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第1章MATLAB入门MATLAB是一种功能非常强大的科学计算软件。在正式使用MATLAB之前，应该对它有一个整体的认识。本章主要介绍了MATLAB的发展历程、MATLAB的应用及其使用方法。同时对MATLAB的用户界面进行简单介绍，让读者对MATLAB有基本的了解，为后面介绍具体的功能打下基础。1.1MATLAB中的科学计算概述MATLAB是MatrixLaboratory（矩阵实验室）的缩写。它是以线性代数软件包LINPACK和特征值计算软件包EISPACK中的子程序为基础发展起来的一种开放式程序设计语言，是一种高性能的工程计算语言，其基本的数据单位是没有维数限制的矩阵。1.1.1MATLAB的发展历程20世纪70年代中期，CleveMoler博士及其同事开发了调用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序库。70年代后期,CleveMoler教授设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序的“通俗易用”的接口，此即用FORTRAN编写的萌芽状态的MATLAB。1983-2006年间相继发布了多个版本的MATLAB。2016年3月，MathWorks正式发布了R2016a版MATLAB和Simulink产品系列的Release2016（R2016）版本。1.1.2MATLAB的应用其典型的应用主要包括如下8个方面数值分析和计算算法开发数据采集系统建模、仿真和原型化数据分析、探索和可视化工程和科学绘图数字图像处理应用软件开发，包括图形用户界面的建立1.1.3MATLAB的特点MATLAB的一个重要特色是它具有一系列称为工具箱（Toolbox）的特殊应用子程序。工具箱是MATLAB函数的子程序库，可以分为功能性工具箱和学科性工具箱。所有MATLAB核心文件和各种工具箱文件都是可读可修改的源文件，用户可通过对源程序进行修改或加入自己编写的程序来构造新的专用工具箱。MATLABCompiler是一种编译工具，它能够将MATLAB编写的函数文件生成函数库或可执行文件COM组件等，以提供给其他高级语言如C++、C#等进行调用，由此扩展MATLAB的应用范围。Simulink是基于MATLAB的可视化设计环境，可以用来对各种系统进行建模、分析和仿真。1.1.4MATLAB系统MATLAB系统主要包括以下5个部分桌面数学函数库工具和开发环境语言图形处理外部接口1.2MATLAB2016的用户界面MATLAB2016的工作界面主要由标题栏、菜单栏、工具栏、当前工作目录窗口、命令窗口、工作空间管理窗口和历史命令窗口等组成。1.2.1标题栏MATLAB最新版本为2016版，在用户界面左上角显示标题栏，如图所示。在用户界面右上角显示三个图标，其中，单击按钮，将最小化显示工作界面；单击按钮，最大化显示工作界面，单击按钮，关闭工作界面。在命令窗口中输入“exit”或“quit”命令，或使用快捷键Alt+F4，同样可以关闭MATLAB。1.2.2功能区MATLAB2016将所有的功能命令分类别放置在三个选项卡中，下面分别介绍这3个选项卡。“主页”选项卡：单击标题栏下方的“主页”选项卡，显示基本的“新建脚本”“新建变量”等命令。“绘图”选项卡：单击标题栏下方的“绘图”选项卡，显示关于图形绘制的编辑命令。“应用程序”选项卡：单击标题栏下方的“应用程序”选项卡，显示多种应用程序命令，如图所示。1.2.3工具栏：新建或打开一个M文件。：剪切、复制或粘贴已选中的对象。：撤销或恢复上一次操作。：打开Simulink主窗口。：打开用户界面设计窗口。：打开代码分析器主窗口。：打开MATLAB帮助系统。：当前路径设置栏。1.2.4命令窗口1．基本界面MATLAB命令窗的基本表现形态和操作方式如图所示，在该窗口中可以进行各种计算操作，也可以使用命令打开各种MATLAB工具，还可以查看各种命令的帮助说明等。1.2.4命令窗口2．基本操作在命令窗口的右上角，用户可以单击相应的按钮进行最大化、还原或关闭窗口。单击右上角的按钮，出现一个下拉菜单，如图所示。