第一章MATLAB语言的基本使用方法ppt课件.ppt

2020 3 30 1 第一章MATLAB语言的基本使用方法 教学目标了解MATLAB的基本知识以及MATLAB语言的上机环境 学会利用MATLAB进行基本运算学习要求通过本单元的学习 了解MATLAB语言的基本特点 熟悉其视窗环境的基本使用方法 掌握变量 函数等有关概念 初步具备将一般数学问题转化成对应的计算机模型并进行处理的能力 2020 3 30 2 MATLAB的视窗环境1 1变量1 2MATLAB基本运算符和格式1 3常用函数1 4 2020 3 30 3 MATLAB的视窗环境 5 X前版本进入MATLAB环境 即进入MATLAB命令窗口 6 0以后版本工作环境发生了质的变化 引入大量的交互工作界面 缺省情况下为命令窗 交互界面分类目录窗 历史指令窗命令窗是人们与MATLAB作人机对话的主要环境 通过它可以键入MATLAB的各种命令并读出相应的结果 2020 3 30 4 一般来说 一个命令行输入一条命令 命令行以回车结束 但一个命令行也可以输入若干条命令 各命令之间以逗号分隔 若前一命令后带有分号 则逗号可以省略 例如p 15 m 35p 15 m 35 2020 3 30 5 如果一个命令行很长 一个物理行之内写不下 可以在第一个物理行之后加上3个小黑点并按下回车键 然后接着下一个物理行继续写命令的其他部分 3个小黑点称为续行符 即把下面的物理行看作该行的逻辑继续 在MATLAB里 有很多的控制键和方向键可用于命令行的编辑 2020 3 30 6 指令窗中常用的控制指令 2020 3 30 7 指令窗中指令行的编辑常用键 2020 3 30 8 指令窗中指令行的编辑常用键 2020 3 30 9 历史指令窗 CommandHistory 记录着用户在命令窗中所输入过的所有指令行包括 每次启动MATLAB时间 每次启用MATLAB后在指令窗中运行过的所有指令 而且这些指令可以复制 再运行和生成文件 2020 3 30 10 历史指令窗主要应用功能 2020 3 30 11 工作空间浏览器 WorkspaceBrowser 在缺省情况下 位于MATLAB桌面的左上方后台 点击窗标workspacsbrowser 可使工作空间浏览器在前台展现 可完成内存变量的查阅 保存和编辑 2020 3 30 12 工作空间浏览器主要应用功能 2020 3 30 13 编辑窗口 Editor Debugger MATLAB程序编制有两种方式 一种是行命令方式 在命令窗口中一行一行地输入程序 计算机每次对一行命令作出反应 像计算器那样 这只能完成简单的任务 在入门时通常使用这种方式 另一种是文件方式 文件方式适用于待解决的问题所需指令较多和所用指令结构较复杂时 或当一组指令通过改变少量参数就可被反复使用去解决不同问题时 把一条条指令写成一个有多行语句组成的文件 让MATLAB来执行这个文件的全部语句 2020 3 30 14 编辑窗口简介 缺省情况下 编辑器不随MATLAB的启动而启动 只有编写M文件时才启动编辑器不仅可以编辑M文件 而且可以对M文件进行交互式调试 不仅可以处理 m文件 而且可以阅读和编辑其他ASCII码文件三种方法可进入点击桌面上的工具栏中新建图标或选中菜单项 可打开空白的编辑器窗口点击桌面上的工具栏中打开图标或选中菜单项 可打开相应文件的编辑器窗口鼠标左键双击当前目录窗中的M文件 2020 3 30 15 图形窗口 执行一个程序或者在命令窗口下执行一个或一段语句生成一个图形时就进入了图形窗口 或者在命令窗口下的File菜单下的新文件 Figure 2020 3 30 16 帮助系统 交互界面强大而独立的帮助系统 全部帮助文件存放在MATLAB目录下的help目录下 是用户寻求帮助的资源纯文本帮助MATLAB的所有执行指令 M文件和M函数都有一个注释区 在该区中用纯文本方式简明扼要地叙述该函数的调用格式和输入输出变量含义演示帮助 Demo Web帮助 2020 3 30 17 帮助系统指令 2020 3 30 18 1 1变量 在中学的代数中 我们就已经学过使用拉丁字母及其它符号来表示未知数或可能会变化的数字 在计算机中也有相应的表示 称之为变量 指在程序执行过程中其值可以变化的量 变量在计算机内存中占据一定的存储单元 在该单元中存放变量的值 一个变量有一个名字 称为变量名 2020 3 30 19 MATLAB对使用变量名的规定 由字母 数字和下划线组成 字母间不可留空格 第一个字符必须为字母区分大小写长度不大于19个字符 第19个字符后的字符被忽略不同版本的系统规定不同 19个字符 31或63个字符等可调用namelengthmax函数得到系统规定长度变量中不能含有标点符号 2020 3 30 20 逗号或分号的区别 x 2 y 3 逗号隔开 屏幕有回显x 2y 3 m 2 n 3 分号隔开 无回显 m 在提示符后直接输入变量名可查看变量的值m 