可改成逐行显示练习二： 分别对r=2,3计算圆面积A=*r*r的值A1、A2,并用不同格式显示结果。 2启动平台 当用户需要进行特定的工作时，需要启动某个工具箱的应用程序，可以在Launch Pad(启动平台)中实现，当用户使用鼠标单击Launch Pad窗口右上角 按钮后，启动平台就最大化，如下图所示.此时用户就可以很方便地从事自己的工作，比如启动Control System Toolbox(控制系统工具箱)的Demos,用户可以使用鼠标双击该项目即可.图4通过启动平台(Launch Pad)，用户可以打开各个工具箱的帮助、Demos和其他相关的文章或应用程序，这是一个非常好的工具，也是MATLAB6.x的重要特点.3. 工作空间（Workspace）当用户使用鼠标单击Workspace窗口右上角 按钮后,工作空间就最大化.如在例1中出现的变量显示在Workspace窗口为下图中所示. 图5在保存工作空间时可以指定一些参数，控制保存文件的格式，各参数作用如下表所示。表2 保存工作空间的参数参 数作 用-mat使用二进制MAT文件格式，系统默认格式-ascii使用8位ASCII格式-ascii-double使用16位ASCII格式-ascii-double-tabs使用制表符分隔数组元素-append向已经存在的MAT文件中添加数据一些大些的程序，需将工作空间保存起来，以便以后使用。为此，只要用File下Save Workspace As存储即可，系统默认的文件名后缀为“.mat”，称为MAT文件。也可在命令窗口用“save 工作空间名”保存. 如运算例1后执行：save var1保存的工作空间文件，可以使用load加载。如前面存过的var1,可如下加载：load var1如果当前工作空间与加载的工作空间具有相同的变量，则后加载的变量自动覆盖与原工作空间中同名的变量。如果保存MAT文件使用了其他扩展名，如“ex1.w”(或“ex1.dat”等)，加载时则要使用参数“-mat”指定其为MAT格式的文件，并且一定要加上文件的扩展名。例如：load ex1.w-mat (或 load ex1.dat_mat等)使用工作空间的菜单File下的open选项,也可以加载工作空间。将变量var1,var2,var3存在工作空间名myfile下,也可使用:save myfile var1 var2 var3列出当前工作空间中的所有变量，可用：Whos工作空间中的所有变量可经在命令窗口输入“clear”进行清除。如果仅清除工作空间中的某些变量，则需在clear后面注明变量名. 练习三： 采用系统缺省界面, 在命令窗口逐个执行下列各命令,观察工空间的变化：(1) x=3, y=4, clc，clear； x=3, y=4, z=5, save var, clear z, load var, clear(2) x=3, y=4, clc, clear, x=3, y=4, z=5, save var1 x y z, clear, load var1 结论：当工作空间保存在后，即使用“clear”命令清除了工作空间，当再次加载保存在的的变量名时，又重新加恢复了原工作空间的内存变量。4命令历史纪录和当前路径窗口命令历史(Command History)纪录窗口主要显示已执行过的命令.当前路径窗口主要显示的是当前工作在什么路径下进行，包括文件的保存等均是在当前路径下实现的。用户也可以执行File下的Set Path命令设置当前路径。二、 M文件的编辑调试环境MATLAB的程序文件和脚本文件通常保存为后缀为“.m”的文件，常称为M文件。当然，编辑M文件也可以用其它的文本编辑器。要启动MATLAB的M文件编辑器和调试器，可在命令窗口中输入Edit命令，也可以选择File下New/M-file选项，或者单击新建图标按钮。如例1的运算也可调用编辑器和调试器进行，如下图。图6当编辑完毕后，若将其保存在当前工作目录下（如d:matlab_lx）名为Ex1(系统自动添加后缀“.m”)，则可在MATLAB的命令窗口输入“Ex1”（或“ex1”文件名不区分大小写）并回车，然后再输入“total_cost”并回车，可得与例1同样的结果。利用M文件可以将大程序先编辑好，然后执行，且有助于程序的保存。当然也可将编辑的内容用粘贴的方式粘贴在命令空间，回车后，效果一样，这种方式尤其适合一边编辑一边调试的的做法。M文件的编辑过程与其它Windows编辑程序类似，只对下列几点作特别说明：（1） 可直接转到指定的行，这可从Edit菜单中选择Go To Line并输入新对话框中行数；（2） 可直接计算M文件中表达式的值，结果显示在命令窗口中，这可通过选择表达式，然后在View菜单中选择Evaluate Selection，则在命令窗口来得到运算结果；（3） 可自动缩排，这可先选择文本块，然后在View中选Auto Indent Selection;（4） 可按要求设置自动缩排的格式。在View中选Options,出现对话框。三、 MATLAB的路径搜索MATLAB采用路径搜索的方法来查找组织在文件系统中的M文件，常用的命令文件组织在MATLAB文件夹中，其他M文件组织在各种工具箱目录中。当在命令窗口中键入一个字符串foo时，MATLAB则按以下的顺序开始搜索：(1)把foo作为一个变量进行搜索，在当前工作空间中查找变量foo.(2)把foo作为一个内置函数进行搜索，查找内置函数foo并执行。(3)查找当前目录中的M文件foo.m(4)查找当前搜索路径中的M文件foo.m.此搜索的顺序只是一般情况下的顺序，而实际上的搜索规则还要考虑到私有函数、子函数和面向对象的函数的范围限制，因此会更加复杂。但此简单的搜索顺序，对普通的M文件是非常准确的。