MATLAB与科学计算教学ppt讲课教案.ppt

MATLAB语言及其应用 信息工程系徐3 302东2011年11月 第一章MATLAB语言概述 一 MATLAB课程介绍课程性质 系定选修课学习目标 了解MATLAB 能够熟练掌握数学 矩阵和符号 运算 编程 简单的数据处理及基本图形绘制 课程特点 完全不必具备其它语言的基础 各年级各专业的同学都可选修 主要教学环节 课堂教学紧跟老师讲课思路 搞清基本概念 注意解决问题的方法和技巧 上机实验独立完成上机作业 注意理论联系实际 地点 A2 403 404时间 11 15周 周四18 00 20 30 课外参考 参考书目1 MATLAB6 5及其在信号处理中的应用 王宏编著2 MATLAB通信仿真及应用实例详解 邓华等编著3 数字图像处理 MATLAB版 阮秋琦4 MATLAB在数字信号处理中的应用 第2版 薛年喜参考网站 学时与考核办法 学时32学时 基于MATLAB6 5版本 理论24学时 上机16学时 考核要求不得缺勤 实验报告必须齐备 考核方式 平时成绩占30 考勤 理论课 上机 期末成绩占70 MATLAB系统与MATLAB6 5简介 MATLAB的数值计算功能 MATLAB的符号计算功能 MATLAB的图形可视化功能 MATLAB程序设计基础 MATLAB工具箱 课程内容 二MATLAB简介 MATLAB是美国MathWorks公司于1984年推出的一个优秀的数学软件 起初它是一种专门用于矩阵数值计算的软件 近年来 MATLAB的内容急剧扩充 在原有数值计算和绘图功能的基础上 又在专业水平上不断开拓针对各种应用的工具箱 以及符号计算 文字处理 可视化建模仿真和实时控制等功能 与当今30多个数学类科技应用软件相比 MATLAB功能强大 易学易用 已经广泛应用于科研和工程领域 MATLAB简介 MATLAB的发展历史170年代 起源 美国新墨西哥大学计算机系的CleveMoler 用FORTRAN开发调用解线性方程LINPACK和特征值问题EISPACK程序库的子程序库时开发出了MATLAB的原型 280年代 机遇 Moler访问斯坦福大学 与工程师JohnLitte合作 用C开发MATLAB第二代 84年成立MathWorks公司 Litte为总裁 Moler为首席科学家 MATLAB正式推向市场 MATLAB简介 390年代 大发展 使用平台从DOS扩展到了SUN UNIX MAC WINS等 软件版本也不断更新 目前已推出2011版 以MATLAB为基础开发的专业性应用软件和硬件大量涌现 应用日趋广泛 MATLAB简介 MATLAB的显著特点 高级的可视化计算工具 可交互 可编程的解释性计算机语言 内涵 主包 工具箱 超过30个 开发语言 FORTRAN C C 基本数据单位 列优先的 无需定义的 下标从1开始的矩阵 基本运算有数组运算和矩阵运算之分 MATLAB简介 MATLAB的显著特点 续 7函数使用灵活 大多数函数或命令的调用参数和返回参数个数可变 8开放性设计结构 除内部函数外 所有主包文件和各种工具包文件都是可读可改的源文件 用户可通过对其修改或加入自己编写的文件来构成新的工具包 其它计算软件著名的数学软件还有 Maple Mathmatica MathCAD IDL FORTRAN BASIC等 MATLAB的符号运算借助于Maple内核来实现 MATLAB简介 安装MATLAB启动MATLAB 1 双击系统桌面的MATLAB图标 2 在开始菜单中选择MATLAB快捷方式 3 在MATLAB安装路径bin子目录中双击可执行文件matlab exe 第二章MATLAB6 5应用开发环境 MATLAB工作环境 MATLAB桌面平台 1 主窗口整个大的窗口 其它几个窗口都包括在其中 2 命令窗口 commandwindow 为运算提示符 表示MATLAB在准备状态 当在提示符后输入一段运算式并按回车键后 就给出计算结果 3 历史窗口 commandhistory 保留命令历史记录 这方便于使用者查询 双击历史窗口中的某一行命令 即可在命令窗口中执行该命令 4 当前目录窗口 currentdirectory 在当前目录窗口中可显示或改变当前目录 也可以显示当前目录下的文件 并提供搜索功能 file setpath菜单 设置工作路径 5 工作间管理窗口 workspace 显示目前内存中所有的MATLAB变量的变量名 数学结构 字节数及其类型 退出MATLAB 1 在MATLAB主窗口File菜单中选择Exit命令 2 在MATLAB命令窗口输入Exit或Quit命令 3 单击MATLAB主窗口的 关闭 按钮 MATLAB功能介绍 例1 最简单的计算器用法 计算b1 在MATLAB命令窗的提示符 后输入需要计算的表达式 1 2 cos pi 5 1 3b2 按回车键 MATLAB执行该表达式并给出计算结果如下 ans 3 4944 MATLAB功能介绍 例子2 复数运算 已知 试计算z 并给出z的模和相角 