matlab程序設(shè)計(jì)-第01章概述

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計(jì)算機(jī)樓715 Application 課程的作在歐美各?等學(xué)校，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、圖像處理等諸多課程的基本教學(xué)?具，成為本科?、碩??和博??的必須掌握的基本技能。 在設(shè)計(jì)研究單位和?業(yè)部門，已被?泛地用于研究和解決各種具體的?程問題。 可以預(yù)見，將在我國科學(xué)研究和?用中發(fā)揮越來越?的作用。 Application Languge本課程的目的（ObjectivesofThisn講授語言基礎(chǔ)入門知識(shí)，介紹產(chǎn)品的體系、桌面工具的使用方法，重點(diǎn)介紹的數(shù)據(jù)可視化、數(shù)值計(jì)算的基本步驟以及如何使用語言編寫整潔、高效、規(guī)范的程序。并涉及到一些具體的專業(yè)應(yīng)用工具箱（如：信號(hào)處理工具箱、圖像處理工具箱等）。n通過本課程的學(xué)習(xí)，了解、熟悉、掌握的基本編程方法，并具有初步的利用計(jì)算機(jī)處理、解決實(shí)際問題的能力，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)后續(xù)的專業(yè)課程做好準(zhǔn)備。 本課程的特點(diǎn)（FeaturesofThis 交叉性課程，是計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)理論知識(shí)以及諸多工程理論知識(shí)的綜合。 實(shí)踐性課程。 內(nèi)容多， 少，要求同學(xué)上課認(rèn)真聽講，要充分利用上機(jī)實(shí)踐消化、理解、 掌握課上講解內(nèi)容。 授講授的通用功能寓教于例，由淺?深。 關(guān)于科學(xué)計(jì)算，著重強(qiáng)調(diào)理論概念、算法和實(shí)際計(jì)算三者之間的關(guān)系。

ApplicationofLanguge1 軟件概2 的桌面環(huán)境及?門知

第?概述1概 內(nèi) 發(fā)展歷 產(chǎn)品 familyofproducts)體 語?的特點(diǎn)。 目 全面了解軟件 激發(fā)對軟件的學(xué)習(xí)

Application 1.1的歷史及影70年代中期，CleveMoler博?及其同事在國家基?的幫助下，開發(fā)了LINPACK和EISPACK的FORTRAN語?程序庫，這兩個(gè)程序庫代表了當(dāng)時(shí)矩陣運(yùn)算的最??任的CIeveMoler，在給學(xué)?上線性代數(shù)，為了讓學(xué)?時(shí)間，開始著?用FORTRAN語?為學(xué)?編寫使用，其名稱是由MATrix和LABoratory（矩陣實(shí)驗(yàn)在1978年，Malab就面世了。這個(gè)程序獲得了很?的成受到了學(xué)?的?泛歡迎。在以后的?年里，在多

Cleve

Application Moler,?是?個(gè)名叫JackLittle的?。當(dāng)免費(fèi)的軟件到Stanford?學(xué)，JackLittle正在該校主修控制，便接觸到了當(dāng)時(shí)，，這是?個(gè)具有巨?發(fā)展?jié)?的軟件。因此他在畢業(yè)沒多久，就開始C語?重新編寫了的核?。在Moler的協(xié)助下，于年成立MathWorks公司，首次推出 版。在其版推出的初期，就以其優(yōu)秀的品質(zhì)（?效的數(shù)據(jù)計(jì)算能?和開放的體系結(jié)構(gòu)）占據(jù)了?部分?jǐn)?shù)學(xué)計(jì)算軟件的市場，原來應(yīng)用于控制領(lǐng)域里的?些封閉式數(shù)學(xué)計(jì)算軟件包（如英國的UMIST、瑞典的LUND和SIMNON、德國的KEDDC）就紛紛被淘汰或在上重建。