在该下拉菜单中，单击“”按钮，可将命令窗口最小化到主窗口左侧，以页签形式存在，当鼠标指针移到上面时，显示窗口内容。此时单击下拉菜单中的按钮，即可恢复显示。1.2.4命令窗口选择“页面设置”命令，弹出“页面设置：命令行窗口”对话框，该对话框中包括三个选项卡。（1）“布局”选项卡：用于设置文本的打印对象及打印颜色进行设置。（2）“标题”选项卡：用于对打印的页码及布局单双行进行设置。（3）“字体”选项卡：可选择使用当前命令行中的字体，也可以进行自定义设置，在下拉列表中选择字体名称及字体大小。1.2.4命令窗口3．快捷操作选中该窗口中的命令，单击鼠标右键即可弹出如图所示的快捷菜单，选择其中的命令，即可进行对应操作。1.2.5历史窗口历史窗口主要用于记录所有执行过的命令，如图所示。在默认条件下，它会保存自安装以来所有运行过的命令的历史记录，并记录运行时间，以方便查询。1.2.5历史窗口选择“命令历史记录”→“停靠”命令，在显示界面上固定显示命令历史窗口，如图所示。在历史窗口中双击某一命令，命令窗口中将执行该命令。1.2.6当前目录窗口当前目录窗口显示如图所示，可显示或改变当前目录，查看当前目录下的文件，单击按钮可以在当前目录或子目录下搜索文件。单击按钮，在弹出的下拉菜单中可以执行常用的操作。1.2.6当前目录窗口在MATLAB中包括搜索路径的设置命令，下面分别进行介绍。（1）在命令窗口中输入“path”，单击回车键，在命令行窗口中显示如图所示的目录。1.2.6当前目录窗口（2）在命令行窗口中输入“pathtool”，弹出“设置路径”对话框，如图所示。单击“添加文件夹”按钮，进入文件夹浏览对话框，把某一目录下的文件包含进搜索范围而忽略子目录。单击“添加并包含子文件夹”按钮，进入文件夹浏览对话框，将子目录也包含进来。建议选择后者以避免一些可能的错误。1.2.7课堂练习——环境设置演示MATLAB2016软件的基本操作。操作提示：（1）利用不同方法演示软件的打开与关闭。（2）调出历史命令窗口。（3）切换文件目录。1.3MATLAB命令的组成MATLAB语言是基于最为流行的C++语言基础上的，因此语法特征与C++语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。在图中显示不同的命令格式，MATLAB中不同的数字、字符、符号代表不同的含义，组成丰富的表达式，能满足用户的各种应用。1.3.1基本符号指令行“头首”的“”是“指令输入提示符”，它是自动生成的，为使本书简洁；本书用MATLAB的M-book写成，而在M-book中运行的指令前是没有提示符的。本书在此后的输入指令前将不再带提示符“”。“”为运算提示符，表示MATLAB处于准备就绪状态。如在提示符后输入一条命令或一段程序后按Enter键，MATLAB将给出相应的结果，并将结果保存在工作空间管理窗口中，然后再次显示一个运算提示符，为下一段程序的输入做准备。在MATLAB命令窗口中输入汉字时，会出现一个输入窗口，在中文状态下输入的括号和标点等不被认为是命令的一部分，所以，在输入命令的时候一定要在英文状态下进行。1.3.1基本符号下面介绍几种常见的命令输入过程中常见的错误及显示的警告与错误信息。（1）输入的括号为中文格式（2）函数使用格式错误（3）缺少步骤，未定义变量（4）正确格式1.3.2功能符号除了命令输入必须的符号外，MATLAB为了解决命令输入过于繁琐、复杂的问题，采取了分号、续行符及插入变量等方法。1．分号一般情况下，在MATLAB中命令窗口中输入命令，则系统随机根据指令给出计算结果。若不想让MATLAB每次都显示运算结果，只需在运算式最后加上分号（；）。2．续行号输入指令行必须多行书写时，需要使用特殊符号“…”来处理，MATLAB用3个或3个以上的连续黑点表示“续行”，即表示下一行是上一行的继续。3．插入变量变量定义之后才可以使用，未定义就会出错，显示警告信息，同时警告信息字体为红色。1.3.3常用指令Cd：显示或改变工作目录Clc：清除工作窗Clear：清除内存变量1.4课后习题1．MATLAB的命令窗口的作用是什么？2．MATLAB的编辑/调试窗口的作用是什么？3．MATLAB的图窗口的作用是什么？4．列出几种不同的启动MATLAB帮助的方法。5．什么是工作区？6．如何进行工作区的编辑操作？7．如何清空MATLAB工作区内的内容？