Matlab基本特性—Matlab軟件與基礎(chǔ)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)

1、Matlab軟件與基礎(chǔ)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)2 Matlab基本特性 Matlab中數(shù)組及矩陣運(yùn)算 Matlab中函數(shù)的數(shù)值運(yùn)算 Matlab中的符號(hào)運(yùn)算第一章 MATLAB基本特性與基本運(yùn)算3MATLAB產(chǎn)生的歷史背景 “ 矩陣實(shí)驗(yàn)室”（ MATrix LABoratory） 在70年代中期,Cleve Moler博士和其同事在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金的資助下開(kāi)發(fā)了調(diào)用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序庫(kù).EISPACK是特征值求解的FORTRAN程序庫(kù),LINPACK是解線性方程的程序庫(kù).在當(dāng)時(shí),這兩個(gè)程序庫(kù)代表矩陣運(yùn)算的最高水平. 到70年代后期，身為美國(guó)New Mexico大學(xué)計(jì)算機(jī)系系主

2、任的Cleve Moler，在給學(xué)生講授線性代數(shù)課程時(shí)，想教學(xué)生使用EISPACK和LINPACK程序庫(kù)，但他發(fā)現(xiàn)學(xué)生用FORTRAN編寫(xiě)接口程序很費(fèi)時(shí)間，為了讓學(xué)生方便的調(diào)用EISPACK和LINPACK，利用業(yè)余時(shí)間為學(xué)生編寫(xiě)EISPACK和LINPACK的接口程序。Cleve Moler給這個(gè)接口程序取名為MATLAB，取名MATLAB (MATrix LABoratory)，即Matrix和Laboratory的組合。在以后的數(shù)年里，MATLAB在多所大學(xué)里作為教學(xué)輔助軟件使用，并作為面向大眾的免費(fèi)軟件廣為流傳。 1983年春天,Cleve Moler到Standford大學(xué)講學(xué)，MA

3、TLAB深深地吸引了工程師John Little。John Little敏銳地覺(jué)察到MATLAB在工程領(lǐng)域的廣闊前景，同年，他和Cleve Moler，Steve Bangert一起，用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了第二代專業(yè)版。這一代的MATLAB語(yǔ)言同時(shí)具備了數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)圖示化的功能 。7 1 MATLAB的發(fā)展 1984年，MathWorks公司成立，MATLAB正是推向市場(chǎng)。 1984年，MATLAB第1版(DOS版) 1992年，MATLAB 4.0版 simlink內(nèi)嵌 1994年，MATLAB 4.2版 1997年，MATLAB 5.0版 全面的面向?qū)ο?1999年，MATLAB 5.3版 Re

4、lease 11 2000年，MATLAB 6.0版 Release 12 2001年，MATLAB 6.1版 2002年，MATLAB 6.5版 購(gòu)并了MATRIXx 2004年，MATLAB 7.0版8時(shí)至今日，經(jīng)過(guò)MathWorks公司的不斷完善，MATLAB已經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科，多種工作平臺(tái)的功能強(qiáng)大的大型軟件。在國(guó)外，MATLAB已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗(yàn)。在歐美等高校，MATLAB已經(jīng)成為線性代數(shù)，自動(dòng)控制理論，數(shù)理統(tǒng)計(jì)，數(shù)字信號(hào)處理，時(shí)間序列分析，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等高級(jí)課程的基本教學(xué)工具；成為攻讀學(xué)位的大學(xué)生，碩士生，博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門(mén)，MATLAB被廣泛用

5、于科學(xué)研究和解決各種具體問(wèn)題。在國(guó)內(nèi)，特別是工程學(xué)術(shù)界，MATLAB也逐步盛行起來(lái)?？梢哉f(shuō)，無(wú)論你從事工程方面的哪個(gè)學(xué)科，都能在MATLAB里找到合適的功能。 9Matlab能做什么 基本的數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)來(lái)源：Excel、數(shù)據(jù)庫(kù)、A/D等等 優(yōu)化和解方程 動(dòng)態(tài)過(guò)程仿真：實(shí)時(shí)的和非實(shí)時(shí)的 嵌入式的控制：Pc/104和DSP 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、小波分析、GA等等 虛擬現(xiàn)實(shí)仿真1011MATLAB的主要應(yīng)用領(lǐng)域（1）數(shù)值分析。（2）數(shù)值和符號(hào)計(jì)算。（3）工程與科學(xué)繪圖。（4）控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與方針。（5）數(shù)字圖像處理。（6）數(shù)字信號(hào)處理。（7）通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真。（8）財(cái)務(wù)與金融工程。12 The Math

