MATLABSimulink教程-编程、计算与仿真（第2版）课件 chapter1 MATLAB语言简介

第一章:MATLAB语言简介IntroductiontoMATLAB主讲：薛定宇

东北大学信息学院国家级

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建设MATLAB科学运算与仿真第一章MATLAB简介IntroductiontoMATLAB主讲：薛定宇东北大学信息学院MATLAB科学运算与仿真国家级一流本科课程建设课程教材薛定宇.MATLAB/Simulink实用教程——编程、计算与仿真，北京：清华大学出版社，2021参考教材薛定宇.《高等应用数学问题的MATLAB求解》(第4版)，薛定宇，清华大学出版社，2017薛定宇.《薛定宇教授大讲堂》卷I~卷VI，清华大学出版社，2019~2021，英文版DeGruyter出版社出版英文版：XueDingyuandYangquanChen.ScientificComputingwithMATLABandSimulink.CRCPress,2016第一章MATLAB简介科学运算与仿真问题演示MATLAB语言简介科学运算问题的三步求解方法本课程的结构1.1科学运算与仿真问题演示科学运算问题求解大数计算解方程微积分问题其他常规计算机语言的局限性例1-1：奥数问题末位数是多少？物理意义约等于0雕虫小技大数怎么存储？MATLAB求解如何计算有多少位？例1-2：你会求解方程吗？两个代数方程MATLAB求解第二方程求解例1-3：函数的高阶导数已知函数，求4阶导数MATLAB求解求100阶导数常规计算机语言的局限性不能处理大数不能进行公式推导局限性演示Fibonacci序列的生成矩阵相乘的通用程序编写绘图：隐函数绘制例1-4Fibonacci序列数学背景：意大利数学家Fibonacci在1205年提出一个人将一对兔子放到一个封闭的围墙内，并假设每对兔子每个月都繁殖出一对兔子，且新生兔子从第二个月开始有繁殖能力，那么一年以后这个封闭的围墙内有多少对兔子？数学公式如何由公式计算C语言求解C语言程序程序运行编译连接、形成可执行文件前若干项：1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377,610,987,1597,2584,4181,6765,10946,17711,28657后面>32767Fibonacci序列（续）如何解决问题？变int为long？MATLAB求解更精确的求解用C语言需要考虑太多底层的东西，不易查错例1-5：矩阵乘法——通用子程序编写数学表示核心C语言代码问题：程序正确吗？矩阵乘法（续）未考虑可乘性问题：与矩阵乘法考虑可乘性：ifcols(A)==rows(B)语句引起新的错误：标量乘矩阵被标错引入更多的判定语句，处理标量情形程序仍然是不通用的：不能处理复数矩阵编写更多的代码：复数表示、复数乘法、复数输出等需要反复尝试MATLAB直接求解：例1-6：隐函数曲线绘制隐函数的数学表达式如何绘制曲线？如果不使用专业计算机语言，可能连绘图否思路也没有1.2MATLAB语言简介MATLAB语言的出现与发展MATLAB语言的特色MATLAB语言的出现与发展1978年之前，线性代数的计算使用EISPACK、LINPACK等FORTRAN软件包，比较麻烦例:实矩阵的特征值/特征向量1978年CleveMoler构思并实现了MATLAB美国NewMexico大学的计算机科学系主任CleveMoler取名含义MATrixLABoratory自动控制学科的应用JackLittleMATLAB1984v1TheMathWorksInc1984年12月,IEEE决策与控制年会上发布,立即引起控制界学者关注并广泛接受1990SimuLAB、Simulink与CleveMoler和JackLittle的合影2008withJackLittle,BeijingMathWorksBeijingOfficeOpen2012withCleveMoler,Shanghai科学运算与MATLAB发展的回顾建议观看CleveMoler在上海演讲的视频视频2012同济大学EvolutionofMATLAB英文字幕by薛定宇MATLAB的发展历程MATLAB已经成为很多领域的首选计算机语言1990年推出了Simulink仿真工具1992年推出了MATLAB4.0版本，全面支持Windows编程1996年12月推出的MATLAB5.0版支持了更多的数据结构2004年6月推出的MATLAB7.0版引入的多领域物理建模仿真策略2012年推出的MATLAB8.0版支持APP编程与应用2016年提出的MATLAB9.0版推出了全新的实时编辑器MATLAB每年推出两个版本，3月推出a版，9月推出b版。最新的版本是2021a版，对应的传统版本号为9.10版。MATLAB语言的特点简洁高效性MATLAB程序设计语言的集成度高，语句简洁科学运算功能MATLAB语言以复数矩阵为基本单元，可以直接用于矩阵运算绘图功能科学可视化庞大的工具箱与模块集强大的动态系统仿真功能钱学森对工科数学改革的理念（1985）现在已经可以看到电子计算机对工程技术工作的影响今后对一个问题求解可以全部让电子计算机去干,不需要人去一点一点算而直到今天,工科理科大学一二年级的数学课是构筑在人自己去算这一要求上的所以理工科的数学课必须改革,数学课不是为了学生学会自己去求解,而是为了学生学会让电子计算机去求解,学会理解电子计算机给出的答案,知其所以然,这就是工科教学改革的部分内容1.3科学运算问题的三步求解方法2014年12月，东京首届MathWorks亚洲研究峰会三步方法是什么——What如何描述——How如何求解——Solve即使没有接触过相应的分支，通过几分钟学习直接求解两个演示例子1.6