2 2020 3 30 21 系统特殊变量 2020 3 30 22 变量的使用 clear 删除工作区中所有定义过的变量 whos 查看当前工作区内变量信息 无显示表示没有定义的变量 xy 1 yx 2 对变量赋值 xy 查看变量xy的当前数值xy 1 whosNameSizeBytesClassxy1x18doublearrayyx1x18doublearrayGrandtotalis2elementsusing16bytes clearxyyx 删除变量xy及yx whos xy 这时变量xy已经不存在了 Undefinedfunctionorvariable xy 2020 3 30 23 1 2MATLAB基本运算符和格式 2020 3 30 24 MATLAB的数字格式 在当前系统默认中 MATLAB的变量是以double的精度进行运算的提供了更加高级的功能 它能将计算结果以不同精度的数字格式显示 主要由format命令完成的 2020 3 30 25 format命令 2020 3 30 26 MATLAB中所有的量为双字长浮点数 显示按下面显示规则 在缺省情况下 当结果为整数 作为整数显示 当结果为实数 以小数后4位的精度近似显示 如果结果中的有效数字超出了这一范围 以科学计数法显示结果 format命令改变显示格式 常用的的格式有long 16位 bank 2个十进制位 hex 十六进制 short 缺省 shorte 5位加指数 符号 longe 16位加指数 rat 有理数近似 2020 3 30 27 1 3常用函数 在数值运算中 常常要用到一些数学函数三角函数 指数函数 对数函数及开方等列出初等数学函数helpelfun高级数学函数Bessel和gamma列出高级数学函数helpelmat内置函数 MATLAB核心部分执行效率高 2020 3 30 28 数学函数 2020 3 30 29 使用函数注意几点 函数出现在等式右边每个函数对其自变量的个数和格式都有一定的要求函数允许嵌套 2020 3 30 30 计算下式的结果 其中a 5 67 b 7 811 a 5 67 b 7 811 exp a b log10 a b ans 6 3351e 005 2020 3 30 31 1 4文件操作 文件操作是一种重要的数据输入输出方式 即从数据文件读取数据或将结果写入数据文件 MATLAB提供了一系列低层输入输出函数 专门用于文件操作 2020 3 30 32 1 4 1文件的打开与关闭 1 4 1 1文件的打开无论是要读写ASCII码文件还是二进制文件 都必须先用fopen函数将其打开 在默认情况下 fopen以二进制格式打开文件 它的使用语法如下 fid fopen mode 其中表示要读写的文件名称 mode则表示要对文件进行的处理方式 2020 3 30 33 说明 其中fid用于存储文件句柄值 如果返回的句柄值大于0 则说明文件打开成功 文件名用字符串形式 表示待打开的数据文件 常见的打开方式mode如下 r 只读方式打开文件 默认的方式 该文件必须已存在 r 读写方式打开文件 打开后先读后写 该文件必须已存在 w 打开后写入数据 该文件已存在则更新 不存在则创建 w 读写方式打开文件 先读后写 该文件已存在则更新 不存在则创建 a 在打开的文件末端添加数据 文件不存在则创建 a 打开文件后 先读入数据再添加数据 文件不存在则创建 另外 在这些字符串后添加一个 t 如 rt 或 wt 则将该文件以文本方式打开 如果添加的是 b 则以二进制格式打开 这也是fopen函数默认的打开方式 2020 3 30 34 1 4 1 2文件的关闭 一旦完成文件的读写 最好关闭文件 以便对其进行其他操作 这时就可以使用fclose函数来关闭文件 其适用语法如下 fclose f 其中f为打开文件的标志 若fclose函数返回值为0 则表示成功关闭f标志的文件 若返回值为 1 则表示无法成功关闭该文件 一般来说 在完成对文件的读写操作后就应关闭它 以免造成系统资源浪费 此外 需注意的是 打开和关闭文件都比较耗时 因此为了提高程序执行效率 最好不要在循环体内使用文件 若要一次关闭打开的所有文件 可以使用下面的命令 fcloseall 2020 3 30 35 1 4 2文本数据 虽然MATLAB自带的MAT文件为二进制文件 但为了便于和外部程序进行交换以及方便查看文件中的数据 也常常采用文本数据格式与外界进行数据交换 在文本格式中 数据采用ASCII码格式 可以表示字母和数字字符 ASCII文本数据可以在文本编辑器中查看和编辑 MATLAB提供多种函数能够进行文件读写 这些函数都是MATLAB的一部分 不需要额外的工具箱支持 2020 3 30 36 1 4 2 1打开文本 1 使用导入模板来读取数据2 使用函数来读取文本数据3 读取数值文本数据4 读取有分隔符的ASCII数据文件5 使用文本头读取数值数据6 