MATLAB高級(jí)實(shí)例說(shuō)課講解.ppt

科學(xué)計(jì)算與MATLAB語(yǔ)言 教學(xué)內(nèi)容 第1講介紹MATLAB概述與運(yùn)算基礎(chǔ) 第2講介紹MATLAB程序設(shè)計(jì) 第3講MATLAB文件操作 第4講繪圖形功能 第5講線形代數(shù)中的數(shù)值計(jì)算問(wèn)題 第6講數(shù)據(jù)處理方法與多項(xiàng)式 第7講MATLAB符號(hào)計(jì)算 第8講MATLAB的圖形用戶界面設(shè)計(jì) 第一講MATLAB概述與運(yùn)算基礎(chǔ) MATLAB語(yǔ)言是一種廣泛應(yīng)用于工程計(jì)算及數(shù)值分析領(lǐng)域的新型高級(jí)語(yǔ)言 自1984年由美國(guó)MathWorks公司推向市場(chǎng)以來(lái) 歷經(jīng)十多年的發(fā)展與競(jìng)爭(zhēng) 現(xiàn)已成為國(guó)際公認(rèn)的最優(yōu)秀的工程應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境 MATLAB功能強(qiáng)大 簡(jiǎn)單易學(xué) 編程效率高 深受廣大科技工作者的歡迎 在歐美各高等院校 MATLAB已經(jīng)成為線性代數(shù) 自動(dòng)控制理論 數(shù)字信號(hào)處理 時(shí)間序列分析 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真 圖像處理等課程的基本教學(xué)工具 成為大學(xué)生 碩士生以及博士生必須掌握的基本技能 MATLAB 是英文MATrixLABorotory 矩陣實(shí)驗(yàn)室 的縮寫(xiě) 一 MATLAB特點(diǎn) 一 MATLAB特點(diǎn) 1 數(shù)值計(jì)算和符號(hào)計(jì)算功能MATLAB的數(shù)值計(jì)算功能包括 矩陣運(yùn)算 多項(xiàng)式和有理分式運(yùn)算 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 數(shù)值積分 優(yōu)化處理等 符號(hào)計(jì)算將得到問(wèn)題的解析解 2 MATLAB語(yǔ)言MATLAB除了命令行的交互式操作以外 還可以程序方式工作 使用MATLAB可以很容易地實(shí)現(xiàn)C或FORTRAN語(yǔ)言的幾乎全部功能 包括Windows圖形用戶界面的設(shè)計(jì) 3 圖形功能MATLAB提供了兩個(gè)層次的圖形命令 一種是對(duì)圖形句柄進(jìn)行的低級(jí)圖形命令 另一種是建立在低級(jí)圖形命令之上的高級(jí)圖形命令 利用MATLAB的高級(jí)圖形命令可以輕而易舉地繪制二維 三維乃至四維圖形 并可進(jìn)行圖形和坐標(biāo)的標(biāo)識(shí) 視角和光照設(shè)計(jì) 色彩精細(xì)控制等等 4 應(yīng)用工具箱基本部分和各種可選的工具箱 基本部分中有數(shù)百個(gè)內(nèi)部函數(shù) 其工具箱分為兩大類 功能性工具箱和學(xué)科性工具箱 功能性工具箱主要用來(lái)擴(kuò)充其符號(hào)計(jì)算功能 可視建模仿真功能及文字處理功能等 學(xué)科性工具箱專業(yè)性比較強(qiáng) 如控制系統(tǒng)工具箱 信號(hào)處理工具箱 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱 最優(yōu)化工具箱 金融工具箱等 用戶可以直接利用這些工具箱進(jìn)行相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究 一 MATLAB特點(diǎn) 二 MATLAB運(yùn)行環(huán)境 二 MATLAB運(yùn)行環(huán)境 