matlab教案1.doc

江苏工业学院教案第 1 次课 3 学时 授课时间 2006-2-22 教案完成时间 2006-2-1 课题（章节）第一章 MATLAB语言概述教学目的与要求：了解MATLAB语言的发展状况；掌握MATLAB语言的特点；初步熟悉MATLAB工作环境；掌握MATLAB在线帮助及在线演示功能的使用。 教学重点、难点：MATLAB语言将每个变量代表一个矩阵，它可以有nm个元素；每个元素都看做复数，矩阵的行列数无需定义；要输入一个矩阵，用其他语言时必须先定义矩阵的阶数，MATLAB不必有阶数定义语句，输入数据的行列数就决定了它的阶数；强大而简易的作图功能等方面这些不同于其它编程语言的特点，是本次课的重点，也是难点。 教学方法及师生互动设计：本次课是课堂教学。籍多媒体手段，通过进入MATLAB系统，演示所讲内容， 加深学生的理解。课堂练习、作业： 复习本课内容， 下次课时提问。本次课教学内容小结：完成本教案内容。通过介绍，学生对MATLAB用于科学计算等方面强大的功能有了一定了解，提高学习本语言课的兴趣。第 1 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）1.1 MATLAB语言的发展MATLAB是一种科学计算软件，适用于工程应用各领域的分析设计与复杂计算。它使用方便，输入简捷，运算高效且内容丰富，很容易由用户自行扩展。因此，当前已成为美国和其他发达国家大学教学和科学研究中最常用且必不可少的工具。MATLAB是由美国Mathworks公司于1984年年正式推出的，到1988年有了3.x（DOS）版本；1992年推出4.x（Windows）版本；1997年推出5.1（Windows）版本。以后又升级到5.3（也称R11）版本。2000年下半年，Mathworks公司推出了他们的最新产品MATLAB 6.0（R12）试用版，并于2001年初推出了正式版。随着版本的升级，内容不断扩充，功能更加强大。另一方面对使用环境也提出了更高的要求。近几年来，Mathworks公司在将MATLAB语言运用于系统仿真和实时运行等方面，取得了很多成绩，更扩大了它的应用前景。本课程将主要介绍6.0版本，同时为了熟悉4.0版本的读者方便使用6.0版本，在前几章里也兼顾介绍4.0和5.0。MATLAB是“矩阵实验室”（Matrix Laboratory）的缩写，它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。与其他的计算机语言相比，其特点是简洁和智能化，适应科技专业人员的思维方式和书写习惯，使得编程和调试效率大大提高。它用解释方式工作，键入程序立即得出结果，人机交互性能好，通过它的演示（demo）和帮助（help）命令，人们可以方便地在线学习各种函数的用法及其内涵。目前，也已成为国内外大学电子信息类学科的学生都应掌握的工具, 也为相关科技人员所乐于接受。第1-2页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）.1.2 MATLAB语言的特点1、起点高（1）每个变量代表一个矩阵。（2）每个元素都看做复数。（3）所有的运算都对矩阵和复数有效，包括加、减、乘、除、函数运算等。 2、人机界面适合科技人员（1）MATLAB的语言规则与笔算式相似。MATLAB的程序与科技人员的书写习惯相近，因此，易写易读，易于在科技人员之间交流。（2）矩阵的行列数无需定义。要输入一个矩阵，用其他语言时必须先定义矩阵的阶数，而MATLAB则不必有阶数定义语句。输入数据的行列数就决定了它的阶数。（3）键入算式立即得到结果，无需编译。MATLAB是以解释方式工作的，即它对每条语句解释后立即执行，若有错误也立即做出反应，便于编程者立即改正。这些都大大减轻了编程和调试的工作量。3、强大而简易的做图功能（1）能根据输入数据自动确定坐标绘图。（2）能规定多种坐标系（极坐标系、对数坐标系等）。（3）能绘制三维坐标中的曲线和曲面。（4）可设置不同颜色、线型、视角等。如果数据齐全，通常只需一条命令即可出图。4、智能化程度高（1）绘图时自动选择最佳坐标，大大方便了用户。（2）当数值积分时自动按精度选择步长。（3）自动检测和显示程序错误的能力强，易于调试。5、功能丰富，可扩展性强MATLAB软件包括基本部分和专业扩展两大部分。基本部分包括矩阵的运算和各种交换、代数和超越方程的求解、数据处理和傅立叶变换及数值积分等等。可以充分满足大学理工科学生的计算需要。扩展部分称为工具箱。它实际上是用MATLAB的基本语句编成的各种子程序集，用于解决某一方面的专门问题，或实现某一类的新算法。现在已经有控制系统、信号处理、图象处理、系统辩识、模糊集合、神经元网络及小波分析等工具箱，并且向公式推导、系统仿真和实时运行等领域发展。MATLAB的核心内容在于它的基本部分，所有的工具箱子程序都是它用它的基本句编写的，学好这部分是掌握MATLAB必不可少的基础。