MATLAB语言与应用

1、2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用1MATLAB语言与应用语言与应用现代设计与分析研究所现代设计与分析研究所王王 雷雷2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用2第第 1 1 章章 绪论绪论2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用3本章主要内容本章主要内容l1.1 MATLAB产生的历史背景产生的历史背景l1.2 MATLAB的语言特点的语言特点l1.3 MATLAB和其它语言及类似软件的关系和其它语言及类似软件的关系l1.4 MATLAB的使用环境的使用环境l本课程的主要内容本课程的主要内容lMATLAB网络资源简介网络资源简介2022年3月7日20时

2、22分MATLAB语言与应用4MATLAB产生的历史背景产生的历史背景lMATrix LABoratory 矩阵实验室矩阵实验室lMathWorksl版本版本1984 v1 ；1993 v4； 本课程本课程 v6.5 或或v7.1 ； l数值计算、图示能力数值计算、图示能力l多学科、多领域多学科、多领域l高校、设计研究单位高校、设计研究单位2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用5MATLAB的语言特点的语言特点l语言简洁紧凑，使用方便灵活语言简洁紧凑，使用方便灵活l运算符、库函数丰富运算符、库函数丰富l具有结构化控制语句、面向对象编程特性具有结构化控制语句、面向对象编程特性l语法

3、限制不严格，程序设计自由度大语法限制不严格，程序设计自由度大l程序的可移植性好程序的可移植性好l图形功能强大图形功能强大l源程序的开放性源程序的开放性l功能强劲的工具箱功能强劲的工具箱2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用6MATLAB的语言特点的语言特点l控制、信号、金融、优化、统计、模糊理论、控制、信号、金融、优化、统计、模糊理论、神经网络、遗传算法、小波分析神经网络、遗传算法、小波分析l由该领域内学术水平很高的专家编写由该领域内学术水平很高的专家编写l用户无需编写自已学科范围内的基础程序用户无需编写自已学科范围内的基础程序l直接进行高、精、尖的研究直接进行高、精、尖的研究l

4、站在巨人的肩膀上站在巨人的肩膀上2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用7考虑一个实际编程例子考虑一个实际编程例子l如何编写一个能求出两个矩阵相乘的计算机通用如何编写一个能求出两个矩阵相乘的计算机通用子程序？子程序？该程序正确吗？错误，未考虑矩阵是否可乘2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用8是否正确？错误，未考虑其一为标量加入标量判定，是否就是通用程序了？错误，考虑其一或二者为复数矩阵可见，用最底层的编程语言需要考虑的内容要多得多，所以调试起来不容易，容易出现漏洞MATLAB 实现：C=A*B2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用9考虑下面一些例子考虑

5、下面一些例子【例【例1-1】高等数学问题：已知函数，如何】高等数学问题：已知函数，如何求导及高阶导数？求导及高阶导数？思路： 由分式求导公式，得出 逐次求导则可以得出问题：求导过程很繁杂，容易出错2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用10计算机求解结果计算机求解结果不是最简 pretty2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用11基于计算机的化简结果基于计算机的化简结果l靠手工推导的方法难以准确得出靠手工推导的方法难以准确得出手工无从推导，计算机能，Elapsed time is 1.169050 seconds.2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用1

6、2【例【例1-2】代数方程求根】代数方程求根l古典方法古典方法 一、二、三、四阶：直接方法 五阶或以上 Abel定理，认为无解l现代数值方法现代数值方法 林士谔-Bairstrow 算法，又称为劈因子法l具体实例具体实例2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用13l双精度变量的数值方法双精度变量的数值方法l代入方程后的误差代入方程后的误差l精确解精确解2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用14【例【例1-31-3】试求解极限问题result : bea2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用15数值计算方法【例【例1-41-4】极数求和计算】极数求和计算2

7、022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用16【例【例1-5】非线性常微分方程组】非线性常微分方程组l没有解析解没有解析解l传统数值方法传统数值方法 计算步长选择 计算时间 变步长l解决方法：计算机数学语言算法解决方法：计算机数学语言算法微分方程2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用17【例【例1-6】 最优化问题最优化问题l求解方法：一般线性规划求解方法：一般线性规划l若找不到全局最优解，可以试遗传算法若找不到全局最优解，可以试遗传算法l若要求若要求 为整数为整数 整数规划整数规划2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用18【例1-7】二维曲线绘制二维曲线绘

