Matlab軟件介紹.ppt

1 第三講Matlab軟件介紹 2 3 1基本介紹 3 Matlab軟件介紹 Matlab軟件的創(chuàng)立 時(shí)間 1980年 首創(chuàng)者 CleveMoler博士 背景 在NewMexico大學(xué)講授線性代數(shù)課程時(shí) 看到了用高級(jí)語言編程解決工程計(jì)算問題的諸多不便 因而構(gòu)思開發(fā)了Matlab軟件 MatrixLaboratory 矩陣實(shí)驗(yàn)室 4 工具 利用了他此前開發(fā)的LINPACK 線性代數(shù)軟件包 和EISPACK 基于特征值計(jì)算的軟件包 中可靠的子程序 用Fortran語言編寫而成 集命令翻譯 工程計(jì)算功能于一身 發(fā)展 80年代初 CleveMoler和JohnLittle采樣C語言改寫了Matlab的內(nèi)核 不久 他們成立了Mathworks軟件開發(fā)公司 并將Matlab正式推向市場(chǎng) Matlab軟件介紹 5 現(xiàn)在的Matlab新版本早已不只停留在工程計(jì)算功能上 它以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ) 把計(jì)算 可視化 程序設(shè)計(jì)融合到了一個(gè)簡(jiǎn)單易用的交互式工作環(huán)境中 在Matlab中 可以實(shí)現(xiàn)工程計(jì)算 算法研究 符號(hào)運(yùn)算 建模和仿真 原型開發(fā) 數(shù)據(jù)分析及可視化 科學(xué)和工程繪圖 應(yīng)用程序設(shè)計(jì) 包括圖形用戶界面設(shè)計(jì) 等功能 Matlab軟件介紹 6 正是憑借Matlab的這些突出優(yōu)勢(shì) 它現(xiàn)在已成為世界上應(yīng)用最廣泛的工程計(jì)算軟件 在美國等發(fā)達(dá)國家的大學(xué)里 Matlab是一種必須掌握的基本工具 而在國外的研究設(shè)計(jì)單位和工業(yè)部門 更是研究和解決工程計(jì)算問題的一種標(biāo)準(zhǔn)軟件 在國內(nèi)也有越來越多的科學(xué)技術(shù)工作者參加到學(xué)習(xí)和使用這門語言的行列中來 在開發(fā)者和使用者的共同努力下 Matlab正在成為計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件中的一個(gè)新熱點(diǎn) Matlab軟件介紹 7 Matlab軟件系統(tǒng)的構(gòu)成 Matlab軟件 主包 Simulink 工具箱 Matlab軟件介紹 8 一種基于矩陣 數(shù)組的高級(jí)語言 具有流程控制語句 函數(shù) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 輸入輸出 以及面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)特性 包括一些高級(jí)指令 用以實(shí)現(xiàn)二維和三維數(shù)據(jù)可視化 圖像處理 還有一些低級(jí)指令 用來定制圖形的顯示以及建立應(yīng)用程序的用戶界面 提供了管理工作空間的變量和輸入 輸出數(shù)據(jù)的功能 并給用戶提供了不同的工具用以開發(fā) 管理 調(diào)試M文件和應(yīng)用程序 包含了如求和 正弦 余弦 復(fù)數(shù)運(yùn)算之類的簡(jiǎn)單函數(shù) 也包含了矩陣轉(zhuǎn)置 特征值 貝塞爾函數(shù) 快速傅立葉變換等復(fù)雜函數(shù) 向C和Fortran等其他高級(jí)語言進(jìn)行交互的庫 包括讀寫Matlab數(shù)據(jù)文件 主包 語言 工作環(huán)境 句柄圖形 數(shù)學(xué)函數(shù)庫 應(yīng)用程序接口 API Matlab軟件介紹 9 Simulink Simulink是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真的交互式系統(tǒng) Simulink允許用戶在屏幕上繪制框圖來模擬一個(gè)系統(tǒng) 