MATLAB工具箱分解課件

第9章MATLAB工具箱第9章MATLAB工具箱第9章MATLAB工具箱學(xué)習目標MATLAB工具箱的含義；MATLAB工具箱的作用與功能；MATLAB工具箱所應(yīng)用的主要領(lǐng)域；MATLAB工具箱的使用方法。第9章MATLAB工具箱學(xué)習目標9.1

MATLAB工具箱概述MATLAB工具箱其實就是一些M文件的集合，用戶可以修改工具箱中的函數(shù)，甚至可以通過編制M文件來任意添加工具箱中原來沒有的工具函數(shù)。此功能充分體現(xiàn)了MATLAB語言的開放性。許多的專業(yè)領(lǐng)域在MATLAB中都有自己的工具箱，假如用戶發(fā)現(xiàn)自己的專業(yè)領(lǐng)域沒有該工具箱的話，也可以自己開發(fā)一個。9.1MATLAB工具箱概述MATLAB工具箱其實就是一MATLAB有20多個工具箱，大致可分為兩類。一類是功能型工具箱，該工具箱主要用來擴充MATLAB的符號計算功能、圖形建模仿真功能、文字處理功能以及與硬件實時交互功能，能用于多種學(xué)科。另一類是領(lǐng)域型工具箱，該工具箱專業(yè)性很強，如控制工具箱（ControlToolbox）、信號處理工具箱（SignalProcessingToolbox）等。MATLAB有20多個工具箱，大致可分為兩類。9.2

打開MATLAB工具箱的方式打開MATLAB工具箱的方式通常有兩種。一種方式是打開MATLAB軟件之后，在MATLAB窗口的左下角，單擊“Start”按鈕，選擇其中Toolboxes命令另一種方式是在MATLAB命令提示符下輸入相應(yīng)工具箱的命令，也可以打開相應(yīng)的工具箱。9.2打開MATLAB工具箱的方式打開MATLAB工具箱9.3

MATLAB工具箱簡要介紹1．通信工具箱（CommunicationToolbox）2．控制系統(tǒng)工具箱（ControlSystemToolbox）3．財政金融工具箱（FinancialTooLbox）4．頻率域系統(tǒng)辨識工具箱（FrequencyDomainSystemldentificationToolbox）5．模糊邏輯工具箱（FuzzyLogicToolbox）6．高階譜分析工具箱（Higher-OrderSpectralAnalysisToolbox）7．圖像處理工具箱（ImageProcessingToolbox）8．線性矩陣不等式控制工具箱（LMIControlToolbox）9．模型預(yù)測控制工具箱（ModelPredictiveControlToolbox）10．u分析與綜合工具箱（u-AnalysisandSynthesisToolbox）9.3MATLAB工具箱簡要介紹1．通信工具箱（Comm11．神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱（NeurslNetworkToolbox）12．優(yōu)化工具箱（OptimizationToolbox）13．偏微分方程工具箱（PartialDifferentialEquationToolbox）14．魯棒控制工具箱（RobustControlToolbox）15．信號處理工具箱（SignalProcessingToolbox）16．樣條工具箱（SPlineToolbox）17．數(shù)理統(tǒng)計工具箱（StatisticsToolbox）18．符號數(shù)學(xué)工具箱（SymbolicMathToolbox）19．系統(tǒng)辨識工具箱（SystemIdentificationToolbox）20．小波工具箱（WaveletToolbox）11．神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱（NeurslNetworkTool9.4

