实验1-MATLAB软件入门

1第一章MATLAB基础随着计算机技术的日新月异以及科学技术的发展，应用、掌握数学软件与我们的日常工作和科研工作越来越密切地联系在一起.在科学研究和工程应用的过程中，往往需要进行大量的数字计算、符号解析运算和图形及文字处理，传统的纸笔和计算器已经不能满足工作的要求.而用计算机语言编程有一定的学习难度，且调试程序费时较多.于是由专业人士用计算机语言编制好的数学软件应运而生.实验一MATLAB软件入门1.1MATLAB软件简介目前在国际上有3个计算机数学软件最有影响：TheMathWorks公司的MATLAB语言、WolframResearch公司的Mathematic语言和WaterlooMaple公司的Maple语言.这3个语言各有特色，其中MATLAB长于数值计算，其程序结构类似于其他计算机语言，因而编程很方便.MATLAB已成为国际公认的最优秀的数学应用软件之一.1．MATLAB的主要功能（1）数值计算功能MATLAB有超过500种以上的数学及各专业领域的函数，且形式简单自然，使用户大大提高了编程效率.（2）符号计算功能该软件引入了加拿大滑铁卢大学开发的Maple数学软件的符号运算内核，可直接推导字符型函数理论公式，如用不定积分求原函数、微分方程的解析解等.（3）数据分析和可视化功能该软件不仅可做各种统计数据分析，还可形成各类统计图，并且可以绘制工程特性较强的特殊图形，如玫瑰花图、三维等值线图、流沙图、切片图等，还可以生成快照图和进行动画制作.（4）文字处理功能MATLABNotebook为文字处理、科学计算、工程设计营造了一个和谐统一的工作环境.用其编写的软件文稿，其文稿中的程序命令都可被激活，直接运行将结果呈现在文稿中.（5）可扩展功能用户可自己编写M文件，组成自己的工具箱，以构成解决专业计算的模块.2．MATLAB的主要特点（1）功能强大MATLAB含有40多个应用于不同领域的工具箱.（2）界面友好2MATLAB指令表达方式与习惯上的数学表达式非常接近且简单易记，编程效率高.（3）扩展性强用户可以自由地开发自己的应用程序.（4）帮助完善有专门的例子演示系统demo，有help等联机帮助.3．MATLAB主包和工具箱MATLAB由主包和各种工具箱组成，主包是核心，工具箱是扩展的有专门功能的函数.（1）核心主包DATAFUN数据分析和傅立叶变换函数DATATYPES数据类型和结构DEMOS例子ELFUN基本的数学函数ELMAT基本矩阵和基本操作函数FUNFUN功能函数GENERAL通用命令GRAPH2D绘制二维图形的函数GRAPH3D绘制三维图形的函数GRAPHICS通用绘图命令IOFUN低级文件I/O函数LANG语言结构设计和调试函数MATFUN矩阵函数——数值线性代数OPS运算符和特殊符号POLYFUN多项式和插值函数SPARFUN稀疏矩阵函数SPECFUN特殊数学函数SPECGRAPH特殊图形函数STRFUN字符串函数TIMEFUN时间、日期和日历函数UETOOLSGUI设计工具WINFUNWindows操作系统函数接口（2）主要工具箱SYMBOLIC数学符号工具箱SIMULINK仿真工具箱CONTROL控制系统工具箱WAUELET小波工具箱FUZZY模糊逻辑工具箱NNET神经网络工具箱COMM通信工具箱LMI线性矩阵不等式工具箱3IMAGES图像处理工具箱OPTIM最优化工具箱PDE偏微分方程工具箱FINANCE财政金融工具箱MPC模型预测控制工具箱SPLINES样条工具箱STATS统计工具箱DATABASE数据库工具箱SIGNAL信号处理工具箱DAQ数据采集工具箱DIALS计量仪表模块集RQTGENMATLAB报告发生器RPTGENEXTSimulink报告发生器POWERSYS动力系统模块集COMPILERMATLAB编译器NAG数值和统计工具箱MAP地图绘制工具箱QRT控制系统设计工具箱FIXPOINT固定点模块集DSPBLKS数字信号处理模块集FDIDENT频域识别工具箱HOSA高阶谱分析工具箱NCD非线性控制系统设计模块集MUTOOLSμ分析与综合工具箱ROBUST鲁棒控制工具箱IDENT系统识别工具箱RTWReal-TimeWorkshop工具箱SB2SLSystembuild到Simulink的转换器TOURMATLAB漫游STATEFLOWStateflow工具箱LOCAL用于局部环境设置的M文件1.2MATLAB的安装与启动1．