第1章 MATLAB R2015b环境.pptVIP

第1章MATLABR2015b环境 MATLAB简介 MATLABR2015b的环境设置 常用窗口 MATLABR2015b其他管理 一个实例 1 1MATLAB简介 MATLAB是MATLAB产品家族的基础 数学运算功能强大 如矩阵运算 数值分析算法 MATLAB集成了二维和三维图形功能 以完成相应数值可视化的工作 并且提供了一种交互式的高级编程语言 M语言 利用M语言可以通过编写脚本或者函数文件实现用户自己的算法 MATLABCompiler是一种编译工具 它能够将那些利用MATLAB提供的编程语言 M语言编写的函数文件编译生成函数库 可执行文件COM组件等 使MATLAB能够同其他高级编程语言 如C C 语言 进行混合应用 以提高程序的运行效率 1 1 1MATLAB工具箱 MATLAB有以下主要的工具箱 1 控制系统工具箱 ControlSystemToolbox 主要应用于连续系统设计和离散系统设计 传递函数和状态空间模型建立 模型转换 方程求解 频域响应 时域响应 根轨迹分析 增益选择 极点分配等 2 信号处理工具箱 SignalProcessingToolbox 主要应用于数字和模拟滤波器设计 应用及仿真 参数化模型 谱分析和估计 FFT变换 DCT变换等 3 神经网络工具箱 NeuralNetworkToolbox 主要应用于BP网络 Hopfield Kohonen网络 径向基函数网络 竞争 线性 Sigmoidal等传递函数 前馈 递归等网络结构 性能分析及应用 自组织网络等 4 模糊逻辑控制工具箱 FuzzyLogicToolbox 主要应用于友好的交互设计界面 自适应神经 模糊学习 聚类及Sugeno推理 支持Simulink动态仿真 可生成C语言源代码等 1 1 1MATLAB工具箱 5 图像处理工具箱 ImageProcessingToolbox 主要应用于二维滤波器设计和滤波输入 图像恢复增强 色彩 集合及形态操作 二维变换 图像分析和统计等 6 优化工具箱 OptimizationToolbox 主要应用于线性规划和二次规划 求函数的最大值和最小值 多目标优化 约束条件下的优化 非线性方程求解等 7 统计工具箱 StatisticsToolbox 主要应用于概率分布和随机数生成 多变量分析 回归分析 主极分析 假设检验等 8 符号数学工具箱 SymbolicMathToolbox 主要实现符号运算 包括极限 微积分 符号方程等 1 1 2MATLAB功能和特点 1 功能强大 1 运算功能强大 MATLAB是以复数矩阵为基本编程单元的程序设计语言 其强大的运算功能使其成为世界顶尖的数学应用软件之一 2 功能丰富的工具箱 大量针对各专业应用的工具箱的提供 使MATLAB适用于不同领域 3 文字处理功能强大 MATLAB的Notebook为用户提供了强大的文字处理功能 允许用户从Word访问MATLAB的数值计算和可视化结果 通过使用MATLAB的Notebook 用户可以创建MATLAB的程序文档 技术报告 注释文档 手册或教科书 1 1 2MATLAB功能和特点 2 人机界面友好 编程效率高MATLAB的语言规则与笔算式相似 矩阵的行列数无须定义 MATLAB的命令表达方式与标准的数学表达式非常相近 易写 易读并易于在科技人员之间交流 3 强大而智能化的作图功能MATLAB可以方便地将工程计算的结果可视化 使原始数据的关系更加清晰明了 并揭示数据间的内在联系 MATLAB能够根据输入数据自动确定最佳坐标 可规定多种坐标系 如极坐标系 对数坐标系等 可设置不同颜色 线型 视角等 并能绘制三维坐标中的曲线和曲面 4 可扩展性强MATLAB软件包括基本部分和工具箱两大部分 具有良好的可扩展性 MATLAB的函数大多为ASCII文件 可以直接编辑和修改 MATLAB的工具箱可以任意增减 5 Simulink动态仿真功能MATLAB的Simulink提供了动态仿真的功能 用户通过绘制框图模拟线性 非线性 连续或离散的系统 通过Simulink能够仿真并分析该系统 1 2MATLABR2015b的环境设置 1 2 