第1章 MATLAB概述.ppt

任课教师：何东健电话箱：hdj168,MATLAB,一、课程安排总学时：40讲授：24学时实验：16学时自主学习：16学时二、教材楼顺天，姚若玉，沈俊霞.MATLAB7.X程序设计语言（第二版），西安：西安电子科技大学出版社，2009.10,第一章MATLAB概述,二、课程基本要求1、掌握MATLAB特点、工作空间及集成环境；2、掌握MATLAB基本操作，包括表达式表示、矩阵操作；3、掌握MATLAB绘图功能。掌握图形绘制相关函数，能熟练绘制二维图、三维曲线和曲面；4、掌握MATLAB程序设计流程和方法，重点掌握循环的向量化和阵列预分配；掌握程序调试技术。5、掌握MATLAB的基本应用。能用MATLAB解决本专业相关问题；6、了解MATLAB工具箱及其基本应用方法。,三、课程考核方法1、考勤（10）（缺课6学时成绩按0分计）2、实验成绩（20）；3、考试（70）。,从一个例子开始问题：方波可用相应频率的基波和奇次谐波合成，这也是将它展开为正弦级数的理论基础。用MATLAB来演示这一结论。建模：一个以原点为奇对象中心的方波y(t)可以用奇次正弦波的叠加来合成:y(t)=sint+(sin3t)/3+(sin5t)/5+.+(sin(2k-1)t)/(2k-1),k=1,3,5设方波宽度为，周期为2。,t=0:0.1:10;%设定一个时间数组，有101个点y=sin(t);plot(t,y),pause%频率为1/2的正弦基波y=sin(t)+sin(3*t)/3;plot(t,y),pause%叠加3次谐波%用1,3,5,7,9次谐波叠加y=sin(t)+sin(3*t)/3+sin(5*t)/5+sin(7*t)/7+sin(9*t)/9;plot(t,y),pause%绘制3维图形，把各次谐波数据存入3维数组，重新定义Y；%用19次谐波组合，点取的密集一些。t=0:0.031:3.14;%t取值在0-y=zeros(10,max(size(t);%定义10行、102列的2维数组并置0 x=zeros(size(t);%定义每一个谐波并置0,fork=1:2:19%计算k=1、3、5、7.17、19时x,yx=x+sin(k*t)/k;y(k+1)/2,:)=x;end%叠加波形后绘制plot(t,y(1:10,:)%将各波形绘制成三维网格，观察增加谐波阶次对方波的逼近程度影响pausemesh(t,1:10,y(1:10,:)pauseclc,叠加3次谐波,1,3,5,7,9次谐波叠加,1-19次谐波及组合,各波形绘制成三维网格,示例2：复杂参数函数图形，demo2_cplxdemo.m示例3：克莱因瓶。demo3_kleinbottle.m示例4：数据可视化，demo4_datavisual.m,MATLABmatrixlaboratory(MathWorks)已成为线性代数、数值分析、优化方法、自动控制理论，数理统计，数字信号处理，时间序列分析，动态系统仿真等课程的基本教学工具。1982第一版，1992年V4.0，2004年V7.0,目前，2011a,2011b等版本。启动：双击MATLAB图标退出：单击关闭按钮quit命令exit命令,一、MATLAB的语言特点,语言简洁紧凑，使用方便灵活，运算符、库函数极其丰富。MATLAB中矩阵操作如同其它高级语言中的变量操作一样方便，而且矩阵无需定义即可采用，可随时改变矩阵的尺寸。MATLAB语句书写简单，表达式的书写如同在稿纸中演算一样，与人们的手工运算相一致，容易为人们所接受。,德国AlbrechtDurer1514年Melancholia作品中的“数独”,1-16共16个自然数填写在4的方格中，各行、列之和均等于34.,MATLAB语句功能强大，一条语句往往相当于其它高级语言中的几十条、几百条甚至几千条语句。既具有结构化的控制语句，又有面向对象编程的特性。程序限制不严格，程序设计自由度大。程序的可移植性很好。MATLAB的图形功能强大。二维、三维曲线、曲面函数。功能强大的工具箱。信号处理、图像处理、控制系统、非线性控制设计、鲁棒控制、系统辨识、最优化、神经网络、模糊系统和小波等50余个。源程序的开放性。MATLAB的缺点：不能脱离MATLAB环境运行。,二、MATLAB的系统组成,系统组成见P3图1.1开发环境数学函数库编程与数据类型文件I/O图形处理三维可视化创建图形用户界面外部接口,1MATLAB的开发环境MATLAB的工作环境（编辑器、调试器、执行器集成）提供了一组实用工具函数，利用这些函数可以：管理工作空间中的变量、输入/输出数据，开发、管理、调试M文件。2MATLAB的数学函数库MATLAB提供了许多数学函数，它们是内部函数。