硬件 一般要求486以上的處理器 16MB以上內(nèi)存 足夠的的硬盤(pán)可用空間 隨安裝組件的多少而定 CD ROM驅(qū)動(dòng)器 鼠標(biāo)等 軟件 Windows9x 三 MATLAB集成環(huán)境 三 MATLAB集成環(huán)境 MATLAB5 X是一個(gè)高度集成的語(yǔ)言環(huán)境 在該環(huán)境下既可以進(jìn)行交互式的操作 又可以編寫(xiě)程序 運(yùn)行程序并跟蹤調(diào)試程序 1 MATLAB的啟動(dòng)與一般的Windows95程序一樣 啟動(dòng)MATLAB有兩種常見(jiàn)方法 1 通過(guò) 開(kāi)始 按鈕 選擇 程序 菜單項(xiàng) 然后打開(kāi) MATLAB 菜單中的 MATLAB 程序 就可啟動(dòng)MATLAB系統(tǒng) 2 利用Windows95建立快捷方式的功能 將MATLAB程序以快捷方式放在桌面上 只要在桌面上雙擊該圖標(biāo)即可啟動(dòng)MATLAB 2 MATLAB命令窗口 1 命令窗口的菜單欄菜單欄共包含F(xiàn)ile Edit Window和Help四項(xiàng) File菜單項(xiàng) New命令 用于建立M文件 圖形窗口 Open命令 打開(kāi)一個(gè)已經(jīng)建立的M文件 RunScript命令 執(zhí)行一個(gè)命令文件 LoadWorkspace命令 將變量裝入當(dāng)前空間 SaveWorkspaceAs命令 把當(dāng)前工作空間的所有變量用后綴為 mat的文件保存起來(lái) 三 MATLAB集成環(huán)境 File菜單項(xiàng) ShowWorkspace命令 打開(kāi)變量瀏覽器 SetPath命令 打開(kāi)MATLAB的路徑瀏覽器 Preferences命令 打開(kāi)命令窗口的顯示格式 PrintSetup命令 設(shè)置打印機(jī)的參數(shù) Print命令 打印和設(shè)置一些打印參數(shù) PrintSelection命令 打印選中的內(nèi)容 ExitMATLAB命令 退出MATLAB系統(tǒng) 三 MATLAB集成環(huán)境 2 MATLAB命令窗口 Edit菜單項(xiàng) Undo Cut Copy和Paste等命令 分別用于撤銷上一次操作 剪切 復(fù)制和粘貼 Clear命令 刪除內(nèi)容 SelectAll命令 用于選定所有文本內(nèi)容 ClearSession命令 清除命令編輯區(qū)的全部?jī)?nèi)容 但并不刪除工作空間中的變量 三 MATLAB集成環(huán)境 2 MATLAB命令窗口 Help菜單項(xiàng) HelpWindow命令 打開(kāi)MATLAB的幫助窗口 HelpTips命令 打開(kāi)幫助窗口 并首先顯示MATLAB的幫助系統(tǒng)的分類和使用方法 HelpDesk HTML 命令 打開(kāi)系統(tǒng)WWW瀏覽器 并顯示MATLAB的幫助桌面 ExamplesandDemos命令 可以通過(guò)演示MATLAB提供的例子來(lái)熟悉相關(guān)部分的用法 AboutMATLAB命令 打開(kāi)關(guān)于MATLAB的版本和版權(quán)等信息 Subsribe命令 打開(kāi)機(jī)器上的WWW瀏覽器 用戶可過(guò)填寫(xiě)相關(guān)的表格來(lái)獲得MathWorks公司的產(chǎn)品 三 MATLAB集成環(huán)境 2 MATLAB命令窗口 Window菜單項(xiàng) 利用Window菜單項(xiàng)可以查看目前MATLAB打開(kāi)的所有窗口 并可選中某個(gè)窗口為當(dāng)前窗口 從而實(shí)現(xiàn)在不同窗口之間的轉(zhuǎn)換 三 MATLAB集成環(huán)境 2 MATLAB命令窗口 2 命令窗口的工具欄工具欄提供了一些命令按鈕 