并能夠動(dòng)態(tài)地控制該系統(tǒng) Simulink采用鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)方式 能夠處理線性 非線性 連續(xù) 離散 多變量以及多級(jí)系統(tǒng) Matlab軟件介紹 10 Matlab工具箱 工具箱是Matlab用來解決各個(gè)領(lǐng)域特定問題的函數(shù)庫 它是開放式的 可以應(yīng)用 也可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行擴(kuò)展 工具箱為用戶提供了豐富而實(shí)用的資源 內(nèi)容涵蓋了科學(xué)研究的許多門類 目前已有涉及數(shù)學(xué) 控制 通信 信號(hào)處理 圖像處理 經(jīng)濟(jì) 地理等20多種工具箱投入應(yīng)用 這些工具箱的作者都是相關(guān)領(lǐng)域中的頂級(jí)專家 從而確定了Matlab軟件的權(quán)威性 Mathworks公司也一直致力于追蹤各學(xué)科的最新進(jìn)展 并及時(shí)推出相應(yīng)功能的工具箱 Matlab軟件介紹 11 MATLAB入門 一 變量與函數(shù) 二 數(shù)組 三 矩陣 四 MATLAB編程 五 實(shí)驗(yàn)作業(yè) 12 1 變量MATLAB中變量的命名規(guī)則是 1 變量名必須是不含空格的單個(gè)詞 2 變量名區(qū)分大小寫 3 變量名最多不超過19個(gè)字符 4 變量名必須以字母打頭 之后可以是任意字母 數(shù)字或下劃線 變量名中不允許使用標(biāo)點(diǎn)符號(hào) 一 變量與函數(shù) 13 特殊變量表 14 2 數(shù)學(xué)運(yùn)算符號(hào)及標(biāo)點(diǎn)符號(hào) 1 MATLAB的每條命令后 若為逗號(hào)或無標(biāo)點(diǎn)符號(hào) 則顯示命令的結(jié)果 若命令后為分號(hào) 則禁止顯示結(jié)果 2 后面所有文字為注釋 3 表示續(xù)行 15 3 數(shù)學(xué)函數(shù) 16 MATLAB的內(nèi)部函數(shù)是有限的 有時(shí)為了研究某一個(gè)函數(shù)的各種性態(tài) 需要為MATLAB定義新函數(shù) 為此必須編寫函數(shù)文件 函數(shù)文件是文件名后綴為M的文件 這類文件的第一行必須是一特殊字符function開始 格式為 function因變量名 函數(shù)名 自變量名 函數(shù)值的獲得必須通過具體的運(yùn)算實(shí)現(xiàn) 并賦給因變量 4 M文件 M文件建立方法 1 在Matlab中 點(diǎn) File New M file2 在編輯窗口中輸入程序內(nèi)容3 點(diǎn) File Save 存盤 M文件名必須與函數(shù)名一致 Matlab的應(yīng)用程序也以M文件保存 17 例 定義函數(shù)f x1 x2 100 x2 x12 2 1 x1 2 functionf fun x f 100 x 2 x 1 2 2 1 x 1 2 1 建立M文件 fun m MATLAB fun 2 可以直接使用函數(shù)fun m 例如 計(jì)算f 1 2 只需在Matlab命令窗口鍵入命令 x 12 fun x 返回 18 x logspace first last n 創(chuàng)建從開始 到結(jié)束 有n個(gè)元素的對(duì)數(shù)分隔行向量 1 創(chuàng)建簡(jiǎn)單的數(shù)組 二 數(shù)組 MATLAB shuzu1 x abcdef 創(chuàng)建包含指定元素的行向量 x first last創(chuàng)建從first開始 加1計(jì)數(shù) 到last結(jié)束的行向量 x first increment last創(chuàng)建從first開始 加increment計(jì)數(shù) last結(jié)束的行向量 x linspace first last n 創(chuàng)建從first開始 到last結(jié)束 