MATLAB简介(第一次课).ppt

欢迎学习 微机应用软件 课时安排 1 Matlab简介32学时2 数据与图像处理 Origin Photoshop 4学时 参考数目 1 计算物理基础 彭芳麟高等教育出版社2 计算机在材料科学中的应用 许鑫华机械工业出版社 数学物理方程的MATLAB解法与可视化 彭芳麟清华大学出版社4 大学物理习题计算机解法 MATLAB编程应用 钟季康机械工业出版社 学习要求 1 准备一个笔记本兼作业本 2 自己独立编程 第1章MATLAB简介 MATLAB是英语MatrixLaboratory 矩阵实验室 的缩写MATLAB是当今国际上公认的在科技领域最为优秀的应用软件和开发环境 在欧美各高等院校 MATLAB已经成为应用线性代数 自动控制理论 数据统计 数字信号处理 图形处理等高级课程的基本数学工具 是理工科本科生 硕士生 博士生必须掌握的基本技能 在设计研究单位和工业部门 MATLAB已经超出实验室 广泛用于研究和解决具体的工程问题 国内部分重点高校已作为理工学生的必修或选修课 现在Matlab已经成为一个系列产品 主包中有数百个高度优化的内部函数 工具包 Toolbox 又分为两类 功能性工具包主要用来扩充MATLAB的数值分析 矩阵运算 数字信号处理 符号计算功能 图形建模仿真功能 文字处理功能 与硬件实时交互功能 这种工具包能用于多种学科 学科性工具包是专业性比较强的 如 控制系统工具包 ControlSystemToolbox 通信工具包 CommunicationToolbox 图象处理工具包 ImageProcessingToolbox 统计工具包 StatisticToolbox 偏微分方程工具包 PartialDifferentialEquationToolbox Matlab语言的特点 1 极强的数值计算功能 作图功能和符号计算功能 数值计算主要内容 矩阵的创建和保存 数值矩阵代数 乘方运算和分解 数组运算 多项式和有理分式运算 数理统计分析 差分和数值导数 用于求积分和微分方程的数值解和功能函数等 在此环境下所解问题的Matlab语言表述形式和其数学表达形式相同 不需要按传统的方法编程 利用MATLAB可以轻易地绘制二维 三维曲线 三维曲面 并可进行图形和坐标的标识 坐标控制 图形的迭绘 视角和光照设计 色彩精细控制等及绘制动画 简单易行 Matlab语言的特点 2 用户使用方便 语句简单 内涵丰富 MATLAB是一种面向科学与工程计算的高级语言 允许用数学形式的语言编写程序 Matlab语言是一种解释执行的语言 它灵活 方便 其调试程序手段丰富 调试速度快 需要学习时间少 把编辑 编译 连接和执行融为一体 它能在同一画面上进行灵活操作 快速排除输入程序中的书写错误 语法错误以至语意错误 从而加快了用户编写 修改和调试程序的速度 Matlab语言的特点 3 最受人欢迎的特点 开放性 除内部函数外 所有MATLAB主包文件和各工具包文件都是可改的源文件 用户通过对源文件的修改 或加入自己编写的文件去构成新的专用工具包 高版本的Matlab已逐步扩展到科学及工程计算的其它领域 因此 不久的将来 它一定能名符其实地成为 万能演算纸式的 科学算法语言 1 1MATLAB的操作界面 1 操作界面介绍 菜单项 工具栏 CommandWindow 指令窗口 CommandHistory 指令记录窗口 Workspace 内存空间窗口 CurrentDirectory 当前工作目录窗口 MATLAB操作窗口 接受命令的窗口 1 1 2 指令窗的功能1 数值计算 2 sin pi 3 5 i 2 2 3 注意事项 变量名要区分大小写 应该指定输出变量名 怎样改变数字属性和字体File Preference 常用指令who列出内存中的变量名Type显示指定文件的内容whos列出内存中的变量名及其性质clear清除内存 帮助系统指令 help 指令名 常用符号 不显示结果 命令延续到下一行 重新调入上一命令行 重新调入下一命令行 关于变量 命名规则字母打头 后面可以为字母 数字 下划线等 但不能为空格符 标点 区分大小写AbcABc例 MYvar12 12Myvar MY Var12 MyVar12 