第1章matlab概述

科学计算与仿真科学计算与仿真科学计算与仿真科学计算与仿真科学计算与仿真本章目标了解MATLAB的基本知识熟悉MATLAB的上机环境掌握利用MATLAB进行基本运算的方法初步具备将一般数学问题转化成对应的计算机模型并进行处理的能力主要内容1.1MATLAB简介1.2MATLAB的工作环境1.3基本运算功能1.4基本数据类型1.5数学函数1.1.1科学研究和工程实践中的计算问题简单问题：计算器或直接手工推导复杂问题：计算机编程1.1.2计算机编程高级编程语言Microsoft:VisualC++、VisualBasicBorland:Delphi、C++BuilderSun:Java科学计算软件工具MathWorks:MATLAB1.1.3MATLAB的发展1984年，MATLAB第1版(DOS版)1992年，MATLAB4.0版1994年，MATLAB4.2版1997年，MATLAB5.0版1999年，MATLAB5.3版2000年，MATLAB6.0版2001年，MATLAB6.1版2002年，MATLAB6.5版2004年，MATLAB7.0版1.1.4MATLAB的主要功能3．编程语言MATLAB具有程序结构控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特征，而且简单易学、编程效率高。4．MATLAB工具箱MATLAB包含两部分内容：基本部分和各种可选的工具箱。MATLAB工具箱分为两大类：功能性工具箱和学科性工具箱。MATLAB具有用法简单、灵活、结构性强、延展性好等优点，逐渐成为科技计算、视图交互系统和程序中的首选语言工具。功能强大的数值运算功能强大的图形处理能力高级但简单的程序环境丰富的工具箱与模块集易于扩充科研和工程技术人员的首选MATLAB模块化的设计和系统级的仿真1.1.6初识MATLAB例1-1绘制正弦曲线和余弦曲线。x=[0:0.5:360]*pi/180;plot(x,sin(x),x,cos(x));例1-2求方程3x4+7x3+9x2-23=0的全部根。p=[3,7,9,0,-23];%建立多项式系数向量x=roots(p);%求根例1-3求积分quad('x.*log(1+x)',0,1)例1-4求解线性方程组。2x-3y+z=4a=[2,-3,1;8,3,2;45,1,-9];8x+3y+2z=2解b=[4;2;17];45x+y-9z=17M=inv(a)*b其中M=[x;y;z]第二节MATLAB的工作环境MATLAB的工作环境主要有：命令窗口（CommandWindow）图形窗口（FigureWindow）文本编辑窗口（FileEditor）1.2.1主窗口在Window桌面上，双击MATLAB的图标，就可以进入matlab的工作环境：其左上视图为资源目录（LaunchPad），可切换为工作空间（Workspace）。1.2.1主窗口在Window桌面上，双击MATLAB的图标，就可以进入matlab的工作环境：其左下视图为历史命令（CommandHistory），可切换为当前目录（CurrentDirectory）。1.2.1主窗口在Window桌面上，双击MATLAB的图标，就可以进入matlab的工作环境：右半视窗为命令窗口（CommandWindow）。命令窗口是用户与matlab进行人机对话的主要环境。1.2.1主窗口主窗口MATLAB主窗口是MATLAB的主要工作界面。主窗口除了嵌入一些子窗口外，还主要包括菜单栏和工具栏。1．菜单栏在MATLAB主窗口的菜单栏，共包含File、Edit、View、Web、Window和Help6个菜单项。1.2.1主窗口(1)File菜单项：File菜单项实现有关文件的操作。(2)Edit菜单项：Edit菜单项用于命令窗口的编辑操作。(3)View菜单项：View菜单项用于设置MATLAB集成环境的显示方式。1.2.1主窗口(4)Web菜单项：Web菜单项用于设置MATLAB的Web操作。(5)Window菜单项：主窗口菜单栏上的Window菜单，只包含一个子菜单Closeall，用于关闭所有打开的编辑器窗口，包括M-file、Figure、Model和GUI窗口。(6)Help菜单项：Help菜单项用于提供帮助信息。1.2.1主窗口2．工具栏MATLAB6.5主窗口的工具栏共提供了10个命令按钮。这些命令按钮均有对应的菜单命令，但比菜单命令使用起来更快捷、方便。1.2.2命令窗口（CommandWindow）命令窗口命令窗口是MATLAB的主要交互窗口，用于输入命令并显示除图形以外的所有执行结果。MATLAB命令窗口中的“”为命令提示符，表示MATLAB正在处于准备状态。在命令提示符后键入命令并按下回车键后，MATLAB就会解释执行所输入的命令，并在命令后面给出计算结果。1.2.2命令窗口（CommandWindow）一般来说，一个命令行输入一条命令，命令行以回车结束。但一个命令行也可以输入若干条命令，各命令之间以逗号分隔，若前一命令后带有分号，则逗号可以省略。例如p=15,m=35p=15;m=35要注意，；的区别1.2.2命令窗口（CommandWindow）如果一个命令行很长，一个物理行之内写不下，可以在第一个物理行之后加上3个小黑点并按下回车键，然后接着下一个物理行继续写命令的其他部分。3个小黑点称为续行符，即把下面的物理行看作该行的逻辑继续。在MATLAB里，有很多的控制键和方向键可用于命令行的编辑。1.2.2命令窗口（CommandWindow）命令行编辑器（1）方向键和控制键可以编辑修改已输入的命令向上箭头：回调上一行命令向下箭头：回调下一行命令（2）命令窗口的分页输出moreoff：不允许分页moreon：允许分页more(n)：指定每页输出的行数回车前进一行，空格键显示下一页，q结束当前显示。