MATLAB常用工具箱的使用方法在這里選擇模糊邏輯工具箱、數(shù)理統(tǒng)計工具箱、符號數(shù)學(xué)工具箱作為應(yīng)用實例，通過這3個工具箱的具體應(yīng)用來說明其他工具箱也有類似的使用方法。以此來引導(dǎo)讀者自學(xué)自己感興趣的其他工具箱。9.4MATLAB常用工具箱的使用方法在這里選擇模糊邏輯9.4.1MATLAB模糊邏輯工具箱應(yīng)用MATLAB模糊邏輯工具箱為模糊控制器的設(shè)計提供了一種非常便捷的途徑，通過它讀者不需要進行復(fù)雜的模糊化、模糊推理及反模糊化運算，只需要設(shè)定相應(yīng)參數(shù)，就可以很快得到讀者所需要的控制器，而且修改也非常方便。9.4.1MATLAB模糊邏輯工具箱應(yīng)用MATLAB模糊1．MATLAB模糊邏輯工具箱打開方式在MATLAB窗口的左下角單擊Start按鈕選擇Toolboxes→FuzzyLogic→FISEditorViewer命令，打開MATLAB模糊邏輯工具箱，如圖1．MATLAB模糊邏輯工具箱打開方式2．模糊控制器的設(shè)計在模糊邏輯工具箱中File→NewFIS→Mamdani命令，打開如圖9-3所示的模糊控制系統(tǒng)編輯器。2．模糊控制器的設(shè)計3．確定模糊控制器結(jié)構(gòu)確定模糊控制器結(jié)構(gòu)即根據(jù)具體的系統(tǒng)確定輸入、輸出量。這里根據(jù)需要選取標準的二維控制結(jié)構(gòu)，即輸入為誤差I(lǐng)和誤差變化IC，輸出為控制量O。在模糊控制系統(tǒng)編輯器中的Name文本框中輸入I，因為要用的是兩個輸入，所以選擇Edit→Addvariable→input命令，添加一個輸入量，然后修改input2為IC。在模糊控制系統(tǒng)編輯器中單擊右邊的output1圖形，在Name文本框中將output1修改為O。應(yīng)該注意這里的變量都是精確量。相應(yīng)的模糊量I、IC和為O，結(jié)果如圖9-4所示。3．確定模糊控制器結(jié)構(gòu)第9章-MATLAB工具箱分解課件4．輸入/輸出變量的模糊化雙擊模糊控制系統(tǒng)編輯器右上角的I圖形，打開一個新界面，在Range和DisplayRange文本框中，可以輸入取值范圍。在Name文本框中填寫隸屬函數(shù)的名稱。在Type下拉列表框中選擇trimf選項（三角形隸屬函數(shù)曲線），當然也可選其他形狀。在Params（參數(shù)）下拉列表框中選擇三角形涵蓋的區(qū)間，并填寫3個值，分別為三角形底邊的左端點、中點和右端點在橫坐標上的值。這些值可以由讀者自己確定。4．輸入/輸出變量的模糊化5．模糊推理決策算法設(shè)計首先要確定模糊規(guī)則。對于這個二維控制結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的輸入模糊集，可以制定36條模糊控制規(guī)則。選擇View→Rules命令，再選擇Edit→Rules命令，單擊Addrule按鈕。6．對輸出模糊量的解模糊選擇File→Exporttodisk命令，即可得到一個.fis文件，這個文件就是讀者所設(shè)計的模糊控制器。5．模糊推理決策算法設(shè)計9.4.2MATLAB數(shù)理統(tǒng)計工具箱應(yīng)用MATLAB的數(shù)理統(tǒng)計工具箱主要功能是概率分布和隨機數(shù)生成、多變量分析、回歸分析、主元分析、假設(shè)檢驗。MATLAB的數(shù)理統(tǒng)計工具箱是MATLAB工具箱中較為簡單的一個。9.4.2MATLAB數(shù)理統(tǒng)計工具箱應(yīng)用MATLAB的數(shù)1．打開數(shù)理統(tǒng)計工具箱在MATLAB窗口的左下角單擊Start按鈕選擇Toolboxes→Statistics命令，如圖9-7所示。其中有4個功能窗口，可以根據(jù)需要打開相應(yīng)的內(nèi)容。1．打開數(shù)理統(tǒng)計工具箱2．