Jack

Application 在公司初創(chuàng)的五年，JackLittle非常辛苦，常常身兼數(shù)職（董事長、總經(jīng)理、推銷發(fā)等），但公司一直穩(wěn)定發(fā)展，從當(dāng)初的一人公司，到1993年的200人，到2000年的500，到2005年公司員工達(dá)到了1300人，不但打敗其他競爭軟JackLittle個(gè)人說法，早期成功的兩大因素是：選用了C語言及選定PC為主要平，這似乎和微軟的成功有相互呼應(yīng)MathWorks公司，目前仍然是私人企業(yè)，并未上市，這和JackLittle個(gè)人理念有關(guān)，他的設(shè)計(jì)方向應(yīng)該一直是以顧客的需求與軟件的完整性為首要目標(biāo)，而不是以為主要目的，因此一直是在穩(wěn)定中求進(jìn)步，而不會(huì)因?yàn)樯鲜卸蓶|左右其發(fā)展方向。這也是為什么新版本總是姍姍來遲的原因，因?yàn)樗麄儾粫?huì)因?yàn)槭袌龅男枨蠖瞥霾怀僧a(chǎn)品。此外，由于JackLittle保守的個(gè)性，也使得MathWorks不曾跨足/以外的行業(yè)，當(dāng)前商場上紛紛擾擾的并購或分家，MathWorks完全是緣 序的工作，非常令人佩服。如果你有數(shù)值運(yùn)算方面的高水平問題，寄到MathWorks后，大部份還是會(huì)由CleveMoler親自回答。在1994年，Pentium曾發(fā)生Fdiv的bug，當(dāng)時(shí)CleveMoler是第一個(gè)以軟件方式解決此bug的人，曾一時(shí)膾炙人口。

Application 版本1992年，支持Windows3.x的4.0版本推出，增加了Neural Network，SignalProcessing等?具箱1993年11月，MathWorks公司推出了4.1，其中主要增加了符號(hào)運(yùn)算功能。當(dāng)升級(jí)?4.2c，這?功能在用戶中得到?泛應(yīng)用。1997年，5.0版本問世了,實(shí)現(xiàn)了真正的32位運(yùn)算，加快數(shù)值計(jì)算，圖形表2001年初，MathWorks公司推出了6.0（R12）2002年7月，推出了6.5(R13)，在這?版本中升級(jí)到了5.0，性能有了很?提?，另??特點(diǎn)是推出了JIT程序，的計(jì)算速度有了明顯的提?。2005年9月，推出了MAILAB7.1(Release14SP3)，在這?版本中升級(jí)了6.3，軟件性能有了新的提?，用戶界面更加友好。值得說明的是，目前，軟件支持多種系統(tǒng)平臺(tái)，如常見的WindowsNT/XP、UNIXLinux

Application 就是這樣經(jīng)過了近30年的專門打造、20多年的千錘百煉，它以高性能的數(shù)組運(yùn)算（包括矩陣運(yùn)算）為基礎(chǔ)，不僅實(shí)現(xiàn)了大多數(shù)數(shù)學(xué)算法的高效運(yùn)行函數(shù)和數(shù)據(jù)可視化，而且提供了非常高效的計(jì)算機(jī)高級(jí)編程語言，在用戶可參與的情況下，各種專業(yè)領(lǐng)域的工具箱不斷開發(fā)和完善，取得了巨大的成功，已廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、工用，用于數(shù)值計(jì)算分析、系統(tǒng)建模與仿真。早在20世紀(jì)90年代初，歐美等發(fā)達(dá)國家的大學(xué)就將列為一種必須掌的編程語言。近幾年來，國內(nèi)的很多大學(xué)也將列為了本科生修課程。與Mle、Mttic數(shù)學(xué)計(jì)算軟件相比以數(shù)值計(jì)算見長而Ml見長，能給處理大量數(shù)據(jù)的能力遠(yuǎn)不如

Application 1.2產(chǎn)品的體系結(jié)圍繞 產(chǎn) 的

被稱 習(xí)使 呢

?檔 產(chǎn)品

Sim稱為模塊 模塊集，如CommunicationBlockset、DSPBlockset、SimPowerSystemBlockset、Signal

MATReal-TProcessingBlockset等，詳 根

MATSimuliMATStateflo

源代碼 Real-

StateflowCoder是基于Stateflow狀態(tài)圖

dwareDescriptionLanguage，Stateflow 的 仿真或低級(jí) StateflowCStateflow及相關(guān)的?