1MATLAB的集成开发环境MATLABR2015b版的界面操作非常方便 提供了多文档管理 是数据分析和算法的交互式开发环境 MATLABR2015b版启动后的运行界面称为MATLAB操作窗口 默认的操作窗口如图1 1所示 1 2 2工具栏 1 HOME页工具栏在工具栏中提供了一系列的菜单和工具按钮 工具栏根据不同的功能分了六个区 分别是 FILE VARIABLE CODE SIMULINK ENVIRONMENT 和 RESOURCES 工具栏如图1 2所示 1 2 2工具栏 1 FILE 区工具栏 FILE 区用于对文件进行操作 工具栏中各按钮的常用功能如表1 1所示 1 2 2工具栏 2 VARIABLE 区工具栏 VARIABLE 区工具栏主要是对变量的操作 各按钮的常用功能如表1 2所示 1 2 2工具栏 3 CODE 区工具栏 CODE 区工具栏主要是对程序代码的操作 各按钮的对应常用功能如表1 3所示 1 2 2工具栏 4 SIMULINK 区工具栏 SIMULINK 区工具栏只有一个 SimulinkLibrary 按钮 打开Simulink界面 5 ENVIRONMENT 区工具栏 ENVIRONMENT 区工具栏主要进行界面的环境设置 各按钮的常用功能如表1 4所示 6 RESOURCES 区工具栏 RESOURCES 区工具栏主要是对MATLAB的资源管理 包括帮助资料 Help 网上社区资料 Community 和需求支持资料 RequestSupport 1 2 2工具栏 2 绘图面板工具栏在图1 1中选择面板 PLOTS 则切换到绘图面板 当工作空间创建了变量 a 时工具栏如图1 3所示 1 2 2工具栏 1 SELECTION 区在工作空间中选择需要绘图的变量 可以是一个或多个变量 图中选择变量 a 2 PLOTSa 区根据 SELECTION 区选择的变量 显示不同的绘图类型 在图中根据变量 a 显示的绘图类型包括二维曲线plot 也包括特殊图形bar area pie histogram semilogx semilogy loglog comet stem stairs和barh等 单击向下的箭头还可以打开更多的图形类型选择 3 OPTIONS 区 OPTIONS 区有两个选择 ReuseFigure 和 NewFigure 1 2 2工具栏 3 应用软件面板工具栏在图1 1中选择面板 APPS 则切换到应用软件面板 工具栏如图1 4所示 分成两个区 分别是 FILE 和 APPS 1 2 2工具栏 1 FILE 区主要是对MATLAB应用软件的操作 有三个按钮分别是 GetMoreApps InstallApp 和 PackageApp 选择 GetMoreApps 时打开 Add onExplorer 窗口 可以查找App 窗口如图1 5所示 1 2 2工具栏 2 APPS 区 APPS 区是常用的App工具 当单击下拉箭头时出现分类的各种App 如图1 6所示 1 3常用窗口 1 3 1命令窗口 CommandWindow 在命令窗口右侧单击下拉箭头 出现对命令窗口操作的快捷菜单 如图1 7所示 1 3 1命令窗口 CommandWindow 从上图的快捷菜单中可以选择菜单 Undock 或是直接拖曳命令窗口离开操作界面都会出现如图1 8所示单独的命令窗口 1 3 1命令窗口 CommandWindow 单击命令窗口右上角的下拉箭头 选择菜单 Dock 可使单独的命令窗口返回MATLAB界面 其他各窗口都同样具有单独窗口的功能 1 命令行的显示方式 MATLAB运行时 命令窗口中的每个命令行前会出现提示符 命令窗口内显示的字符和数值采用不同的颜色 在默认情况下 输入的命令 表达式及计算结果等采用黑色字体 字符串采用赭红色 if for 等关键词采用蓝色 例1 1 在命令窗口中输入不同的数值和语句 并查看其显示方式 a 12 5a 12 5000 b Hello b Hello ifa 0c 5 endc 5 1 3 1命令窗口 CommandWindow 2 命令窗口中命令行的编辑 由于MATLAB把命令窗口中输入的所有命令都记录在内存中专门的 历史命令 