其中相角用度数表示 z1 1 2i z2 3 j 4 z3 complex 5 6 z4 7 exp pi 8 i z z1 z2 z3 z4 zm abs z za angle z 180 pi MATLAB功能介绍 z1 1 0000 2 0000iz2 3 0000 4 0000iz3 5 0000 6 0000iz4 6 4672 2 6788iz 7 0409 3 9903izm 8 0930za 29 5413 MATLAB功能介绍 例3 字符串操作 统计一段文本中某字符出现的次数 s input pleaseinputstring s c input pleaseinputachar s n length findstr s c pleaseinputstring MATLABisagoodthingforeverybody pleaseinputachar in 2 MATLAB功能介绍 例4 A 12 34 B 23 45 A Bans 10132229 MATLAB功能介绍 例子5 符号运算 求函数sin x 1 x2 关于x的一阶导数 diff sin x 1 x x ans cos x 1 x 2 2 sin x x MATLAB功能介绍 例6 绘制函数y sinc x 在区间 4 6 上的图形 ezplot sinc x 4 6 MATLAB功能介绍 例7数据图示 设有一批数据点 t y 其中t在区间 0 2 上以 30等间隔分布 y在每个t上由函数y sin t2 计算得到 试绘出这些数据点的图形 t 0 pi 30 pi 2 y sin t 2 plot t y MATLAB功能介绍 MATLAB功能介绍 例8 几何应用 已知空间三点A 1 1 1 B 3 3 0 C 5 4 4 求 ABC的面积 A 11 1 B 330 C 544 AB B A AC C A t cross AB AC Sn sqrt sum t 2 2Sf sqrt sum sym t 2 2Sn 4 7170Sf 1 2 89 1 2 MATLAB功能介绍 例9 输出声音 用计算机声卡放出标准音阶的7个单频正弦音符 m 1 7 f 262 2 m 1 12 产生7个音符的频率fs 8000 t 0 1 fs 3 y 采样频率8kHz 音符时长0 3秒fori 1 length f y y sin 2 pi f i t end sound y fs 1联机帮助系统2命令窗口查询帮助系统3联机演示系统 MATLAB帮助系统 进入帮助窗口的方法 1 单击MATLAB主窗口工具栏中的Help按钮 2 在命令窗口输入helpwin helpdesk或doc 3 选择Help菜单中的 MATLABHelp 选项 命令窗口查询帮助help 函数名 当用户知道函数名字 而不知道其用法时 用help命令可以去了解此函数的用法 如 helpinvlookfor 关键字 当用户查找一个不知确定名称的函数时 用lookfor命令可以找到所需函数名 如 lookforff 联机演示系统在帮助窗口中选择演示系统 Demos 选项卡 然后在其中选择相应的演示模块 或者在命令窗口输入Demos 或者选择主窗口Help菜单中的Demos子菜单 打开演示系统 常用的命令cd显示或改变当前目录 dir列出指定目录上的所有文件 path显示搜索目录 type在命令窗中显示文件内容 dbtype 带行号显示文件内容 date clock 显示日期和时间 tic toc 启动和终止秒表 常用的命令clear清除内存变量 clf清除图形窗口 clc清除工作窗 hold图形保持开关 disp显示变量或文字内容 format定义数据显示格式 常用的命令save保存内存变量到指定文件 load加载指定文件变量 exit quit退出MATLAB ctrl c break 终止正在运行的程序 命令行快速编辑命令 size 返回变量每一维的大小 length length A max size A MATLAB标点的含义 1 分号 区分行以及取消运行显示等 2 逗号 区分列及函数参数分隔符等 3 小括号 指定运算过程的先后次序等 4 方括号 矩阵定义标志等 见上 5 续行号 6 百分号 注释标记 该行 以后的语句不执行 7 等号 赋值标记 8 单引号 字符串表示符 单引号里面的内容为字符串 单引号一定在英文状态下输入 9 冒号 有多种应用功能 学习过程中注意 如表示全部元素构成的长列 或表示某一维上的全部元素 注意 所有标点必须采用英文标点 否则出错 命令中不能包含中文字符 MATLAB的变量类型 Matlab支持多种变量类型 常用变量类型 3 8464 bitdouble default 双精度浮点型 a 16 bitchar支持其他变量类型 16bit或8bit的整数 复数等 变量名 首字符必须为字母后面的字符可以为数字 字母或下划线注意区分大小写 var1和Var1不是一个变量 特殊变量 i和j 复数pi 3 1415926 ans 保