matlab_7[1]0_自学教程第一章.ppt

1、16775D1,第1章MATLAB基础,1.1概述1.2MATLAB操作界面1.3Command Window运行1.4Command History窗1.5Current Directory、路径设置器和文件管理1.6Workspace Browser和Array Editor1.7M文件编辑器和脚本编写1.8使用MATLAB帮助,Matlab及其应用,2,1 课程内容简介,MATLAB基础 基于matlab的数值分析 绘制图形 符号计算 动态系统仿真：Simulink基础 与其它程序交互:转换为c、编译、实时控制 最优化方法,Matlab及其应用,3,2 Matlab的学习方法,必须做大量

2、的练习，熟悉其中的函数 联系和自己的课题相关，深刻的体会 多看帮助文件，又一本好的参考书 会提问题，寻求大家的帮助 记住：Matlab可以做很多事情,Matlab及其应用,4,学会Matlab将改变你的一生,网络对你的改变将远远的超过一台独立的计算机,Matlab及其应用,5,OK, Now begin,Matlab及其应用,6,MATLAB 基础及其应用,第一讲 MATLAB基础,概述 MATLAB基本使用 MATLAB的基本矩阵分析 矩阵操作 流程控制,Matlab及其应用,7,一、概述,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

3、开发计算方法，而不在于计算速度。,Matlab及其应用,8,1.1 MATLAB的出现,70年代中期，Cleve Moler和他的同事开发了LINPACK和EISPACK的Fortran子程序库 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 1983年春天，工程师John Little与Moler、Steve Bangert一起开发了第二代专业版MATLAB 1984年，MathWorks公司成立，MATLAB正是推向市场。,Matlab及其应用,9,1.2 学习Matlab的基本原因

4、,不希望学生在编程上化太多时间，课程目的不是学习编程 社会化的运行带来的好处：合理利用可以节约大量的时间 为什么相同的时间别人比自己做出了更多的事情：硕士论文调查结果 面向对象的思想带来巨大的好处 紧密结合科学的前沿 From BBS:博士论文=Matlab+word,Matlab及其应用,10,1.3 Matlab的版本演化,Matlab 1.0 Pc matlab-matlab 386 Matlab3.5+simulink Matlab 4.0：simlink内嵌 Matlab 5.0 :全面的面向对象 Matlab 5.15.3 Matlab 6.0 Matlab 6.5：购并了MATR

5、IXx Matlab 7.0:2004,Matlab及其应用,11,1.4 MATLAB特点,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。多版本：windows/unix/dos/Macintosh 极多的工具箱。,Matlab及其应用,12,1.5 Matlab能做什么,基本的数据处理 优化和解方程 动态过程仿真：实时的和非实时的 数据来源：Excel、数据库、A/D等等 嵌入式的控制：Pc/104和DSP 神经元网络、小波分析、GA等等 虚拟现实仿

6、真,Matlab及其应用,13,Matlab产品家族,Matlab扩展支持在matlab中队系统的实施和开发。 工具箱：专用的函数库，解决特定领域的问题。 Simulink非线性系统仿真 Blockset是专门为simulink建立的模块。,Matlab及其应用,14,Matlab是所有系统工具的基础,Matlab及其应用,15,设计自动化工具,Matlab及其应用,16,一般用途工具,Matlab及其应用,17,信号和图像处理,Matlab及其应用,18,控制系统设计和分析,Matlab及其应用,19,1.6 网络资源,USENET新闻组 MATLAB的新闻组是comp.soft-sys.M

7、ATLAB。浏览器指向 网络上的工具箱 ,Matlab及其应用,20,1.6 网络资源(2),BBS 哈尔滨工业大学bbs: telnet:/ 上海交通大学bbs: telnet:/ 清华大学bbs mathtools www服务 Matlab 大观园: http:/www.matlab-,Matlab及其应用,21,1.7 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科隆体 仿真软件：MATRIXx、VisSim等等,Matlab及其应用,2

8、2,二、MATLAB基础使用,2.1 MATLAB安装启动 Matlab的安装 定制安装 关于Java的问题:XP系统必须安装虚拟机 安装pdf文件 Matlab启动 自动批处理 startup.m matlabrc.m,Matlab及其应用,23,2.2 Matlab菜单的含义,多窗口界面 Matlab的设置 快速启动 版本控制 图形粘贴设置 字体的改变,Matlab及其应用,24,2.3帮助的使用,help 命令：已知命令不知道用法 lookfor命令：知道命令的关键词 Matlab Help:命令查找，索引，说明书 Demo 有效的利用帮助,Matlab及其应用,25,2.3.1 怎样获