CommandHistory 空间中 因此MATLAB命令窗口不仅可以对输入的命令进行编辑和运行 而且还可以对已输入的命令进行回调 编辑和重运行 命令窗口中行编辑的常用操作键如表1 4所示 1 3 1命令窗口 CommandWindow 3 命令窗口中的标点符号 MATLAB常用标点符号的功能如表1 5所示 1 3 1命令窗口 CommandWindow 例1 2 在命令窗口中使用不同的标点符号 a 12 5 b Hello 逗号表示分隔命令 单引号构成字符串 点号为小数点a 12 5000b Hello c 12 34 56 表示构成矩阵 分号用来分隔行 空格用来分隔元素c 123456 d a 表示续行cd 12 500025 000037 500050 000062 500075 0000 1 3 1命令窗口 CommandWindow 4 数值计算结果的显示格式及设置 在命令窗口中 默认情况下数值计算结果的显示格式为 当数值为整数 以整数显示 当数值为实数 以小数后4位的精度近似显示 即以 短 Short 格式显示 如果数值的有效数字超出了这一范围 则以科学计数法显示结果 1 3 1命令窗口 CommandWindow 用户可以根据需要 对命令窗口的字体风格 大小 颜色和数值计算结果的显示格式进行设置 设置方法有以下2种 在MATLAB的界面选择工具栏中 Preferences 按钮 则会出现参数设置对话框 如图1 9所示 在对话框的左栏选中 CommandWindow 项 在右边的 Numericformat 栏设置数据的显示格式 1 3 1命令窗口 CommandWindow 还可以直接在命令窗口中通过输入 format 命令进行数值显示格式的设置 语法 format格式描述MATLAB的数值显示的format格式如表1 6所示 1 3 1命令窗口 CommandWindow 5 命令窗口的清空命令 clc 用于清空命令窗口中的所有显示内容 清空后命令窗口就是空白了 1 3 2当前目录浏览器窗口 CurrentFolder 当前目录浏览器窗口默认地出现在MATLAB界面 如图1 1所示 左侧 用来设置当前目录 可以随时显示当前目录下所有文件的信息 当前目录浏览器窗口如图1 10所示 在下面的文件细节栏可以看到M文件的开头注释行 可以看出不同文件的图标不同 并可以复制 编辑和运行M文件及装载MAT数据文件 1 3 2当前目录浏览器窗口 CurrentFolder 1 当前目录的设置 在MATLAB环境中 如果不特别指明存放数据和文件的目录 则MATLAB默认地将它们存放在当前目录上 用户应把自己的目录设置成为当前目录 把用户目录设置成为当前目录的方法有2种 在当前目录设置区设置 在图1 10中或MATLAB界面 图1 1 工具栏的右侧都有当前目录设置区 可以在 设置栏 中直接填写待设置的目录名 或像资源管理器一样选择待设置目录 通过命令设置 使用 cd 命令设置当前目录 语法 cd 显示当前目录cd目录 指定当前目录cd 指定上一级目录为当前目录例如 要设置当前目录为 c MyDir cdc MyDir 1 3 2当前目录浏览器窗口 CurrentFolder 2 文件快捷菜单的使用 单击选择一个文件 单击鼠标右键出现快捷菜单 主要应用功能和操作方法如表1 7所示 1 3 2当前目录浏览器窗口 CurrentFolder 例如 在 CurrentFolder 窗口中选择 例1 1 保存的文件名 Ex0101 单击鼠标右键选择 CompareAgainst Choose 选择 例1 2 的文件 Ex0102 然后单击 Compare 按钮 则打开 FilesandFoldersComparisons 窗口 如图1 11所示 显示出两个文件的匹配情况 1 3 3工作空间窗口 Workspace 工作空间窗口 又称为内存窗口 默认地出现在MATLAB界面 如图1 1所示 的右边 用于显示所有MATLAB工作空间中的变量名 数据结构 类型 大小和字节数 在该窗口中 还可以对变量进行观察 编辑 提取和保存 例如 在命令窗口输入 a 12 5 b Hello c 12 34 56 如图1 