第一章MATLAB基础.

第一章MATLAB基础主要内容1．1MATLAB简介1．2MATLAB的安装和使用1．3MATLAB的工作空间1．4MATLAB的帮助系统1．5MATLAB平台的系统设置1．6MATLAB编程基础1.1MATLAB简介一、MATLAB的发展历程1980年前后，美国的CleveMoler教授构思并开发了MATLAB。MATLAB是Matrix和Laboratory两词的前三个字母组合；早期的MATLAB是用Fortran语言编写的，集命令翻译、科学计算于一身的交互式软件系统。它只能作矩阵运算，绘图也只能用及其原始的方法，内部函数也只提供了几十个。交互式语言，是指人们给出一条命令，立即就可以得出该命令的结果。该语言无需像C和Fortran语言那样，首先要求使用者去编写源程序，然后对之进行编译、连接，最终形成可执行文件。1.1MATLAB简介1984年，CleveMoler和JohnLittle等人成立了MathWorks的公司，正式将MATLAB推向市场。这时，MATLAB的内核采用C语言编写，除了原有的数值计算能力外，还增加了丰富多彩的图形图像处理、多媒体功能、符号运算和它与其他流行软件的接口功能，使得MATLAB的功能越来越强大。1993年，MathWorks公司于推出了具有划时代意义的基于Windows平台的MATLAB4.0版本；1994年推出的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；1.1MATLAB简介1997年推出了MATLAB5.0版，定义了更多的数据结构，如单元数据、数据结构体、多维矩阵、对象与类等，使其更方便编程；1999年初推出的MATLAB5.3版；2000年10月底推出了其全新的MATLAB6.0正式版，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；2007年秋天发布了MATLAB7.4版本，该版本对以前版本的很多模块做了升级改进，使网络程序员可以通过C#，VB.net等语言使用MATLAB。1.1MATLAB简介二、MATLAB平台的组成Matlab语言Matlab是一种高级编程语言，它提供了多种数据类型、丰富的运算符和程序控制语句供用户适用。用户可以根据需求，按照Matlab语言的约定，编程完成特定的工作。Matlab集成工作环境Matlab集成工作环境包括程序编辑器、变量查看器、系统仿真器和帮助系统等。用户在集成工作环境中可以完成程序的编辑、运行和调试，输出和打印程序的运行结果。1.1MATLAB简介MATLAB图形系统用MATLAB的句柄图形，可以实现二维、三维数据的可视化、图像处理，也可以完全或局部修改图形窗口，还可以方便的设计图形界面。Matlab数学函数库Matlab提供了丰富的数值计算函数库，既包括常用的数学函数，又包含了各个专业领域独有的数值计算实现，用户可以通过简单的函数调用就完成复杂的数学计算任务。Matlab编译器通过编译器，可以将用Matlab语言编写的程序编译成脱离Matlab环境的C源代码、动态连接库或者可以独立运行的可执行文件。1.1MATLAB简介Notetbook工具Notebook能够使用户在Word环境中使用MATLAB的各种资源，为用户营造容文字处理、科学计算、工程设计于一体的完美的工作环境。用Notebook制作的M-Book文档不仅拥有Word的全部字处理功能，而且具备MATLAB的数学运算能力和计算结果可视化的能力。SIMULINK交互式仿真环境通过交互式的仿真环境SIMULINK，用户可以采用图形化的数学模型，完成对各类系统的模型建立和系统仿真，仿真结果也能够以直观的图形方式显示。SIMULINK可以接受用户的键盘鼠标输入，也可以通过程序语句来实现数据交换，应用方便灵活。