医学数字信号处理实验教程-基于MATLAB - 讲义 - 第1章 - MATLAB概述

1第1章：MATLAB概述卓越工程师培养系列2目录《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义1.MATLAB软件介绍2.MATLAB工作环境3.M文件4.MATLAB中的函数5.程序结构与控制命令6.MATLAB程序调试7.本章任务8.本章习题31.MATLAB软件介绍1.1MATLAB简介1.2MATLAB特点与应用1.3MATLAB安装与启动《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-套讲义《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义41.1MATLAB简介《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义 MATLAB主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB是由MATrix和LABoratory两个单词的前3个字母组合而成，意为矩阵实验室。 MATLAB将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成于一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计和需要进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式编程语言（如C、Fortran）的编辑模式。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义51.1MATLAB简介《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义 MATLAB有矩阵运算、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功能，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式非常相似，故解决相同的问题，MATLAB比C，Fortran等语言操作简捷，同时MATLAB也吸收了其他软件的优点，因而成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C、Fortran、C++，Java等语言的支持。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义61.2MATLAB特点与应用《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义（1）强大易用（2）跨平台（3）函数库（4）强大的绘图能力（5）用户图形界面《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义71.3MATLAB安装与启动《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

根据书中的步骤完成MATLAB的安装与启动。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义82.MATLAB工作环境2.1菜单/工具栏2.2当前文件夹窗口2.3命令行窗口2.4工作区窗口《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-套讲义《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义92.1菜单/工具栏《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

菜单/工具栏有3个标签页，分别是主页、绘图和APP。其中，在主页标签下有新建文件、打开文件、导入数据、保存数据、设置工作路径等功能；在绘图标签下有数据的绘图功能；在APP标签页下有各应用程序的入口。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义102.2当前文件夹窗口《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

MATLAB借鉴Windows资源管理器管理磁盘、文件夹和文件的思想，设计了当前文件夹窗口。用户可以对该窗口中的文件夹进行新建、复制、删除和重命名等操作，还可以通过该窗口打开、编辑和运行M文件以及载入MAT文件等。注意，MATLAB的当前文件夹窗口的路径可以在工具栏下方的工作路径栏中修改。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义112.3命令行窗口《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

MATLAB的命令行窗口提供了非常友好的交互功能，用户可以在此窗口中输入变量、函数和表达式等，回车之后系统即可执行相应的操作。光标放在命令行窗口，单击键盘上的向上方向键，可以调出命令历史记录窗口，通过该窗口可以追溯、查找历史语句。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义122.4工作区窗口《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

MATLAB要处理各种数据，就需要一个专门的内存空间，这个地方称为工作区窗口。工作区窗口中的变量既可以被命令行窗口中的命令调用，还可以被脚本文件和函数文件中的命令调用。双击该窗口中的变量名，就会弹出变量编辑窗口，在该窗口不仅可以查看变量的内容，还可以对变量进行各种编辑操作。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义133.M文件3.1脚本文件与函数文件3.2M文件编辑器《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-套讲义《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义143.1脚本文件与函数文件《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

M文件分为脚本文件和函数文件，这两个文件的后缀均为.m，脚本文件的图标是

，函数文件的图标是

。脚本文件不需要输入参数，也不需要输出参数，按照文件指定的顺序执行命令，计算过程中的变量保存在基本工作区，即脚本文件中的变量相当于全局变量。函数文件既可以有输入参数，也可以有输出参数，函数文件中的变量只在运行期间有效，运行完毕就自动从内存中自动清除，因此，函数文件中的变量相当于局部变量。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义153.2M文件编辑器《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义 MATLAB软件在启动时，通常不会同时启动M文件编辑器，用户可以通过命令将其打开。MATLAB软件有记忆功能，因此，如果在没有关闭编辑器中的M文件的情况下直接关闭MATLAB软件，在下次启动MATLAB软件时，会同时打开文件编辑器及上次关闭时编辑器打开的所有M文件。文件编辑器不仅可以编辑M文件，还可以对M文件进行交互式调试。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义164.MATLAB中的函数4.1函数结构4.2函数类型《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-套讲义《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义174.1函数结构《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

一个函数由函数定义行、帮助文本和函数主体组成。下面以一个计算m的n次方函数CalcPower介绍函数结构，保存该函数的文件名为CalcPower.m，该函数完整的代码如下：《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义184.2函数类型《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

