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MATLAB7 0基础教程孙祥徐流美吴清编著清华大学出版社 1 第一章MATLAB7 0简介 2 一 介绍MATLAB软件的发展历史MATLAB语言是一种广泛应用于工程计算及数值分析领域的新型高级语言 自1984年由美国MathWorks公司推向市场以来 历经多年的发展与竞争 现已成为国际公认的最优秀的工程应用开发环境 MATLAB功能强大 简单易学 编程效率高 深受广大科技工作者的欢迎 3 在欧美各高等院校 MATLAB已经成为线性代数 自动控制理论 数字信号处理 时间序列分析 动态系统仿真 图像处理等课程的基本教学工具 成为大学生 硕士生以及博士生必须掌握的基本技能 MATLAB 是英文MATrixLABorotory 矩阵实验室 的缩写 4 MATLAB起初是一门专用于矩阵运算的软件 发展到今天 MATLAB已经成功能强大的软件 总之 矩阵和数组是MATLAB的核心 因为MATLAB中的所有的数据都是以数组来表示和存储的 5 一MATLAB7 0简介 二 MATLAB的基本情况1 容易使用MATLAB允许用户以数学形式的语言编写程序 用户在命令窗口中输入命令即可直接得出结果 而且MATLAB的控制语句与C语言的相应语句雷同 容易掌握 2 可以由多种操作系统支持MATLAB支持多种操作系统 windows95 98 2000 XP及UNIX 而且用户编写的MATLAB程序可以自由地在不同的平台之间转移 这给用户带来了极大的方便 6 一 MATLAB7 0简介 3 丰富的内部函数及应用工具箱MATLAB的内部函数库提供了相当丰富的函数 基本的MATLAB产品就有1000个以上的内部函数 这些函数可以解决许多的基本问题 利用MATLAB编程可以节省大量的编程时间 7 一 MATLAB7 0简介 3 应用工具箱除了数量巨大的基本内部函数外 应用工具箱主要解决某些特定领域的复杂问题 其工具箱分为两大类 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 可视建模仿真功能及文字处理功能等 学科性工具箱专业性比较强 如控制系统工具箱 信号处理工具箱 神经网络工具箱 最优化工具箱 金融工具箱等 用户可以直接利用这些工具箱进行相关领域的科学研究 8 4 图形功能MATLAB提供了两个层次的图形命令 一种是对图形句柄进行的低级图形命令 另一种是建立在低级图形命令之上的高级图形命令 利用MATLAB的高级图形命令可以轻而易举地绘制二维 三维乃至四维图形 并可进行图形和坐标的标识 视角和光照设计 色彩精细控制等等 数值计算和符号计算功能 MATLAB的数值计算功能包括 矩阵运算 多项式和有理分式运算 数据统计分析 数值积分 优化处理等 MATLAB也开发了自己的符号运算功能 因此只要学习了一门语言 就可以几乎解决学习和科研中的所有问题 一 MATLAB7 0简介 9 用四种方法描述cos x sin y 图形 10 11 一 MATLAB7 0简介 5 可以自动选择算法MATLAB的许多功能函数都带有算法的自适应能力 它会根据情况自行选择最合适的算法 这样 当使用其他程序时 因算法选择不当而引起的譬如死机等错误 在使用MATLAB时可以在很大程度上避免 6 与其他软件和语言有良好的对接性MATLAB可以与C Fortran和Basic之间实现很方便的连接 用户只需将已有的EXE文件转换为MEX文件即可 这样 可以最大限度的利用各种资源的优势 从而使MATLAB编制的程序能够做到最大程度的优化 12 一 MATLAB7 0简介 三 MATLAB的意义 相对于其优点 MATLAB自身的缺点是微不足道的 需要注意的是 MATLAB编写的程序运行的时间会长一些 由于其编写程序时比较节省时间 所以相比之下 MATLAB还是比较省时的 13 第二章MATLAB7 0的安装和用户界面 14 第一节MATLAB7 0的安装一 MATLAB的运行环境 硬件环境 1 CPU 一般要求486以上的处理器 2 内存 16MB以上内存 3 硬盘 足够的的硬盘可用空间 随安装组件的多少而定 4 CD ROM驱动器和鼠标 软件环境 1 Windows98 NT 2000或WindowsXP 2 其他软件根据需要选用 二 MATLAB7 0的安装和用户界面 15 二 MATLAB的安装安装MATLAB7系统 需运行系统自带的安装程序setup exe 可以按照安装提示依次操作 需要注意的是 安装一个完整的MATLAB需要1 9G空间 注意 MATLABSymbolicMathToolboxMATLABComplier 二 MATLAB7 0的安装和用户界面 16 二 MATLAB7 0的安装和用户界面 三 启动MATLAB环境与一般的Windows程序一样 启动MATLAB系统有3种常见方法 1 使用Windows 开始 菜单 2 运行MATLAB系统启动程序matlab exe 3 利用快捷方式 17 启动MATLAB后 将进入MATLAB7 0集成环境 MATLAB7 0集成环境包括命令窗口 CommandWindow 工作间管理窗口 Workspace 命令历史窗口 CommandHistory 当前目录窗口 CurrentDirectory