科学计算与MATLAB语言_图文

1、科学计算与MATLAB语言教学内容第1讲介绍MATLAB概述与运算基础第2讲介绍MATLAB程序设计第3讲MATLAB文件操作第4讲绘图形功能第5讲线形代数中的数值计算问题第6讲数据处理方法与多项式第7讲MATLAB符号计算第8讲MATLAB的图形用户界面设计第一讲MATLAB概述与运算基础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,历经十多年的发展与竞争,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。在欧美各高等院校,MATLAB已经成为线性代数

2、、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MATrix LABorotory(矩阵实验室的缩写。一. MATLAB特点:1. 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。符号计算将得到问题的解析解。2.MATLAB语言MATLAB除了命令行的交互式操作以外,还可以程序方式工作。使用MATLAB可以很容易地实现C或FORTRAN语言的几乎全部功能,包括Windows图形用户界面的设计。3.图形功能MATLA

3、B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。4.应用工具箱基本部分和各种可选的工具箱。基本部分中有数百个内部函数。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。二.MATL

4、AB运行环境二.MATLAB运行环境硬件:一般要求486以上的处理器、16MB以上内存、足够的的硬盘可用空间(随安装组件的多少而定、CD-ROM驱动器、鼠标等。软件:Windows9x三. MATLAB集成环境MATLAB 5.X是一个高度集成的语言环境,在该环境下既可以进行交互式的操作,又可以编写程序、运行程序并跟踪调试程序。1.MATLAB的启动与一般的Windows95程序一样,启动MATLAB有两种常见方法: (1通过“开始”按钮,选择“程序”菜单项,然后打开“MATLAB”菜单中的“MATLAB”程序,就可启动MATLAB系统(2利用Windows95建立快捷方式的功能,将MATLA

5、B 程序以快捷方式放在桌面上。只要在桌面上双击该图标即可启动MATLAB 2. MATLAB命令窗口(1命令窗口的菜单栏菜单栏共包含File、Edit、Window和Help四项。File菜单项:New命令:用于建立M文件、图形窗口。Open命令:打开一个已经建立的M文件。Run Script命令:执行一个命令文件。Load Workspace命令:将变量装入当前空间。Save Workspace As命令:把当前工作空间的所有变量用后缀为.mat的文件保存起来。2. MATLAB命令窗口File菜单项:Show Workspace命令:打开变量浏览器。Set Path命令:打开MATLAB的

6、路径浏览器。Preferences命令:打开命令窗口的显示格式。Print Setup命令:设置打印机的参数。Print命令:打印和设置一些打印参数。Print Selection命令:打印选中的内容。Exit MATLAB命令:退出MATLAB系统。2. MATLAB命令窗口Edit菜单项:Undo、Cut、Copy和Paste等命令:分别用于撤销上一次操作、剪切、复制和粘贴。Clear命令:删除内容。Select All命令:用于选定所有文本内容。Clear Session命令:清除命令编辑区的全部内容,但并不删除工作空间中的变量。2. MATLAB命令窗口Help菜单项:Help Win

7、dow命令:打开MATLAB的帮助窗口。Help Tips命令:打开帮助窗口,并首先显示MATLAB的帮助系统的分类和使用方法。Help Desk(HTML命令:打开系统WWW浏览器,并显示MATLAB的帮助桌面。Examples and Demos命令:可以通过演示MATLAB提供的例子来熟悉相关部分的用法。About MATLAB命令:打开关于MATLAB的版本和版权等信息。Subsribe命令:打开机器上的WWW浏览器,用户可过填写相关的表格来获得MathWorks公司的产品。2. MATLAB命令窗口Window菜单项:利用Window菜单项可以查看目前MATLAB打开的所有窗口,并可

8、选中某个窗口为当前窗口,从而实现在不同窗口之间的转换。2. MATLAB命令窗口(2命令窗口的工具栏工具栏提供了一些命令按钮,使用命令按钮可使操作更快捷、更方便。工作空间新建剪切粘贴浏览器新仿真模型 打开复制撤消路径浏览器帮助2. MATLAB命令窗口(3 命令窗口的命令编辑区命令编辑区用于输入命令和显示计算结果。键入命令并按下回车键后,MATLAB就会解释执行所输入的命令,并在命令后面给出计算结果。例如:在MATLAB命令窗口输入命令:a=1,1.5,2,9,7;0,3.6,0.5,-4,4;7,10,-3,22,33;3,7,8.5,21,6;3,8,0,90,-20将显示一个5*5矩阵。