6、Works公司官方網(wǎng)站產(chǎn)品與全套工具箱手冊(cè)下載http:/第三方工具箱下載 http:/ 產(chǎn)品在中國(guó)獨(dú)家代理 (北京九州恒潤(rùn)公司)http:/2.安裝過(guò)程圖1-1MATLAB啟動(dòng)界面13圖1-2MATLAB安裝界面14圖1-3輸入用戶名稱、公司及產(chǎn)品注冊(cè)碼等各種信息界面15圖1-4選擇需要安裝的組件16第一節(jié) Matlab基本特性17 一. 啟動(dòng)與退出MATLAB集成環(huán)境 1MATLAB系統(tǒng)的啟動(dòng)啟動(dòng)MATLAB系統(tǒng)有3種常見(jiàn)方法： (1)使用Windows“開(kāi)始”菜單。(2)運(yùn)行MATLAB系統(tǒng)啟動(dòng)程序matlab.exe。(3) 利用快捷方式。18 當(dāng)MATLAB安裝完畢并首次啟動(dòng)時(shí)，展現(xiàn)

7、在屏幕上的界面為MATLAB的默認(rèn)界面，如右圖所示。19 啟動(dòng)MATLAB后，將進(jìn)入MATLAB 6.5集成環(huán)境。2. MATLAB 6.5 集成環(huán)境包括v MATLAB主窗口v 命令窗口(Command Window)v 工作空間窗口(Workspace)v 命令歷史窗口(Command History)v 當(dāng)前目錄窗口(Current Directory)v 啟動(dòng)平臺(tái)窗口(Launch Pad)20Matlab工作環(huán)境界面工作環(huán)境界面 命令歷史命令歷史 啟動(dòng)平臺(tái)啟動(dòng)平臺(tái) 命令命令 窗口窗口 標(biāo)題欄標(biāo)題欄 菜單欄菜單欄 常用工具欄常用工具欄 工作區(qū)工作區(qū) 當(dāng)前路徑當(dāng)前路徑l 命令窗口(Com

8、mand Window) 用途：使用軟件提供的各種命令進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算、查詢、繪圖； 同時(shí)顯示各種命令的運(yùn)行結(jié)果和過(guò)程信息。 操作方法：鍵入一條命令，按 enter 鍵執(zhí)行。l 編輯窗口(Editor) 用途：程序的輸入、編輯和保存。默認(rèn)生成m-文件。2122(1) 命令窗口在默認(rèn)設(shè)置下，命令窗口自動(dòng)顯示于MATLAB界面中.如果用戶只想調(diào)出命令窗口，也可以選擇Desktop | Desktop Layout | Command Window Only命令。23（2） 命令歷史窗口 命令歷史窗口顯示用戶在命令窗口中所輸入的每條命令的歷史記錄，并標(biāo)明使用時(shí)間，這樣可以方便用戶的查詢。 如果用戶想再次

9、執(zhí)行某條已經(jīng)執(zhí)行過(guò)的命令，只需在命令歷史窗口中雙擊該命令。 24（3） 工作間管理窗口 用來(lái)顯示當(dāng)前計(jì)算機(jī)內(nèi)存中MATLAB變量的名稱、數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)、該變量的字節(jié)數(shù)及其類型。 在默認(rèn)設(shè)置下，工作間管理窗口自動(dòng)顯示于MATLAB界面中。 25（4）當(dāng)前路徑窗口 在默認(rèn)設(shè)置下，當(dāng)前路徑窗口自動(dòng)顯示于MATLAB界面中，用戶也可以選擇Desktop| Current Directory命令調(diào)出或隱藏該命令窗口。 當(dāng)前路徑窗口顯示著當(dāng)前用戶工作所在的路徑 26 3. MATLAB 7的路徑搜索 MATLAB 7有一個(gè)專門(mén)用于尋找“.m”文件的路徑搜索器?！?m”文件是以目錄和文件夾的方式分布于文件系統(tǒng)中的