12所示为工作空间窗口 单击鼠标右键 在快捷菜单中选择 ChooseColumns 的所有选项 在图中显示了三个变量a b c的名称 大小 字节数 类型 最小值 最大值 范围 中间值 出现频率 方差和均方差的所有信息 1 3 3工作空间窗口 Workspace 图1 12工作空间窗口 1 3 3工作空间窗口 Workspace 1 当前目录工作空间窗口中变量的操作 对当前目录工作空间窗口中的变量可以进行多种操作 操作方法如表1 8所示 1 3 3工作空间窗口 Workspace 2 通过命令管理变量 把工作空间中的数据存放到MAT数据文件 语法 save变量1变量2 参数 将变量保存到文件中save 变量1 变量2 说明 为MAT文件名 变量1 变量2可以省略 省略时则保存工作空间的所有变量 参数为保存的方式 有 ASCII append等方式 例如 save 把全部内存变量保存为文件 saveab 把变量a b保存为文件 saveab append 把变量a b添加到文件中 1 3 3工作空间窗口 Workspace 从数据文件中取出变量存放到工作空间 语法 load变量1变量2 说明 变量1 变量2可以省略 省略时则装载所有变量 例如 load 把文件中的全部变量装入内存 loadab 把文件中的a b变量装入内存 查阅MATLAB内存变量名 语法 who例如 查阅工作空间中的a b c这3个变量 whoYourvariablesare abc 1 3 3工作空间窗口 Workspace 查阅MATLAB内存变量的变量名 大小 类型和字节数 语法 whos例如 whosNameSizeByteClassa1x18doublearrayb1x510chararrayc3x248doublearrayGrandtotalis12elementsusing66bytes 1 3 3工作空间窗口 Workspace 删除工作空间中的变量 语法 clear 删除内存中的所有变量clear变量名1变量名2 删除内存中的多个变量例如 在工作空间中删除变量a cleara whoYourvariablesare bc当执行M文件结束后 如果再次执行 则经常需要使用clear命令清除在工作空间中的变量 1 3 4历史命令窗口 CommandHistory 在界面中选择工具栏 Layout CommandHistory Docked 可以选择打开历史命令窗口 如图1 13所示 历史命令窗口包括 每次开启MATLAB的时间和每次开启后在命令窗口中运行过的所有命令行 图中命令前面红色的表示出错的程序 1 3 4历史命令窗口 CommandHistory 在历史命令窗口中选择命令行 单击鼠标右键 则弹出快捷菜单 主要功能如表1 9所示 1 3 4历史命令窗口 CommandHistory 例如 复制和运行如图1 14所示历史命令窗口中的命令 在历史命令窗口中 先用鼠标选择 ifa 0c 5 end 命令 单击鼠标右键 选择 CreateShortcut 菜单 则出现 ShortcutEditor 窗口 如图1 14所示 1 3 5变量编辑器窗口 VariableEditor 如图1 15所示为变量 c 12 34 56 出现在 VariableEditor 变量编辑器窗口的情形 1 3 5变量编辑器窗口 VariableEditor 图中有三个面板 在 VARIABLE 面板中可以在变量中插入行 列 也可以单击 Transpose 按钮进行转置 可以对变量进行以下编辑和修改 甚至可以更改数据结构和显示方式 在 PLOTS 面板中可以对变量的全部数据和部分数据进行绘图 在 VIEW 面板中可以查看不同的变量显示格式 1 在 VIEW 面板中的 NumberDisplayformat 栏中改变变量的显示类型 2 在 VARIABLE 面板中选择 Insert 按钮增加数组的行列 3 逐格修改数组中的元素值 1 3 5变量编辑器窗口 VariableEditor 在图1 15中选择所有的元素 在 PLOTS 面板中单击工具栏的按钮 则会出现如图1 16所示的波形图 1 3 6M文件编辑 调试器窗口 Editor Debugger 