matlab第一章

《MATLAB程序设计与应用》讲授:刘元坤四川大学电子信息学院2009.22本课程选用的教材MATLAB程序设计与应用（第二版）刘卫国高等教育出版社2006.73参考书：陈怀琛，MATLAB及在电子信息课程中的应用，2002年徐飞，MATLAB应用图像处理，2002年张志勇，精通MATLAB5.3.北京：北京航空航天大学．2000作业递交课堂作业，拖延一周视为未交当次作业；作业可以发EMAIL：[e-mail]，其中主题词必须是“MATLAB程序设计与应用作业”，作业以附件形式邮寄，正文中必须包含作业名称、递交者。不符合规范的邮件将视该次作业未交。文件格式包括m文件、txt文件、word文件或图片文件。一旦发现作业有较严重的抄袭现象，则抄袭者和被抄袭者均视为未交当次作业。作业字迹要清楚，计算过程要详细。如果作业的解法给出多种，可以加分。作为当今全世界最流行的第四代计算机语言—MATLAB系统，由于它在航空航天、生物医学、物理学、通信、DSP、数值计算、网络控制、自动控制、图形图象处理、生命科学、系统建模仿真、财务、电子商务、数据分析等不同领域的广泛应用以及它自身所具备的独特优势，目前MATLAB已极大地被自然科学、管理科学、工程技术以及教育界所关注。前言6A数值计算数值计算方法，是一种研究并解决数学问题的数值近似解方法，是在计算机上使用的解数学问题的方法，简称计算方法。计算方法既有数学类课程中理论上的抽象性和严谨性，又有实用性和实验性的技术特征，计算方法是一门理论性和实践性都很强的学科。在70年代，大多数学校仅在数学系的计算数学专业和计算机系开设计算方法这门课程。随着计算机技术的迅速发展和普及，现在计算方法课程几乎已成为所有理工科学生的必修课程。计算方法的计算对象是微积分，线性代数，常微分方程中的数学问题。内容包括：插值和拟合、数值微分和数值积分、求解线性方程组的直接法和迭代法、计算矩阵特征值和特征向量和常微分方程数值解等问题。7数值积分quad数值微分diff，gradient曲线拟合poly最优化问题求解fzero，fimnbnd常微分方程数值求解ode23A数值计算8曲线拟合9曲线拟合例：x=0:0.1:1;y=[-.447,1.978,3.28,6.16,7.08,7.34,7.66,9.56,9.48,9.30,11.2];a1=polyfit(x,y,1)；xi=linspace(0,1)yi1=polyval(a1,xi);plot(x,y,’o’,xi,yi1,’b’)10B图像处理图像处理一般指数字图像处理。数字图像是指用数字摄像机、扫描仪等设备经过采样和数字化得到的一个大的二维数组，该数组的元素称为像素，其值为一整数，称为灰度值。图像处理技术的主要内容包括图像压缩，增强和复原，匹配、描述和识别3个部分。11B图像处理直方图均衡化histeq平滑滤波器filter2边缘检测edge形态学：膨胀与腐蚀imerode，imdilate12边缘检测13Log算子——拉普拉斯算子edge(I,’log’,[],4)edge(I,’log)14仿真的出现工程设计中常用的研究方法1、建立精确数学模型求解如对于二阶电路求解输出电压（阶跃响应）。光学图像的相关识别等2、实验法对于各种系统都可以采用实验研究的方法。3、仿真在模型上所进行的系统性能分析与研究的方法。C系统建模与仿真15和本学院相关的仿真内容1、电磁场的仿真。2、光波传播过程的仿真。3、信息光学中4f系统、阿贝成像原理、图像的相关识别、配备滤波器的仿真等。4、通信中的仿真5、电路系统的仿真等等第一章Matlab系统环境第一节MATLAB概貌一、Mathworks公司简介1.创建于1984年(1)Fortran子程序库。(2)简单矩阵计算。(3)矩阵运算/线性代数。(4)数值分析。EISPACKLINPACFortranMATLABTheMathWorksMATLABMATLABTechnicalComputingEnviroment197719801985200017二、MATLAB的主要特点：功能强大，适用范围广泛；界面友好，用户使用方便；语句简单、内涵丰富；强大方便的图形功能；功能齐备的软件工具包。扩充能力强(M；Mex)；18二、MATLAB的主要特点：功能强大，适用范围广泛；界面友好，用户使用方便；语句简单、内涵丰富；强大方便的图形功能；功能齐备的软件工具包。扩充能力强(M；Mex)；19适用范围广泛航空航天/国防工业汽车工业电信行业计算机外设开发教育科学研究金融财务管理科学20二、MATLAB的主要特点：功能强大，适用范围广泛；界面友好，用户使用方便；语句简单、内涵丰富；强大方便的图形功能；功能齐备的软件工具包。扩充能力强(M；Mex)；21界面友好、用户使用方便A、MATLAB具有良好的用户界面与易学易用的帮助系统(help)。B、MATLAB程序设计语言把编辑、编译、连接、执行、调试等多个步骤融为一体。C、MATLAB语言可设置中断点，存储多个中间结果，除此以外，它还可以进行跟踪调试。D、MATLAB里既可执行程序（M文件），又可通过人机对话，调用不同的库函数（子程序）方便快速地达到用户自己的目的，以实验MATLAB的交互功能。E、MATLAB是演算纸式的科学工程计算语言。22二、MATLAB的主要特点：功能强大，适用范围广泛；界面友好，用户使用方便；语句简单、内涵丰富；强大方便的图形功能；功能齐备的软件工具包。扩充能力强(M；Mex)；23语言简单，内涵丰富变量名列表=表达式[a,b,c,……]=fun(d,e,f,……)x=-2*pi:pi/180:2*pi;plot(x,2.^(-abs(x)),’:’,x,sin(x));24二、MATLAB的主要特点：功能强大，适用范围广泛；界面友好，用户使用方便；语句简单、内涵丰富；强大方便的图形功能；功能齐备的软件工具包。