10、，一部分“.m”文件的目錄是MATLAB 7的子目錄，由于MATLAB 7的一切操作都是在它的搜索路徑(包括當(dāng)前路徑中進(jìn)行的，所以如果調(diào)用的函數(shù)在搜索路徑之外，MATLAB 7就會(huì)認(rèn)為此函數(shù)并不存在。 （1）MATLAB 7的當(dāng)前目錄 在命令窗口中輸入cd命令，并按Enter鍵確認(rèn)，即顯示有當(dāng)前MATLAB 7工作所在目錄。 cdC:MATLAB71work （2）MATLAB 7的路徑搜索 選擇MATLAB的主窗口中File | Set Path命令 ，進(jìn)入到設(shè)置路徑搜索的對(duì)話框 ，用戶可以設(shè)置新的路徑284. 使用幫助系統(tǒng)MATLAB 7.0為用戶提供了非常完善的幫助系統(tǒng)，例MATLAB

11、的在線幫助、幫助窗口、幫助提示、HTML格式的幫助、pdf格式的幫助文件及MATLAB 的示例和演示等。2930 幫助命令 MATLAB幫助命令包括help、lookfor以及模糊查詢。(1) help命令在MATLAB 6命令窗口中直接輸入help命令將會(huì)顯示當(dāng)前幫助系統(tǒng)中所包含的所有項(xiàng)目，即搜索路徑中所有的目錄名稱。同樣，可以通過(guò)help加函數(shù)名來(lái)顯示該函數(shù)的幫助說(shuō)明。31 (2) lookfor命令 help命令只搜索出那些關(guān)鍵字完全匹配的結(jié)果，lookfor命令對(duì)搜索范圍內(nèi)的M文件進(jìn)行關(guān)鍵字搜索，條件比較寬松。lookfor命令只對(duì)M文件的第一行進(jìn)行關(guān)鍵字搜索。若在lookfor命令加

12、上-all選項(xiàng)，則可對(duì)M文件進(jìn)行全文搜索。32 (3) 演示系統(tǒng) 在幫助窗口中選擇演示系統(tǒng)(Demos)選項(xiàng)卡，然后在其中選擇相應(yīng)的演示模塊，或者在命令窗口輸入Demos，或者選擇主窗口Help菜單中的Demos子菜單，打開(kāi)演示系統(tǒng)。基本矩陣演示窗口基本矩陣演示窗口MATLAB 演示窗口演示窗口二數(shù)值（常量）和變量a) 變量變量變量變量(包括函數(shù)包括函數(shù))的的命名規(guī)則命名規(guī)則：由英文字母、數(shù)字和下劃：由英文字母、數(shù)字和下劃線混合組成，不得包含空格、標(biāo)點(diǎn)和運(yùn)算符號(hào)；第一線混合組成，不得包含空格、標(biāo)點(diǎn)和運(yùn)算符號(hào)；第一個(gè)字符必須是英文字母，最多包括個(gè)字符必須是英文字母，最多包括19個(gè)字符個(gè)字符； 字

13、母的字母的大小有區(qū)別大小有區(qū)別。(1) 單值單值變量變量 a=1; ad=2; Ad=3a=1; ad=2; Ad=3(2) 矩陣矩陣變量變量 x=-1,3,5x=-1,3,5對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)4 4個(gè)分量個(gè)分量 x(1), x(1),x(2),x(2),x(3)x(3)A=3,1;-2,5=3,1;-2,5對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)4 4個(gè)分個(gè)分量量 A(1,1),A(1,2),A(2,1),A(2,A(1,1),A(1,2),A(2,1),A(2,2)2)33(3) 復(fù)數(shù)復(fù)數(shù)變量變量(4) 字符（串）字符（串）變量變量c=2+3*i; d=6-sqrt(-2) 所有字符串都用單引號(hào)括起來(lái)。所有字符串都用單引號(hào)括起來(lái)。

14、 s=matlab 字符中中的每個(gè)字符字符中中的每個(gè)字符（包括空格）都是字包括空格）都是字符串變量符串變量(矩陣或向量矩陣或向量)中的一個(gè)元素。中的一個(gè)元素。字符串中的字符以字符串中的字符以 ASCII 碼形式儲(chǔ)存并區(qū)碼形式儲(chǔ)存并區(qū)分大小分大小 ，用用函數(shù)函數(shù)abs可以看到字符的可以看到字符的ASCII碼。碼。在在Matlab中，中，字符串字符串和和字符矩陣字符矩陣基本上是基本上是等價(jià)的。等價(jià)的。 s=matlab 等價(jià)于等價(jià)于 s=matlab 34特殊常量常量的功能ans用作結(jié)果的默認(rèn)變量名beep使計(jì)算機(jī)發(fā)出“嘟嘟”聲pi圓周率eps浮點(diǎn)數(shù)相對(duì)誤差inf無(wú)窮大，如1/0NaN或nan不定

