昆明理工大学matlab简介

第一章MATLAB简介在欧美各高等院校，Matlab已经成为线性代数、数值分析、数理统计、自动控制理论、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真、图像处理等课程的基本教学工具，已成为大学生必须掌握的基本技能之一。Matlab功能强大、简单易学、编程效率高，深受广大科技工作者的欢迎。Matlab是一种广泛应用于工程计算及数值分析领域的新型高级语言，自1984年推向市场以来，历经二十多年的发展与竞争，现已成为国际公认的最优秀的工程应用开发环境。MATLAB简介Matlab:MatrixLaboratory矩阵实验室Matlab的发展1980年，Moler教授用Fortran语言编写了集命令翻译、科学计算于一身的一套交互式软件系统。1984年，Moler等成立了TheMathWorks的公司，用C语言完全改写Matlab，并推出第一个商业版。增添图形图像处理、符号运算、以及与其他流行软件的接口功能，使得Matlab的功能越来越强大。到九十年代，在国际上30几个数学类科技应用软件中，Matlab在数值计算方面独占鳌头。MATLAB简介目前，Matlab已成为世界顶尖的数学应用软件，以其强大的工程计算、算法研究、工程绘图、应用程序开发、数据分析和动态仿真等功能，在航空航天、机械制造和工程建筑等领域发挥着越来越重要的作用。就影响而言，至今仍然没有一个别的计算软件可与Matlab匹敌。Matlab的发行1984年，Matlab1.0（DOS版，182K，20多个函数）1992年，Matlab4.0（93年推出Windows版，加入simulink）1994年，Matlab4.2（得到广泛重视和应用）1999年，Matlab5.3（真正实现32位运算）2002年，Matlab6.5（采用JIT加速器）2004年，Matlab7.0自2006年起，Matlab每年更新两次MATLAB简介Matlab具有很强的数值计算功能Matlab以矩阵作为数据操作的基本单位，但无需预先指定矩阵维数（动态定维）按照IEEE的数值计算标准进行计算提供十分丰富的数值计算函数，方便计算，提高效率Matlab命令与数学中的符号、公式非常接近，可读性强，容易掌握Matlab是一个交互式软件系统输入一条命令，立即就可以得出该命令的结果MATLAB的特点与功能Matlab符号计算功能Matlab和著名的符号计算语言Maple相结合Matlab的编程功能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。通过Matlab进行编程完成特定的任务Matlab的绘图功能Matlab提供丰富的绘图命令，很方便实现数据的可视化MATLAB的特点与功能Matlab丰富的工具箱（toolbox）根据专门领域中的特殊需要而设计的各种可选工具箱Matlab的Simulink动态仿真集成环境提供建立系统模型、选择仿真参数和数值算法、启动仿真程序对该系统进行仿真、设置不同的输出方式来观察仿真结果等功能SymbolicMathPDE()OptimizationSignalprocessImageProcessStatisticsControlSystemSystemIdentification……MATLAB的特点与功能MATLAB的产品体系MATLAB产品由若干个模块组成，不同的模块完成不同的功能，其中有*MATLAB（核心结构，编程基础）；*MATLABToolboxes（针对应用领域）；*MATLABCompiler（应用程序接口）；*Simulink（控制系统仿真）；*其他安装MATLAB后，在安装目录下将包含如下文件夹。MATLAB的目录结构续表MATLAB的桌面工作环境1）历史命令窗口(CommandHistory)2）命令行窗口(CommandWindow)3）当前目录浏览器(CurrentDirectoryBrowser)、4）工作空间浏览器(WorkspaceBrowser)、5）数组编辑器(ArrayEditor)、6）M文件编辑器/调试器(Editor/Debugger)、7）超文本帮助浏览器(HelpNavigator/Browser)，Matlab的工作界面命令窗口当前工作目录当前工作空间输入命令的历史记录命令提示符MATLAB的通用命令1．常用命令2．输入内容的编辑3．标点4．搜索路径与扩展通用命令是MATLAB中经常使用的一组命令，这些命令可以用来管理目录、函数、变量、工作空间、文件和窗口等。1．常用命令常用命令的功能2．输入内容的编辑在命令窗口中，MATLAB提供了控制光标位置和进行简单编辑的键盘按键，部分常用的键盘按键及其功能如下表所示。3．标点在MATLAB中，一些标点符号被赋予了特殊的功能，如下表所示。搜索路径问题：调用一个函数，本质上是调用相关的Matlab文件，Matlab是如何搜索到相对应的文件呢？--搜索路径机制。当执行某个MATLAB指令时，系统将按照以下的顺序搜索该指令：4．搜索路径与扩展*首先判断该指令是否为变量。*然后判断该指令是否为内建的函数。*接着在当前的路径下搜索是否存在该指令文件。*最后从搜索路径中依次搜索该文件直到找到第一个符合要求的M文件为止。*若上述的搜索都没有找到该指令，则报告错误信息。MATLAB按照上面的顺序来判断指令的执行，并且仅执行第一个符合条件的指令。（1）查看MATLAB的搜索路径选择MATLAB主窗口中的【File】|【SetPath】菜单，进入【设置搜索路径】对话框。通过该对话框可为MATLAB添加或删除搜索路径。在命令窗口中输入path或genpath可得到MATLAB的所有搜索路径，具体代码如下：（2）设置MATLAB的搜索路径方法一：在MATLAB命令窗口中输入editpath或pathtool命令或通过【File】|【SetPath】菜单，进入“设置搜索路径”对话框，通过该对话框编辑搜索路径。