1.1MATLAB简介应用程序接口API这是Matlab的应用程序接口，它提供了Matlab和C语言、Fortran语言之间的接口程序库，使用户可以在C、Fortran程序里调用Matlab程序。（系统辨识工具箱）、RobustControl（鲁棒控制工具箱）、Optimization（最优化工具箱）等。Matlab包含了各种可选工具箱。工具箱是由各个领域的高水平专家编写的，所以用户不必编写该领域的基础程序就可以直接进行更高层次的研究。例如：控制领域可以使用的工具箱就有ControlSystem（控制工具箱）、SystemIdentificationMATLAB工具箱1.1MATLAB简介1．语言简洁紧凑，语法限制不严格，程序设计自由度大，使用方便灵活。Matlab语言不用先定义或声明变量就可以使用它们；Matlab程序的书写格式自由；数据的输入、输出语句简洁，很短的代码就可以完成其它语言要经过大量代码才能完成的复杂工作。例如：A=[123;456;789]一条语句实现了对3x3矩阵的输入。三、MATLAB语言的特点2．数值算法稳定可靠，库函数十分丰富。Matlab具有强大的数值计算能力，它提供的众多数学计算的函数调用方便，稳定可靠。例如：e=eig(A)%求矩阵A的特征值[L,U]=lu(A)%求矩阵A的LU分解，polyder(b)%求多项式b的微分1.1MATLAB简介3．运算符丰富。Matlab是用C语言编写的，所以Matlab提供了和C语言几乎一样多的丰富的运算符，而且还重载了一些运算符，给它们赋予了新的含义。例如：C=A*B%矩阵的乘法B=C’%求矩阵C的共轭复转置x=A\b%求Ax＝b的最小二乘解4．Matlab既具有结构化的控制语句（if、for、while），又支持面向对象的程序设计。5．程序的可移植性好。Matlab程序几乎不用修改就可以移植到其它的机型和操作系统中运行。1.1MATLAB简介6．MATLAB的图形功能强大，支持数据的可视化操作，方便的显示程序的运行结果。7．源程序的开发性，系统的可扩充能力强。除了内部函数外，所有的MATLAB核心文件和工具箱文件都提供了MATLAB源文件，用户可通过对源文件的修改生成自己所需要的工具箱。MATLAB程序不用编译生成可执行文件就可以运行，程序执行速度较慢，而且无法脱离MATLAB环境运行，这是MATLAB的缺点。MATLAB的编程效率远远高于一般的高级语言，这使我们可以把大量的时间花费在对控制系统的算法研究上，而不是浪费在大量的基础代码上，这是MATLAB能够被广泛应用于科学计算和系统仿真的主要原因。8．MATLAB是解释执行语言。1.2MATLAB的安装和使用一、MATLAB的安装(1)将安装盘放入光驱中，找到setup.exe文件，双击它开始安装（或机器自动执行安装文件）。(2)安装过程中，用户按照向导的提示进行操作即可，其中比较重要的输入和选项包括：授权序列号需要输入软件供应商提供的授权序列号才能继续完成安装工作。安装路径根据磁盘的规划情况，输入MATLAB要安装到的磁盘和路径，建议安装在非系统盘。1.2MATLAB的安装和使用工具箱选择MATLAB包含大量的工具箱，磁盘空间足够时，建议完全安装；若磁盘空间有限，可只选择安装通用工具箱和与自己专业相关的工具箱。常用的通用工具包有：MATLAB核心组件，必须选择SIMULINK交互式仿真工具，采用方框图方式建模和仿真SymbolicMath符号计算工具Optimization优化程序MatlabCompilerMatlab的m文件编译成dll或者exe文件MatlabC/C++MathLibrary供C/C++调用的Matlab数学函数库MatlabC/C++GrahpicLibrary供C/C++调用的Matlab图形函数库1.2MATLAB的安装和使用(3)安装完毕。桌面上将形成如图所示的图标。图1.1MATLAB应用程序图标二、MATLAB操作桌面（MatlabDesktop）双击MATLAB应用程序图标就可以启动MATLAB操作桌面，MATLAB操作桌面是管理MATLAB其他窗口的主窗口。