Application 1.3編程語言的特語則簡單。尤其內(nèi)定的編程規(guī)則，與其他編程語?（如C、Fortran等）相比更接近于常規(guī)數(shù)學(xué)表示。對于數(shù)組變量的使用，不需類型，?需事先申請內(nèi)存空間。基本的語言環(huán)境提供了數(shù)以千計(jì)的計(jì)算函數(shù)，極?的提?了用戶的編程效率。如，?個(gè)fft函數(shù)即可完成對指定數(shù)據(jù)的快速變換，這?任務(wù)如果用C語?來編程 Me/NT/2000/XP、很多不同版本的UNIX以及Linux。?論你在哪?個(gè)平臺(tái)上編?保護(hù)了用戶的勞動(dòng)、?便了用戶。其繪圖功能也是平臺(tái)?關(guān)的。?論任何系統(tǒng)平臺(tái)，只要能夠運(yùn)?，其圖形功能命令就能正常運(yùn)?。

Application Whatis isbasicallyahighlevellanguagewhichhasmanyspecializedtoolboxesformakingthingseasierforusHighLevelLanguagessuchasC,Pascaletc.HighLevelLanguagessuchasC,Pascaletc.What Integratedsoftware Easy-to-use High-level Data Controlflow Object-orientedprogramming systemconsistsoffivemainparts Development Setoftoolsandfacilitiesthathelpyouusefunctions MathematicalFunctionLibrary Collectionoffunctionslikesum,sine,cosine,andcomplexarithmetic,matrixinverse,matrixeigenvalues,andfastFourier The High-levelmatrix/arraylanguagewithcontrolflowstatements,functions,datastructures,input/output,andobject-orientedprogrammingfeatures. Providesextensivefacilitiesfordisplayingvectorsandmatricesasgraphs,aswellasannotatingandprintingthesegraphs. ApplicationProgramInterfaceDevelopDevelopData-AccessingData-AccessingModuleCThirdThirdparties HighLevelDevelopment Programming ApplicationProgramWhatareweinterested istoobroadforourpurposesinthiscourse.CommandexecutionlikeDOScommandSeries CommandexecutionlikeDOScommandSeriesSuggesteddirectorys FigurefilesrelatedtoProjectrelated(raw)datafilesProjectsProjectspecificm-files+ Systematicscript Usescriptsforexperiments(theyareusuallyunique-notgeneral) Useasystematicname-you’llrunoutofsensiblenames Keeptrackofsystematicscriptfiles(“ files)bya“how”-file.A“how”fileT1WaveletregressionofDataset2Plottingfromt1(Dataset3Programforconstructingclosedconcentration4Herewemakeconcentration5Optimizationofthecontributionfromwaveletscalesinwavelet6Separatepredictionusingt57Systematicdenoising+regression(Dataset8Plotsfromt7(Dataset9Dataset2:systematicPLSPlotsfromt9(DatasetTestingthescalecontributiontothey-DS2:Multiresolutionloading/scoreplotsforselectedExample:Example:callmak(1,1,[1111 HTML TheHTMLToolbox(HT)willsimplifythe TheoutputfromHT sobeusedasatemplate ationofthem- HTprovidescross-linksbetweenallm-filesin HTshows at-filesareloadedandwhichfilesare HTprovidestheentirem-codewithhyperlinksprograms Gotothedirectoryyouwant Makesureafilenamedtmp001is Usetheprogram 功能強(qiáng) 數(shù)值運(yùn)算優(yōu)勢 符號(hào)運(yùn)算優(yōu)勢(Maple) 強(qiáng)?的2D、3D數(shù)據(jù)可視化功能 許多具有算法自適應(yīng)能?的功能函數(shù)

Application 語? 其操作和功能函數(shù)指令就是常用的計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)書上的?英?單詞表達(dá)的，如：help、clear 擴(kuò)充能?、可開發(fā)能? 用戶可以開發(fā)自?的? 可以?便地與Fortran、C等語?接 編程易、效率 以數(shù)組為基本計(jì)算單元 有?