9、得详尽的帮助信息,首先是MATLAB窗口中的help命令，它最常用、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。这时就应该用第二种方案。 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。 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

10、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。,Matlab及其应用,26,2.4 Matlab变量,基本运算 变量 逗号、分号的意义 行内编辑、注释、运算规则 变量要求 变量区分字母的大小写 名字不能超过19个字符，第19个字符后的字符被忽略 变量必须以字母开头，之后可以是任意字母、数字或者下滑线 变量中不能含有标点符号。,Matlab及其应用,27,2.4.1 特殊变量,Matlab及其应用,28,2.4.2 复数,不需要特殊的处理。复数可以表示为：a=10-9i 复数运算不需要特殊处理，可以直接进行,Mat

11、lab及其应用,29,2.4.3 显示格式,MATLAB中所有的量为双字长浮点数，显示按下面显示规则： 在缺省情况下，当结果为整数，作为整数显示；当结果为实数，以小数后4位的精度近似显示。 如果结果中的有效数字超出了这一范围，以科学计数法显示结果。 format命令改变显示格式，常用的的格式有 long (16位) bank(2个十进制位) hex(十六进制) short(缺省) short e(5位加指数) +(符号) long e(16位加指数) rat(有理数近似),Matlab及其应用,30,2.5 文件管理功能,who(whos) cd(chdir,pwd) dir(ls) type

12、 what which clc,edit ! echo load clear/pack save diary,Matlab及其应用,31,三、MATLAB的基本矩阵运算,3.1 简单矩阵输入 命令行简单键盘输入 用于很少数据输入 矩阵的方向：, ; NaN Inf 文件形式输入 可以用来读入试验数据 大量的数据输入 load数据 文本文件：全部是数据，不含有数据 mat文件：matlab自有的数据格式,Matlab及其应用,32,2语句生成矩阵,线性等间距格式矩阵，使用from:step:to linspace命令 a=linspace(1,10,5); logspace命令 b=logspa

13、ce(0,2,10) 矩阵连接 c=a b; zeros ones eye randn ,Matlab及其应用,33,3. 引入特殊的文件格式,引入输入：import wizard 可以引入的文件格式： 文本文件: .txt .dat 图片文件: .gif .bmp .jpg .avi 声音：.wav .au 电子表格：.csv .xls .wk1,Matlab及其应用,34,直接读入特殊格式文件：文本类型,Matlab及其应用,35,直接读入特殊格式文件：二进格式,Matlab及其应用,36,3.2 矩阵运算,矩阵的转置 用符号来表示和实现 非共轭转置 . 矩阵的四则运算 +-*/ 点乘：.

14、* 右除：./ 左除：. 矩阵的乘方 矩阵乘方 .元素对元素的乘方 矩阵的范数 norm 1-范数 2-范数 无穷范数 条件数 cond,Matlab及其应用,37,3.3 矩阵的超越函数,MATLAB中exp、sprt、sin、cos等命令可以直接使用在矩阵上，这种运算只是定义在矩阵的单个元素上，即分别对矩阵的每个元素进行运算。MATLAB中也提供了基本的三角函数。 注意其中的取整,Matlab及其应用,38,3.3 矩阵的超越函数,Matlab及其应用,39,3.4 关系和逻辑运算,1 关系操作符 MATLAB常用的关系操作符有：(大于)、=(大于或等于)、 = =(等于)、 !=(不等于

15、)。 MATLAB的关系操作符可以用来比较两个大小相同的数组，或者比较一个数组和一个标量。在与标量比较时，结果和数组大小一样。 a=1:9; b=a4 b = 0 0 0 0 1 1 1 1 1 c=a(a4) c = 5 6 7 8 9,Matlab及其应用,40,2 逻辑操作符,逻辑操作符定义了一种与或非的关系表达式。MATLAB的逻辑操作符有 find(a15) ans = 7 8 9 10 11 矩阵的排序使用sort函数，它将矩阵按照升序排列。,Matlab及其应用,47,5矩阵的查找和排序,子矩阵的查找使用find命令完成，它返回关系表达式为真的下标。 矩阵的排序使用sort函数，

