第一节 MATLAB概述.ppt

第一节MATLAB概述,一、MATLAB的主要功能,二、MATLAB的开发环境,三、MATLAB的基本操作,一、MATLAB的主要功能,首页,上页,下页,退出,1.数值计算和符号计算功能,科学计算有数值计算和符号计算之分。MATLAB的数值计算功能非常强大，它提供了十分丰富的数值计算函数，而且所采用的数值计算算法都是国际公认的、最先进的、可靠的算法，其程序由国家一流专家编制，并经高度优化。,在符号计算领域要得到问题的解析解，MATLAB和著名的符号计算语言Maple结合，实现了MATLAB的符号计算功能。,首页,上页,下页,退出,2.绘图功能,MATLAB提供了两个层次的绘图操作：一种是对图形句柄进行的低层绘图操作，另一种是建立在低层绘图操作之上的高层绘图操作。,利用MATLAB的高层绘图操作可以轻而易举地绘制各种图形。利用MATLAB图形句柄操作，可以随心所欲地对图形元素进行各种操作，为用户在图形表现方面开拓了一个广阔的空间。,3.MATLAB语言体系,MATLAB是一种高级的科学计算语言，它具有程序结构控制、函数调用、数据结构、输入输出等程序语言特征。,首页,上页,下页,退出,MATLAB是解释性语言，程序执行速度较慢，而且不能脱离MATLAB环境而独立运行。为此，Mathworks公司提供了将MATLAB源程序编译为独立于MATLAB集成环境运行的EXE文件及将程序转化为C语言程序的编译器。,4.MATLAB工具箱,MATLAB包含两部分内容：基本部分和各种可选的工具箱。基本部分构成了MATLAB的核心内容，也是使用和构造工具箱的基础。MATLAB工具箱分为两大类：功能性工具箱和学科性工具箱。,首页,上页,下页,退出,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（ControlSystemToolbox）、信号处理工具箱（SignalprocessingToolbox）、最优化工具箱（OptimizationToolbox）、统计学工具箱（StatisticToolbox）、金融工具箱（FinancialToolbox）等等，用户可以直接利用这些工具箱进行相关领域的科学研究。,MATLAB具备很强的开放性。除内部函数外，所有基本文件和各个工具箱文件都是可读可改的源文件，用户可通过对源文件的修改或加入自己编写的文件去构建新的专用工具箱。,二、MATLAB的开发环境,首页,上页,下页,退出,1.操作桌面,MATLAB6.5启动后，自动建立如图所示的操作桌面。,首页,上页,下页,退出,操作桌面包括5个窗口(浏览器):,命令窗口（Commandwindow）；,工作空间窗口(Workspace)；,当前目录浏览器(CurrentDirectory)；,命令历史窗口(CommandHistory)；,启动平台(LaunchPad)。,操作桌面在缺省状态下有三个显示窗口，命令窗口处于右侧固定位置；启动平台和工作空间窗口在同一位置显示，可以通过该窗口下方的箭头或窗口标签来切换；命令历史窗口和当前目录浏览器在同一位置显示，同样通过该窗口下方的箭头或窗口标签来切换。,首页,上页,下页,退出,2.命令窗口,命令窗口用于输入MATLAB命令、函数、数组、表达式等信息，并显示除图形以外的所有计算结果，是MATLAB的主要交互窗口,MATLAB是一种交互式语言，输入命令即给出运算结果。当命令窗口出现提示符时，表示MATLAB已准备好，可以输入命令、变量或运行函数。,首页,上页,下页,退出,从键盘输入a=456；789并按Enter键，则屏幕上显示出,a=456789,命令窗口还可以作为一个多功能的高级计算器，,如计算,18sin(5*(pi/4)/(2+cos(pi/4),然后按Enter键，就得到计算结果.,则只需键入,首页,上页,下页,退出,如果想计算,把18sin(5*(pi/4)/(2+cos(pi/4)调回，将其中的4改为6即可。也可以在命令历史窗口查找并复制已输入的命令。,只需按一下键，,还可以调出以指定字符串开头的最近输入命令，如键入plot后再按键，就可以调出最后一次输入的以plot开头的命令行。,在MATLAB的命令窗口中，还有其他的命令行功能键和快捷键。,首页,上页,下页,退出,三、MATLAB的基本操作,首页,上页,下页,退出,1.简单矩阵的建立,MATLAB以矩阵作为基本运算对象。标量可看作11的矩阵，矢量可看作n1或1n的矩阵。,矩阵可以由几种不同的方式输入到MATLAB语言中。,直接列出元素输入,MATLAB语言不必说明矩阵的维数和类型，它们是由输入数据的类型、格式和内容来确定的，MATLAB会自动获取所需空间。,输入小矩阵最简单的方法是把矩阵的元素直接排列到方括号“”中，每行内的元素用空格或逗号分开，行与行之间用分号隔开。,首页,上页,下页,退出,矩阵可以分行输入，用回车键代替分号，这样的输入方式更接近平时所用矩阵的形式。,输入后的矩阵将保存在MATLAB的工作空间中，并可以随时被调用，如果不用命令clear清除它，或对它重新赋值，该矩阵将一直保存在MATLAB工作空间中直到被关闭。