如基本函数：求和、正弦、余弦等；复杂函数：矩阵求逆、FFT，小波变换等函数。,3编程与数据类型MATLAB提供了许多种数据类型，例如整型、双精度、字符、结构型等，以方便选用。还包含运算所需的操作符和MATLAB的编程技术。4文件I/O提供一组读写文件的命令，文件格式，例如.m、.mdl、.mat、.fig、.pdf、.html、.txt文件等。注意：.dat文件可以采用load命令直接读取。loadimdemos.mat（C:ProgramFilesMATLABtoolboximagesimdemos）,5图形处理有丰富的图形处理能力，提供了绘制各种图形、图像数据的函数。还包括一些低级的图形命令，可供用户自己制作、控制图形特性用。6三维可视化提供了一组绘制二维曲面和三维曲线的函数，还可以对图形进行旋转、缩放等操作。7创建图形用户界面为用户设计图形用户界面提供方便，这些函数可以用于窗口设定、修改属性等操作。8外部接口允许在MATLAB中编写C或FORTRAN程序，从而使MATLAB与C、FORTRAN程序结合起来。,三、MATLAB的搜索路径,当前路径CurrentDirectory默认当前路径为X:MATLAB701work（X为MATLAB的安装盘符）用户输入某个标示符，MATLAB检查该标示符是否为变量检查该标示符是否为内部函数在当前路径下检查是否存在该m文件在搜索路径中检查是否存在该m文件搜索路径File/SetPathpath命令,四、MATLAB的工作空间,工作空间：保存本次任务过程中的变量信息。dir命令：列出当前路径下的文件和文件夹名what命令：列出当前路径下的所有*.m、*.mex、*.mat文件。工作空间浏览器Workspace，浏览、管理变量。显示和清除变量who（仅给出变量名）、whos（给出变量名，及大小、字节、数据类型等属性）命令clear命令：clearall(清除工作空间所有变量),clearX(清除变量X),保存和恢复工作空间save命令：save文件名load命令：load文件名,五、MATLAB的集成环境,将程序编辑器、调试器、执行器集成在一起，用户编写程序简单、直观，调试方便，运行迅速，结果显示直观。1.MATLAB主窗口2.命令窗口（CommandWindow）直接在“提示符”后输入命令，MATLAB立即执行如：sin(1/9*pi)+sin(2/9*pi)+sin(3/9*pi)+.sin(4/9*pi)+sin(5/9*pi)+sin(6/9*pi)+.+sin(7/9*pi)+sin(8/9*pi)+sin(9/9*pi)执行结束后会再次出现提示符。如果没有出现，则表明程序正在运行或暂停。,五、MATLAB的集成环境,3.历史窗口（CommandHistory）：保存过去使用过的命令，可以将命令行拖拉到命令窗口，也可以直接双击命令行调出命令并进行执行。4.当前目录窗口（CurrentDirectory）用户想要运行的任何文件必须在当前目录或在搜索路径中。5.工作空间窗口（Workspace）：保存本次项目中建立的变量。双击变量可显示变量名称、尺寸、占空间大小、类型等。也可对变量进行修改、删除等管理。,其他技巧：1、设置命令、编辑器等字体：File/Prefrences/Font中，选中Custom后，选择字体大小；2、恢复Matlab默认窗口布局：Desktop/DesktopLayout/Default3、快速调用历史命令：用光标可直接调用上一次、下一次的命令到命令窗口。4、清除命令窗口显示内容：clc,六、编辑M文件,例：绘制y=sin(x)在0-2pi间的曲线在命令行输入：x=0:0.01:2*pi;y=sin(x);plot(x,y);title(y=sin(x);xlabel(x);ylable(y);gridon问题：（1）效率低；（2）出现错误前功尽弃；（3）只能按顺序执行，无法实现复杂问题的求解,1.什么是M文件？将MATLAB语句按特定的顺序组合在一起就得到了MATLAB程序，其文件名的后缀为M，故也称为M文件。2.为什么要用到M文件？M文件专用编辑/调试器，在编辑中会以不同的颜色表示不同的内容：命令、关键字、不完整字符串、完整字符串及其它文本，这样就可以发现输入错误，缩短调试时间。可以连续、自动执行一系列命令，提高效率。3.怎样建立一个M文件？,(1)在命令窗口键入edit文件名则启动编辑器，并打开fname.m文件。(2)在Matlab主窗口File菜单或工具栏上选择New命令或NewFile图标。编辑器窗口如图1.5所示，它提供了一组菜单和快捷键，提供了编辑M文件和调试M文件的两大功能。注意：M文件命名时，最好以字母开头，不能用中划线、空格和matlab保留字。如