（1）主函数与子函数

（2）嵌套函数

（3）匿名函数

（4）私有函数

（5）重载函数《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义195.程序结构与控制命令《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义5.1顺序结构5.2选择结构5.3循环结构5.4控制命令《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义205.1顺序结构《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

顺序结构是最简单的结构，顺序语句是指组成程序的代码按照由上至下的顺序依次执行，直到程序的最后一行代码。顺序结构的程序比较容易编写，由于它不包含其他的控制语句，程序结构比较单一，因此实现的功能也比较有限。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义215.2选择结构《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

选择结构按照不同的条件执行相应的语句，在MATLAB中，有两种选择结构语句，分别是if语句和switch语句。（1）if语句

在if语句中，当某一表达式为真时，就执行相应的语句，if语句又分为单分支if语句，双分支if语句和多分支if语句。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义225.2选择结构《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义（2）switch语句 switch语句与多分支if语句的功能类似，switch语句格式如右图所示。但与C语言的swich语句不同，在MATLAB语言中，当其中一个case条件为真时，switch语句就不会对其后的case语句进行判断，也就是说即使有多条case条件为真，也仅执行所遇到的第一条case条件为真的语句，这样就不必像C语言那样，在每条case语句后加上break语句以防止继续执行后面case条件为真的语句。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义235.3循环结构《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

循环结构有规律地重复相应运算或操作的语句，在MATLAB中，有两种循环结构语句，分别是for循环语句和while循环语句。（1）for循环语句

循环次数确定时可以使用for循环语句，for循环语句的格式如下：《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义

其中，表达式1为循环变量的初值；表达式2为步长；表达式3为循环变量的终值。当步长为1时，表达式2可以省略。245.3循环结构《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义（2）while循环语句

循环次数不确定时可以时候用while循环语句，while循环语句的格式如下：《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义

在while循环语句中，当表达式为真时，就执行循环体内的语句，否则，退出循环体。while循环语句中必须有可以修改循环控制变量的命令，否则，就会陷入死循环，除非循环体中有控制退出循环的命令，如break或continue命令。255.4控制命令《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义（1）break命令 break命令的作用是终止本次循环，跳出最内层的循环，即不必等到循环的结束，而是根据条件来退出循环。它的用法与continue类似，常常与if、for或while语句联合使用以强制终止循环，但break和continue命令不同的是：break语句将终止整个循环；continue语句将结束本次循环，并进入下一次循环。（2）continue命令

continue命令的作用是结束本次循环，即跳过本次循环中尚未执行的语句，进入下一次是否执行循环的判断。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义265.4控制命令《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义（3）return命令 return命令可以使正在执行的函数正常退出。return命令经常用于函数的末尾，以正常结束函数的运行，也可以在某一个条件满足时通过return退出该函数。（4）try…catch…命令

try…catch…命令可以提高程序的容错能力，提高程序设计的灵活性。先试探性地执行try和catch之间的语句1，如果出错，则将错误信息存入系统保留变量lasterr，然后再执行语句2；如果未出错，则转向执行end之后的语句。try…catch…命令的格式如下：《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义276.MATLAB程序调试《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义6.1设置断点6.2运行调试6.3单步调试6.4退出调试《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义286.1设置断点《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

在TestBubbleSort.m文件的第6行和BubbleSort.m文件的第2和9行设置断点：单击文件编辑器序号旁边的“-”，设置成功后对应的代码行会出现红色圆点，如右图所示，表示在此行设置了断点。取消断点，只需要再次单击“-”即可。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义296.2运行调试《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

按F5键运行调试，绿色小箭头指示当前程序运行的位置。由于TestBubbleSort.m文件的第6行设置了断点，因此，运行调试后绿色箭头指向第6行，同时，工作区新增了变量x，命令行窗口打印两行信息（对应第4至5行代码），提示符“>>”变为“K>>”，如右图所示，表示已经进入了调试模式。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义306.3单步调试《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

按F11键运行下一行并单步执行函数。由于BubbleSort函数是在BubbleSort.m文件中实现的，并且在该文件的第2行设置了断点，所以绿色箭头会跳转到BubbleSort.m文件的第2行。继续按F11键单步执行到该函数的第10行，此时，工作区又增加了变量len、m和n，如右图所示。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义316.4退出调试《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

完成调试之后，按“Shift+F5”键即可退出调试，提示符还原为“>>”，如右图所示。可以看到工作区中只剩下变量x和y，而函数中使