,通过语句和函数产生,输入如y=sin(x),c=a+0.2*(1+a/2)等命令，利用函数或表达式来产生矩阵。,注意：上式中的x和a矩阵必须是已经存在的，否则将会出错。,利用内部语句和函数还可以快速产生一些如单位阵、随机阵、全1阵等工具矩阵。,首页,上页,下页,退出,从M文件中调用矩阵,矩阵的输入可以通过建立M文件（以.m为后缀的磁盘文件）来完成。,2.矩阵元素,在MATLAB中，矩阵元素可以采取任意的表达式.,如：x=-3.4-sin(2)sqrt(2)将得到矩阵x=-3.4000-0.90931.4142,可以定义或修改矩阵中某一元素。,如：x(6)=abs(x(2)x=-3.4000-0.90931.4142000.9093,首页,上页,下页,退出,产生了一个新矩阵，新矩阵的第六个元素取为原矩阵第二个元素的绝对值，中间未被定义的元素自动置为0，即x(4)=0,x(5)=0。,也可以由小矩阵构成大矩阵，即在大的矩阵中把小的矩阵作为元素来建立。,如：c=A;212223结果为：c=123456789212223,首页,上页,下页,退出,小矩阵也可通过使用“：”从大矩阵中抽取出来而建立，,如：d=c(1:2,:)结果为：d=123456,命令中的第一项(1:2)表示矩阵的12行，第二个冒号(:)表示矩阵所有的列，即从c中抽取12行所有列，以构成新的d。,输入c(:,1:2)则其结果为：e=1245782122,首页,上页,下页,退出,3.语句与变量,MATLAB对输入的表达式边解释边执行，MATLAB语句的常用格式为：,变量表达式（；）或简化为：表达式（；）,表达式可以由运算符、特殊字符、函数名、变量名等组成，表达式的结果为一矩阵，它赋给左边的变量，同时显示在屏幕上；如果省略变量名和“”号，则MATLAB产生一个名为ans的变量.,如果语句以分号“;”结束，则抑制显示.这一点在M文件中大量采用，以抑制不必要信息的显示。,首页,上页,下页,退出,如果表达式较长，在一行中放不下，则可以在行末键入用三个点表示的续行符“”，指明下一行为续行。需请注意的是：如果续行符前是数字，直接使用续行符会出现错误，有两种方法可以避免，一种是再加一个点（共四个点），另一种是先空一格然后再加续行符。,4.复数与复数矩阵,MATLAB允许在运算和函数中使用复数。复数的表示借助于特殊的字符i或j，i=sqrt(-1),其值在工作空间中都显示为0+1.0000i。,复数可以由下面的语句生成：z=a+b*i或z=r*exp(i*),其中为复数辐角的弧度数，r为复数的模。,首页,上页,下页,退出,输入复数矩阵的方法有两种：,1.b=34;56+i*78;122.b=3+7*i4+8*i;5+i6+2*i,输出结果均为：b=3.0000+7.0000i4.0000+8.0000i5.0000+1.0000i6.0000+2.0000i,注意：(1)当复数的虚部为一个确定的数值(不是变量或矩阵)时，输入时可以省略i(或是j)前面的“*”号，如3+7*i可写为3+7i，但a+b*i不可写成a+bi,34+i*78也不能写成34+i78；,首页,上页,下页,退出,（2）当复数作为矩阵元素时，复数内不能留有空格，否则会被MATLAB视为两个元素。任何矩阵元素的内部都不能有空格，否则都会被MATLAB视为两个元素。,（3）如果i、j被定义为其他变量（在程序设计中常习惯将i、j作为循环变量），则应定义另外一个新的复数单位,如：i1=sqrt(-1),z=2+3*i1。,首页,上页,下页,退出,5.永久变量,在MATLAB工作空间中还驻留几个由系统本身在启动时定义的变量，这些变量是不能被清除的。,首页,上页,下页,退出,说明：（1）ans:在没有定义变量时，系统默认的变量名为ans。,（2）eps:在决定诸如奇异性和秩时，eps作为一个容许误差，即精确到,另外也可以将此变量置为包括零值的其他任何值。,（3）pi:即为圆周率，可由4*atan(1)或是imag(log(-1)计算得到，输出结果都为：ans=3.1416,首页,上页,下页,退出,（4）Inf或inf:表示正无穷大，当输入1/0时会产生Inf，即Warning:Dividebyzero.ans=Inf,(5）NaN:表示不定值，由Inf/Inf或0/0运算产生。,注意：函数名与变量名可以同名，但在清除该变量之前，相应函数变为无效。（如cos(pi)=-1,但若将cos作为一个变量名设为cos=3，此时再用cos()则会出错）。,首页,上页,下页,退出,6.数和算术表达式,MATLAB的数值采用常用的十进制表示，可以带小数点和负号等，表示10的幂次要有符号e或E,如：-3990.00013.45671.3e-34.5E21,在采用IEEE算法的计算机上，数值的相对精度是eps，即大约保持16位有效数字。,MATLAB的算术运算符如下：加减*乘/左除右除幂,对于矩阵来说，左除和右除表示两种不同的除数矩阵和被除数矩阵的关系。对于标量，两种除法运算的结果相同，如3/2和23有相同的值，都等于1.5000。,首页,上页,下页,退出,7.数据的显示格式,任何MATLAB语句的执行结果都可以在屏幕上显示，同时赋值给指定的变量，没有指定变量时赋值于ans，数字显示格式可由fo