扩充能力强(M；Mex)；25强大方便的图形功能1、绘制二维、三维曲线并对平面或空间多边形填充；2、绘制三维曲面并对其进行复杂操作；3、通过开关参数实现曲面的透明、消隐；4、利用缩放功能对图形的局部位置取景放大；5、调整观察与方位角考察空间曲面的不同侧面；6、用光照效果对曲面进行明暗处理以增强其立体感。26二、MATLAB的主要特点：功能强大，适用范围广泛；界面友好，用户使用方便；语句简单、内涵丰富；强大方便的图形功能；功能齐备的软件工具包。扩充能力强(M；Mex)；27功能齐备的软件工具包ControlSystemsToolbox：控制系统工具箱SignalProcessingToolbox:信号处理工具箱OptimizationToolbox:最优化工具箱NeuralNetworkToolbox：神经网络工具箱FinancialToolbox：金融工具箱StatisticsToolbox：统计学工具箱28二、MATLAB的主要特点：功能强大，适用范围广泛；界面友好，用户使用方便；语句简单、内涵丰富；强大方便的图形功能；功能齐备的软件工具包。扩充能力强(M；Mex)；291.2.1MATLAB的安装•参阅Help的MATLABInstallationGuideforWindows•PersonalLicensePassword(PLP)•SystemRequirements•Who:Specifyyourname,yourcompanyname,andyourlicenseinformation(PLP)•What:Selecttheproductsanddocumentationyouwanttoinstall•Where:ChoosethedirectoryinwhichyouwanttoinstalltheMathWorksproducts30Step1:StarttheInstallerStep2:EnterYourPersonalLicensePassword(PLP)Step3:ReviewtheSoftwareLicensingAgreementclickYesStep4:EnterYourNameandCompanyNameStep5:SelecttheProductsYouWanttoInstall】3132TheMATLAB的5个部分MATLAB环境：MATLAB数学函数库.MATLAB语言MATLAB强大的绘图功能：TheMATLAB与其它程序的接口331.3MATLAB操作界面MATLAB的主窗口命令窗口工作空间窗口当前目录窗口和搜索路径命令历史记录窗口上述5种窗口合起来又可称为：MATLAB桌面(MATLABDesktop)。34MATLAB桌面(MATLABDesktop)35MATLAB桌面(MATLABDesktop)36命令窗口(CommandWindow)在命令窗口内执行的MATLAB主要操作有：运行函数和输入变量；控制输入和输出；执行程序，包括M文件和外部程序；保存一段日志；打开或关闭其他应用窗口，以及各应用窗口的参数选择。命令窗口中可直接运行MATLAB函数，而这些函数往往又和MATLAB命令直接联系。37历史命令（CommandHistory）38组件平台（LaunchPad）MATLAB6.x后具有组件平台窗口，其中提供了用户在机器中已经安装的所有MATLAB工具包、演示及帮助信息的目录。39工作空间（Workplace）工作空间窗口以列表形式显示了MATLAB工作区中当前所有变量的名称及其属性，属性中包括了变量的类型、长度及其占用空间大小。工作空间由运行MATLAB的程序或命令所生成的所有变量和MATLAB本身提供的常量构成。早期版本是在命令窗口中键入who查看变量名，或者键入whos命令查看变量名、变量大小和数据类型等内容。40当前目录(CurrentDirectory)当前目录窗口中显示了MATLAB当前工作目录下的所有文件夹与文件，以便用户对当前目录下的文件进行管理。41MATLAB特色举例例1：矩阵生成与运算金庸作品中的一个“数学问题”,该问题用半数学语言描述就是：如何生成一个3x3矩阵,并将自然数1,2,...,9分别置成这9个矩阵元素，才能使得每一行、每一列、且主、反对角线上元素相加都等于一个相同的数。A=magic(3)如果想求出矩阵的行列式和特征值，可以用det(A)eig(A)42例2考虑一个二元函数，如何用三维图形的方式表现出这个曲面？222222)1(31535)1(2)(10)1(3yxyxxyxeeyxexz[x,y]=meshgrid(-3:1/8:3);z=3*(1-x).^2.*exp(-(x.^2)-(y+1).^2)-10*(x/5-x.^3-y.^5)....*exp(-x.^2-y.^2)-1/3*exp(-(x+1).^2-y.^2);surf(x,y,z)43例3微分方程的数值解法。著名的Lorenz模型（蝴蝶效应）44求解该微分方程，绘制出时间曲线与相空间曲线，如下所示。t_final=100;x0=[0;0;1e-10];[t,x]=ode45('lorenzeq',[0,t_final],x0);plot(t,x),figure;plot3(x(:,1),x(:,2),x(:,3));axis([1040-2020-2020]);描述微分方程：functionxdot=lorenzeq(t,x)xdot=[-8/3*x(1)+x(2)*x(3);-10*x(2)+10*x(3);-x(1)*x(2)+28*x(2)-x(3)];45MATLAB的几个DEMOToolboxescontrolsystemint