使用命令按鈕可使操作更快捷 更方便 工作空間新建剪切粘貼瀏覽器新仿真模型打開(kāi)復(fù)制撤消路徑瀏覽器幫助 三 MATLAB集成環(huán)境 2 MATLAB命令窗口 3 命令窗口的命令編輯區(qū)命令編輯區(qū)用于輸入命令和顯示計(jì)算結(jié)果 鍵入命令并按下回車鍵后 MATLAB就會(huì)解釋執(zhí)行所輸入的命令 并在命令后面給出計(jì)算結(jié)果 例如 在MATLAB命令窗口輸入命令 a 1 1 5 2 9 7 0 3 6 0 5 4 4 7 10 3 22 33 3 7 8 5 21 6 3 8 0 90 20 將顯示一個(gè)5 5矩陣 三 MATLAB集成環(huán)境 2 MATLAB命令窗口 4 MATLAB幫助系統(tǒng)MATLAB5 X里有以下幾種方法可獲得幫助 幫助命令 幫助窗口 MATLAB幫助桌面或在線幫助頁(yè) 對(duì)于Internet用戶 還可直接鏈接到MathWorks公司的網(wǎng)頁(yè)上 尋求幫助 三 MATLAB集成環(huán)境 2 MATLAB命令窗口 3 MATLAB的退出要退出MATLAB系統(tǒng) 有三種方法 1 單擊MATLAB命令窗口的 關(guān)閉 按鈕 2 在命令窗口File菜單中選ExitMATLAB命令 3 在MATLAB命令窗口輸入Exit和Quit命令 在MATLAB中 變量名是以字母開(kāi)頭 后接字母 數(shù)字或下劃線的字符序列 最多19個(gè)字符 且區(qū)分字母的大小寫(xiě) MATLAB提供的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)名必須用小寫(xiě)字母 三 MATLAB集成環(huán)境 四 MATLAB運(yùn)算量 變量和賦值語(yǔ)句MATLAB賦值語(yǔ)句有兩種形式 1 變量 表達(dá)式 2 表達(dá)式其中 表達(dá)式 是用運(yùn)算符將有關(guān)運(yùn)算量連接起來(lái)的式子 其結(jié)果是一個(gè)矩陣 注 第二種語(yǔ)句形式下 將表達(dá)式的值賦給MATLAB的永久變量ans 如果在語(yǔ)句的最后加分號(hào) 那么 MATLAB僅僅執(zhí)行賦值操作 不再顯示運(yùn)算的結(jié)果 在一條語(yǔ)句中 如果表達(dá)式太復(fù)雜 一行寫(xiě)不下 可以加上三個(gè)小黑點(diǎn) 續(xù)行符 并按下回車鍵 然后接下去再寫(xiě) 例如s 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1 10 1 11 1 12 四 MATLAB運(yùn)算量 MATLAB表達(dá)式算術(shù)表達(dá)式 運(yùn)算符有 加 減 乘 右除 左除 乘方 對(duì)于矩陣來(lái)說(shuō) 左除和右除表示兩種不同的除數(shù)矩陣和被除數(shù)矩陣的關(guān)系 關(guān)系表達(dá)式 運(yùn)算符有 大于 大于或等于 等于 不等于 邏輯表達(dá)式 運(yùn)算符有 與 或 和 非 四 MATLAB運(yùn)算量 運(yùn)算法則 1 在邏輯運(yùn)算中 確認(rèn)非零元素為真 用1表示 零元素為假 用0表示 2 參與邏輯運(yùn)算的可以是兩個(gè)標(biāo)量 兩個(gè)同維矩陣或參與邏輯運(yùn)算的元素一個(gè)為標(biāo)量 另一個(gè)為矩陣 在算術(shù) 關(guān)系 邏輯運(yùn)算中 算術(shù)運(yùn)算優(yōu)先級(jí)最高 邏輯運(yùn)算優(yōu)先級(jí)最低 四 MATLAB運(yùn)算量 2 MATLAB表達(dá)式 五 矩陣運(yùn)算 矩陣是MATLAB最基本的數(shù)據(jù)對(duì)象 MATLAB的大部分運(yùn)算或命令都是在矩陣運(yùn)算的意義下執(zhí)行的 在MATLAB中 