數(shù)理統(tǒng)計工具箱的參數(shù)估計函數(shù)函數(shù)說明betafitβ分布數(shù)據(jù)的參數(shù)估計和置信區(qū)間betalikeβ對數(shù)似然函數(shù)binofit二項數(shù)據(jù)參數(shù)估計和置信區(qū)間expfit指數(shù)數(shù)據(jù)參數(shù)估計和置信區(qū)間gamfitγ分布數(shù)據(jù)的參數(shù)估計和置信區(qū)間gamlikeγ對數(shù)似然函數(shù)mle最大似然估計normlike正態(tài)對數(shù)似然函數(shù)normfit正態(tài)數(shù)據(jù)參數(shù)估計和置信區(qū)間poissfit泊松數(shù)據(jù)參數(shù)估計和置信區(qū)間unifit均勻分布數(shù)據(jù)參數(shù)估計weibfitWeibull數(shù)據(jù)參數(shù)估計和置信區(qū)間2．數(shù)理統(tǒng)計工具箱的參數(shù)估計函數(shù)函3．數(shù)理統(tǒng)計工具箱的累積分布函數(shù)函數(shù)說明betacdfβ累積分布函數(shù)binocdf二項累積分布函數(shù)cdf計算選定的累積分布函數(shù)chi2cdf累積分布函數(shù)2χexpcdf指數(shù)累積分布函數(shù)fcdfF累積分布函數(shù)gamcdfγ累積分布函數(shù)geocdf幾何累積分布函數(shù)hygecdf超幾何累積分布函數(shù)logncdf對數(shù)正態(tài)累積分布函數(shù)nbincdf負二項累積分布函數(shù)ncfcdf偏F累積分布函數(shù)nctcdf偏t累積分布函數(shù)3．數(shù)理統(tǒng)計工具箱的累積分布函數(shù)函數(shù)說ncx2cdf偏累積分布函數(shù)2χnormcdf正態(tài)累積分布函數(shù)poisscdf泊松累積分布函數(shù)aylcdfReyleighr累積分布函數(shù)tcdft累積分布函數(shù)unidcdf離散均勻分布累積分布函數(shù)unifcdf連續(xù)均勻分布累積分布函數(shù)weibcdfWeibull累積分布函數(shù)ncx2cdf偏累積分布函數(shù)2χnormcdf正態(tài)累積分布函4．數(shù)理統(tǒng)計工具箱的概率密度函數(shù)函數(shù)說明betapdfβ概率密度函數(shù)binopdf二項概率密度函數(shù)chi2pdf概率密度函數(shù)2χexppdf指數(shù)概率密度函數(shù)fpdfF概率密度函數(shù)gampdfγ概率密度函數(shù)geopdf幾何概率密度函數(shù)hygepdf超幾何概率密度函數(shù)lognpdf對數(shù)正態(tài)概率密度函數(shù)nbinpdf負二項概率密度函數(shù)ncfpdf偏F概率密度函數(shù)nctpdf偏t概率密度函數(shù)4．數(shù)理統(tǒng)計工具箱的概率密度函數(shù)函數(shù)說ncx2pdf偏概率密度函數(shù)2χnormpdf正態(tài)分布概率密度函數(shù)pdf指定分布的概率密度函數(shù)poisspdf泊松分布的概率密度函數(shù)aylpdfRayleighr概率密度函數(shù)tpdft概率密度函數(shù)unidpdf離散均勻分布概率密度函數(shù)unifpdf連續(xù)均勻分布概率密度函數(shù)weibpdfWeibull概率密度函數(shù)ncx2pdf偏概率密度函數(shù)2χnormpdf正態(tài)分布概率5．數(shù)理統(tǒng)計工具箱的逆累積分布函數(shù)函數(shù)說明betainv逆β累積分布函數(shù)binoinv逆二項累積分布函數(shù)chi2inv逆累積分布函數(shù)2χexpinv逆指數(shù)累積分布函數(shù)finv逆F累積分布函數(shù)gaminv逆γ累積分布函數(shù)geoinv逆幾何累積分布函數(shù)hygeinv逆超幾何累積分布函數(shù)logninv逆對數(shù)正態(tài)累積分布函數(shù)5．