如果在搜索路径中存在同名函数，则仅可发现搜索路径中的第一个函数，而其他同名的函数不被执行。搜索路径保存在Matlab安装目录下toolboxlocalpathdef.m文件中，用户可利用普通的编辑器，直接修改。也可利用MATLAB所提供的path,addpath和rmpath函数进行修改。MATLAB还专门提供从File莱单选择Set Path(设置路径)命令，选择后得下图图7在此窗口可很方便地加入(Add)和删去(Remove)子目录，也可在左边目录区中通过拖拉方式改变搜索路径。修改后，按Refresh按钮使修改的路径在本次任务中起作用，按Save Sett可使修改结果在以后启动时生效。 另外，what命令可显示出搜索路径上的文件名，如： what %给出工作窗口上方“Current Directory”（当前）目录下的文件名。 what matlab/design %显示matlabdesign目录中的文件各。 要显示指定文件（如value.m）的内容，可采用type命令： type value 要对文件Value.m进行编辑，可输入： edit Value这时出现编辑窗口(也可通过菜单上“文件”新建进行，编辑完毕用菜单栏“File”下“Save”保存。四、 在线帮助HelpMATLAB提供了强大的帮助系统，帮助内容丰富，获取帮助的形式多样，MATLAB的帮助菜单选项的内容包括：（l）Product Family Help 用于调用整个产品的帮助；（2）MATLAB Help 用于调用MATLAB的帮助窗口。（3）Using the Desktop 显示MATLAB的界面使用帮助（4）Using the Command Window 显示命令窗口使用帮助（5）Domes 示例与演示，执行该命令则提供各种例子及其图形演示（6）About MATLAB 显示MATLAB的启动界面及版本信息在MATLAB的使用过程中，由于其强大的功能的背后是由系统函数支持着，因此，常会遇到两个困难：（1）对应要解决的问题，应该使用的函数命令。解决这个问题的方法是去查包含更多函数的手册或书上的附表；（2）要使用的函数的命令格式。解决这个困难是非常容易的，只要使用MATLAB的友好的帮助系统就可以了,用户可以选择以下方法之一得到帮助： help 函数名 % 获取指定函数的帮助信息 doc 函数名 % 获得关于指定的函数的简单提示信息,及与此函数相关的函数 lookfor 关键字 % 提供类似于搜索引擎的功能% 可在命令窗口中显示所有具有“关键字”的M文件名称例如: help sqrt SQRT Square root. SQRT(X) is the square root of the elements of X. Complex results are produced if X is not positive. See also SQRTM. Overloaded methodshelp sym/sqrt.m doc sqrt % lookfor square % 在命令窗口中显示所有具有关键字square的M文件名称SQRT Square root.LSCOV Least squares with known covariance.LSQNONNEG Linear least squares with nonnegativity constraints.NNLS Non-negative least-squares.SQRTM Matrix square root.CGS Conjugate Gradients Squared MethodSPAUGMENT Form least squares augmented system.FIFTEEN A sliding puzzle of fifteen squares and sixteen slots.APRECON Banded preconditioner function for least-squares problems.CONLS Constrained linear least squares.CURVEFIT Solves non-linear least squares problems.FSOLVE Solves nonlinear equations by a least squares method.LEASTSQ Solves non-linear least squares problems.LSQCURVEFIT Solves non-linear least squares problems.LSQLIN Constrained linear least squares.LSQNONLIN Solves non-linear least squares problems. CONSTLAY Layout the constellation for square QASK.QASKDECO Demap a message from a QASK square signal constellation.QASKENCO Map a message to a QASK square signal constellation.EXTENDLOCUS Extends asymptotes if current gain (red square) DSPBLKFIRLS Mask dynamic dialog function for least-squares FIR filter block DSPBLKFIRLS2 Mask dynamic dialog function