MATLAB入門與數(shù)學(xué)建模初步.ppt

1、課程簡介與教學(xué)流程,課程性質(zhì)：專業(yè)必修課 完成課時(shí)：48學(xué)時(shí)，68周 考核形式：考試，試卷+上機(jī)編程 選用教材：重慶大學(xué)組編，國家十五規(guī)劃教材 先修課程：數(shù)學(xué)分析/ 高等代數(shù)/ 微分方程 概率論/ 數(shù)學(xué)建模/ 數(shù)值分析/ C語言/ 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 實(shí)驗(yàn)環(huán)境：PC機(jī)+Matlab 6.5 上機(jī)安排：周二/周五下午78節(jié)集中課堂教學(xué) 周三晚6:30-9:30分組上機(jī)實(shí)踐 基本原則：出勤、課堂、實(shí)驗(yàn)、成績、考試!,課程簡介與教學(xué)流程,考核形式：考試，試卷+上機(jī)編程,課程簡介與教學(xué)流程,作為課程的延伸,如何學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程,學(xué)習(xí)基于Matlab的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)需要： 1、熟悉Matlab基本操作和指令； 2、熟悉

2、Matlab聯(lián)機(jī)幫助系統(tǒng)； 3、熟悉Matlab語言流程控制； 4、具備一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和知識(shí)準(zhǔn)備； 5、具備解決實(shí)際的應(yīng)用問題的能力； 6、保障 預(yù)習(xí)-聽課-實(shí)踐 的完整過程；,命令窗口 command window,命令窗口是用戶與Matlab交互的主要場所： 指令輸入和結(jié)果返回都在這里進(jìn)行 基本技巧： 切換輸入法至En并清空變量空間workspace！ 賦值“=” 缺省變量“ans” 結(jié)果顯示開關(guān)“；” 指令回調(diào)“” 命令行提示符“ ” 注釋符“%” 表達(dá)式繼行符“” 清除指令 “clear、clc和clf” “error”和“warning”反饋信息，format顯示精度 必備程序：cc

3、.m clc; clear; closereq;,變量空間work的工作機(jī)制,簡單說變量空間就是： 臨時(shí)供Matlab執(zhí)行運(yùn)算使用的一塊內(nèi)存空間， 所以具有“即擦即寫”的特性 系統(tǒng)變量與用戶變量（命名規(guī)則）： p215 變量的查看、擦除、保存與載入 who whos clear save load save Saving to: matlab.mat load matlab.mat,聯(lián)機(jī)幫助系統(tǒng)（進(jìn)階鑰匙）,提高M(jìn)atlab運(yùn)用水平的必經(jīng)之路： 擅于利用聯(lián)機(jī)幫助系統(tǒng)查詢已知或未知函數(shù)的語法、描述、范例及關(guān)聯(lián) Help與Lookfor的區(qū)別： 前者針對(duì)函數(shù)名；后者針對(duì)關(guān)鍵詞 更直觀更詳盡的查詢方

4、式：幫助窗口 Help demo演示程序 lorenz 洛侖茲混沌吸引子附近軌道的圖象演示 xpklein 克萊因瓶演示,最基本的數(shù)據(jù)對(duì)象：數(shù)組,創(chuàng)建矩陣（2維數(shù)組）的途徑： 輸入矩陣也就是直接定義（元素取值、賦值） 注意列用“，”或“空格”隔開；行用“；”隔開 生成矩陣由函數(shù)生成的矩陣（矩陣函數(shù)） zeros ones eye rand randn 常見1維數(shù)組生成函數(shù)：“：”和“l(fā)inspace” p216,數(shù)組（矩陣）的下標(biāo)控制！,對(duì)于1維數(shù)組（行向量或列向量）： A（i）表示它的第i個(gè)元素 對(duì)于2維數(shù)組（矩陣）： A（i）表示A的按列數(shù)的第i個(gè)元素 A（:）表示A的所有元素逐列構(gòu)成的列

5、向量 A（i,j）表示A的第i行j列元素 A（:,j）表示A的任意行j列元素構(gòu)成的數(shù)組 A（i,:）表示A的i行任意列元素構(gòu)成的數(shù)組 p220,矩陣的裁減和拼接,裁減：自一個(gè)矩陣中取出若干行（列）構(gòu)成新的矩陣。（前述） 拼接：將若干矩陣聯(lián)接在一起構(gòu)成新矩陣。 拼接實(shí)施原則： 橫拼行相等，符號(hào)“，” 豎拼列相等，符號(hào)“；” p218219,數(shù)組運(yùn)算（留意點(diǎn)運(yùn)算）,數(shù)組運(yùn)算要特別注意“點(diǎn)乘，點(diǎn)除，點(diǎn)乘冪” 可以這樣理解： .* ./ .都是“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”（或稱“元素對(duì)元素”）的運(yùn)算。 函數(shù)對(duì)數(shù)組的作用方式也類似于“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”式 比如：sin sqrt p220221,矩陣運(yùn)算（留意左除右除）,矩陣運(yùn)算和