MATLAB除了传统的上述窗口外 还新增了快捷工具栏 ShortcutToolbar 二 MATLAB7 0的安装和用户界面 18 当MATLAB安装完毕并首次启动时 展现在屏幕上的界面为MATLAB的默认界面 如图所示 二 MATLAB7 0的安装和用户界面 19 二 MATLAB7 0的安装和用户界面 MATLAB的工具栏 20 二 MATLAB7 0的安装和用户界面 四 MATLAB的窗口打开MATLAB7 0 有如下几个常用的窗口 1 命令窗口 CommandWindows 2 命令历史窗口 CommandHistory 3 工作间管理窗口 Workspace 4 当前路径窗口 CurrentDirectory 21 二 MATLAB7 0的安装和用户界面 1 命令窗口 CommandWindow 在默认设置下 命令窗口自动显示于MATLAB界面中 如果用户只想调出命令窗口 可以选择命令 Desktop DesktopLayout CommandWindowOnly命令 命令窗口是和MATLAB编译器连接的主要窗口 表示的是运算提示符 MATLAB有着良好的交互性 当在提示符后输入一段正确的运算式时 只需按Enter键 命令窗口就会直接显示运算结果 如图所示 22 二 MATLAB7 0的安装和用户界面 23 二 MATLAB7 0的安装和用户界面 2 命令历史窗口 CommandHistory 在默认系统设置下 命令历史窗口自动显示MATLAB界面中 用户也可以选择Desktop CommandHistory命令调用或者隐藏该命令窗口命令历史窗口显示用户在命令窗口中所输入的每条指令的历史记录 并注明时间 如果用户想再次执行某条已经执行过的指令 只需在命令历史窗口中双击该指令 24 二 MATLAB7 0的安装和用户界面 3 工作间管理窗口 Workspace 在默认设置下 工作间窗口自动显示于MATLAB界面中 用户可以选择Desktop Workspace命令来调出或者隐藏该命令窗口 工作间管理窗口用于显示当前计算机内存中MATLAB变量的名称 数字结构 该变量的字节数及其类型 在MATLAB中不同的变量类型对应不同的变量名图标 注 在MATLAB命令窗口中运行的所有命令都共享一个相同的工作间 所以它们共享所有的变量 25 二 MATLAB7 0的安装和用户界面 4 当前路径窗口 CurrentDirectory 在默认设置下 当前路径窗口自动显示于MATLAB界面中 用户可以选择Desktop CurrentDirectory命令调出或者隐藏该命令窗口 26 二 MATLAB7 0的安装和用户界面 五 MTLAB7 0的路径搜索在MATLAB中 所有的操作都是在它的搜索路径 包括当前路径 中进行的 所以如果调用的函数在搜索路径之外 MATLAB则认为此函数不存在 所以首先应该把文件所在的目录加载到搜索路径中 具体的做法为File SetPath AddwithSubfolders通过上述的做法就可以将该目录加载到搜索路径中 常用的命令有Path Genpath Editpath和Pathtool等 27 二 MATLAB7 0的安装和用户界面 六 MATLAB7 0的帮助系统在MATLAB中 能够有效的利用帮助系统所提供的信息 是用户掌握好MATLAB的最佳途径 而MATLAB突出的优点就是其拥有较为完善的帮助系统 MATLAB的帮助系统可以分为联机帮助系统和命令窗口帮助系统 本节首先介绍命令窗口帮助系统 28 二 MATLAB7 0的安装和用户界面 在命令窗口中 获取帮助信息的主要命令为 help和lookfor函数 还存在着一种模糊的查询方式 1 help函数help函数有四种用法 help help 函数名 函数类名 helpdesk和helpwin 其中后两者将在以后的联机帮助中介绍 1 help命令在命令窗口中直接输入help命令 命令窗口会显示当前搜索路径中的所有目录名称 2 help 函数名 函数类名 29 二 MATLAB7 0的安装和用户界面 这个用法是非常实用的而且用的机会最多 当用户知道某个函数名称 如果想了解该函数的具体用法 只需在命令窗口输入 help 函数名例 想了解函数det的具体用法 只需在命令窗口中输入helpdet即可得到关于此函数的基本消息 同样 当用户想知道某一函数类型的具体用法 只需在命令窗口中输入 help 函数类名如下例所示 30 二 MATLAB7 0的安装和用户界面 31 二 MATLAB7 0的安装和用户界面 2 lookfor函数一般来说 当用户知道某个函数的具体名称时 可以使用help函数寻找到相关的帮助信息 但是对于初学者来说 往往不知道函数的确切名称 在这种情况下 使用lookfor就可以方便的解决这个问题 使用lookfor时 用户只需知道某个函数的关键字 在命令窗口输入 Lookfor 关键字 就可以方便的实现查找 例如 需要查找含有关键字为norm的相关内容 如下所示 32 二 MATLAB7 0的安装和用户界面 33 二 MATLAB7 0的安装和用户界面 3 模糊查询MATLAB6 0以上的版本提供了一种类似模糊查询的命令查询方法 用户只需要输入命令的前几个字母 然后按Tab键 系统就会列出所有以这几个字母开头的命令 34 二 MATLAB7 0的安装和用户界面 联机帮助联机帮助的方式可以选择主窗口