for least-squares FIR filter blockADAPTLMS Least mean squared (LMS) FIR adaptive filter.ADAPTNLMS Normalized least mean squared (LMS) FIR adaptive filter.ADAPTRLS Recursive least-squares (RLS) FIR adaptive filter.xdiag.m: % Extracts the diagonal of a (not necessarily square) matrixREALSQRT Real square root.PLSRDetermine impulse response coefficients via Partial Least Squares.MOT563_SQRT Square root.MOT566_SQRT Square root.DMSE Mean squared error performance derivatives function.DMSEREG Mean squared error w/reg performance derivative function.DSSE Sum squared error performance derivative function.MSE Mean squared error performance function.MSEREG Mean squared error with regularization performance function.SSE Sum squared error performance function.SUMSQR Sum squared elements of a matrix.PLOTERR Plot network sum-squared error vs epochs.SQUAREB1 Boundary condition data SQUAREB2 Boundary condition data SQUAREB3 Boundary condition data SQUAREB4 Boundary condition data SQUAREB5 Boundary condition dataSQUAREG Gives geometry data for the squareg PDE modelBALMR Square-root balanced truncation (unstable plant).BALSQ Square-root balanced truncation (stable plant).ylwk.m: %YWALK Recursive filter design using a least-squares method.FIRCLS Linear-phase FIR filter design by constrained least-squares.FIRCLS1 Low & high pass FIR filter design by constrained least-squares. FIRLS Linear-phase FIR filter design using least-squares error minimization.INVFREQS Analog filter least squares fit to frequency response data.INVFREQZ Discrete filter least squares fit to frequency response data.SQUARE Square wave generation.YULEWALK Recursive filter design using a least-squares method.fdfirls Firls - Least Squares Module for filtdes.SPAP2 Least squares spline approximation.CHI2CDF Chi-square cumulative distribution function.CHI2INV Inverse of the chi-square cumulative distribution function (cdf).CHI2PDF Chi-square probability density function (pdf).CHI2RND Random matrices from chi-square distribution.CHI2STAT Mean and variance for the chi-square distribution. LSLINE Add least-squares fit line to scatter plot.NCX2CDF Noncentral chi-square cumulative distribution function (cdf).NCX2INV Inverse of the noncentral chi-square cdf.NCX2PDF Noncentral chi-square probability density function (pdf).NCX2RND Random matrices from the noncentral chi-square distribution.NCX2STAT Mean and variance for the noncentral chi-square