數(shù)理統(tǒng)計工具箱的逆累積分布函數(shù)函數(shù)6．數(shù)理統(tǒng)計工具箱的分布矩函數(shù)函數(shù)說明betastat計算β分布的均值和方差binostat二項分布的均值和方差chi2stat計算分布的均值和方差2χexpstat計算指數(shù)分布的均值和方差fstat計算F分布的均值和方差gemstat計算γ分布的均值和方差geostat計算幾何分布的均值和方差hygestat計算超幾何分布的均值和方差lognstat計算對數(shù)正態(tài)分布的均值和方差nbinstat計算負二項分布的均值和方差ncfstat計算偏F分布的均值和方差6．數(shù)理統(tǒng)計工具箱的分布矩函數(shù)函數(shù)說7．數(shù)理統(tǒng)計工具箱的統(tǒng)計特征函數(shù)

函數(shù)說明corrcoef計算互相關(guān)系數(shù)cov計算協(xié)方差矩陣geomean計算樣本的幾何平均值harmmean計算樣本數(shù)據(jù)的調(diào)和平均值iqr計算樣本的四分位差kurtosis計算樣本的峭度mad計算樣本數(shù)據(jù)平均絕對偏差mean計算樣本的均值median計算樣本的中位數(shù)moment計算任意階的中心矩prctile計算樣本的百份位數(shù)range計算樣本的范圍7．數(shù)理統(tǒng)計工具箱的統(tǒng)計特征函數(shù)

函數(shù)8．數(shù)理統(tǒng)計工具箱的統(tǒng)計繪圖函數(shù)函數(shù)說明boxplot在矩形框內(nèi)畫樣本數(shù)據(jù)errorbar在曲線上畫誤差條fsurfht畫函數(shù)的交互輪廓線gline在圖中交互式畫線gname用指定的標志畫點lsline畫最小二乘擬合線normplot畫正態(tài)檢驗的正態(tài)概率圖pareto畫統(tǒng)計過程控制的Pareto圖qqplot畫兩樣本的分位數(shù)-分位數(shù)圖refcurve在當前圖中加一多項式曲線refline在當前坐標中畫參考線surfht畫交互輪廓線weibplot畫Weibull概率圖8．數(shù)理統(tǒng)計工具箱的統(tǒng)計繪圖函數(shù)函數(shù)9．數(shù)理統(tǒng)計工具箱的統(tǒng)計處理控制函數(shù)函數(shù)說明capable處理能力索引capaplot畫處理能力圖ewmaplot畫指數(shù)加權(quán)移動平均圖histfit疊加正態(tài)密度直方圖normspec在規(guī)定的極限內(nèi)畫正態(tài)密度圖schart畫標準偏差圖xbarplot畫水平條圖9．數(shù)理統(tǒng)計工具箱的統(tǒng)計處理控制函數(shù)函10．數(shù)理統(tǒng)計工具箱的假設(shè)檢驗函數(shù)函數(shù)說明ranksum計算母體產(chǎn)生的兩獨立樣本的顯著性概率和假設(shè)檢驗的結(jié)果signrank計算兩匹配樣本中位數(shù)相等的顯著性概率和假設(shè)檢驗的結(jié)果signtest計算兩匹配樣本的顯著性概率和假設(shè)檢驗的結(jié)果ttest對單個樣本均值進行t檢驗ttest2對兩樣本均值差進行t檢驗ztest對已知方差的單個樣本均值進行z檢驗10．數(shù)理統(tǒng)計工具箱的假設(shè)檢驗函數(shù)函數(shù)說11．數(shù)理統(tǒng)計工具箱的試驗設(shè)計函數(shù)函數(shù)說明cordexch配位交叉算法D—優(yōu)化試驗設(shè)計daugmentD—優(yōu)化增強試驗設(shè)計dcovary使用指定協(xié)變數(shù)的D—優(yōu)化試驗設(shè)計ff2n兩水平全因素試驗設(shè)計fullfact全因素試驗設(shè)計hadamardHadamard正交試驗rowexch行交換算法D—優(yōu)化試驗設(shè)計11．