15、數(shù),如0/0或inf/infi或j復(fù)數(shù)單位，虛數(shù)i=j=sqrt(-1)b) 數(shù)字變量數(shù)字變量 Matlab內(nèi)部的每一個(gè)數(shù)據(jù)元素都是用內(nèi)部的每一個(gè)數(shù)據(jù)元素都是用雙精度數(shù)雙精度數(shù)（double）來(lái)表示和存儲(chǔ)的。來(lái)表示和存儲(chǔ)的。變量輸出時(shí)用戶可以用變量輸出時(shí)用戶可以用format命令設(shè)置或改變輸出命令設(shè)置或改變輸出格式。格式。format type 或或 format(short,e)短格式短格式(Short)：1.3333 0.0000短格式短格式e方式方式(Short e)：1.3333e+00 1.2345e-06短格式短格式g方式方式(Short g)：1.3333 0.0長(zhǎng)格式長(zhǎng)格式(L

16、ong)：1.33333333333333 0.00000123450000長(zhǎng)格式長(zhǎng)格式e方式方式(Long e)：1.33333333333333e+00 1.2345000000000e-06長(zhǎng)格式長(zhǎng)格式g方式方式(Long g)：1.33333333333333 0.0000012345銀行格式銀行格式(Bank)：1.33 0.00十六進(jìn)制格式十六進(jìn)制格式(Hex)：3ff555555555 3eb46231abfd71+格式格式(+)：+有理數(shù)（有理數(shù)（Rational）：1/3 2469/200000000036內(nèi)存變量的刪除與修改在工作空間窗口中可以顯示所有內(nèi)存變量的屬性。u 當(dāng)

17、選中某些變量后，再單擊Delete按鈕，就能刪除這些變量。u 當(dāng)選中某些變量后，再單擊Open按鈕，將進(jìn)入變量編輯器。u通過(guò)變量編輯器可以直接觀察變量中的具體元素，也可修改變量中的具體元素。37 clear命令：用于刪除MATLAB工作空間中的變量。 who命令：只顯示出駐留變量的名稱 whos命令：在給出變量名的同時(shí)，還給出它們的大小、所占字節(jié)數(shù)及數(shù)據(jù)類型等信息。38三運(yùn)算符n 算術(shù)運(yùn)算符n 關(guān)系運(yùn)算符n 邏輯運(yùn)算符n 位運(yùn)算符n 集合運(yùn)算符39算術(shù)運(yùn)算符算術(shù)運(yùn)算符說(shuō)明算術(shù)運(yùn)算符算術(shù)運(yùn)算符說(shuō)明+加-減*乘*數(shù)組乘乘方.數(shù)組的冪矩陣左除/矩陣右除.數(shù)組左除kron張量積關(guān)系運(yùn)算符關(guān)系運(yùn)算符說(shuō)明

18、關(guān)系運(yùn)算符關(guān)系運(yùn)算符說(shuō)明=等于=不等于小于大于=小于或等于=大于或等于40邏輯運(yùn)算A=0A=1B=0B=1B=0B=1A&B0001A|B0111A110041MATLAB常用數(shù)學(xué)函數(shù)函數(shù)數(shù)學(xué)含義函數(shù)數(shù)學(xué)含義abs(x)求x的絕對(duì)值，即x,若x是復(fù)數(shù)，即求x的模csc(x)求x的余割函數(shù)，x為弧度sign(x) 求x的符號(hào)，x為正得1，x為負(fù)得-1，x為零得0asin(x)求x的反正弦數(shù)，即sixsqrt(x)求x的平方根，即acos(x)求x的反余切函數(shù)，coxexp(x)求x的指數(shù)函數(shù)，即atan(x)求x的反正切函數(shù)，taxlog(x)求x的自然對(duì)數(shù)，即lnxacot(x)求x的

19、反余切函數(shù)，cox42MATLAB常用數(shù)學(xué)函數(shù)log10(x) 求x的常用對(duì)數(shù)，即lgxasec(x)求x的反正割函數(shù)，sexlog2(x)求x的以2為底的對(duì)數(shù)，即loxacsc(x)求x的反余割函數(shù)，csxsin(x)求x的正弦函數(shù)，x為弧度Round(x)求最接近x的整數(shù)cos(x)求x的余弦函數(shù)，x為弧度rem(x,y)求整除x/y的余數(shù)tan(x)求x的正切函數(shù)，x為弧度real(z)求復(fù)數(shù)z的實(shí)部cot(x)求x的余切函數(shù)，x為弧度Imag(z)求復(fù)數(shù)z的虛部sec(x)求x的正割函數(shù)，x為弧度conj(z)求復(fù)數(shù)z的共軛，即求43數(shù)值輸出格式命令命令及格式說(shuō)明format shot