安装MATLAB对系统的要求（1）Windows操作系统；（2）4倍数以上光驱；（3）奔腾以上处理器；（4）8位以上显卡；（5）16MB以上内存.2．MATLAB的安装4将MATLAB安装光盘放入光驱，在MATLAB目录下直接运行“Setup.ext”程序，根据安装对话窗口提示进行安装.3．MATLAB的启动双击桌面MATLAB图标启动程序；或从开始程序菜单中进行启动.1.3MATLAB界面简介1．MATLAB主界面双击桌面上的MATLAB快捷方式，进入MATLAB主界面，如图1.1.（1）命令窗口（2）当前目录窗口（4）命令历史窗口（3）变量信息窗口图1.1MATLAB主界面2．MATLAB中的窗口（1）命令窗口（如图1.2）图1.2命令窗口（2）当前目录窗口（如图1.3）5图1.3当前目录窗口（3）变量信息窗口（如图1.4）图1.4变量信息窗口（4）命令历史窗口（如图1.5）图1.5命令历史窗口3．MATLAB命令窗口介绍在MATLAB命令窗口中可直接输入运算程序进行运算（如图1.6）.6图1.6命令窗口中的运算例1输入一个矩阵a，a1为a的转置，a2为a的行列式，a3为随机矩阵.输入：a=[123;456;789];a1=a'a2=det(a)a3=fix(30*rand(2,3))4．工作空间菜单命令介绍（1）File（文件）菜单（如图1.7）.图1.7File菜单7NewM-file新建一个M文件，打开M文件编辑器Figure新建一个图形窗口Model新建一个simulink窗口Open打开对话框，列出文件目录，选定打开CloseCommandWindow关闭命令窗口ImportData载入数据文件SaveWorkspace存储工作空间变量SetPath打开路径浏览器，设置MATLAB工作、搜索路径Preference打开参数设置对话框，可设置各种参数（如图2.8）PageSetup打印页面设置Print打印图1.8参数设置对话框（2）Edit（编辑）菜单Undo撤销上一次操作Cut剪切Copy复制Paste粘贴PasteSpecial粘贴剪贴板中内容，可选择分隔符等SelectAll全选窗口中的内容Find查找（3）Debug（调试）菜单用于M文件编程调试.（4）Desktop（桌面）菜单控制MATLAB界面，打开、关闭各窗口，工具栏等.“DesktopLayout”可选择MATLAB界面布局.（5）Window菜单打开窗口数.用户可使用窗口菜单在打开的窗口间进行方便的切换.8（6）Help菜单参看帮助信息（如图1.9）图1.9帮助窗口1.4工作空间命令行的编辑与运行1.有关工作空间的一些常用命令：（1）clc翻过一页命令窗，光标回到屏幕左上角（2）clear从工作空间清除所有变量（3）clf清除图形窗口内容（4）who列出当前工作空间中的变量（5）whos列出当前工作空间中的变量及信息（6）delete文件名从磁盘中删除指定文件（7）whech文件名查找指定文件的路径（8）moreonmoreoff命令窗分部输出（9）clearall从工作空间清除所有变量和函数（10）help命令名查询所列命令的帮助信息（11）savename保存工作空间变量到文件name.mat（12）savenamexy保存工作空间变量xy到文件name.mat（13）loadname装载’name’文件中的所有变量到工作空间（14）loadnamexy装载’name’文件中的变量xy到工作空间（15）diaryname.m…diaryoff保存工作空间一段文本到文件name.m（16）typename.m在工作空间查看name.m文件内容（17）what列出当前目录下的m文件和mat文件（18）demo例子演示窗口92.