matlab特点及应用领域

MATLAB 是由美国 mathworks 公司发布的主要面对科学计算 可视 化以及交互式程序设计的高科技计算环境 它将数值分析 矩阵 计算 科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多 强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中 为科学研究 工程 设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面 的解决方案 并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言 如 C Fortran 的编辑模式 代表了当今国际科学计算软件的 先进水平 M MA AT TL LA AB B 和 Mathematica Maple 并称为三大数学软件 它在 数学类科技应用软件中在 数值计算方面首屈一指 MATLAB 可以 进行矩阵运算 绘制函数和数据 实现算法 创建用户界面 连 matlab 开发工作界面 接其他编程语言的程序等 主要应用于工程计算 控制设计 信 号处理与通讯 图像处理 信号检测 金融建模设计与分析等领 域 MATLAB 的基本数据单位是矩阵 它的指令表达式与数学 工 程中常用的形式十分相似 故用 MATLAB 来解算问题要比用 C FORTRAN 等语言完成相同的事情简捷得多 并且 MATLAB 也吸 收了像 Maple 等软件的优点 使 MATLAB 成为一个强大的数学软件 在新的版本中也加入了对 C FORTRAN C JAVA 的支持 可 以直接调用 用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB 函 数库中方便自己以后调用 此外许多的 MATLAB 爱好者都编写了 一些经典的程序 用户可以直接进行下载就可以用 一种语言之所以能如此迅速地普及 显示出如此旺盛的生命力 是由于它有着不同于其他语言的特点 正如同FORTRAN和C等高级语 言使人们摆脱了需要直接对计算机硬件资源进行操作一样 被称作 为第四代计算机语言的MATLAB 利用其丰富的函数资源 使编程人 员从繁琐的程序代码中解放出来 MATLAB的最突出的特点就是简洁 MATLAB用更直观的 符合人们思维习惯的代码 代替了C和FORTRAN 语言的冗长代码 MATLAB给用户带来的是最直观 最简洁的程序开 发环境 以下简单介绍一下MATLAB的主要特点 语言简洁紧凑 使用方便灵活 库函数极其丰富 MATLAB程序 书写形式自由 利用其丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务 压缩了一切不必要的编程工作 由于库函数都由本领域的专家编写 用户不必担心函数的可靠性 可以说 用MATLAB进行科技开发是站 在专家的肩膀上 具有 FORTRAN 和 C 等高级计算机语言知识的读者可能已经注意到 如果用 FORTRAN 或 C 语言去编写程序 尤其当涉及矩阵运算和画图 时 编程会很麻烦 例如 如果用户想求解一个线性代数方程 就 得编写一个程序块读入数据 然后再使用一种求解线性方程的算法 例如追赶法 编写一个程序块来求解方程 最后再输出计算结果 在求解过程中 最麻烦的要算第二部分 解线性方程的麻烦在于要 对矩阵的元素作循环 选择稳定的算法以及代码的调试都不容易 即使有部分源代码 用户也会感到麻烦 且不能保证运算的稳定性 解线性方程的程序用 FORTRAN 和 C 这样的高级语言编写至少需要好 几十行 再如用双步 QR 方法求解矩阵特征值 如果用 FORTRAN 编写 至少需要四百多行 调试这种几百行的计算程序可以说很困难 以 下为用 MATLAB 编写以上两个小程序的具体过程 用MATLAB求解下列方程 并求矩阵A的特征值 其中 解为 x A b 设A的特征值组成的向量为e e eig A 可见 MATLAB的程序极其简短 更为难能可贵的是 MATLAB甚至 具有一定的智能水平 比如上面的解方程 MATLAB会根据矩阵的特 性选择方程的求解方法 所以用户根本不用怀疑MATLAB的准确性 运算符丰富 由于MATLAB是用C语言编写的 MATLAB提供了和C 语言几乎一样多的运算符 灵活使用MATLAB的运算符将使程序变得 极为简短 具体运算符见附表 MATLAB既具有结构化的控制语句 如for循环 while循环 4 3 2 1 35713498 65542343 12857923 67451332 bAbAx break语句和if语句 又有面向对象编程的特性 语法限制不严格 程序设计自由度大 例如 在MATLAB里 用 户无需对矩阵预定义就可使用 程序的可移植性很好 基本上不做修改就可以在各种型号的计 算机和操作系统上运行 MATLAB的图形功能强大 在FORTRAN和C语言里 绘图都很不容 易 但在MATLAB里 数据的可视化非常简单 MATLAB还具有较强的 编辑图形界面的能力 MATLAB的缺点是 它和其他高级程序相比 程序的执行速度较 慢 由于MATLAB的程序不用编译等预处理 也不生成可执行文件 程序为解释执行 所以速度较慢 功能强劲的工具箱是MATLAB的另一重大特色 MATLAB包含两个 部分 核心部分和各种可选的工具箱 核心部分中有数百个核心内 部函数 其工具箱又可分为两类 功能性工具箱和学科性工具箱 功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能 图示建模仿真功能 文字处理功能以及与硬件实时交互功能 功能性工具箱能用于多种 学科 而学科性工具箱是专业性比较强的 如 control toolbox signal processing toolbox communication toolbox等 这些工具箱都是由该领域内的学术水平很高的专家编写 的 所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序 而直接进行高 精 尖的研究 下表列出了MATLAB的核心部分及其工具箱等产品系 列的主要应用领域 MATLABMATLAB 的工具箱及主要应用领域的工具箱及主要应用领域 应 用 领 域 工 具 箱 名 称 系 统 控 制 数 据 分 析 信 号 处 理 通 信 系 统 金 融 系 统 工 程 数 学 土 木 工 程 图 形 可 视 化 MATLAB 核心 Notebook MATLAB Complier MATLAB C Math Library Simulink Symbolic Math Simulink Accelerator Chemometrics Communication Control System Finance System Identification Fuzzy Logical High order Spectral Analysis 应 用 领 域 工 具 箱 名 称 系 统 控 制 数 据 分 析 信 号 处 理 通 信 系 统 金 融 系 统 工 程 数 学 土 木 工 程 图 形 可 视 化 Image Processing Model Predictive Control NGA Foundation Neural Network MMLE3 Identification LMI Control Model Predictive Control QFT Control Design Robust Control Spline Statistics DSP Blockset Fixed Point Blockset Nonlinear Control Design Blockset Real time Workshop RTW Ada Extention Wavelet Partial Differential Equation Optimization Stateflow Signal Processing Mu A