8、制x=0:0.1:2*pi; y1=sin(x);y2=cos(x); plot(x,y1,x,y2)%绘制正弦、余弦曲线绘制正弦、余弦曲线 plot(sin(x),cos(x) axis equal %绘制圆绘制圆 ezplot(1/y-log(x)+log(-1+y)+x-sin(x) %隐函数绘制隐函数绘制2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用19【例1-8】三维曲线绘制三维曲线绘制t=0:0.1:6*pi; plot3(sin(t),cos(t),t);%plot3 x,y=meshgrid(-3:0.1:3,-2:0.1:2); z=(x.2-2*x).*exp(-x.

9、2-y.2-x.*y); surf(x,y,z)%surf colorbar contour3(x,y,z,10) view(0,90)2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用20l传递函数传递函数l状态方程状态方程l零极点零极点lBode图图lNyquist图图【例1-9 】 自动控制自动控制3243272424( )10355024sssG sssssnum=1 , 7 , 24 , 24;den=1 , 10 , 35 , 50 , 24;S=tf(num,den)G=ss(S)L=zpk(S)bode(S)nyquist(S)2022年3月7日20时22分MATLAB语言与

10、应用21MATLAB和其它语言及类似软件的关系和其它语言及类似软件的关系C执行效率低，编程效率高执行效率低，编程效率高MATLAB汇编汇编VB、VC、delphi、PB、Java 2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用22其它计算机数学语言其它计算机数学语言Maple （Waterloo Maple）Mathematica （Wolfram Reaearch）MathCAD 解析运算、公式推导、定理证明 纯数学领域Matlab（Mathworks） 数值运算、编程、工具箱、继承Maple2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用23应用编程方法对工程问题求解应用编程方法

11、对工程问题求解l用数学方法对预知模型进行分析用数学方法对预知模型进行分析l从数据中获得统计结果从数据中获得统计结果l对模型或数据进行可视化处理，以便于理解其对模型或数据进行可视化处理，以便于理解其含义含义l从实验结果中得到或验证经验公式从实验结果中得到或验证经验公式l监视监视/控制控制/分析外部事件分析外部事件2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用24MATLAB的使用环境的使用环境l命令窗口命令窗口l程序编辑器程序编辑器l工作空间工作空间l变量浏览器变量浏览器l路径浏览器路径浏览器l帮助系统帮助系统2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用25 本课程的相关内容本课程

12、的相关内容l第第1章章 绪论绪论l第第2章章 程序设计基础程序设计基础l第第3章章 图形绘制图形绘制l第第4章章 线性代数问题线性代数问题l第第5章章 微积分问题微积分问题2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用26l第第6章章 数据插值与函数拟合数据插值与函数拟合l第第7章章 代数方程与微分方程代数方程与微分方程l第第8章章 工程优化工程优化l第第9章章 工程统计工程统计l第第10章章 其它工具箱的应用其它工具箱的应用 本课程的相关内容本课程的相关内容2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用27互联网资源互联网资源lThe MathWorks公司官方网站公司官方网站

13、产品与全套工具箱手册下载http:/ 第三方工具箱下载 http:/l产品在中国独家代理产品在中国独家代理 (北京九州恒润公司北京九州恒润公司) http:/2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用28l学新网学新网 http:/ lMATLAB与应用论坛与应用论坛 (薛定宇薛定宇) http:/l中国仿真互动中国仿真互动 http:/l一些高校的一些高校的bbs 清华大学、哈工大、上海交大、西安交大等互联网资源互联网资源2022年3月7日20时22分MATLAB语言与应用29参考书参考书l高会生等译高会生等译. MATLAB原理与工程应用原理与工程应用. 北京：北京：电子工业出版社电子工业出版社. 2002￥49.00l薛定宇等薛定宇等. 高等应用数学问题的高等应用数学问题的 MATLAB 求解求解. 北京：清华大学出版社北京：清华大学出版社. 2