MATLAB基础1第一次课

1、Matlab及其应用,1,MATLAB实用教程,Matlab及其应用,2,教学计划,教材:MATLAB实用教程（第3版） 郑阿奇 主编 电子工业出版社 学时:183=54 上机:46=24 课程性质:专业选修课,Matlab及其应用,3,教学计划,考试成绩评定: 平时（包括作业）成绩20%；期末成绩80%，其中，实验成绩40%，课程考试成绩60%。,Matlab及其应用,4,引言,科学计算工具的发展 算盘是最早的计算工具 1630年发明了计算尺，它以后成为大学理工科学生的必备工具 1970年发明了计算器，在中国则从1980年起，计算尺迅速被计算器所取代 计算机取代计算器的过程是从1990年开始

2、，以科学计算语言出现为标志。在发达国家大学中已经完成，中国尚需努力。 计算机工具的改进可以全面促进各门课程的教学和科研。,Matlab及其应用,5,Why?,sin(x) cos(x) tan(x) asin(x) acos(x) atan(x) exp(x) log(x) pow(x) sqrt(x) floor(x) abs(x),C-Language,MATLAB- Language,sin(x) cos(x) tan(x) sec(x) asin(x) acos(x) acot(x) exp(x) log(x) pow2(x) sqrt(x) abs(x) rand(x),real(x

3、) imag(x) conj(x) rank(A) tril(A) det(A) rank(A) inv(A) eig(A) svd(A) conv(y1,y2) polyder(y) ployfit(x,y,n),mean(x) std(x) var(x) cov(x) corrcoef(A) gradiant(A) diff(A) limit(f) taylor(F,x,n) fourier(f,t,w) plot(x,y) plot3(x,y,z) figure,1.Math function,Matlab及其应用,6,Why?,2.Example of matrix and array

4、,数组乘A.*B,Matlab-Language,C=A.*B,C-Language,for (i=0;iM;i+) for (j=0; jN;j+) Cij=Aij*Bij;,C-Language,for (i=0;iM;i+) for (j=0;jN;j+) for (k=0;kL;k+) Cik=Cik+aij*bjk;,Matlab-Language,C=A*B,矩阵乘A*B,Matlab及其应用,7,1 课程内容简介,MATLAB概述 matlab数值计算 符号计算 可视化和GUI设计 MATLAB程序设计 线性控制系统分析与设计 动态系统仿真：Simulink基础 与其它程序交互:

5、转换为c、编译、实时控制,Matlab及其应用,8,第一章 MATLAB概述(summarize),MATLAB是一种交互式的以矩阵为基础的系统计算平台,它用于科学和工程的计算与可视化。它的优点在于快速开发计算方法，而不在于计算速度。 应用领域：数学运算、信号分析、图像处理、小波分析、模拟仿真、自动控制等等。,Matlab及其应用,9,1.1 概述,1.1.1 MATLAB产生的历史背景 1.1.2 Matlab的构成 1.1.3 MATLAB特点 1.1.4 Matlab的功能 1.1.5 与MATLAB相似的软件,Matlab及其应用,10,1.1.1 MATLAB产生的历史背景,Clev

6、e Moler 博士,Cleve Moler is chairman and chief scientist at The MathWorks. Moler was a professor of math and computer science for almost 20 years at the University of Michigan, Stanford University and the University of New Mexico.,在70年代中期,Cleve Moler博士和其同事在美国国家科学基金的资助下开发了调用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序库.

7、EISPACK是特征值求解的FORTRAN程序库,LINPACK是解线性方程的程序库.在当时,这两个程序库代表矩阵运算的最高水平. 70年代末期，Cleve Moler 在新墨西哥大学给学生开线性代数，为学生编写了接口程序，这程序取名为MATLAB，即MATrix LABoratory;,Matlab及其应用,11,MATLAB产生的历史背景,1983年春天,Cleve Moler到Standford大学讲学，MATLAB深深地吸引了工程师Jack Little。jack Little敏锐地觉察到MATLAB在工程领域的广阔前景，同年，他和Cleve Moler，Steve Bangert一起

8、，用C语言开发了第二代专业版。这一代的MATLAB语言同时具备了数值计算和数据图示化的功能 。,Jack Little CEO / Founder,Jack Little is president, CEO, and a co-founder of The MathWorks, Inc. He was a co-author and principal architect of early versions of the companys flagship MATLAB product as well as the Signal Processing Toolbox and the Contr