（3）多行命令（…）如果命令语句超过一行或者太长希望分行输入，则可以使用多行命令继续输入。例：S=1-12+13+4+…9-4-18;1.2.3工作空间窗口工作空间窗口工作空间是MATLAB用于存储各种变量和结果的内存空间。在该窗口中显示工作空间中所有变量的名称、大小、字节数和变量类型说明，可对变量进行观察、编辑、保存和删除。1.2.3工作空间窗口1.2.4当前目录窗口和搜索路径当前目录窗口和搜索路径1．当前目录窗口当前目录是指MATLAB运行文件时的工作目录，只有在当前目录或搜索路径下的文件、函数可以被运行或调用。在当前目录窗口中可以显示或改变当前目录，还可以显示当前目录下的文件并提供搜索功能。将用户目录设置成当前目录也可使用cd命令。例如，将用户目录c:\mydir设置为当前目录，可在命令窗口输入命令：cdc:\mydir1.2.4当前目录窗口和搜索路径2．MATLAB的搜索路径当用户在MATLAB命令窗口输入一条命令后，MATLAB按照一定次序寻找相关的文件。基本的搜索过程是：(1)检查该命令是不是一个变量。(2)检查该命令是不是一个内部函数。(3)检查该命令是否当前目录下的M文件。(4)检查该命令是否MATLAB搜索路径中其他目录下的M文件。1.2.4当前目录窗口和搜索路径用户可以将自己的工作目录列入MATLAB搜索路径，从而将用户目录纳入MATLAB系统统一管理。设置搜索路径的方法有：(1)用path命令设置搜索路径。例如，将用户目录c:\mydir加到搜索路径下，可在命令窗口输入命令：path(path,’c:\mydir’)1.2.4当前目录窗口和搜索路径(2)用对话框设置搜索路径在MATLAB的File菜单中选SetPath命令或在命令窗口执行pathtool命令，将出现搜索路径设置对话框。通过AddFolder或AddwithSubfolder命令按钮将指定路径添加到搜索路径列表中。在修改完搜索路径后，则需要保存搜索路径。1.2.5命令历史记录窗口命令历史记录窗口在默认设置下，历史记录窗口中会自动保留自安装起所有用过的命令的历史记录，并且还标明了使用时间，从而方便用户查询。而且，通过双击命令可进行历史命令的再运行。如果要清除这些历史记录，可以选择Edit菜单中的ClearCommandHistory命令。1.2.6启动平台窗口和Start按钮启动平台窗口和Start按钮MATLAB6.5的启动平台窗口可以帮助用户方便地打开和调用MATLAB的各种程序、函数和帮助文件。MATLAB6.5主窗口左下角还有一个Start按钮，单击该按钮会弹出一个菜单，选择其中的命令可以执行MATLAB产品的各种工具，并且可以查阅MATLAB包含的各种资源。1.2.7MATLAB帮助系统1.2.7MATLAB帮助系统帮助命令MATLAB帮助命令包括help、lookfor以及模糊查询。1．help命令在MATLAB6.5命令窗口中直接输入help命令将会显示当前帮助系统中所包含的所有项目，即搜索路径中所有的目录名称。同样，可以通过help加函数名来显示该函数的帮助说明。1.2.7MATLAB帮助系统2．lookfor命令help命令只搜索出那些关键字完全匹配的结果，lookfor命令对搜索范围内的M文件进行关键字搜索，条件比较宽松。lookfor命令只对M文件的第一行进行关键字搜索。若在lookfor命令加上-all选项，则可对M文件进行全文搜索。1.2.7MATLAB帮助系统3．模糊查询MATLAB6.0以上的版本提供了一种类似模糊查询的命令查询方法，用户只需要输入命令的前几个字母，然后按Tab键，系统就会列出所有以这几个字母开头的命令。1.2.7MATLAB帮助系统演示系统在帮助窗口中选择演示系统(Demos)选项卡，然后在其中选择相应的演示模块，或者在命令窗口输入Demos，或者选择主窗口Help菜单中的Demos子菜单，打开演示系统。1.2.7MATLAB帮助系统远程帮助系统在MathWorks公司的主页()上可以找到很多有用的信息，国内的一些网站也有丰富的信息资源。MATLAB的基本运算可分为三类：算术运算关系运算逻辑运算使用变量来进行更复杂的问题求解a=15+20-50+3*9a=12b=30b=30c=a*bc=360d=a^3-b*cd=-9072逗号或分号的区别x=2,y=3%逗号隔开，屏幕有回显x=2y=3m=2;n=3;%分号隔开，无回显m%在提示符后直接输入变量名可查看变量的值m=2基本算术运算符例1-1求解算术表达式的值(12+2*(7-4))/3^3ans=0.6667format命令数值显示格式1.3.2关系运算关系运算的结果类型为逻辑量(0,1)x=2;x3ans=0x=2ans=11.3.3逻辑运算逻辑运算符用于将关系表达式或逻辑量连接起来，构成较复杂的逻辑表达式。逻辑表达式的值也是逻辑量。MATLAB数据类型数值逻辑字符串1.4.1数值类型分类方法一：双精度型（系统默认类型）单精度型带符号整数无符号整数分类方法二标量数组矩阵1.4.2字符串类型字符串：包含在一对单引号中的字符集合s='hello,MATLAB'%定义字符串变量ss=hello,MATLAB1.4.3变量和表达式变量的命名规则：变量名由字母、数字和下划线组成；变量名必须以字母打头；变量名中的英文字母大小写是有区别的；变量名的最大长度是有规定的不同版本的系统规定不同：19个字符、31或63个字符等可调用namelengthmax函数得到系统规定长度MATLAB系统的特殊变量和常数变量的使用clear%删除工作区中所有定义过的变量whos%查看当前工作区内变量信息，无显示表示没有定义的变量xy=1;yx=2;%对变量赋值