數(shù)理統(tǒng)計工具箱的試驗設(shè)計函數(shù)函9.4.3MATLAB符號數(shù)學(xué)工具箱應(yīng)用MATLAB符號數(shù)學(xué)工具箱主要功能是表達式和符號矩陣的創(chuàng)建，符號微積分、線性代數(shù)、方程求解，因式分解、展開和簡化，符號函數(shù)的二維圖形及圖形化函數(shù)計算器等。MATLAB符號運算是通過集成在MATLAB中的符號數(shù)學(xué)工具箱（SymbolicMathToolbox）來實現(xiàn)的。和其他的工具箱有所不同，該工具箱不是基于矩陣的數(shù)值分析，而是使用字符串來進行符號分析與運算。MATLAB的符號數(shù)學(xué)工具箱可以完成幾乎所有的符號運算功能。9.4.3MATLAB符號數(shù)學(xué)工具箱應(yīng)用MATLAB符號1．符號表達式的運算函數(shù)函數(shù)說明[n,d]=numden(a)提取符號表達式a的分子和分母，并將其存放在n和d中n=numden(a)提取符號表達式a的分子和分母，只將分子存放在n中symadd(a,b)返回符號表達式a和b的和，也可直接用a+bsymsub(a,b)返回符號表達式a和b的差，也可直接用a-bsymmul(a,b)返回符號表達式a和b的積，也可直接用a×bsymdiv(a,b)返回符號表達式a和b的商，也可直接用a/bsympow(a,b)返回符號表達式a的b次冪，也可直接用a^bcompose(f,g)返回復(fù)合函數(shù)f(g(y))compose(f,g,z)返回自變量為z的復(fù)合函數(shù)f(g(z))compose(f,g,x,z)返回復(fù)合函數(shù)f(g(z))，并使x成為f函數(shù)的獨立變量1．符號表達式的運算函數(shù)函數(shù)說2．符號與數(shù)值間的轉(zhuǎn)換以及符號的可變精度計算函數(shù)函數(shù)說明numeric(p)將符號表達式p轉(zhuǎn)化為數(shù)值表達式eval(p)將符號表達式p轉(zhuǎn)化為數(shù)值表達式sym2poly(p)將符號多項式p轉(zhuǎn)換成它的MATLAB等價系數(shù)向量digit察看現(xiàn)在系統(tǒng)中的算術(shù)運算精度digit(n)將系統(tǒng)的運算精度調(diào)整為小數(shù)點后n位2．符號與數(shù)值間的轉(zhuǎn)換以及符號的可變精度計算函數(shù)函3．符號表達式的化簡函數(shù)函數(shù)說明pretty(f)將符號表達式化簡成與高等數(shù)學(xué)課本上顯示符號表達式形式類似collect(f)合并符號表達式的同類項horner(f)將一般的符號表達式轉(zhuǎn)換成嵌套形式的符號表達式factor(f)對符號表達式進行因式分解expand(f)對符號表達式進行展開3．符號表達式的化簡函數(shù)函數(shù)說4．符號矩陣函數(shù)函數(shù)說明transpose(A)符號矩陣的轉(zhuǎn)置determ(A)符號矩陣的行列式det(A)符號矩陣的行列式inv(A)符號矩陣求逆rank(A)符號矩陣求秩[B,C]=eig(A)B為A的特征向量，C為A特征值svd(A)返回A的奇異值singvals(A)返回A的奇異值[B,C]=jordan(A)B為轉(zhuǎn)換矩陣，其列是特征向量，C為約當標準型，它是特征值的對角矩陣，即其對角線元素是特征值4．符號矩陣函數(shù)函數(shù)說5．符號微積分函數(shù)函數(shù)說明

Limit(f,x,a)返回符號表達式f當x趨向于a時的極限Limit(f,a)返回符號表達式f由findsym(f)返回獨立變量趨向于a時的極限Limit(