MATLAB及其应用MATLAB and Its Application ch1_基础准备及入门

1、MATLAB及其应用MATLAB and Its Application武汉大学电子信息学院课程邮箱：whumatlab2013keyword: matlab2013 学习目的：l 掌握用计算机建模、计算，以及用图表形象表达分析结果从而促进逻辑思维的系统方法。l 缩短研究周期，加快探索步伐，激发创作灵感。l 不希望学生在编程上化太多时间，课程目的不是学习编程。l 紧密结合科学的前沿。l 论文=Matlab+word 。MATLAB的特点：l 编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题。l 语法非常简单，编程效率高，易学易懂，方便实用。没有编程基础的学生也可以很快地编写出程序。l 可以直接在Wo

2、rd中被调用，使用相当方便实用。l 强大的科学计算能力、卓越的可视化功能、开放式可扩展环境。不同的应用学科 几十种应用工具箱a.研究人员可以直观、方便地进行分析、计算和设计工作，b.应用工具箱可以更进一步简化编程，甚至给很复杂的问题提供“傻瓜照相式”的解决办法，极大地提高了工作效率。l 可实现MATLAB与Visual C+等通用编程平台的混合编程。取长补短，以提高程序的运行效率，丰富程序开发的手段。课程主要内容：基础准备及入门符号计算数值数组及向量化运算数值计算数据和函数的可视化M文件Notebook.教 材： MATLAB教程R2014a（2015年修订） 2015年印刷,张志涌等编著，北

3、京航空航天大学出版社 参考文献：精通MATLAB R2011a， 张志涌等编著，北京航空航天大学出版社， 2011-11-1MATLAB在数学建模中的应用， 卓金武主编，北京航空航天大学出版社，2011.网上资源：国内中文站点：1. MATLAB教学网 2. 国外站点： 1. MathWorks公司主页 24第 1 章 基础准备及入门1.1 MATLAB的安装MathWorks公司每年进行两次产品发布，时间分别在每年的3月和9月。MATLAB只有在适当的外部环境中才能正常运行。在安装MATLAB.R2014a时，会出现一个安装界面。图 1.1-1 MATLAB组件选择界面表1.1-1 MATL

4、AB各组件的功用组 件 名 称功 用1必须选择的本原性组件MATLAB这是最核心的部分。没有它就没有MATLAB环境。有了它，就可以对各类数据（除符号类数据以外）进行操作、运算和可视化。2最常选的通用性工具包组件Symbolic Math Toolbox符号类数据的操作和计算。3其他通用性工具包组件Simulink不用编写程序，利用方块图实现建模和仿真；主要用于研究微分和差分方程描写的非线性动态系统。Optimization Toolbox包含求函数零点、极值、规划等优化程序。Matlab Compiler把MATLAB的M文件编译成独立应用程序。Matlab builder for Exce

5、l与MATLAB Compiler配合使用，生成Excel插件。4常用专业性工具包组件Control System ToolboxMATLAB涉及控制的工具包有10多个，而本栏工具包是最基本的，是解决控制问题所必选的。至于其他控制工具包则是用户根据需要选择的。Signal Processing Toolbox是MATLAB信号处理中的基本工具包。Spline Toolbox内含样条和插值函数。Statistics Toolbox包含进行复杂统计分析所需的程序。5其他专业性工具包组件（举例）Stateflow与Simulink配合使用，主要用于较大型、复杂的（离散事件）动态系统的建模、分析、仿真

6、。System Identification Toolbox动态系统辨识。.安装后有两个主要目录：1、 C:Program FilesMATLABR2014a 程序目录2、 C:UsersuserDocumentsMATLAB 工作目录1.2 MATLAB桌面1.2.1 MATLAB的启动点击图标1.2.2 操作桌面简介三个通栏工具带三个功能窗口：命令行窗、当前文件夹、工作区1.3 指令窗运行入门1.3.1 指令窗简介图 1.3-1 指令窗被最大化的桌面最小化工具条，隐藏图标。复原键1.3.2 最简单的计算器使用法【例1.3-1】求 的算术运算结果。本例演示：最初步的指令输入形式和必需的操作步

7、骤。练习输入(12+2*(7-4)/32 说明为命令提示符l 一条指令输入结束后，必须按 Enter 键，那指令才被执行。l 由于本例输入指令是“不含赋值号的表达式”，所以计算结果被赋给MATLAB的一个默认变量“ans”。它是英文“answer”的缩写。打开notebook时，提示：若要在64位系统上使用，则必须更新此项目中的代码。请检查并更新Declare 语句，然后用PtrSafe 属性标记它们。解决方案：Declare Function 替换为Declare PtrSafe Function 【例1.3-2】“续行输入”法由于指令太长，或出于某种需要，输入指令行必须多行书写时，该如何处

8、理？S=1-1/2+1/3-1/4+ .1/5-1/6+1/7-1/8 换行的办法有四种：Enter键Shift +Enter；区别是什么？说明l 指令执行后，变量S被保存在 MATLAB 的工作空间（Workspace）中，以备后用。1.3.3 数值、变量和表达式1 数值的记述（1）变量赋值数值运算的前提参与运算的变量要被赋值；如a*b，要先赋值a和b（2）输入数值的M码表述MATLAB的数值采用习惯的十进制表示，可以带小数点或负号。以下记述都合法。3-990.0019.4561.3e-34.5e33相对精度2-522 变量命名规则l 变量名、函数名是对字母大小写敏感的。如：变量myvar和