第1-3 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）1.3 MATLAB的工作环境不同版本的MATLAB要安装在不同的操作系统下，MATLAB 3.x之前的版本用的是DOS操作系统，而MATLAB 4.x以后的版本都以Windows操作系统为基础。MATLAB的工作环境主要由命令窗（Command Window）、若干个图形窗(Figure Window)、文本编辑窗（File Editor）和文件管理窗（File Manager）组成，MATLAB 6.0还增设了几个视窗。各视窗之间的切换可用【Alt】+【Tab】双键，即先按下【Alt】不放，再按【Tab】键；也可用鼠标在Windows界面的底部图标上单击实现。1.3.1 命令窗在Windows桌面上，双击MATLAB的图标，系统就会进入MATLAB的工作环境，首先出现MATLAB的标志图形，接着出现命令窗。命令窗是人们与MATLAB进行人机对话的主要环境。可以键入MATLAB的各种命令并读出相应的结果。例如键入x1=sqrt(5) , x2=1.37 , y=3/x2命令窗口显示x1=2.2361 x2=1.3700 y=2.1898 命令窗编辑功能。键入和修改程序的方法与通常的文字处理相仿。先说明几个特殊的功能键。 ESC 恢复命令输入的空白状态 调出下一行命令 调出上一行（历史）命令这几个功能在程序调试时十分有用。对于已执行过的命令，如果要作些修改后重新执行，就可不必重新键入，用键调出原命令作修改即可。主菜单中的编辑（Edit）项功能与Word相同。用它可以把屏幕上选定了的文字剪切（Cut）或复制（Copy）下来，放在系统的剪贴板（Clip Board）上，然后粘贴（Paste）到任一其它视窗的任何位置上去。这是MATLAB与其它软件交换文件、数据和图形的重要方法。4.0版主菜单中有备选（Option）项功能。将它打开后又有5项子菜单，这里着重介绍其数字格式项（Numeric Format）。它的意义是选择显示数字的格式，将它打开就得到了2种显示格式和8种数字格式。显示格式分成稀疏（Loose）和紧凑（Compact）两种，默认（default）值为稀疏格式。若选择紧凑格式，同样执行上一条命令，则显示结果中将少了许多空行，使同一屏幕上可以显示更多的内容。MATLAB存储和运算的数据只有一种格式，即16为十进制（二进制双精度）。但在屏幕上的显示却有8种格式，以便用户根据任务的需要进行选择。对同一个数的8种显示格式见表1-1。第1-4 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）1.3.2 图形窗通常，只要执行了任一种绘图命令，就会自动产生图形窗。以后的绘图都在这一个图形窗中进行。如想再建一个或几个图形窗，则可键入figure，MATLAB会新建一个图形窗，并自动给它依次排序。如果要人为规定新图为图3，则可键入figure（3）。1.3.3 文本编辑窗MATLAB程序编制有两种方式，一种称为行命令方式，这就是在命令窗中一行一行地输入程序，计算机每次对一行命令做出反应，像计算器那样。这只能编简单的程序，在入门时可以用这种方式。程序稍复杂一些，就应把程序写成一个有多行语句组成的文件，让MATLAB来执行这个文件。编写和修改这种文件程序就要用到文本编辑窗。MATLAB4.x的文本编辑窗不太完善，可以借用Windows中的记事本（Notepad）来做文本编辑。MATLAB 5.x和MATLAB 6.0的编辑器的操作很接近于Word，比较完善。它自动用颜色区别程序的不同内容，容易直接发现错误，并且与程序调试相结合，应该尽量用这个编辑器。1.3.4 文件管理器在较为复杂的程序中，特别是涉及与其他软件系统进行文件或数据交换时，需要用到文件管理系统。MATLAB 4.x没有专门的文件管理器。MATLAB 5.x和MATLAB 6.0已把文件管理功能集成到MATLAB命令窗中，使用更加方便。第1-5 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）1. 4演 示 程 序在命令窗中键入demo，将出现MATLAB的演示窗。MATLAB 6.0的演示窗则全是英文文字菜单。如图1-2所示。任意选择MATLAB、Toolboxes、Simulink 、Stateflow项，都会弹出下一层菜单供进一步选择，如选择MATLAB项，弹出下一层菜单，该菜单包括以下4个基本选项： 矩阵运算（Matrices）：矩阵运算和变换的演示实例。 数值计算（Numerics）：值求解和求积分的演示实例。 可视化（Visualization）：绘图、动画、声音的演示实例。 语言（Language）：设置坐标、颜色的演示实例。同学可在计算机上自行试用。在演示实例时，通常画面的上半部是图形，而下半部则是相应的MATLAB程序语句，读者可以在界面上直接修改这些语句并重新执行。因此，演示程序也是一个很好的学习过程，可以作为对MATLAB功能的一次浏览。第1-6 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）第 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改