6、數(shù)組運(yùn)算大同小異， 需要注意左除“”右除“/”的區(qū)別： 設(shè)A可逆： AX=B A-1AX=A-1B X=AB A左除B XA=B XAA-1=BA-1 X=B/A A右除B 關(guān)系和邏輯運(yùn)算符 = = = = A(14:16,14:16)=ones(3);y=fft2(A);surf(abs(y); %玲瓏剔透球 x,y,z=sphere(30); surf(x,y,z); hold on; axis off ; shading interp; mesh(2*x,2*y,2*z); colormap(hot); hidden off ; axis equal; %以及更多的演示 help/dem

7、os/MATLAB/Graphics/Map of Complex Functions,Matlab強(qiáng)大的數(shù)據(jù)可視化能力,MATLAB也能夠繪制較復(fù)雜的圖形,Matlab基本繪圖/控制指令,figure(n) clf view axis equal axis square axis(x1 x2 y1 y2) hold on/off grid on/off box on/off xlabel(xstr) ylabel(ystr) title(tstr) legend(, ) text(x,y,str) text(3,5,sin(omegat+beta) 舉例： x=-pi:pi/100:pi;

8、y1=sin(x); y2=exp(x); plot(x,y1;y2); grid on; ylabel(sin(x) and exp(x); x=-pi:pi/10:pi; plot(x,cos(x), -ro,x,sin(x), -b*); legend(cos,sin,2); text(2, cos(2),point),Matlab基本繪圖/控制指令,plot(x,y,r-) plotyy(x1,y1,x2,y2) subplot(2,2,1) fplot(fname,lims,tol,options) 自適應(yīng)采樣繪圖函數(shù) fplot(sin(1/x),-1, 1) fplot(cos(

9、tan(pi*x), 0,1,1e-4) ezplot(f, a,b) 隱函數(shù)繪圖函數(shù) ezplot(x3+y3-5*x*y+1/5) ezplot(8*cos(t),4*sqrt(2)*sin(t),0,2*pi),Matlab基本繪圖/控制指令,bar(bar3) pie(pie3) stairs stem(stem3) area,補(bǔ)充：彗星圖 t=-pi:pi/5000:pi; y=tan(sin(t)-sin(tan(t);comet(t,y),Matlab基本繪圖/控制指令,plot3 meshgrid mesh/meshc/meshz surf /surfc contour/con

10、tour3 cylinder sphere hidden off,補(bǔ)充：曲面裁剪 p=peaks; p(30:32,1:49)=nan*p(30:32,1:49); surf(p),Matlab基本繪圖/控制指令,meshgrid 為三維繪圖產(chǎn)生網(wǎng)格坐標(biāo)矩陣 meshgrid Generate X and Y matrices for three-dimensional plots: X,Y = meshgrid(1:3,4:6),MATLAB被稱為“演算紙語言”,MATLAB中各種命令可以完成許多單一的任務(wù)，對(duì)于某些較為復(fù)雜的問題，僅靠現(xiàn)有的命令或函數(shù)來解決，往往是難以達(dá)到目的 。為此，要運(yùn)

11、用MATLAB編程語言編制程序，形成M-文件。 M-文件一般包含：數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)處理和結(jié)果輸出三部分，其中數(shù)據(jù)處理是核心。程序編寫調(diào)試完成后，需要存盤，形成永久性文件，可以隨時(shí)對(duì)它進(jìn)行調(diào)用或修改。文件名以字母開頭，但不能用專用變量名，如pi等。MATLAB中每一個(gè)命令都是一個(gè)M-文件。,M文件編輯環(huán)境（主要工具）,兩種不同的M文件， M指令文件和M函數(shù)文件的區(qū)別： 前者只是一系列命令（指令）的組合，既不輸入?yún)?shù)也不返回參數(shù)，且過程中產(chǎn)生的變量在外部變量空間也起作用； 后者在文件開頭有function聲明，有函數(shù)名，且可被其他函數(shù)調(diào)用，一般有輸入?yún)?shù)和返回參數(shù)，過程變量在外部變量空間不起作用（函