方法二：在命令窗口执行“path(path,‘D:\Study’)”，然后通过“设置搜索路径”对话框查看“D:\Study”是否在搜索路径中。方法三：在命令窗口执行“addpathD:\Study-end”，将新的目录加到整个搜索路径的末尾。如果将end改为begin，可以将新的目录加到整个搜索路径的开始。MATLAB的帮助系统1．命令窗口查询帮助系统2．联机帮助系统3．联机演示系统1．命令窗口查询帮助系统常见的帮助命令2．联机帮助系统用户可以通过下述方法进入MATLAB的联机帮助系统。直接单击MATLAB主窗口中的“”按钮；选中Help菜单的前4项中的任意一项；在命令窗口中执行helpwin、helpdesk或doc。3．联机演示系统可以通过以下方式打开联机演示统。选择MATLAB主窗口菜单的【Help】|【Demos】选项；在命令窗口输入demos；直接在帮助页面上选择Demos页。MATLAB语言基础•介绍MATLAB语言的常量与变量及其使用，MATLAB语言的运算符，MATLAB语言的数据类型与基本语句结构。与读者所熟悉的其它计算机语言一样，这些内容是需要熟练掌握的。MATLAB语言的常量MATLAB允许使用各种特殊变量和常量。实际编程时，这些特殊变量和常量可以直接使用。表2.1g列出了常用的一些量。更详细的特殊变量、常量及特定函数在matlab/elmat目录下，并提供有详尽的帮助文档。2.1.1MATLAB语言的常量表2.1MATLAB的部分特殊变量和常量特殊变量和常量说明ans如果没指定输出到一个变量，系统自动创建ans，存储输出结果eps机器的浮点运算误差限，即相对精度piπ，3.1415926535897....，返回圆周率的近似值i,j基础的虚数单元inf返回IEEE算法的正无穷大量，如n/0即产生inf(其中n为实数)NaNNot-a-Number，返回IEEE算法的非数值，如0/0或inf/inf，关于NaN的算术运算等computer识别MATLAB运行的计算机类型versionMATLAB版本intmax所用机器能表示的最大整数intmin所用机器能表示的最小整数realmax所用机器能表示的最大正浮点数realmin所用机器能表示的最小正浮点数MATLAB语言的变量MATLAB变量不需申明和指定类型即可使用。变量名由一个英文字母引导，后可接英文字母、数字和下划线3种字符。最长不超过n个字符，n可由namelengthmax查看。(显示64个)MATLAB语言的变量如超过则只前n个字符有效。需要注意的是MATLAB变量名区分大小写。依此，Aanda就应该是2个不同的变量名。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xy%查看变量xy的当前数值xy=1whosNameSizeBytesClassxy1x18doublearrayyx1x18doublearrayGrandtotalis2elementsusing16bytesclearxyyx%删除变量xy及yxwhosxy%这时变量xy已经不存在了???Undefinedfunctionorvariable'xy'.2.2MATLAB语言的运算符•类似于其它语言如C语言，MATLAB也有不同运算符。以下各表分类列出这些运算符。有关其具体使用在下章中介绍。2.2.1算术运算符运算符意义运算符意义+矩阵/数组相加'矩阵转置。对复数矩阵，A'是共轭转置-矩阵/数组相减.'数组转置。对复数矩阵，A.'不是共轭转置*矩阵乘.*数组乘^矩阵幂.^数组乘方\矩阵左除.\数组左除/矩阵右除./数组右除•算术运算符用来处理2个运算元之间的数学运算。算术运算符及其意义如表2.2所列。基本数学函数类型函数含义三角函数sin(x)正弦值asin(x)反正弦值cos(x)余弦值acos(x)反余弦值tan(x)正切指数函数exp(x)指数运算log(x)自然对数sqrt(x)求平方根复数函数abs(x)求绝对值imag(x)取出复数的虚部real(x)取出复数的实部conj(x)复数共轭数论函数round(x)四舍五入mod(x,y)求余数lcm(x,y)整数x和y的最小公倍数gcd(x,y)整数x和y的最大公约数2.3.1算数运算符在MATLAB中，算数运算符的用法和功能如下表所示。续表补充说明A^B的用法如下：当A和B都为矩阵时，此运算无定义；当A和B都是标量时，表示标量A的B次幂；当A是标量且B为矩阵时，…当A为方阵且B为正整数时，表示矩阵A的B次乘积；当A为方阵且B为负整数时，表示矩阵A逆的负B次乘积；当A为可对角化的方阵且B为非整数时，有如下表达式：关系运算符关系运算符用来比较2个运算元之间的关系。关系运算符及其意义如表2.3所列。运算符意义运算符意义小于=小于等于大于=大于等于==相等~=不相等表2.3关系运算符及其意义逻辑运算符逻辑运算符及相关函数是处理2个运算元之间的逻辑关系。逻辑运算符及其意义如表2.4所列。＆与｜或~非表2.4逻辑运算符及其意义还有一些相关逻辑函数如xor（），all（），any（）等。使用起来十分方便。数据类型概述•表2.5列出MATLAB语言的数据类型。这些数据类型都是数组格式的。为保证较高的计算精度，MATLAB中最常用的数据类型是双精度浮点型double和字符类型char。此外，MATLAB提供的符号运算符还支持符号变量的使用，符号数据类型在符号运算中有重要的意义。数据类型概述charCharacterarrayint88-bitsignedintegerarrayuint88-bitunsignedintegerarrayint1616-bitsignedintegerarrayuint1616-bitunsignedintegerar