工作空间命令行的热键操作键相应快捷键功能↑Ctrl+p调用上一行↓Ctrl+n调用下一行←Ctrl+b退后一格→Ctrl+f前移一格Ctrl+←Ctrl+l向左移一个词Ctrl+→Ctrl+r向右移一个词HomeCtrl+a移到行首EndCtrl+e移到行尾EscCtrl+u清除行DelCtrl+d清除光标后字符BackspaceCtrl+h清除光标前字符Ctrl+k清除光标至行尾字符Ctrl+C(Ctrl+Pause)中断程序运行1.5常量与变量及常用函数1．常量与变量系统的变量命名规则：变量名区分字母大小写；变量名必须以字母打头，其后可以是任意字母，数字，或下划线的组合.此外，系统内部预先定义了几个有特殊意义和用途的变量，见下表1.1.表1.1系统预定义变量和常量特殊的变量、常量取值ans用于结果的缺省变量名pi圆周率π的近似值3.14159265358979eps数学中无穷小（epsilon）的近似值（2.2204e-016）inf无穷大，如1/0=inf（infinity）NaN非数，如0/0=NaN（NotaNumber），inf/inf=NaNi,j虚数单位2．常用函数表1.2常用函数函数名数学计算功能函数名数学计算功能abs(x)实数的绝对值或复数的幅值floor(x)对x朝-∞方向取整acos(x)反余弦函数arccosxgcd(m,n)求正整数m和n的最大公约数acosh(x)反双曲余弦arccoshximag(x)求复数x的虚部angle(x)在四象限内求幅角x的相角lcm(m,n)求正整数m和n的最小公倍数asin(x)反正弦函数arcsinxlog(x)自然对数（以e为底数）asinh(x)反双曲正弦arcsinhxlog10(x)常用对数（以10为底数）atan(x)反正切函数arctanxreal(x)求复数x的实部atan2(x,y)在四象限内求反正切rem(m,n)求正整数m和n的m/n之余数atanh(x)反双曲正切arctanhxround(x)对x四舍五入到最接近的整数10ceil(x)对x朝+∞方向取整sign(x)符号函数：求出x的符号conj(x)求复数x的共轭复数sin(x)正弦函数sinxcos(x)余弦函数cosxsinh(x)反双曲正弦arcsinxcosh(x)双曲余弦coshxsqrt(x)求实数x的平方根exp(x)指数函数extan(x)正切函数tanxfix(x)对x朝原点方向取整tanh(x)双曲正切tanhx例2计算5sin(),cos(),tan(),e,ln5333的值.输入：a=pi/3b=5sin(x)cos(x)tan(x)exp(b)log(b)输出结果：0.8660，0.5000，1.7321，148.4132，1.6094.例3设23(ln1)(x)54xxefxx，计算(3)f.输入：x=3;y=sqrt(x^3-5*x)+(log(x)+1)*exp(2*x)/4输出结果：y=215.1243.例4输入x=[-4.85-2.3-0.21.34.566.75]，则：ceil(x)=-4-20257fix(x)=-4-20146floor(x)=-5-3-1146round(x)=-5-201571.6注释和标点百分号后的所有文字为注释，不参与运算.如symsxy%定义符号变量x，y多条命令可以放在同一行，用逗号或分号分隔，逗号表示要显示该语句运行结果，分号表示不显示运行结果.如x=[2,3];y=[4,5];z1=x+y,z2=x'*y输出结果如下：z1=6811z2=8101215一条语句也可以写在多行，用三个点表示该语句未完，续在