不需對(duì)矩陣的維數(shù)和類型進(jìn)行說(shuō)明 MATLAB會(huì)根據(jù)用戶所輸入的內(nèi)容自動(dòng)進(jìn)行配置 建立矩陣建立矩陣可以用 直接輸入法 利用函數(shù)建立矩陣和利用M文件建立矩陣 直接輸入法 將矩陣的元素用方括號(hào)括起來(lái) 按矩陣行的順序輸入各元素 同一行的各元素之間用空格或逗號(hào)分隔 不同行的元素之間用分號(hào)分隔 也可以用回車鍵代替分號(hào) 例如 鍵入命令 A 123 456 789 輸出結(jié)果是 A 123456789 四 MATLAB運(yùn)算量 利用函數(shù)建立數(shù)值矩陣 MATLAB提供了許多生成和操作矩陣的函數(shù) 可以利用它們?nèi)ソ⒕仃?例如 reshape函數(shù)和diag函數(shù)等 reshape函數(shù)用于建立數(shù)值矩陣 diag函數(shù)用于產(chǎn)生對(duì)角陣 利用M文件建立矩陣 對(duì)于比較大且比較復(fù)雜的矩陣 可以為它專門(mén)建立一個(gè)M文件 其步驟為 第一步 使用編輯程序輸入文件內(nèi)容 第二步 把輸入的內(nèi)容以純文本方式存盤(pán) 設(shè)文件名為mymatrix m 第三步 在MATLAB命令窗口中輸入mymatrix 就會(huì)自動(dòng)建立一個(gè)名為AM的矩陣 可供以后顯示和調(diào)用 四 MATLAB運(yùn)算量 建立矩陣 利用M文件建立矩陣 對(duì)于比較大且比較復(fù)雜的矩陣 可以為它專門(mén)建立一個(gè)M文件 其步驟為 第一步 使用編輯程序輸入文件內(nèi)容 第二步 把輸入的內(nèi)容以純文本方式存盤(pán) 設(shè)文件名為mymatrix m 第三步 在MATLAB命令窗口中輸入mymatrix 就會(huì)自動(dòng)建立一個(gè)名為AM的矩陣 可供以后顯示和調(diào)用 四 MATLAB運(yùn)算量 建立矩陣 冒號(hào)表達(dá)式在MATLAB中 冒號(hào)是一個(gè)重要的運(yùn)算符 利用它可以產(chǎn)生向量 還可用來(lái)拆分矩陣 冒號(hào)表達(dá)式的一般格式是 e1 e2 e3其中e1為初始值 e2為步長(zhǎng) e3為終止值 冒號(hào)表達(dá)式可產(chǎn)生一個(gè)由e1開(kāi)始到e3結(jié)束 以步長(zhǎng)e2自增的行向量 四 MATLAB運(yùn)算量 MATLAB常用數(shù)學(xué)函數(shù)MATLAB提供了許多數(shù)學(xué)函數(shù) 函數(shù)的自變量規(guī)定為矩陣變量 運(yùn)算法則是將函數(shù)逐項(xiàng)作用于矩陣的元素上 因而運(yùn)算的結(jié)果是一個(gè)與自變量同維數(shù)的矩陣 例如 A 123 456 B fix pi A C cos pi B 矩陣的基本運(yùn)算 矩陣轉(zhuǎn)置 矩陣加和減 矩陣乘法 矩陣除法A b inv A b 矩陣的乘方a 2 四 MATLAB運(yùn)算量 建立矩陣的函數(shù)常用函數(shù)有 eye size A 產(chǎn)生與A矩陣同階的單位矩陣zeros m n 產(chǎn)生0矩陣ones m n 產(chǎn)生幺矩陣rand m n 產(chǎn)生隨機(jī)元素的矩陣Size a 返回包含兩個(gè)元素的向量 Length a 返回向量的最大者 四 MATLAB運(yùn)算量 數(shù)組運(yùn)算 1 數(shù)組的加和減 2 數(shù)組的乘和除 3 數(shù)組的乘方 六 應(yīng)用舉例 例1 求解線性方程組AX B11 5297303 60 5 44 4其中A 710 32233 B 20378 5216538090 2016 在MATLAB命令窗口輸入命令 a 1 1 5 2 9 7 0 3 6 0 5 4 4 7 10 3 22 33 3 7 8