20、以4位小數(shù)的浮點(diǎn)格式輸出format long 以14位小數(shù)的浮點(diǎn)格式輸出format short e以4位小數(shù)加e+000的浮點(diǎn)格式輸出format long e以15位小數(shù)加e+000的浮點(diǎn)格式輸出format hex以16進(jìn)制格式輸出format+提取數(shù)值的符號(hào)format bank以銀行格式輸出，即只保留兩位小數(shù)format rat以有理數(shù)格式輸出more on/off屏幕顯示控制。more on表示滿屏停止，等待鍵盤(pán)輸入；more off表示不考慮窗口一次性輸出more(n)如果輸出多于n行，則只顯示n行44MATLAB常用命令命令命令說(shuō)明命令命令說(shuō)明cd顯示或改變當(dāng)前工作目錄Loa

21、d加載指定文件的變量dir顯示當(dāng)前目錄或指定目錄下的文件Diary日志文件命令clc清除工作窗口中的所有顯示內(nèi)容!調(diào)用DOS命令home將光標(biāo)移至命令窗口的最左上角exit退出MATLAB 70clf清除圖形窗口quit退出MATLAB 70type顯示文件內(nèi)容pack收存內(nèi)存碎片clear清理內(nèi)存變量hold圖形保持開(kāi)關(guān)echo工作窗信息顯示開(kāi)關(guān)path顯示搜索目錄disp顯示變量或文字內(nèi)容save保存內(nèi)存變量到指定文件45常用鍵盤(pán)按鍵及說(shuō)明鍵盤(pán)按鍵說(shuō)明鍵盤(pán)按鍵說(shuō)明Ctrl+P，調(diào)用上一行HomeCtrl+A，光標(biāo)置于當(dāng)前行開(kāi)頭Ctrl+N，調(diào)用下一行EndCtrl+E，光標(biāo)置于當(dāng)前行末尾C

22、trl+B，光標(biāo)左移一個(gè)字符EscCtrl+U，清除當(dāng)前輸入行Ctrl+F，光標(biāo)右移一個(gè)字符DelCtrl+D，刪除光標(biāo)處的字符Ctrl+Ctrl+L，光標(biāo)左移一個(gè)單詞BackspaceCtrl+H，刪除光標(biāo)前的字符Ctrl+Ctrl+R，光標(biāo)右移一個(gè)單詞Alt+Backspace恢復(fù)上一次的刪除46MATLAB語(yǔ)言中標(biāo)點(diǎn)的說(shuō)明標(biāo)點(diǎn)說(shuō)明標(biāo)點(diǎn)說(shuō)明：冒號(hào)，具有多種應(yīng)用功能%百分號(hào)，注釋標(biāo)記；分號(hào)，區(qū)分行及取消運(yùn)行結(jié)果顯示！感嘆號(hào)，調(diào)用操作系統(tǒng)運(yùn)算，逗號(hào)，區(qū)分列及函數(shù)分隔符=等號(hào)，賦值標(biāo)記()括號(hào)，指定運(yùn)算優(yōu)先級(jí)單引號(hào)，字符串的標(biāo)識(shí)符方括號(hào)，定義矩陣.小數(shù)點(diǎn)及對(duì)象域訪問(wèn)大括號(hào)，構(gòu)造單元數(shù)組續(xù)行符號(hào)4

23、748賦值語(yǔ)句 (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。49例 計(jì)算表達(dá)式的值，并顯示計(jì)算結(jié)果。在MATLAB命令窗口輸入命令： x=1+2i; y=3-sqrt(17); z=(cos(abs(x+y)-sin(78*pi/180)/(x+abs(y) z = -0.3488 + 0.3286i50 Matlab基本特性 Matlab中數(shù)組及矩陣運(yùn)算 Matlab中函數(shù)的數(shù)值運(yùn)算 Matlab中的符號(hào)運(yùn)算第一章 MATLAB基本特性與基本運(yùn)算1983年春天,Cleve Moler到Standford大學(xué)講學(xué)，MATLAB深深地吸引了工程師John Little。John Little敏銳地覺(jué)察到MATLAB在工程領(lǐng)域的廣闊前景，同年，他和Cleve Moler，Steve Bangert一起，用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了第二代專業(yè)版。這一代的MAT