12、數(shù)執(zhí)行完畢即消逝） p237238,M文件編輯環(huán)境（主要工具）,兩種不同的M文件， M指令文件和M函數(shù)文件的區(qū)別：,M指令文件： jiafa.m x=2; y=3; z=x+y;,M函數(shù)文件： xjiay.m function z=xjiay(x,y) z=x+y;,M-文件中輸入、輸出命令,直接賦值輸入： 提示對(duì)話輸入(input命令) x=2; x=input(請(qǐng)輸入?yún)?shù) x=); A=1,2;3,4; a=input(請(qǐng)輸入字串 a=,s); s= any string!; s=input(Please input s=); 直接輸出： 格式控制輸出(fprintf命令) x fprin

13、tf(x=%.0f, y=%.5fn,pi,pi); disp(a,b); fprintf(x=%5g, y=%10.5gn,N,pi);,補(bǔ)充： 鼠標(biāo)坐標(biāo)獲取函數(shù) ginput / ginput(n) 圖像讀入函數(shù) imread 聲音讀入函數(shù) wavread,M-文件中輸入、輸出命令,文本文件的寫出和讀入： A=1,2,3;4,5,6;7,8,9; fid=fopen(B.txt,w); fprintf(fid,%4.2f %4.2f %4.2fn,A); fclose(fid); load B.txt; %也可以使用textread函數(shù) 導(dǎo)入含有字符串和數(shù)值的文本文件 info=textr

14、ead(info.txt,%q) email=char(info(3)%元胞對(duì)象字符化 post=numeric(char(info(2)%元胞對(duì)象數(shù)值化,M-文件中選擇控制命令,單項(xiàng)選擇： 格式： if (condition is true) commands; end 作用：若條件成立，則執(zhí)行命令集 commands. 否則，不執(zhí)行。,M-文件中選擇控制命令,求n個(gè)實(shí)數(shù)中最大的數(shù)M. A=100*rand(3,4) m,n=size(A(:); M=A(1); for i=2:m if MA(i) M=A(i); end end fprintf( M=%.4fn ,M);,M-文件中選擇控

15、制命令,多項(xiàng)選擇： 格式： if (condition is true) commands; elseif (condition is true) commands; . . . else commands; end 作用：若條件成立，則執(zhí)行命令集 commands. 否則，不執(zhí)行。,M-文件中選擇控制命令,建立符號(hào)函數(shù)sign(x) x=input(x=); if x0 sn=1; elseif x=0 sn=0; else sn=-1; end disp(answer is ,num2str(sn),M-文件中選擇控制命令,多項(xiàng)選擇： 格式： switch express case con

16、dition commands; . . . otherwise commands; end 作用：若條件成立，則執(zhí)行對(duì)應(yīng)命令集commands，隨后跳出； 否則執(zhí)行otherwise 對(duì)應(yīng)命令集commands 。,M-文件中選擇控制命令,選擇身份信息 %name = tony; name=input(請(qǐng)輸入姓名,s); switch lower(name) case tom,tony disp(The boy is ,name) case linda disp(The girl is ,name) otherwise disp(Unknown!) end,M-文件中循環(huán)控制命令,步進(jìn)循環(huán)：

17、 格式： for i=n1:(step):n2 commands; end 作用：重復(fù)執(zhí)行命令集commands. 條件循環(huán)： 格式： while (condition is true) commands; end 作用：重復(fù)執(zhí)行命令集commands. 中斷語句break只跳出當(dāng)次循環(huán)，不跳出整個(gè)循環(huán),M-文件中循環(huán)控制舉例, 求和：s=1+2+n n=input(請(qǐng)輸入 n=); s=0; for i=1:n s=s+i; fprintf(i=%.0f, s=%.0fn,i,s); end 求和：s=1+2+n3000 s=0;k=1; while s3000 s=s+k; fprintf

18、( k=%.0f, s=%.0fn ,k,s); k=k+1; end,M-文件中試探執(zhí)行命令,試探執(zhí)行： 格式： try commands; catch commands; end 作用：試探性執(zhí)行try后命令集commands，如果執(zhí)行過程中出錯(cuò)，則將出錯(cuò)信息賦給系統(tǒng)變量lasterr，并轉(zhuǎn)去執(zhí)行catch后命令集commands。 這種試探性執(zhí)行語句是其他高級(jí)語言所沒有的。,M-文件中試探執(zhí)行舉例, 矩陣乘積：試探矩陣乘法和矩陣點(diǎn)乘 A=1 2 3;4 5 6; B=7 8 9;10 11 12; try C=A*B; disp(適用矩陣乘法); catch C=A.*B; disp(laste