读取字母数值混合的数据 2020 3 30 37 1 4 2 2存写ASCII码数据 常用的两种ASCII码数据格式如下 采用空格符分隔 采用分号分隔 1 存写有分隔符的ASCII码数据文件若要将当前的MATLAB工作空间的一个或多个变量写到一个有分隔符的ASCII码文件中 可以使用save命令或dlmwrite函数 在默认情况下 save命令是以MAT格式存写数据的2 使用diary命令来存写数据较小的数值阵列或单元阵列的存写可以使用diary命令 2020 3 30 38 1 4 3二进制数据导入和输出 1 4 3 1二进制数据的导入1 使用导入模板读取二进制数据这个过程和使用导入模板读取文本文件是基本一致的 这里就不再举例了 2 使用导入函数读取二进制数据若要从命令行或一个M文件中读取二进制数据 就必须使用MATLAB导入函数 函数的选择取决于文件中数据的格式 1 4 3 2二进制数据的存写要以一种标准二进制格式来存写二进制数据 可以使用MATLAB提供的高端函数 函数的选择取决于要存写数据的类型 2020 3 30 39 1 4 4使用文件I O函数 MATLAB还包含了一组低端的文件I O函数 如前面介绍的所有文件的打开和关闭函数 fopen函数和fclose函数 这些函数是建立在ANSI标准C库中的I O函数 1 4 4 1二进制数据的读取使用fread函数可从文件中读取二进制数据 它将每个字节看成整数 并将结果以矩阵形式返回 对于读取二进制文件 fread必须制定正确的数据精度 fread的基本调用方法是 A fread fid 其中fid是一个整数型变量 是通过调用fopen函数获得的 表示要读取的文件标识符 输出变量A为矩阵 用于保存从文件中读取的数据 2020 3 30 40 1 4 4 2二进制数据的写入使用fwrite函数可将矩阵按所指定的二进制格式写入文件 并返回成功写入文件的大小 函数的调用方式如下 count fwrite fid A precision 其中 count用来返回写入文件数据的大小 f参数同样是通过fopen函数获得的整数型变量 表示文件标识符 A表示要写入的数据矩阵 第三个参数precision同二进制读取函数的参数一样 表示数据的写入格式 2020 3 30 41 1 4 4 3格式化读取ASCII码数据fscanf函数1 4 4 4格式化写入文本数据fprintf1 4 4 5控制文件位置指针控制此指针的函数如Fseek 设定指针位置Ftell 获得指针位置Frewind 重设指针到文件起始位置Feof 测试指针是否在文件结束位置 2020 3 30 42 1 4 5MAT文件 MAT文件是MATLAB使用的一种特有的二进制数据文件 MAT文件可以包含一个或者多个MATLAB变量 MATLAB通常采用MAT文件把工作空间的变量存储在磁盘里 在MAT文件中不仅保存各变量数据本身 而且同时保存变量名以及数据类型等 所以在MATLAB中载入某个MAT文件后 可以在当前MATLAB工作空间完全再现当初保存该MAT文件时的那些变量 这是其他文件格式所不能的 同样 用户也可以使用MAT文件从MATLAB环境中导出数据 MAT文件提供了一种更简便的机制在不同操作平台之间移动MATLAB数据 2020 3 30 43 1 4 5 1在MATLAB中读写MAT文件 在MATLAB环境中 通常使用load和save两个命令进行MAT文件的读和写 1 load函数 load函数可以从MAT文件中读取数据 例如要读取mymat dat文件 可以直接执行命令loadmymat dat 或者load mymat mat load函数还可以指定只读取文件中的某几个变量 只需在文件名之后列出想要读取的变量的变量名就可以了 变量名也可以使用通配符 比如命令loadmymat maty 执行结果就是将文件中所有以y开头的变量读取出来 load还有一种函数形式的调用方式 这种调用方式就要求文件名必须是字符串 比如要导入mymat mat文件 那么函数形式的调用必须是s load mymat mat 2020 3 30 44 2 save函数的使用save函数的功能是把当前MATLAB工作空间的一个或多个变量存写到外部文件 在默认情况下 save函数以MAT格式存写数据 当然 带上文件名参数 就可以将当前工作空间中的所有变量存写在指定的MAT文件中 如果用户需要保存指定的某几个变量 只需在文件名参数后 列出要保存的文件名即可 比如 命令savemymat matx y z执行后的结果就是将当前工作空间中的变量x y z保存到mymat mat文件中 要求x y z是当前工作空间中已经存在的变量 2020 3 30 45 1 4 5 2在普通的C C 程序中读写MAT文件 1 使用MATLAB提供的MAT文件接口函数在C C 程序中有两种方式可以读取MAT文件数据 一种是利用MATLAB提供的有关MAT