9、ol Systems Toolbox.,Matlab及其应用,12,MATLAB的第一个商业化的版本是1984年推出的3.0的DOS版本 1992年MathWorks 公司于推出了4.0版本， 1994年的4.2版本扩充了4.0版本的功能，尤其在图形界面设计方面更提供了新的方法。 1997年推出的5.0版允许了更多的数据结构，如单元数据、多维矩阵、对象与类等，使其成为一种更方便编程的语言。 1999年推出的 MATLAB 5.3版在很多方面又进一步改进了 MATLAB 语言的功能。,Matlab及其应用,13,2000年10月底推出了其全新的 MATLAB 6.0正式版(Release 12)

10、，在核心数值算法、界面设计、外部接口、应用桌面等诸多方面有了极大的改进。 2002年6月发布了其全新的 MATLAB 6.5正式版(Release 13) 2004年5月推出Matlab7.0 2006年推出Matlab R2006,以后每年相继推出MATLAB R2007, Matlab R2008， Matlab R2009， Matlab R2010a.,Matlab及其应用,14,时至今日，经过MathWorks公司的不断完善，MATLAB已经发展成为适合多学科，多种工作平台的功能强大的大型软件。在国外，MATLAB已经经受了多年考验。在欧美等高校，MATLAB已经成为线性代数，自动控

11、制理论，数理统计，数字信号处理，时间序列分析，动态系统仿真等高级课程的基本教学工具；成为攻读学位的大学生，硕士生，博士生必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工业部门，MATLAB被广泛用于科学研究和解决各种具体问题。在国内，特别是工程学术界，MATLAB也逐步盛行起来。可以说，无论你从事工程方面的哪个学科，都能在MATLAB里找到合适的功能。,Matlab及其应用,15,1.1.2 Matlab的构成(composing),MATLAB是由基本部分和功能各异的工具箱组成。 其中，基本部分是核心；工具箱是扩展部分。 工具箱实际上是用MATLAB的基本语句编成的各种子程序集，用于解决某一方面的专门

12、问题或实现某一类的新算法，可以任意增减。,Matlab及其应用,16,1.1.3 MATLAB特点(Features),高度适应性、开放性：MATLAB的工具箱可以任意增减，任何人可以自己生成MATLAB工具箱； 可扩充性： MATLAB的函数大多为ASCII文件，可以直接编辑、修改； 基于矩阵运算的工作平台； 极多的工具箱； 解释方式工作：不需要编译，因而更加简捷。,Matlab及其应用,17,1.1.4 Matlab的功能(Fuctions),基本的数据处理 建模(modeling) 优化和解方程(optimization ) 动态过程仿真：实时的和非实时的 虚拟现实仿真(VR-simul

13、ation) 自动控制(auto-control) 图像处理(image processing) 神经元网络(neural network)、小波分析、GA等等,Matlab及其应用,18,Matlab production family,Matlab扩展:支持在matlab中对系统的实施和开发。 工具箱：专用的函数库，解决特定领域的问题。 Simulink：对各种动态系统进行建模。,Matlab及其应用,19,Application in image processing,Matlab及其应用,20,Signal and image processing,Matlab及其应用,21,opti

14、mization,Matlab及其应用,22,1.1.5 与MATLAB相似的软件,Mathmatica 数学计算功能。复杂符号计算，主要在理论界; Mathcad 数学文字软件。直接写出报告; Maple 符号计算功能强大; SciLab 免费的matlab克隆体等等.,Matlab及其应用,23,1.2 MATLAB 软件环境,1.2.1 MATLAB安装启动 1.2.2 MATLAB环境简介 1.2.3 帮助 1.2.4 MATLAB文件管理 1.2.5 实例,(software environment),Matlab及其应用,24,Matlab的安装 Setup.exe Matlab_

15、keygen.exe Matlab启动 开始-程序栏里的Matlab启动项 桌面上Matlab的快捷方式,1.2.1 MATLAB安装启动,Matlab及其应用,25,Matlab及其应用,26,1.2.2 Matlab环境简介(Introduction),多窗口界面 Matlab的设置(字号、颜色、图形等等) Command命令窗口 多形式文件,Features:,Matlab及其应用,27,命令窗口,历史记录窗口,菜单栏,工具栏,工作空间窗口,Matlab及其应用,28,菜单栏,MATLAB操作界面菜单提供了“File”、“Edit”、“Debug”、“Desktop”、“Window”和

