第一章 matlab简介

2020 4 8 1 2020 4 8 2 课时 48授课方式 理论 上机成绩分配 平时 30 期末 70 教材 MATLAB基础教程 薛山出版社 清华大学出版社主讲教师 张莉单位 信息与计算科学教研室Email zhiyu2040 2020 4 8 3 背景介绍 MATLAB是矩阵实验室 MatrixLaboratory 的简称 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件 最初它是一种专门用于矩阵运算的软件 现在的MATLAB已经发展成为全面的软件 几乎可以解决科学计算中的所有问题 2020 4 8 4 MATLAB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 2020 4 8 5 简单有趣的实例 例1 计算矩阵的转置 矩阵的行列式 A 12 34 A ans 1324 det A ans 2例2 随机获取10个数 找出其中大于a的所有数 randTest m 2020 4 8 6 例3 以0 2为步长绘制标准正态分布密度函数在 3 3 之间的图形 分四种方式画出 plotTest m图像为 例4 绘制抛物曲面z x2 y2在 1 x 1 1 y 1的图形 meshTest m图形为 2020 4 8 7 例5 用一个简单命令求解线性系统3x1 x2 x3 3 6x1 2x2 4x3 2 1 x1 4x2 5x3 1 4 A 31 1 124 145 b 3 6 2 1 1 4 x A bx 1 4818 0 46060 3848 Ax b 2020 4 8 8 主要学习内容 MATLAB简介MATLAB的基本使用方法数组和向量MATLAB的数学运算字符串 单元数组和结构体MATLAB编程MATLAB的符号处理MATLAB绘图建模实例介绍 2020 4 8 9 第一章MATLAB简介 MATLAB简介MATLAB用户界面MATLAB主菜单功能介绍MATLAB的路径搜索formatandhelp 2020 4 8 10 1 1MATLAB简介 1 1 1世界上许许多多的科研工作者都在使用MATLAB产品来加快他们的科研进程 缩短数据分析和算法开发的时间 研发出更加先进的产品和技术 相对于传统的C C 或者FORTRAN语言 MATLAB提供了高效快速解决各种科学计算问题的方法 目前 MATLAB产品已经被广泛认可为科学计算领域内的标准软件工具之一 2020 4 8 11 MATLAB可以被广泛的应用于不同的领域 例如信号与图像处理 控制系统设计与仿真 通讯系统设计与仿真 测量测试与数据采集 金融数理分析以及生物科学等 在MATLAB中内嵌了丰富的数学 统计和工程计算函数 使用这些函数进行问题的分析解答 无论是问题的提出还是结果的表达都采用工程师习惯的数学描述方法 这一特点使MATLAB成为了数学分析 算法开发及应用程序开发的良好环境 2020 4 8 12 主要特点 高级科学计算语言 代码 数据文件的集成管理环境 算法设计开发的交互式工具 用于线性代数 统计 傅立叶分析 滤波器设计 优化和数值计算的基本数学函数 2 D和3 D数据可视化 创建自定义工程师图形界面的工具 与第三方算法开发工具 C C FORTRAN Java COM MicrosoftExcel 集成开发基于MATLAB的算法 2020 4 8 13 1 1 2MATLAB的基本功能 1 数学计算MATLAB提供的数学算法凝聚了世界上诸多科学家的辛勤劳动 保证了数学计算精确的结果 MATLAB数学计算的主要内容包括 矩阵计算 数值计算以及各种算法 例如 计算x y x y x int8 20 y int8 90 z x yz 110 x yans 70 2020 4 8 14 2 图形化显示功能MATLAB可以将数值计算的结果通过图形化得界面显示出来 包括2D 3D界面 2020 4 8 15 用四种方法描述cos x sin y 图形 2020 4 8 16 3 M语言编程功能除了可以直接在命令窗口进行计算 MATLAB还提供了使用M语言编写脚本文件或者函数以实现用户所需要的功能 4 Simulink建模仿真功能5 图形用户界面开发功能 GUIDE 2020 4 8 17 2020年4月8日 第17页 当前路径窗口 历史命令窗口 命令窗口 工具栏 主菜单栏 当前目录路径 文件详细信息 工作区窗口 快速启动窗口按钮 1 2MATLAB用户界面介绍 运算提示符 2020 4 8 18 1 2 1主要菜单介绍 File菜单Eidit菜单Debug菜单Desktop菜单Help菜单 2020 4 8 19 2020 4 8 20 2020 4 8 21 2020 4 8 22 2020 4 8 23 2020 4 8 24 1 2 2窗口 主要有四个窗口 命令窗口历史命令窗口工作区窗口当前路径窗口 2020 4 8 25 运算提示符 2020 4 8 26 2020 4 8 27 2020 4 8 28 2020 4 8 29 1 3MATLAB的路径搜索 查看MATLAB当前路径的方式 1 在commandwindow下输入 cd则会显示当前路径为 F 张莉 MatlabFile2 通过工具栏 2020 4 8 30 2020年4月8日 第30页 MATLAB的路径搜索 MATLAB的搜索顺序当在命令窗口中或者一个M文件中输入一个元素名称时 MATLAB按照下面的顺序搜索该元素的意义 以元素foo为例 1 查找工作区中是否存在名为foo的变量 2 查找foo是否为函数 3 在当前路径中查找是否存在名foo m的文件 4 按照顺序查找搜索路径中是否存在该文件 如果存在多个名为foo m的文件 则调用首先查到的文件 因此 在为变量和函数命名时 需考虑MATLAB的路径搜索顺序 合理为变量和函数命名 保证程序的正确运行 2020 4 8 31 