16、它将矩阵按照升序排列。 应用: 去奇异点:a(find(astd(a)*3) 嵌入数据：在指定大小的数据后加入数据 替换：替换指定大小的数据段,Matlab及其应用,48,6 字符串处理,MATLAB 真正强有力的地方在于它的数值处理能力。然而，经常希望操作文本，例如把标号和标题放在图上。在MATLAB 里，文本当作特征字符串或简单地当作字符串。 字符串内的单引号是由两个连续的单引号来表示。 字符串连接可以直接从数组连接中得到。,Matlab及其应用,49,字符串函数,eval(string) 作为一个MATLAB 命令求字符串的值 eval(try,catch) blanks(n) 返回一个

17、n 个零或空格的字符串 deblank 去掉字符串中后拖的空格 feval 求由字符串给定的函数值 findstr 从一个字符串内找出字符串 isletter 字母存在时返回真值 isspace 空格字符存在时返回真值 isstr 输入是一个字符串，返回真值 lasterr 返回上一个所产生MATLAB 错误的字符串 strcmp 字符串相同，返回真值 strrep 用一个字符串替换另一个字符串 strtok 在一个字符串里找出第一个标记,Matlab及其应用,50,类型转换,char x=77 65 84 76 65 66; char(x) int2str 四舍五入为整数转换为字符串 num

18、2str 将数字转换为字符串 mat2str 将矩阵的数据转换为字符串 str2num,Matlab及其应用,51,7 单元结构,单元结构：cell 把不同属性的数据纳入一个变量中 类似于具有下标的矩阵和多维数组，但这些下标不是用圆括号，而是用大括号括起来的。 pp=cellstr(asd testetet sfsdfsdfdfgsdgsg sfdfgfdfgf) 显示内容：pp(1)和pp1的区别 清空一个单元数据：pp(3)= 和pp3=的区别,Matlab及其应用,52,8 结构体,结构体将某一类相关的信息纳入一个统一的变量名字管理。 先建立一个结构体：a.b=1 构建一个结构体的数组：

19、pp(m,n)=struct(a) 删除一个变量：pp=rmfield(pp,b),Matlab及其应用,53,四、脚本,对于简单问题，使用直接输入命令简单有效；对稍复杂和多次重复的应用，直接输入命令比较麻烦。MATLAB提供了逻辑解决方案，它允许用户把多个命令放在一个简单的文本文件中，如同在MATLAB中键入命令一般，这种文件称为脚本文件，由于脚本文件以m为扩展名，它常称为M文件。脚本文件为文本形式的，对跨平台处理十分有利。 使用脚本文件，可以把命令保存在磁盘上，便于以后的访问；同时对使用大的数组也带来的方便；增加注释可以为脚本中的命令作文挡以免以后忘记。,Matlab及其应用,54,4.1

20、 流程控制,为了便于应用，MATLAB提供了一些流程控制的命令。这些命令对脚本编写带来了一些方便，但是需要注意的是，尽量不要使用这些流程控制命令，尤其是循环控制命令。 1 for循环 for循环允许一组命令以固定的次数重复，它的一般形式是 for x=array command end for 和end之间的命令串按数组array的每一列执行一次，直到n次后终止。,Matlab及其应用,55,For循环应当注意的一些方面,for循环不能使用内部重新赋值循环变量而终止； for循环内部接受任何有效的MATLAB数组； for循环可以嵌套； 只要有矩阵形式可以解决的问题，不要使用for循环。使用f

21、or循环的算法执行很慢，一个好的MATLAB算法部应当出现循环语句。Tic/toc 循环可以使用break跳出，但只跳出所在的循环，不跳出整个嵌套结构。,Matlab及其应用,56,2while循环,与for循环以固定的次数求一组指令相反，while循环以不定的次数求一组语句的值。While循环的一般形式为： while expression commonds end 只要表达式expression里的所有元素为真，就执行命令串commands。通常表达式求值给一个标量值，单数组值也同样有效。,Matlab及其应用,57,3 if-else-enf结构,很多情况下，命令的序列必须根据关系的检验

22、有条件的执行，它由if-else-end结构提供。它的结构如下： if expression1 commands1 elseif expression2 commands2 elseif else commands end,Matlab及其应用,58,If- Then- Else,在执行过程中，MATLAB依次检查各个表达式，只执行第一个表达式为真的命令串，接下来的关系表达式不检验，跳过其余的if-else-end结构，而且，最后的else命令可有可无。,Matlab及其应用,59,try-catch结构,可以进行错误的处理，提高计算的可靠性 try 可能出错的语句 catch 错误处理 en