根据用户对MATLAB的设置不同，MATLAB的有些窗口可见，有些则不可见。MATLAB中常用到的一些窗口包括：命令窗口、历史命令窗口、当前目录浏览器窗口、工作空间浏览器窗口、编辑器窗口、帮助浏览器窗口。MATLAB操作桌面默认的外观如图所示：1.2MATLAB的安装和使用历史命令窗口工作空间浏览器当前目录浏览器命令窗口点击使命令窗口成为一个单独的窗口提示符1.2MATLAB的安装和使用命令窗口（CommandWindow）命令窗口是用户和MATLAB系统交互的主要窗口。在该窗口中，可以执行Matlab语句、函数、命令和程序，也可以执行外部应用程序（外壳程序），同时还能显示程序的运行结果。在提示符后可以输入要执行的命令，用【回车】按键确认后，输入的命令就会被执行。MATLAB的特殊的功能键调出上一个（历史）命令行调出下一个命令行Esc恢复命令输入的空白状态当输入命令的语句过长，需要两行或多行才能输入，则要使用“…”作连接符号，按回车键(Enter)转入下一行继续输入。例1.2.11.2MATLAB的安装和使用历史命令窗口记录了用户在Matlab命令窗口中所有输入过的指令行，包括以前启动Matlab时所输入的指令。历史命令窗口（CommandHistoryWindow）将指令保存为M文件。通过鼠标右键菜单的【CreateM-File】选项来实现。历史命令窗口中，用户可以进行如下操作：单行或者多行指令的复制。用鼠标点亮需要复制的指令，在鼠标右键菜单中选择【Copy】选项。单行指令的在运行。用鼠标左键双击要运行的指令。多行指令的再运行。用鼠标点亮要运行的多行指令，然后在鼠标右键菜单中选择【EvaluateSelection】即可按顺序运行点亮的多行指令。1.2MATLAB的安装和使用当前目录浏览器（CurrentDirectoryBrowser）当前目录浏览器的左上角的编辑框内的路径表示的是当前路径，Matlab搜索/保存/打开文件，首先要在当前目录中查找相关文件。当前目录浏览器可以进行如下操作：修改当前路径；打开在当前路径中的Matlab文件；文件管理。工作空间浏览器（Workspace）工作空间浏览器用来查看Matlab环境中的变量情况此外，通过MATLAB操作桌面的菜单命令还可以管理编辑器窗口和帮助浏览器窗口1.2MATLAB的安装和使用M文件编辑器/调试器（Editor/Debugger）Matlab内置了程序的编辑/调试器，在编辑/调试器里可以建立、编辑、存储M文件，可以运行、调试（断点、单步、跟踪、查看）程序，其使用方法和TurboC等编程平台的集成环境类似。可以通过【File】菜单选项来打开。帮助导航(HelpNavigator)帮助导航是Matlab的帮助交互系统，用户可以用帮助导航来查找到相关主题的帮助内容。可以用F1或者菜单选项来打开。1.3MATLAB的工作空间一、工作空间工作空间（Workspace）指运行MATLAB的程序或命令所生成的所有变量和MATLAB提供的常量构成的空间，是一个比较抽象的概念。启动MATLAB后，会自动建立一个工作空间，在MATLAB运行期间它一直存在，关闭MATLAB后自动消失。刚打开的工作空间中只有MATLAB提供的几个常量，如pi、虚数单位i，j等。随着MATLAB程序的运行，程序中的变量被加入到工作空间中。除非用特殊的命令删除某变量，否则该变量在关闭MATLAB之前一直存在。用户可以使用工作空间在多个MATLAB应用程序中传递数据，也可以随时查看变量名及变量的值。1.3MATLAB的工作空间二、内存变量的查阅和删除使用Matlab指令查看和删除内存变量who%查看工作空间中变量的名字whos%查看工作空间中变量的详细信息clear%删除工作空间中的所有变量clearv1v2vn%删除变量v1，v2和vnlength(v)%求取变量的长度，返回最大维数size(v)%变量的