9、2. MATLAB命令窗口(4MATLAB帮助系统3.MATLAB的退出要退出MATLAB系统,有三种方法:(1单击MATLAB命令窗口的“关闭”按钮。(2在命令窗口File菜单中选Exit MATLAB命令。(3在MATLAB命令窗口输入Exit和Quit命令。在MATLAB中,变量名是以字母开头,后接字母、数字或下划线的字符序列,最多19个字符,且区分字母的大小写。MATLAB提供的标准函数名必须用小写字母。四. MATLAB运算量1.变量和赋值语句MATLAB赋值语句有两种形式:(1变量=表达式(2表达式其中“表达式”是用运算符将有关运算量连接起来的式子,其结果是一个矩阵。注第二种语句形

10、式下,将表达式的值赋给MATLAB的永久变量ans。如果在语句的最后加分号,那么,MATLAB仅仅执行赋值操作,不再显示运算的结果。在一条语句中,如果表达式太复杂,一行写不下,可以加上三个小黑点(续行符并按下回车键,然后接下去再写。例如s=1-1/2+1/3-1/4+1/5-1/6+1/7-1/8+1/9-1/10+1/11-1/12;2.MATLAB表达式算术表达式。运算符有:+(加、-(减、*(乘、/(右除、(左除、(乘方对于矩阵来说,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。关系表达式。运算符有:(小于、(大于、=(大于或等于、=(等于、=(不等于逻辑表达式。运算符有:&(与、

11、|(或和(非2. MATLAB表达式运算法则:(1在逻辑运算中,确认非零元素为真,用1表示,零元素为假,用0表示。(2参与逻辑运算的可以是两个标量、两个同维矩阵或参与逻辑运算的元素一个为标量,另一个为矩阵。(3在算术、关系、逻辑运算中,算术运算优先级最高,逻辑运算优先级最低。五. 矩阵运算矩阵是MATLAB最基本的数据对象,MATLAB的大部分运算或命令都是在矩阵运算的意义下执行的。在MATLAB中,不需对矩阵的维数和类型进行说明,MATLAB会根据用户所输入的内容自动进行配置。1.建立矩阵建立矩阵可以用:直接输入法、利用函数建立矩阵和利用M文件建立矩阵。直接输入法:将矩阵的元素用方括号括起来

12、,按矩阵行的顺序输入各元素,同一行的各元素之间用空格或逗号分隔,不同行的元素之间用分号分隔。(也可以用回车键代替分号例如,键入命令: A=1 2 3;4 5 6;7 8 9输出结果是: A = 1 2 34 5 67 8 91.建立矩阵利用函数建立数值矩阵:MATLAB提供了许多生成和操作矩阵的函数,可以利用它们去建立矩阵。例如:reshape函数和diag函数等。reshape函数用于建立数值矩阵。diag函数用于产生对角阵。利用M文件建立矩阵:对于比较大且比较复杂的矩阵,可以为它专门建立一个M文件。其步骤为:第一步:使用编辑程序输入文件内容。第二步:把输入的内容以纯文本方式存盘(设文件名为

13、mymatrix.m。第三步:在MATLAB命令窗口中输入mymatrix,就会自动建立一个名为AM的矩阵,可供以后显示和调用。1.建立矩阵利用M文件建立矩阵:对于比较大且比较复杂的矩阵,可以为它专门建立一个M文件。其步骤为:第一步:使用编辑程序输入文件内容。第二步:把输入的内容以纯文本方式存盘(设文件名为mymatrix.m。第三步:在MATLAB命令窗口中输入mymatrix,就会自动建立一个名为AM的矩阵,可供以后显示和调用。2.冒号表达式在MATLAB中,冒号是一个重要的运算符。利用它可以产生向量,还可用来拆分矩阵。冒号表达式的一般格式是: e1:e2:e3其中e1为初始值,e2为步长

14、,e3为终止值。冒号表达式可产生一个由e1开始到e3结束,以步长e2自增的行向量。3.MATLAB常用数学函数MATLAB提供了许多数学函数,函数的自变量规定为矩阵变量,运算法则是将函数逐项作用于矩阵的元素上,因而运算的结果是一个与自变量同维数的矩阵。例如:A=123;456B=fix(pi*AC=cos(pi*B4.矩阵的基本运算(1矩阵转置(2矩阵加和减(3矩阵乘法(4矩阵除法Ab=inv(A*b(5矩阵的乘方a2四.MATLAB运算量5.建立矩阵的函数常用函数有:eye(size(A产生与A矩阵同阶的单位矩阵zeros(m,n产生0矩阵ones(m,n产生幺矩阵rand(m,n产生随机元素的矩阵Size(a返回包含两个元素的向量。Length(a返回向量的最大者。6.数组运算(1数组的加和减(2数组的乘和除(3数组的乘方六.应用举例【例1】求解线性方程组AX=B1 1.52973378.5216538090-2016在MATLAB命令窗口输入命令:a=1,1.5,2,9,7;0,3.6,0.5,-4,4;