路径设置方法 1 可以通过setpath窗口设置2 使用函数 pathpathtooleditpath 2020 4 8 32 2020年4月8日 第32页 MATLAB的路径搜索 1 3 路径设置除MATLAB默认的搜索路径外 用户可以设置搜索路径 设置方法为 选择MATLAB窗口中的File SetPath命令 进入路径搜索对话框 添加选中目录 添加选中目录及其子目录 2020 4 8 33 2020年4月8日 第33页 MATLAB的路径搜索 2 3 路径设置函数path命令在命令窗口中输入path命令可以查看MATLAB中的搜索路径 pathMATLABPATHD ProgramFiles MATLAB R2010a toolbox matlab generalD ProgramFiles MATLAB R2010a toolbox matlab opsD ProgramFiles MATLAB R2010a toolbox matlab langD ProgramFiles MATLAB R2010a toolbox matlab elmat path newpath 命令改变搜索路径 2020 4 8 34 要求 关于MATLAB软件的具体使用 请同学们在上机过程中认真学习研究 先从最基本的功能入手 慢慢熟悉各个菜单 窗口的功能 2020 4 8 35 format和help指令 format 格式控制 可以设置输出的格式formatloose 松散格式 数据之间有空行 formatcompact 紧凑格式 数据之间无空行 formatcompact a 5a 5 formatloose aa 5 2020 4 8 36 精度的控制 1 FORMATSHORTScaledfixedpointformatwith5digits a 8 9a 8 90002 FORMATLONGScaledfixedpointformatwith15digitsfordoubleand7digitsforsingle formatlong aa 8 900000000000000关于format的详细信息 可以参考ppt中的附页 MATLAB默认的数据类型是double默认的输出格式是formatshort 2020 4 8 37 Help指令 在MATLAB命令窗口中 可以通过help指令来获取各种函数的帮助信息及函数功能 可以通过下面几种方式 helpHELPtopics matlab general Generalpurposecommands matlab ops Operatorsandspecialcharacters xpc xpcdemos xPCTarget demosandsamplescriptfiles kernel embedded xPCTargetEmbeddedOption 2020 4 8 38 help函数名 helpsinSINSineofargumentinradians SIN X isthesineoftheelementsofX Seealsoasin sind Overloadedmethods darray sinsym sinReferencepageinHelpbrowserdocsin 2020 4 8 39 Lookfor指令 lookfor指令是在MATLAB的搜索路径所有M文件的第一个注释行搜索特定关键字 通常在我们不确定需要搜索的函数 知道该函数的功能的时候 也可以通过lookfor搜索该功能的关键字 例如 想查找一个画椭圆的命令 我们可以lookforellipse 得到如下信息 然后再选取函数查找具体的信息 lookforellipseELLIPSEDRAWcandrawanarbitraryellipsewithgivenparameters ELLIPSEEllipseGrapicsObjectUsingLineorPatch RECTANGLECreaterectangle rounded rectangle orellipse ECC2FLATComputestheflatteningofanellipsegivenaneccentricityECC2NComputestheparameternofanellipsegivenaneccentricityFLAT2ECCComputestheeccentricityofanellipsegivenaflatteningN2ECCComputestheeccentricityofanellipsegiventheparameternPDEELLIPDrawellipse updateGeometryDescriptionmatrix FITMODELFitanellipsetodata 2020 4 8 40 homework 查找相关的matlab学习网站 浏览各网站的信息 分析其侧重点 为日后学习做准备 安装matlab软件 熟悉matlab的界面 各个菜单的功能 使用help命令查找sin cos sqrt roots函数的应用 2020 4 8 41 小结 本章主要介绍MATLAB软件的历史 发展 介绍MATLAB的主要界面 菜单 窗口的使用 以及几个重要指令的功能 同学们需要在上机过程中 对本章所介绍的知识进行巩固 并熟练掌握MATLAB软件的应用 2020 4 8 42 format 缺省时为默认短格式方式与formatshort相同formatshort 短格式方式 显示5位定点十进制数 保证小数点后4位有效 最多不超过7位 formatlong 长格式方式 显示15位定点十进制数 小数点后15位数字表示 formatshortg 当数据大于1000或小于1时便会以科学记数法显示 e 若想坚持用整数部分加小数部分的格式来显示 就要再后边加gformatlonggformathex 十六进制格式方式 formatbank 银行格式