Application Why Interactive data Basicelementisan easyvectorandmatrixmanipulation builtinfunctionsforeigenvalues,eigenvectors,determinant,SVDs Implicitloopsfor Manypreexisting filtering,converting,sorting,finding, FortranandScientificnEngineeringandscientificapplicationsinvolvealotof"numbercrunching".nFormanyyears,themainlanguageforthiswasFORTRAN--first"highlevel"programminglanguage,andespeciallydesignedfornumericalcomputing.nHere'saFortrancodetosolveax2+bx+c= Solveaquadraticequation(thisisaDESC=B*B-IF(DESC.LT.0.0)GOTO10DESC=SQRT(DESC)X1=(-B+X2=(-B-WRITE(6,*)"SOLUTIONSARE",X1,"AND",10WRITE(6,*)"EQUATIONHASCOMPLEXROOTS"Problemsusing"Numbercrunching"onacomputercanbetricky.Problemsthatoccurare: lossofprecisionandinaccurateX=Y=1.0-Y"should"equal0,butprobablydoes underflowandoverflow:X=1.0E20,X*X-->too efficientcodingofalgorithmsnotalwaysDO1010Y(N)=

<--SolvingaLinearSysteminHere'saFortrancodetosolvealinearsystemb=A*x,solveforx.Itdoesn'tcheckfordegeneracyorzeros.C...C...BackwardsX(N)=X(N)/A(N,N)DO21I=N-1,1,-1TMP=DO20TMP=TMP-A(I,J)*X(J)X(I)=TMP/A(I,I)CSolveB=A*XforCSolveB=A*XforCNisdimensionofvectorsandmatrixCDoesnotuserowinterchange,scaling.SUBROUTINELINSYS(N,A,X,B,TMP)INTEGERNDOUBLEPRECISIONA(N,N),X(N),B(N)DOUBLEPRECISIONTMP(N),RATIOC...ForwardDO13J=1,N-DO12RATIO=-A(I,*)=A(I,*)DO11A(I,K)=A(I,K)+RATIO*A(J,K)A(I,J)=0.0X(I)=X(I)+11Afullprogrammaybe1000'slinesNeedforNumerical TheU.S. ernmentrecognizedtheseproblems,andtheinefficiencyofmanyengineersallwritingthesamealgorithms...againandagain. So,theycommissionednumerical yststowritegoodqualityalgorithmsforcommon Maketheresultsfreelyavailableas"libraries"ofsubroutinesthananyonecanuseintheir Librariesareavailableat: ExamplesofNumericalnBLAS(BasicLinearAlgebraSubroutines):operationsonvectors,likeaddingtovectors,dotproduct,norm.nLINPACK:linearalgebrasubroutinesforvector-matrixoperations,solvinglinearsystems,factoringamatrix,invertingamatrix.LaterreplacedbyLAPACK.nEISPACK:computeeigenvaluesandeigenvectorsofnExample:solveA*x=busingC....C....factortheACALLSGEFA(A,N,N,IPVT,C....copyBvectorintoXCALLSCOPY(N,B,1,X,C....solvethesystemofequationsCALLSGESL(A,N,N,IPVT,X,0)StillStillNotEasy CleveMoler,mathematician,C.S.Professor,andco-authorofLINPACK,thoughtthisisstilltoomuchwork: writeFORTRAN,compile,debug,compile, Hewantedtogivestudentseasyaccessto So,hewrote("Matrix easyinput, operationsonawholevectorormatrixat Example:solveb=A*xinx=A\ Immediate quicklybecamequitepopularandusedforbothteachingandresearch.Itwasalsofree. Anengineer,JackLittle,saw duringalecturebyCleveMoleratStanfordUniversity. Hesawthecommercialpotentialand(with rewrotein added"M-files"(stored manynewfeaturesand foundedTheMathworkstomarketSoftware illustratessomeusefuldesignconceptsforsoftware.Extensibleusing"Toolkits"oruser-contributedprogramscalledM-files.InteractiveuserhidesboringLinearAlgebraModular,LinearAlgebraFORTRANStandardbaseFORTRAN Millionsof Astandardtoolinbothprofessionalandacademic "Toolboxes"providingfunctionsformany control neural statisticsandtime- Candosymbolicmathematics, :GUIbasedsimulation2的桌面環(huán)境及?門知 啟動(dòng)與退出 命令窗?及使 數(shù)值表示、變量、表達(dá)式 命令歷史窗 ?作空間 獲取