在默认情况下 M文件编辑 调试器窗口不随MATLAB界面的出现而启动 只有需要编写M文件 扩展名为 m 时 才启动该窗口 如图1 17所示为M文件编辑 调试器窗口 1 3 6M文件编辑 调试器窗口 Editor Debugger M文件编辑 调试器窗口的启动方法有以下几种 1 单击MATLAB界面上的图标 或者选择工具栏 NewScript 按钮 可打开空白的M文件编辑器 2 单击MATLAB界面上的图标 或者选择工具栏 New 按钮 在下拉菜单中选择 Script 就可出现相应的M文件编辑器 3 用鼠标双击当前目录窗口中的M文件 扩展名为 m 可直接打开相应文件的M文件编辑器 1 3 7代码分析报告窗口 CodeAnalyzerReporter 代码分析报告窗口是对MATLAB的当前目录下的M文件进行分析 报告中列出一些错误和可以提高程序性能的警告 如图1 18所示为可以看到对M文件的相应行显示出提示信息 1 3 8程序运行时间窗口 Profiler 图1 1的MATLAB界面中 选择工具栏的 RunandTime 按钮 或在命令窗口输入 pro 就可以独立出现程序性能剖析窗口 查看M文件 Ex0101 m 的运行时间 以便提高运行速度 单击 Ex0101 可以看到每行命令的运行时间 如图1 19所示 1 3 9MATLABR2015b帮助 1 帮助窗口打开帮助窗口 如图1 20所示的帮助窗口界面由左侧目录和右侧的帮助浏览器两部分组成 在右侧的帮助浏览器中选择不同的内容打开 也可以上网查找帮助信息 1 3 9MATLABR2015b帮助 1 左侧的目录包括 所有产品 安装 发行说明和其他版本 用鼠标单击目录 在左边的帮助浏览器中就会显示出相应的帮助内容 所有产品 是对应的MATLAB产品族所有内容 包括各种工具箱 其它版本 是上网打开MATLAB以前对应所有版本的帮助内容 2 右侧的帮助浏览器可以进入不同产品的具体帮助信息 对应左侧的目录栏会相应变化 1 3 9MATLABR2015b帮助 例如 在右侧帮助浏览器中选择菜单 MATLAB Mathematics ElementaryMath Trigonometry 可以查看各种三角函数的帮助信息 如图1 21所示 1 3 9MATLABR2015b帮助 单击其中的函数 就可以打开具体函数的帮助信息 例如 单击 sin 则打开帮助信息如图1 22所示 1 3 9MATLABR2015b帮助 3 搜索帮助信息帮助信息窗口如上图中所示 有查找帮助栏 输入需要查找的帮助内容 单击查找 4 单击图1 21右侧MATLAB旁边的图标 出现下拉菜单 可以选择GettingStarted Examples Functions ReleaseNotes和PDFDocumentation 查看快捷的相应帮助信息 1 3 9MATLABR2015b帮助 2 通过命令实现帮助通过MATLAB的帮助命令可以得到纯文本形式的帮助信息 MATLAB的命令 函数的M文件都有纯文本形式的注释 用来简要描述该文件的调用格式和输入 输出变量的含义 1 help 显示MATLAB命令和M文件的帮助信息 语法 help 列出所有主要的帮助主题 每个帮助主题与MATLAB搜索路径的一个目录名相对应helptopic 给出指定主题的帮助 主题可以是函数 目录或局部路径例如 在命令窗口输入 helpabs 绝对值函数 命令 显示该M文件的注释行 得出具体函数的用法说明 helpabsabsAbsolutevalue abs X istheabsolutevalueoftheelementsofX WhenXiscomplex abs X isthecomplexmodulus magnitude oftheelementsofX Seealsosign angle unwrap hypot ReferencepageforabsOtherfunctionsnamedabs 1 3 9MATLABR2015b帮助 2 lookfor 在所有的帮助条目中搜索关键字 常用来查找具有某种功能而不知道准确名字的命令 语法 lookfortopic 把在搜索中发现与关键字相匹配的所有M文件的H1行 