有n個(gè)元素的行向量 19 2 數(shù)組元素的訪問 MATLAB shuzu2 3 直接使用元素編址序號(hào) x abcd 表示提取數(shù)組x的第a b c d個(gè)元素構(gòu)成一個(gè)新的數(shù)組 x a x b x c x d 2 訪問一塊元素 x a b c 表示訪問數(shù)組x的從第a個(gè)元素開始 以步長(zhǎng)為b到第c個(gè)元素 但不超過c b可以為負(fù)數(shù) b缺損時(shí)為1 1 訪問一個(gè)元素 x i 表示訪問數(shù)組x的第i個(gè)元素 20 3 數(shù)組的方向前面例子中的數(shù)組都是一行數(shù)列 是行方向分布的 稱之為行向量 數(shù)組也可以是列向量 它的數(shù)組操作和運(yùn)算與行向量是一樣的 唯一的區(qū)別是結(jié)果以列形式顯示 產(chǎn)生列向量有兩種方法 直接產(chǎn)生例c 1 2 3 4 轉(zhuǎn)置產(chǎn)生例b 1234 c b 說明 以空格或逗號(hào)分隔的元素指定的是不同列的元素 而以分號(hào)分隔的元素指定了不同行的元素 21 4 數(shù)組的運(yùn)算 1 標(biāo)量 數(shù)組運(yùn)算數(shù)組對(duì)標(biāo)量的加 減 乘 除 乘方是數(shù)組的每個(gè)元素對(duì)該標(biāo)量施加相應(yīng)的加 減 乘 除 乘方運(yùn)算 設(shè) a a1 a2 an c 標(biāo)量 則 a c a1 c a2 c an c a c a1 c a2 c an c a c a1 c a2 c an c 右除 a c c a1 c a2 c an 左除 a c a1 c a2 c an c c a c a1 c a2 c an MATLAB shuzu3 22 2 數(shù)組 數(shù)組運(yùn)算當(dāng)兩個(gè)數(shù)組有相同維數(shù)時(shí) 加 減 乘 除 冪運(yùn)算可按元素對(duì)元素方式進(jìn)行的 不同大小或維數(shù)的數(shù)組是不能進(jìn)行運(yùn)算的 設(shè) a a1 a2 an b b1 b2 bn 則 a b a1 b1 a2 b2 an bn a b a1 b1 a2 b2 an bn a b a1 b1 a2 b2 an bn a b b1 a1 b2 a2 bn an a b a1 b1 a2 b2 an bn MATLAB shuzu4 返回 23 三 矩陣 逗號(hào)或空格用于分隔某一行的元素 分號(hào)用于區(qū)分不同的行 除了分號(hào) 在輸入矩陣時(shí) 按Enter鍵也表示開始一新行 輸入矩陣時(shí) 嚴(yán)格要求所有行有相同的列 例m 1234 5678 9101112 p 111122223333 1 矩陣的建立 24 特殊矩陣的建立 MATLAB matrix1 d eye m n 產(chǎn)生一個(gè)m行 n列的單位矩陣 c ones m n 產(chǎn)生一個(gè)m行 n列的元素全為1的矩陣 b zeros m n 產(chǎn)生一個(gè)m行 n列的零矩陣 a 產(chǎn)生一個(gè)空矩陣 當(dāng)對(duì)一項(xiàng)操作無結(jié)果時(shí) 返回空矩陣 空矩陣的大小為零 25 2 矩陣中元素的操作 MATLAB matrix2 1 矩陣A的第r行 A r 2 矩陣A的第r列 A r 4 取矩陣A的第i1 i2行 第j1 j2列構(gòu)成新矩陣 A i1 i2 j1 j2 5 以逆序提取矩陣A的第i1 i2行 構(gòu)成新矩陣 A i2 1 i1 6 以逆序提取矩陣A的第j1 j2列 構(gòu)成新矩陣 A j2 1 j1 7 刪除A的第i1 i2行 構(gòu)成新矩陣 A i1 i2 8 刪除A的第j1 j2列 構(gòu)成新矩陣 A j1 j2 9 將矩陣A和B拼接成新矩陣 AB A B 3 依次提取矩陣A的每一列 將A拉伸為一個(gè)列向量 A 26 2 矩陣 矩陣運(yùn)算 1 元素對(duì)元素的運(yùn)算 同數(shù)組 數(shù)組運(yùn)算 3 矩陣的運(yùn)算 1 標(biāo)量 