23、d,Matlab及其应用,60,4.2 函数,把一个比较大的任务分解为多个比较小的任务，它们之间通过调用实现参数传递，小任务可以是函数。 1 函数调用 常见的函数调用形式为： out1,out2,=function(in1,in2,) 一个函数可以嵌套，也可以调用其它的函数，甚至调用自己（也就是递归调用）。 函数文件，函数名称和文件名必须相同。,Matlab及其应用,61,函数,需要注意函数文件的放置位置，一般自己的函数文件放在当前目录；如果对一个专题有了足够多的函数，可以生成一个工具箱，放在一个固定的目录下，并在MATLAB中加入这个目录路径即可。 使用函数可以加快计算速度。MATLAB首次

24、执行一个函数时，它将打开的文件编译为存储器内部形式，加速了执行速度。普通的m文件不被编译，在每次编译时，文件将逐行解释执行。 函数的前一部分注释为帮助行，在使用help命令是看到的为这些注释行。,Matlab及其应用,62,2 参数传递,MATLAB函数的输入输出数目都可以变化，通过这个特性，可以实现一些自定义的功能。函数的输入输出参数数目可以通过变量nargin和nargout获得。函数调用中可以使用少于规定的输入输出参数数目，但是不能更多。 在MATLAB中，参数具有自己的专有工作空间。函数中的参数和命令行参数不在一个空间中，它们的唯一联系为函数的输入输出变量。输入参数在函数中是可读的，但

25、任何改动不会传递回上一级空间。 使用global命令可以将变量说明为全局的，则在函数、命令行等都可以共享这些变量。在实际应用中，应当尽量避免使用全局变量。,Matlab及其应用,63,3 函数注意,函数可以按少于函数M 文件中所规定的输入和输出变量进行调用，但不能用多于函数M 文件中所规定的输入和输出变量数目。如果输入和输出变量数目多于函数M 文件中function 语句一开始所规定的数目，则调用时自动返回一个错误。 当调用一个函数时，所用的输入和输出的参量的数目，在函数内是规定好的。函数工作空间变量nargin 包含输入参量个数；函数工作空间变量nargout 包含输出参量个数。事实上，这些

26、变量常用来设置缺省输入变量，并决定用户所希望的输出变量。在M 文件函数里，变量nargout 可用来检验输出参量的个数，并按要求修正输出变量的创建。,Matlab及其应用,64,3 函数注意,函数有它们自己的专用工作空间，它与MATLAB 的工作空间分开。函数内变量与MATLAB 工作空间之间唯一的联系是函数的输入和输出变量。如果函数任一输入变量值发生变化，其变化仅在函数内出现，不影响MATLAB 工作空间的变量。函数内所创建的变量只驻留在函数的工作空间，而且只在函数执行期间临时存在，以后就消失。因此，从一个调用到下一个调用，在函数工作空间变量存储信息是不可能的。,Matlab及其应用,65,

27、3 函数注意,当调用一个函数时，输入变量不会拷贝到函数的工作空间，但使它们的值在函数内可读。然而，改变输入变量内的任何值，那么数组就拷贝到函数工作空间。进而，按缺省，如果输出变量与输入变量相同，例如，函数x=fun(x, y, z) 中的x ，那么就将它拷贝到函数的工作空间。因此，为了节约存储和增加速度，最好是从大数组中抽取元素，然后对它们作修正，而不是使整个数组拷贝到函数的工作空间。,Matlab及其应用,66,3 函数注意,如果变量说明是全局的,函数可以与其它函数、MATLAB 工作空间和递归调用本身共享变量。为了在函数内或MATLAB 工作空间中访问全局变量，在每一个所希望的工作空间，变

28、量必须说明是全局的。 实际编程中，无论什么时候应尽量避免使用全局变量。要是用了全局变量，建议全局变量名要长，它包含所有的大写字母，并有选择地以首次出现的M 文件的名字开头。如果遵循建议，则在全局变量之间不必要的互作用减至最小。,Matlab及其应用,67,3 函数注意,MATLAB 以搜寻脚本文件的同样方式搜寻函数M 文件。例如，输入 cow ，MATLAB 首先认为cow 是一个变量。如果它不是，那么MATLAB 认为它是一个内置函数。如果还不是，MATLAB 检查当前cow.m 的目录或文件夹。如果它不存在，MATLAB 就检查cow.m 在MATLAB 搜寻路径上的所有目录或文件夹。 从函数M 文件内可以调用脚本文件。在这种情况下，脚本文件查看函数工作空间，不查看MATLAB 工作空间