第1行注释 都显示出来lookfortopic all 在所有M文件中搜索关键字例如 在命令窗口输入 lookforsimulink 查看帮助信息 3 doc 打开并显示帮助窗口 如图1 20所示 语法 docdoctopic 打开帮助导航 浏览器窗口显示指定的主题信息 1 3 9MATLABR2015b帮助 3 通过Web查找帮助信息MathWorks公司提供了技术支持网站 通过该网站用户可以找到相关的MATLAB介绍 MATLAB使用建议 常见问题解答和其他MATLAB用户提供的应用程序等 1 4MATLABR2015b其他管理 1 4 1MATLAB用户文件格式1 程序文件程序文件即M文件 其文件的扩展名为 m 包括主程序和函数文件 M文件通过M文件编辑 调试器生成 MATLAB的各工具箱中的函数大部分是M文件 2 数据文件数据文件即MAT文件 其文件的扩展名为 mat 用来保存工作空间的数据变量 数据文件可以通过在命令窗口中输入 save 命令生成 3 可执行文件可执行文件即MEX文件 其文件的扩展名为 mex 由MATLAB的编译器对M文件进行编译后产生 其运行速度比直接执行M文件快得多 4 图形文件图形文件的扩展名为 fig 可以在 File 菜单中创建和打开 也可由MATLAB的绘图命令和图形用户界面窗口产生 5 模型文件模型文件扩展名为 slx和 mdl 是由Simulink工具箱建模生成的 mdl文件是MATLAB以前各版本使用的模型文件类型 mdl是文本文件 slx是二进制格式 这两种格式可以转换 另外 还有 s仿真文件 1 4 2设置搜索路径 1 MATLAB的基本搜索过程当用户在命令窗口的提示符 后输入1个名字如 X 时 则MATLAB按照以下步骤进行搜索 1 在MATLAB内存中进行检查 检查X是否为工作空间的变量或特殊变量 2 检查X是否为MATLAB的内部函数 Built inFunction 3 在当前目录上 检查是否有名为 X m 或 X mex 的文件存在 4 在MATLAB搜索路径的所有其他目录中 检查是否有名为 X m 或 X mex 的文件存在 5 如果都不是 则MATLAB发出错误信息 1 4 2设置搜索路径 2 显示当前目录是否在搜索路径中在 CurrentFolder 窗口中可以查看当前路径中的文件夹是否在搜索路径中 选择工具栏的 Preferences 按钮 在出现的 Preferences 窗口左侧栏选择 CurrentFolder 在右侧栏的 Pathindication 选项中选择 Indicateinaccessiblefiles 和 Showtooltipexplainingwhyfilesareinaccessible 并将 Textandicontransparency 调整到最前面 如图1 23所示 单击 OK 按钮保存设置 1 4 2设置搜索路径 在 CurrentFolder 窗口中将鼠标放在目录上 则可以显示出是否在搜索路径中的说明 如图1 24所示 1 4 2设置搜索路径 3 MATLAB搜索路径的扩展和修改 1 利用设置路径对话框修改搜索路径 通过打开路径对话框修改搜索路径有2种方法 在MATLAB界面的工具栏选择 SetPath 按钮 在命令窗口运行 pathtool 命令 就会出现如图1 25所示的 设置路径 对话框 1 4 2设置搜索路径 2 利用path命令设置搜索路径 利用path命令可以显示和添加搜索路径 用path命令扩展的搜索路径仅在当前MATLAB环境下有效 语法 path 列出MATLAB的搜索路径path path 新增目录 在MATLAB的搜索路径的末尾添加新目录例如 在MATLAB的搜索路径的末尾添加已有目录 c MyDir path path c MyDir 1 4 2设置搜索路径 3 在 CurrentFolder 窗口中设置搜索路径 在 CurrentFolder 窗口中选择文件夹 单击鼠标右键出现快捷菜单 如图1 26所示 选择 exe 文件夹 单击鼠标右键选择 AddtoPath 菜单 如果选择 SelectedFolders 菜单 则添加到搜索路径 如果选择 RemovefromPat