工程语言Matlab简介论文

1、一、MATLA简介MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB 口两大部分。MATLA是矩阵实验室(Matrix Laboratory )的简称，和、并称为三大数学 软件。它在数学类科技应用软件中在方面首屈一指。MATLA列以进行运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应 用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、金融建模设计与分析等领域。MATLAB勺基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形 式十分相似，故用MATLA来解算问题要比用C,

2、 FORTRA等语言完成相同的事情 简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLA成为一个 强大的数学软件。在新的版本中也加入了对，的支持。可以直接调用，用户也 可以将自己编写的实用程序导入到 MATLA函数库中方便自己以后调用，此外许 多的MATLA爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。二、发展历程20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任 Cleve Moler为了减 轻学生编程的负担，用FORTRA编写了最早的MATLAB1984年由Little 、Moler、 Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把

3、MATLA推向市场。至U 20世 纪90年代，MATLA已成为国际控制界的标准计算软件。版本更新如下表:版本建造编号发布时间MATLAB 1.01984MATALB 21986MATLAB 31987MATLAB 3.51990MATLAB 41992MATLAB 4.2cR71994MATLAB 5.0R81996MATLAB 5.1R91997MATLAB 5.1.1R9.11997MATLAB 5.2R101998MATLAB 5.2.1R10.11998MATLAB 5.3R111999MATLAB 5.3.1R11.11999MATLAB 6.0R122000MATLAB 6.1R1

4、2.12001MATLAB 6.5R132002MATLAB 6.5.1R13SP12003MATLAB 6.5.2R13SP22003MATLAB 7R142004MATLAB 7.0.1R14SP12004MATLAB 7.0.4R14SP22005MATLAB 7.1R14SP32005MATLAB 7.2R2006a2006MATLAB 7.3R2006b2006MATLAB 7.4R2007a2007MATLAB 7.5R2007b2007MATLAB 7.6R2008a2008MATLAB 7.7R2008b2008MATLAB 7.8R2009a2009.3.6MATLAB 7.

5、9R2009b2009.9.4三、应用MATLAB品族可以用来进行以下各种工作：（1）数值分析；（2）数值和符号计算；（3）工程与科学绘图；（4）控制系统的设计与仿真；（5）数字图像处理技术；（6）数字信号处理技术；（7）通讯系统设计与仿真；（8）财务与金融工程。MATLAB勺应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、 测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单 独提供的专用MATLAB函数集）扩展了 MATLAB环境，以解决这些应用领域内特 定类型的问题。四、 Matlab 的优势和特点1、MATLABS点：（ 1 ）此高级语言可用于技术计算；（2

6、）此开发环境可对代码、文件和数据进行管理；（3）交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题；（4）数学函数可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数值 积分等；（5）二维和三维图形函数可用于可视化数据；（6）各种工具可用于构建自定义的图形用户界面；（7）各种函数可将基于MATLA的算法与外部应用程序和语言（如C、C+ Fortran、Java、COM以及 Microsoft Excel ）集成。2、MATLA的优势：（ 1 ）友好的工作平台和编程环境：MATLA由一系列工具组成。这些工具方便用户使用MATLAB勺函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包括 MATLA桌面和命

7、令窗口、历史命令 窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件勺浏览 器。随着MATLA的商业化以及软件本身的不断升级， MATLA的用户界面也越来 越精致，更加接近 Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新 版本的MATLA提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。 简单的编程环境提供了比较完备的调试系统， 程序不必经过编译就可以直接运行， 而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。（2）简单易用的程序语言：Matlab 一个高级的矩阵 / 阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输 入和输出和面向对象编程特点。 用户可以在命令窗

8、口中将输入语句与执行命令同 步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。新版 本的MATLA语言是基于最为流行的C+语言基础上的，因此语法特征与C+ + 语言极为相似， 而且更加简单， 更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。 使 之更利于非计算机专业的科技人员使用。 而且这种语言可移植性好、 可拓展性极 强，这也是MATLABE够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。（3）强大的科学计算机数据处理能力：MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有 600多个工程中要用到的 数学运算函数， 可以方便的实现用户所需的各种计算功能。 函数中所使用的算法 都是科研和工

9、程计算中的最新研究成果， 而前经过了各种优化和容错处理。 在通 常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C+。在计算要求相同的情况下，使用MATLA的编程工作量会大大减少。MATLAB这些函数集包括从最简 单最基本的函数到诸如矩阵， 特征向量、 快速傅立叶变换的复杂函数。 函数所能 解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、 微分方程及偏微分方程的 组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏 矩阵运算、 复数的各种运算、 三角函数和其他初等数学运算、 多维数组操作以及 建模动态仿真等。（4）出色的图形处理功能：图形处理功能MATLAB自产生之日起就具有方便

10、的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图 形表现出来， 并且可以对图形进行标注和打印。 高层次的作图包括二维和三维的 可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的 MATLAB寸整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视 化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等） 方面更加完善， 而且寸于一些其他软件所没有的功能 （例如图形的光照处理、 色度处理以及四维 数据的表现等），MATLA同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化 要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的 要求。另外新版本的MATLA还着重

11、在图形用户界面（GUI）的制作上作了很大的 改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。（5）应用广泛的模块集合工具箱：MATLA对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。 一般来说, 它们都是由特定领域的专家开发的， 用户可以直接使用工具箱学习、 应用和评估 不同的方法而不需要自己编写代码。目前， MATLAB已经把工具箱延伸到了科学 研究和工程应用的诸多领域， 诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、 优化算法、偏微分方程求解、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI 控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制 设计、实时快速原型及半物理仿