16、“Help”菜单等。,Matlab及其应用,29,工具栏,New M-File,Copy,Cut,Paste,Open File,Undo,Redo,Help,Simulink,当前路径,Matlab及其应用,30,通用操作界面窗口,1.命令窗口(Command Window) 可键入各种MATLAB的命令、函数和表达式，并显示除图形外的所有运算结果。 提示符“” 操作键编辑命令：表1.4 标点符号：，；% ,Matlab及其应用,31,表1.4命令窗口中行编辑的常用操作键,Matlab及其应用,32,表1.5 MATLAB常用标点符号的功能,Matlab及其应用,33,数值计算结果的显示格式

17、 ： 使用菜单“File”“ Preferences” ，在界面中设置。 输入“format”命令。 命令窗口的常用控制命令 ： clc ：清空命令窗口 more ，more(n) ： 控制其后每页的显示内容行数,Matlab及其应用,34,format 格式描述,Matlab及其应用,35,2. 历史命令窗口(Command History),用来记录并显示已经运行过的命令、函数和表达式。 历史命令窗口的功能： 复制命令 运行命令 写成M文件,Matlab及其应用,36,3. 当前目录浏览器窗口(Current Directory Browser),用来设置当前目录，可以随时显示当前目录下的

18、M、MDL等文件的信息。 MATLAB总默认地将文件存放在当前目录。,当前目录设置区,文件详细列表,M或MAT文件描述区,Matlab及其应用,37,文件详细列表区的主要应用功能 ： 运行M文件 打开M文件 把MAT文件全部数据输入内存 把MAT文件部分数据输入内存,Matlab及其应用,38,4. 工作空间浏览器窗口(Workspace Browser),用于显示所有MATLAB工作空间中的变量名、数据结构、类型、大小和字节数。还可以对变量进行观察、编辑、提取和保存。,Matlab及其应用,39,save FileName 变量1 变量2 参数 load FileName 变量1 变量2 W

19、ho 变量1 变量2 Whos 变量1 变量2 clear 变量1 变量2 i=exist(X) 省略变量表示所有变量,通过命令管理变量 ：,Matlab及其应用,40, save FileName1 %把全部内存变量保存为FileName1.mat文件 save FileName2 a b %把变量a，b保存为FileName2.mat文件 save FileName3 a b append %把变量a，b添加到FileName3.mat文件中, load Filename1 %把FileName1.mat文件中的全部变量装入内存 load FileName2 a b %把FileName2

20、.mat文件中的a，b变量装入内存, who Your variables are: a b c,Matlab及其应用,41, whos Name Size Bytes Class a 1x1 8 double array b 1x5 10 char array c 3x2 48 double array Grand total is 12 elements using 66 bytes, clear a who Your variables are: b c,Matlab及其应用,42,5. 数组编辑器窗口(Array Editor),可以直接在数组编辑器窗口中修改打开的数组，甚至可以更改数

21、据结构和显示方式 。,Matlab及其应用,43,6. M文件编辑调试器窗口(EditorDebugger),M文件编辑调试器不仅可以编辑M文件，而且可以对M文件进行交互式调试；不仅可处理带.m扩展名的文件，而且可以阅读和编辑其他ASCII码文件。,Matlab及其应用,44,7.帮助导航浏览器窗口,Matlab及其应用,45,8. 程序性能剖析窗口(Profiler),程序性能剖析窗口中可以查看命令的运行时间，以便提高运行速度 。,Matlab及其应用,46,1.2.3 MATLAB7.3帮助,1.帮助导航浏览器窗口,Matlab及其应用,47,2. 通过命令实现帮助,help topic

22、给出指定主题的帮助，主题可以是函数、目录或局部路径。 lookfor topic 把在搜索中与关键字相匹配的所有M文件的H1行(第一行注释)都显示出来。 helpwin topic 打开帮助导航浏览器窗口显示指定的主题信息。,Matlab及其应用,48,电子使用手册：前面两种方法所得到的帮助信息常常是不够细致的，需要用第三种途径来补充，这就是电子版的使用手册。MATLAB里包含了大量关于MATLAB安装、使用、编程以及各种工具箱等的电子版手册，全部为PDF格式,具有搜索功能，因此也可以在指定的手册中搜索关键字，使用非常方便。,3 PDF帮助,Matlab及其应用,49,4 其它帮助,（1）De