线性规划问题求解数学形式是什么？目标函数最小：约束条件线性规划三步求解方法（续）如何描述——通过几分钟学习、照猫画虎求解例1-7人工神经网络的应用有一组数据用人工神经网络拟合数据，绘制曲线不了解神经网络没关系：三步求解方法什么是如果神经网络如何建立神经网络如何拟合数据、画曲线神经网络的应用什么是人工神经网络：带有可调参数的信息处理单元网络层数、节点、权值如何建立神经网络模型创建网络由样本点数据训练网络神经网络数据拟合三步求解方法的好处无需事先系统学习相关知识找一个类似的实例，就可以照猫画虎直接求解问题求解可以借鉴现有的求解方法如果没有现成的，不妨用MATLAB从底层编写全新解法程序，创造性地求解问题把公式变成代码：Fourier级数、Sylvester方程的解析解把想法变成代码：多解矩阵方程的求解、全局最优解法1.4本课程的主要内容兼顾三个主题（编程、计算与仿真）与以往的现代科学运算——MATLAB语言与应用相比大幅加强了MATLAB编程的介绍。系统介绍了MATLAB的编程方法，介绍面向对象编程与App界面设计方法降低了“科学运算”的起点和难度，但整体要求没变系统引入了基于Simulink的建模与仿真方法第一部分：MATLAB语言编程第1章~第6章第1章MATLAB简介第2章MATLAB编程基础：数据结构、语句结构、基本运算第3章MATLAB流程结构：几种流程结构、向量化编程第4章函数编写：函数编辑界面、实时编辑器、函数的基本结构、函数编程技巧、函数的跟踪调试第5章MATLAB绘图第6章面向对象编程与App设计第二部分：科学运算问题求解第7章~第12章第7章微积分问题求解：微积分计算、数值微积分、积分变换第8章线性代数问题求解：矩阵分析、矩阵变换、矩阵函数第9章方程求解：线性、非线性方程求解、多解矩阵方程第10章最优化：有约束、无约束最优化问题，智能求解方法、全局最优解方法与对比研究第11章微分方程：解析解与数值解第12章数据处理：数据插值与函数拟合、假设检验、方差分析第三部分：系统建模与仿真第13章、第14章第13章系统建模与仿真入门：Simulink简介、模块库与模块集、框图绘制与仿真、仿真参数设置、微分方程的建模与仿真第14章系统建模与仿真进阶：基于命令的建模与仿真方法、并行仿真、快速重启的仿真方法、子系统与模块封装方法、S-函数的编程与应用丰富的课程资料国家一流本科课程《现代科学运算——MATLAB语言与应用》的全部内容，包括授课全程视频扩展学习内容《薛定宇教授大讲堂》6卷，进一步介绍本课程每个组成部分的内容。MOOC课程《MATLAB与现代科学