Application 啟動(dòng)與退出 啟動(dòng) 直接用鼠標(biāo)雙擊桌面上7.1圖 或Windows 退出 關(guān)閉桌 在命令窗?執(zhí)?quit或exit命令 缺省桌面（見下頁

Application 菜啟動(dòng)與退出（續(xù)菜工作空工作空歷歷

文件文件編輯窗Start菜Application Start菜命令窗?的使用 簡單計(jì)算【例2.2-1

>>(12+2*(7-按【Enter】鍵，指令執(zhí)?2

Application 2.2命令窗（續(xù)〖說明〗 在命令窗?【Enter】鍵提交命令執(zhí)? 所用運(yùn)算符（如+、-、^等）是各種計(jì)算程序常見 義就是“運(yùn)算答案”。ans是的?個(gè)預(yù)定義變量

Application 2.2命令窗（續(xù) 簡單計(jì)算（續(xù)

Matalb中正弦函數(shù)sin 它的參數(shù)值是以“弧度”為單位 pi也是Matalb的預(yù)定義變 對字母大小寫是2ex0.5的值， Matalb中開平方—

是英文squareroot的縮 Matalb中指數(shù)函數(shù)常見的表達(dá)方式

Application 命令窗（續(xù) “clc”清除窗口顯示內(nèi)容令【例2.2-4】計(jì)算y2sin0.351 5%命令行%命令行 【例2.2-5】計(jì)算y

2cos0.3515

的值

Application 2.2命令窗（續(xù)【例2.2-5】計(jì)算半徑為5.2m的圓的周長和面積。>>radius=5.2; >>area=pi*5.2^2,arealllll計(jì)算結(jié)果不再賦給“ans”用戶指定的變量y、area、circle_len Who、whos變 clear命令用來circle_len

Application 2.2命令窗（續(xù)Yourvariables

8double8double8double8doubley8doubleGrandtotalis5elementsusing40

Application 2.2命令窗（續(xù)>>clearYourvariables >>clearansYourvariablesare:

double doubleGrandtotalis2elementsusing16

Application 命令窗（續(xù) 數(shù)值顯示格式設(shè)置 缺省顯示格式：簡潔的短（shortg） 窗?命令及語法格式：format 顯示格式關(guān)鍵如：format 常見通用命令clearwho或dirtypehelp或docquit或

%15位數(shù)字顯清除命令窗?的顯示清 ?作空間中保存的變顯 ?作空間中的變量信顯示當(dāng)前? 的?件和 關(guān)閉/推出MATALB

Application Functionforprogrammer which:thelocationoffunctioninthe (similartowhereis >>which sumisabuilt-in >>which

Sothatyoucansaveinyourowndirectoryandmodifyit. /opt1/-Functionforprogrammer !:callingunixcommandin >> >>SuppressingIfyousimplytypeastatementandpress automaticallydisplaystheresultsonscreen.Ifyouendthelinewithasemicolon; performsthecomputationbutdoesnotdisplayanyresult. C=C=?作空間 查看?作空間內(nèi)存變量，可以由who、whos 命名新變量。 修改變量 刪除變量 繪 保存變量數(shù)據(jù) 裝?數(shù)據(jù) Application TheTheconceptofAtanytimeinasession,thecodehasaworkspaceassociatedwithitTheworkspaceislikeasandboxinwhichyoufindyourselfatcertainpointofexecutingBaseWorkspace:theworkspaceinwhichyoulivewhenexecutecommandsfromEaATLABfunctionhasitsownworkspace(itsAfunctioninvokedfromacallingfunctionhasitsownseparateworkspace?Ascriptdoesnotleadtoanewworkspace(unlikea butlive