23、mo：为用户提供图文并茂的演示实例。 （2）通过Web查找帮助信息。,Matlab及其应用,50,怎样获得详尽的帮助信息,Help命令：最常用、最快，往往也是最有效的。给出关键字就能找到相应的说明。Help命令简单易用，但是它要求准确给出关键字，如果记忆不准，就很难找到。 Help Desk：这是MATLAB的HTML格式的帮助文档，有着很好的组织。可以在命令行键入helpdesk，进入“Matlab Help Desk”。Help Desk的搜索可以使用不完全关键字，这样即使遇到记忆模糊的情况也可以很快查到。,Matlab及其应用,51,1.2.4 MATLAB其他管理,1. 程序文件 .m

24、 包括主程序和函数文件。 2. 数据文件 .mat 用来保存工作空间的数据变量。 3. 可执行文件 .mex 编辑器对M文件编辑后产生，运行速度快。 4. 图形文件 .fig 由绘图命令和图形界面窗口产生。 5. 模型文件 .mdl 由simulink工具箱建模生成，另外还.s文件仿真文件。,1、MATLAB用户文件格式：,Matlab及其应用,52,2、设置搜索路径,1. MATLAB的基本搜索过程 输入 “ X”时，则MATLAB按照以下步骤：,在MATLAB内存中进行检查，检查X是否为工作空间的变量； 检查X是否为MATLAB的内部函数; 在当前目录上，检查是否有名为“X.m”或“X.m

25、ex”的文件存在； 在MATLAB搜索路径的所有其他目录中，检查是否有名为“X.m”或 “X.mex”的文件存在； 如果都不是，则MATLAB发出错误信息。,Matlab及其应用,53,2. MATLAB搜索路径的扩展和修改,(1) 利用设置路径对话框修改搜索路径 通过打开路径对话框修改搜索路径有两种方法： 在MATLAB界面选择菜单“File”“Set Path”命令。 在命令窗口运行“pathtool”命令。 (2) 利用path命令设置搜索路径 例如： path(path,c:MyDir ),Matlab及其应用,54,3、文件管理命令,what %列出当前目录下的M、MAT、MEX文件

26、清单 dir 目录名 %列出指定目录下的文件和子目录清单 type 文件名 %显示指定M文件的内容 which 文件名 %指出文件所在的目录 Matlabroot %返回安装MATLAB的根目录 diary %把当前命令窗口中的所有内容保存到日志文件中,Matlab及其应用,55, what M-files in the current directory D:MATLAB6p1toolboxmatlabelfun Contents asech cosh isreal sec abs asin cot log sech acos asinh coth log10 sign acosh atan

27、 cplxpair log2 sin acot atan2 csc mod sinh acoth atanh csch nextpow2 sqrt acsc ceil exp pow2 tan acsch complex fix real tanh angle conj floor rem unwrap asec cos imag round MEX-files in the current directory D:MATLAB6p1toolboxmatlabelfun complex,Matlab及其应用,56, dir . asinh.m cplxpair.m pow2.m . atan.

28、m csc.m real.m Contents.m atan2.m csch.m rem.m abs.m atanh.m exp.m round.m acos.m ceil.m fix.m sec.m acosh.m complex.c floor.m sech.m acot.m complex.csf imag.m sign.m acoth.m complex.dll isreal.m sin.m acsc.m complex.m ja sinh.m acsch.m conj.m log.m sqrt.m angle.m cos.m log10.m tan.m asec.m cosh.m l

29、og2.m tanh.m asech.m cot.m mod.m unwrap.m asin.m coth.m nextpow2.m,Matlab及其应用,57, type abs.m %ABS Absolute value. % ABS(X) is the absolute value of the elements of X. When % X is complex, ABS(X) is the complex modulus (magnitude) of % the elements of X. % % See also SIGN, ANGLE, UNWRAP. % Copyright

30、1984-2001 The MathWorks, Inc. % $Revision: 5.8 $ $Date: 2001/04/15 12:02:51 $ % Built-in function., which abs.m D:MATLAB6p1toolboxmatlabelfunabs.m, matlabroot ans = D:MATLAB6p1,Matlab及其应用,58,4 退出MATLAB,要想退出MATLAB环境： 在MATLAB的命令窗口输入“exit”命令。 在MATLAB的命令窗口输入“quit”命令。 直接单击MATLAB的命令窗口的按钮。,Matlab及其应用,59,1.4 一个实例,【例1.3】在MATLAB的通用操作界面综合地作一个练习。 a=1 2 3; 4 5 6;7 8 9; b=