9、MyVar表示两个不同的变量。sin是MATLAB定义的正弦函数名，但SIN,Sin等都不是。l 变量名的第一个字符必须是英文字母，最多可包含63个字符（英文、数字和下连符）。如：myvar201是合法的变量名。l 变量名中不得包含空格、标点、运算符，但可以包含下连符。如变量名my_var_201是合法的，且读起来更方便。而my,var201由于逗号的分隔，表示的就不是一个变量名。忌讳：不用关键词、自用变量名、函数名、目录名自用变量名eps=1 cleareps 函数名sin=1 怎么知道不是关键词iskeyword VarNameiskeyword if 怎么知道不是变量名、函数名、目录名e

10、xist VarName clear;a=1;exist a 0namedoes not exist.1nameis a variable in the workspace.2One of the following is true: nameexists on your MATLABsearch path as a file with extension.m. nameis the name of an ordinary file on your MATLAB search path. nameis the full pathname to any file.3nameexists as a

11、 MEX-file on your MATLAB search path.4nameexists as a Simulinkmodel or library file on your MATLAB search path.5nameis a built-in MATLAB function.6nameis a P-file on your MATLAB search path.7nameis a folder.8nameis a class.(existreturns 0 for Java classes if you start MATLAB with the-nojvmoption.)3.

12、 MATLAB默认的预定义变量（Predefined Variable）表1.3-1 MATLAB中最常用的预定义变量预定义变量含 义预定义变量含 义ans计算结果的默认变量名NaN 或 nan不是一个数（Not a Number），如0/0，eps浮点数相对精度2-52Inf或inf无穷大，如1/0nargin函数输入宗量数目i 或 j虚单元nargout函数输出宗量数目pi圆周率 realmax最大正实数1.7977e+308realmin最小正实数 2.2251e-308intmax最大正整数intmin最小负整数预定义变量可以赋值，退出matalb 以及clear 恢复预定义值 【例】

13、format long pi 1/0 0/0 realmaxrealmin eps eps returns the distance from 1.0 to the next largest double-precision number, that is eps = 2(-52).eps(2) ？ matlab中识别的最小的数值是多少1+eps=1 1+eps/2=1 说明：l 建议：用户在编写指令和程序时，应尽可能不对表1.3-1所列预定义变量名重新赋值，以免产生混淆。l 被 0 除是允许的。它不会导致程序执行的中断，只是在给出警告信息的同时，用一个特殊名称（如Inf，NaN）记述。 4

14、运算符和表达式（1）经典教科书上的算术运算符在MATLAB中的表达方式表 1.3-2 MATLAB表达式的基本运算符矩阵运算规则算术运算名称加减矩阵乘矩阵左除矩阵右除矩阵幂算符+-*/数组运算规则算术运算Arithmetic Operations算符.*. 或 ./.名称加减数组乘数组左除或数组右除数组幂关系运算Relational Operations算符=后面按“上箭头”选择按键，（2）点亮所需命令 具体操作过程： Ctrl + 鼠标左键 点亮指令点击鼠标右键，引出菜单创建脚本说明l 单行历史指令的再运行操作更简单，用鼠标左键双击所需的那行指令即可。1.7 帮助系统及其使用面对不断变化的实

15、际问题，常常产生两类困惑：1. 知道具体指令，但不知道该怎么用；2. 想解某个具体问题，不知道MATLAB有哪些指令可用，如何用？MATLAB帮助系统促进我们：运用MATLAB资源，快捷、可靠、有效地独立解决自己面临的各种问题表1.7-1 MATLAB的帮助体系子系统名称特 点资 源以M文件头部注释为资源的帮助系统文本形式；最可信、最原始；不适于系统阅读所有M文件的帮助注释内容；包含在M文件之中以HTML和XML文档为资源的浏览器帮助系统HTML形式；系统叙述MATLAB规则，一般用法；适于系统阅读和交叉查阅位于matlabhelp目录下；HTML和XML文件，物理上独立于M文件HTML：超文

16、本标记语言XML： 可扩展标记语言1.7.1 浏览器帮助系统搜索技巧：1、通配符*2、逻辑符AND、OR、NOT3、精配符 函数命令浏览器1.7.2 命令窗口帮助系统1.7.2.1 命令窗口现场提示函数全名（，自动提示1.7.2.2 函数搜索指令知道具体函数指令名称，但不知道该函数如何使用函数搜索指令的调用：help列出所有函数分组名（Topic Name）help TopicName列出指定名称函数组中的所有函数help FunName给出指定名称函数的使用方法helpwin列出所有函数分组名（Topic Name）helpwin TopicName列出指定名称函数组中的所有函数helpwi

17、n FunName给出指定名称函数的使用方法doc ToolboxName列出指定名称工具包中的所有函数名doc FunName给出指定名称函数的使用方法l help 搜索的资源是M文件帮助注释区的内容：函数的调用格式和输入输出量含义l helpwin搜索的资源还是M文件帮助注释区的内容。“比较方便的超文本”l doc搜索是在HTML文件构成的帮助子系统中进行的。内容比M文件帮助注释详细。1.7.2.3 词条搜索指令“想解某具体问题，但不知道有哪些函数指令可以使用”的场合lookfor KeyWord对M文件H1行进行单词条检索docsearch( KeyWord1 KeyWord2 KeyWordn )对HTML子系统进行多词条检索说明l KeyWord, KeyWord1, KeyWord2, KeyWord3分别是待检索的词条 表示逻辑运算符。代表 OR, AND, NOT中的任意一个待索词条、逻辑符之间用“空格”分隔l lookfor搜索的资源是M文件帮助注释区中的第一行（简称H1行）。l docsearch搜索在HTML文件构成的帮助子系统中进行搜索到的内容较详细习题 11. 请指出如下5个变量名中，哪些是合法的？abcd-2xyz_33chana变量ABCDefgh2. 在指令窗中，运行指令a=sqrt(2)。然后请回答以下问题：计算结果a是精准的吗？该计算结