保存和查询所有变量都保存在工作内存空间workspace中 whos查询 clear清除 MATLAB的保留常量ans预设的计算结果变量名i或j虚数单位eps正的极小值 2 2204e 16inf 值 如1 0pi 3 1415926NaN不定值 如0 0 2 数据格式 10的幂为e加上正负数字 1 062e 206 022e23 数字后直接加i或j表示虚数 3 14i5 3i 3 算符算术运算算符 sqrt 关系运算算符 逻辑运算算符 与 或 非 4 表达式从左至右 指数最先 乘除加减 括号提前 例1 6 4 3 2ans 42 x 5 cos 47 pi 180 1 sqrt 7 2i 例2 计算表达式的值并将结果赋给变量x 例9 演示内带程序 ballode 自由下落小球与地面非弹性碰撞的运动轨迹 demo 演示Matlab的基本功能 Matlab功能展示 例1 求解线性方程组 在Matlab指令窗口输入命令 a 2 3 1 8 2 3 45 3 9 b 2 4 23 x inv a bx1 a b 例2 绘制正弦曲线和余弦曲线 在指令窗口输入命令 x 0 0 5 360 pi 180 x从00到3600并转换为弧度plot x sin x x cos x 绘制正弦曲线和余弦曲线 例3 输入10个学生的成绩并对成绩按升序排序 在指令窗口输入命令 g input 请输入学生成绩 sort g 请输入学生成绩 65789698918479837481 1 2数据格式与算符数据分类 标量 scalar 矢量 vector 矩阵 matrix 列阵 array 数据网格 meshgrid 基元列阵 cellarray 结构列阵 structurearray 1 2 1向量的输入1 2 2矩阵1 2 2 1矩阵的生成 标识与修改 1 2 2 1矩阵的生成 标识与修改 1 矩阵的输入直接输入法 用空格或逗号分割同一行的元素 用分号结束一行元素 用方括号括起整个矩阵 B 163213 510118 96712 415141 B 16321351011896712415141 A 12 698 A 12698 使用矩阵编辑器 2 矩阵的标识方式标识元素是指标识某个 某行或某列元素 例 A 16321351011896712415141 怎样标识11 A 2 3 或A 10 注意 a 在查找矩阵元素A i j 时 若i j超出了矩阵行数和列数 则显示出错信息 b 储存元素A i j 时 若i j超出了矩阵行数和列数 则矩阵自动扩充并以零填补没有输入的元素 1 2 2矩阵 冒号算符 用法1 生成矢量 矩阵 M 1 10 步长为1的行矢量M 12345678910 B 0 pi 4 pi 步长为 4的行矢量B 00 78541 57082 35623 1416 用法2 表示矩阵的一部分或者一行或一列的全部元素如 A j 矩阵A的第j列A i 矩阵A的第I行A 1 k j 矩阵A的第j列的前k个元素 小知识 end表示最后一个元素如 A end j 矩阵A的第j列的最后一个元素A i end 矩阵A的第I行的最后一个元素 M 10 1 4 M的第十个元素和第四个元素的倒排ans 10987654 A end 3 指令函数生成矩阵 zeros零矩阵ones全部元素为1的矩阵eye单位矩阵rand均匀分布的随机数矩阵magic幻方阵randnn维正态分布的随机数矩阵cell空矩阵diag对角矩阵或提取对角元linspace等间距的矢量logspace对数等分的行矢量 Diag a k k o是主对角线 k 0在主对角线上 k 0在主对角线下 Z zeros 2 4 Z 00000000 F 5 ones 3 3 F 555555555 R randn 4 4 R 0 4326 1 14650 3273 0 5883 1 66561 19090 17462 18320 12531 1892 0 1867 0 13640 2877 0 03760 72580 1139 a 1 3 5 diag a ans 100030005 diag a 1 ans 0000100003000050 diag a 1 ans 0100003000050000 magic 3 ans 8