12、真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP 与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱（ Toolbox ）家族中有了自己的一席之地。（6）实用的程序接口和发布平台：新版本的MATLA可以利用MATLAB®译器和C/C+数学库和图形库，将自己 的MATLAB?序自动转换为独立于 MATLAB!行的C和C+代码。允许用户编写可 以和MATLABS行交互的C或C+语言程序。另外，MATLAB页服务程序还容许 在Web应用中使用自己的MATLAB学和图形程序。MATLAB勺一个重要特色就是 具有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序。工具箱是 MATLA函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一

13、类学科专业和应用而定制的， 主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和系统仿真等方 面的应用。（7）应用软件开发（包括用户界面） ：在开发环境中， 使用户更方便地控制多个文件和图形窗口； 在编程方面支持 了函数嵌套，有条件中断等；在图形化方面，有了更强大的图形标注和处理功能， 包括对性对起连接注释等；在输入输出方面，可以直接向和HDFSt行连接。五、 Matlab 常用工具箱MATLAB包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包。工具包又可以 分为功能性工具包和学科工具包。功能工具包用来扩充MATLAB勺符号计算，可视化建模仿真， 文字处理及实时控制等功能。 学科工具包是专业

14、性比较强的工具 包，控制工具包，信号处理工具包，通信工具包等都属于此类。开放性使MATLA广受用户欢迎。除内部函数外，所有MATLA主包文件和各 种工具包都是可读可修改的文件， 用户通过对源程序的修改或加入自己编写程序 构造新的专用工具包。Matlab Main Toolbox matlab 主工具箱Control System Toolbox 控制系统工具箱Communication Toolbox 通讯工具箱Financial Toolbox 财政金融工具箱System Identification Toolbox 系统辨识工具箱Fuzzy Logic Toolbox 模糊逻辑工具箱Hig

15、her-Order Spectral Analysis Toolbox 高阶谱分析工具箱 Image Processing Toolbox 图象处理工具箱LMI Control Toolbox 线性矩阵不等式工具箱Model predictive Control Toolbox 模型预测控制工具箱卩-Analysis and Synthesis Toolbox卩 分析工具箱Neural Network Toolbox 神经网络工具箱Optimization Toolbox 优化工具箱Partial Differential Toolbox 偏微分方程工具箱 Robust Control Too

16、lbox 鲁棒控制工具箱Signal Processing Toolbox 信号处理工具箱 Spline Toolbox 样条工具箱Statistics Toolbox 统计工具箱 Symbolic Math Toolbox 符号数学工具箱 Simulink Toolbox 动态仿真工具箱Wavele Toolbox 小波工具箱六、常用函数1、Matlab 内部常数：eps:浮点相对精度exp：自然对数的底数ei 或 j :基本虚数单位 inf 或 Inf ：无限大， 例如 1/0nan 或 NaN 非数值(Not a number ),例如 0/0pi ：圆周率 p ( = 3.141592

17、6.)realmax :系统所能表示的最大数值 realmin ：系统所能表示的最小数值 nargin: 函数的输入引数个数 nargout: 函数的输出引数个数 lasterr ：存放最新的错误信息lastwarn ：存放最新的警告信息2、MATLA常用基本数学函数：abs(x) ：纯量的绝对值或向量的长度 angle(z) ：复数 z 的相角 (Phase angle) sqrt(x) ：开平方real(z) ：复数 z 的实部imag(z) ：复数 z 的虚部conj(z) ：复数 z 的共轭复数round(x) ：四舍五入至最近整数 fix(x) ：无论正负，舍去小数至最近整数 flo

18、or(x) ：地板函数，即舍去正小数至最近整数 ceil(x) ：天花板函数，即加入正小数至最近整数 rat(x) ：将实数 x 化为分数表示 rats(x) ：将实数 x 化为多项分数展开 sign(x) ：符号函数 (Signum function) 。当 x<0 时， sign(x)=-1 ；当 x=0 时， sign(x)=0;当 x>0 时， sign(x)=1 。rem(x,y) ：求 x 除以 y 的馀数gcd(x,y) ：整数 x 和 y 的最大公因数lcm(x,y) ：整数 x 和 y 的最小公倍数 exp(x) ：自然指数 pow2(x) ：2 的指数 log(

19、x) ：以 e 为底的对数，即自然对数或 log2(x) ：以 2 为底的对数 log10(x) ：以 10 为底的对数3、MATLA常用三角函数：sin(x) ：正弦函数cos(x) ：余弦函数tan(x) ：正切函数asin(x) ：反正弦函数 acos(x) ：反余弦函数 atan(x) ：反正切函数 atan2(x,y) ：四象限的反正切函数 sinh(x) ：双曲正弦函数 cosh(x) ：双曲余弦函数 tanh(x) ：双曲正切函数 asinh(x) ：反双曲正弦函数 acosh(x) ：反双曲余弦函数 atanh(x) ：反双曲正切函数4、适用于向量的常用函数有：min(x): 向量 x 的元素的最小值 max(x): 向量 x 的元素的最大值 mean(x): 向量 x 的元素的平均值 median(x): 向量 x 的元素的中位数 std(x): 向量 x 的元素的标准差 diff(x): 向量 x 的相邻元素的差 sort(x): 对向量 x 的元素进行排序( Sorting ) length(x): 向量 x 的元素个数 norm(x): 向量 x 的欧氏( Euclidean )长度 sum(x): 向量 x 的元素总和 prod(x): 向量 x 的元素总乘积 cumsum(x): 向量 x 的累计元素总和 cumprod