矩陣運(yùn)算同標(biāo)量 數(shù)組運(yùn)算 MATLAB matrix3 2 矩陣運(yùn)算 矩陣加法 A B矩陣乘法 A B方陣的行列式 det A 方陣的逆 inv A 方陣的特征值與特征向量 V D eig A 返回 27 關(guān)系與邏輯運(yùn)算 1 關(guān)系操作符 28 2 邏輯運(yùn)算符 29 1 for循環(huán) 允許一組命令以固定的和預(yù)定的次數(shù)重復(fù)forx array commands end在for和end語句之間的命令串 commands 按數(shù)組 array 中的每一列執(zhí)行一次 在每一次迭代中 x被指定為數(shù)組的下一列 即在第n次循環(huán)中 x array n 控制流 MATLAB提供三種決策或控制流結(jié)構(gòu) for循環(huán) while循環(huán) if else end結(jié)構(gòu) 這些結(jié)構(gòu)經(jīng)常包含大量的MATLAB命令 故經(jīng)常出現(xiàn)在MATLAB程序中 而不是直接加在MATLAB提示符下 例對(duì)n 1 2 10 求xn 的值 MATLAB for1 30 whileexpression commands end只要在表達(dá)式 expression 里的所有元素為真 就執(zhí)行while和end語句之間的命令串 commands 2 While循環(huán)與for循環(huán)以固定次數(shù)求一組命令相反 while循環(huán)以不定的次數(shù)求一組語句的值 MATLAB while1 例設(shè)銀行年利率為11 25 將10000元錢存入銀行 問多長(zhǎng)時(shí)間會(huì)連本帶利翻一番 31 3 If Else End結(jié)構(gòu) 1 有一個(gè)選擇的一般形式是 ifexpression commands end如果在表達(dá)式 expression 里的所有元素為真 就執(zhí)行if和end語句之間的命令串 commands MATLAB fun1 先建立M文件fun1 m定義函數(shù)f x 再在Matlab命令窗口輸入fun1 2 fun1 1 即可 32 2 有三個(gè)或更多的選擇的一般形式是 if expression1 commands1 elseif expression2 commands2 elseif expression3 commands3 elseif else commands endendend end 33 先建立M文件fun2 m定義函數(shù)f x 再在Matlab命令窗口輸入fun2 2 fun2 0 5 fun2 1 即可 MATLAB fun2 34 Matlab軟件介紹 Matlab界面介紹 命令窗口 當(dāng)前路徑 內(nèi)存變量空間 35 Matlab的指令輸入有兩種方式 一種是在命令窗口 Commandwindow 中輸入指令 即單步執(zhí)行方式 另一種是在文件編輯器中創(chuàng)建Matlab文件 即形成 M文件 Matlab軟件介紹 36 但是在命令窗口中輸入指令 存在著許多缺點(diǎn) 文本編輯功能差 不易進(jìn)行復(fù)制 粘貼以及文件注釋等功能 指令不能以文件的形式保存 關(guān)閉Matlab后所有指令就丟失了 在Matlab的文本編輯器中輸入 并以一個(gè)自己取定的文件名保存 當(dāng)當(dāng)前路徑設(shè)置為文件所保存的路徑時(shí) 在命令窗口中輸入此文件名 就可以執(zhí)行該文件的所有語句 Matlab軟件介紹 37 Matlab軟件介紹 Matlab對(duì)矩陣的操作非常簡(jiǎn)單 就像是在草稿紙上運(yùn)算一樣 并且可以快速求出該矩陣的轉(zhuǎn)置 對(duì)稱 逆等等 38 Matlab軟件介紹 Matlab是一種基于向量 數(shù)組 而不是標(biāo)量的高級(jí)程序語言 因而從本質(zhì)上就提供了對(duì)圖像的支持 數(shù)字圖像實(shí)際上就是一組有序的離散數(shù)據(jù) 使用Matlab可以對(duì)這些離散數(shù)據(jù)形成的矩陣進(jìn)行一次性處理 3