matlab教程(全)資料課件

Matlab的作用

在歐美各高等學(xué)校，Matlab成為線性代數(shù)、自動(dòng)控制理論、圖像處理等諸多課程的基本教學(xué)工具，成為本科生、碩士生和博士生的必須掌握的基本技能。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門，Matlab已被廣泛地用于研究和解決各種具體的工程問題。

6/4/20231ApplicationofMatlabLanguage第一講

Matlab概述

6/4/20232ApplicationofMatlabLanguage

MATLAB產(chǎn)品由若干模塊組成，不同的模塊完成不同的功能，其中有：

實(shí)際上MATLAB本身就是一個(gè)極其豐富的資源庫，那么應(yīng)該從哪一部分開始著手、學(xué)習(xí)使用MATLAB呢？這就有必要了解這一軟件產(chǎn)品的體系結(jié)構(gòu)。MATLABCompiler這種編譯器可以將MATLAB程序文件編譯生成標(biāo)準(zhǔn)的C/C++語言文件，而生成的標(biāo)準(zhǔn)的C/C++文件可以被任何一種C/C++編譯器編譯生成函數(shù)庫或可執(zhí)行文件，以提高程序的運(yùn)行效率。1.2MATLAB產(chǎn)品的體系結(jié)構(gòu)

MATLABMATLABToolboxesMATLABCompilerSimulinkSimulink

BlocksetsReal-TimeWorkshop(RTW)StateflowStateflowCoder由這些模塊產(chǎn)品之間的關(guān)系可以圖1.1表示。圖1.1MATLAB產(chǎn)品體系結(jié)構(gòu)圍繞著MATLAB這個(gè)計(jì)算核心，形成了諸多針對不同應(yīng)用領(lǐng)域的算法程序包，被稱為專用工具箱（Toolbox），這些工具箱的列表以及每個(gè)工具箱的使用詳見MATLAB在線幫助文檔。MATLAB本身所提供的工具箱大概有40多個(gè)，另外還有其他公司或研究單位開發(fā)提供的工具箱，這些工具箱的總數(shù)已有100多個(gè)，而且新的工具箱還在不斷增加。如果你有特別的應(yīng)用領(lǐng)域，可以首先到網(wǎng)上查找是否已有相關(guān)的工具箱，很可能已有人將你要做的應(yīng)用程序作成工具箱了。Simulink是窗口圖形方式的、專門用于連續(xù)時(shí)間或離散時(shí)間的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、分析和仿真的核心。MATLAB是MATLAB產(chǎn)品家族的計(jì)算核心與基礎(chǔ)，是集高性能數(shù)值計(jì)算與數(shù)據(jù)可視化于一體的高效編程語言。

6/4/20233ApplicationofMatlabLanguage1.3MATLAB編程語言的特點(diǎn)

語法規(guī)則簡單。尤其內(nèi)定的編程規(guī)則，與其他編程語言（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，不需類型聲明，無需事先申請內(nèi)存空間。

MATLAB基本的語言環(huán)境提供了數(shù)以千計(jì)的計(jì)算函數(shù)，極大的提高了用戶的編程效率。如，一個(gè)fft函數(shù)即可完成對指定數(shù)據(jù)的快速傅里葉變換，這一任務(wù)如果用C語言來編程實(shí)現(xiàn)的話，至少要用幾十條C語言才能完成。

6/4/20234ApplicationofMatlabLanguage2.1啟動(dòng)與退出MATLAB啟動(dòng)MATLAB直接用鼠標(biāo)雙擊桌面上MATLAB7.1圖標(biāo)或Windows桌面的“開始”—〉“所有程序”—〉“MATLAB7.1”—〉“MATLAB7.1”。退出MATLAB關(guān)閉MATLAB桌面在命令窗口執(zhí)行quit或exit命令MATLAB缺省桌面（見下頁）

6/4/20235ApplicationofMatlabLanguage菜單欄工具欄文件編輯窗口工作空間歷史命令窗口Start菜單命令窗口命令提示符2.1啟動(dòng)與退出MATLAB（續(xù)）

6/4/20236ApplicationofMatlabLanguage2.2命令窗口的使用激活命令窗口。“>>”與閃爍的光標(biāo)一起表明系統(tǒng)就緒，等待輸入。簡單計(jì)算【例1】計(jì)算（1）在MATLAB命令窗口輸入以下內(nèi)容：>>(12+2*(7-4))/3^2（2）按【Enter】鍵，指令執(zhí)行。（3）返回的計(jì)算結(jié)果：ans=2

6/4/20237ApplicationofMatlabLanguage2.2命令窗口（續(xù)）〖說明〗在命令窗口【Enter】鍵提交命令執(zhí)行。Matlab所用運(yùn)算符（如+、-、^等）是各種計(jì)算程序中常見的。計(jì)算結(jié)果中的“ans”是英文“answer”的一種縮寫，其含義就是“運(yùn)算答案”。ans是Matlab的一個(gè)預(yù)定義變量。

6/4/20238ApplicationofMatlabLanguage2.2命令窗口（續(xù)）簡單計(jì)算（續(xù)）【例2】計(jì)算sin(45?)>>sin(45*pi/180)Matalb中正弦函數(shù)sin就是常見的正弦函數(shù)。它的參數(shù)值是以“弧度”為單位的。pi也是Matalb的預(yù)定義變量。pi=3.14159…Matlab對字母大小寫是敏感的。【例3】計(jì)算的值，其中x=4.92。

>>sqrt(2*exp(4.92+0.5)+1)Matalb中開平方—sqrt(x)，是英文squareroot的縮寫

。Matalb中指數(shù)函數(shù)exp(x)，常見的表達(dá)方式。ans=0.7071ans=21.2781

6/4/20239ApplicationofMatlabLanguage命令窗口

（續(xù)）【例4】計(jì)算半徑為5.2m的圓的周長和面積。>>radius=5.2;%圓的半徑>>area=pi*5.2^2,

circle_len=2*pi*5.2area=

84.9487circle_len=

32.6726以上兩例，命令行中用到了等號“=”。計(jì)算結(jié)果不再賦給“ans”，而是賦給用戶指定的變量y、area、circle_len。無論是預(yù)定義變量還是用戶自定義變量都被存儲(chǔ)在系統(tǒng)的工作空間內(nèi)，即系統(tǒng)定義的一個(gè)存儲(chǔ)窗口變量的內(nèi)存空間。Who、whos命令用來顯示工作空間的變量clear命令用來清除工作空間的變量。

6/4/202310ApplicationofMatlabLanguage命令窗口

（續(xù)）數(shù)值顯示格式設(shè)置缺省顯示格式：簡潔的短（shortg）格式窗口命令及語法格式：format顯示格式關(guān)鍵字如：formatlong%15位數(shù)字顯示常見通用命令命令 含義clc

清除命令窗口的顯示內(nèi)容clear 清除Matlab工作空間中保存的變量who或whos

顯示Matlab工作空間中的變量信息dir 顯示當(dāng)前工作目錄的文件和子目錄清單cd

顯示或設(shè)置當(dāng)前工作目錄Help 獲取在線幫助quit或exit 關(guān)閉/退出MATALB

6/4/202311ApplicationofMatlabLanguage工作空間查看工作空間內(nèi)存變量，可以由who、whos

。命名新變量。修改變量名刪除變量繪圖保存變量數(shù)據(jù)裝入數(shù)據(jù)

6/4/202312ApplicationofMatlabLanguage歷史窗口歷史窗口：首先記錄每次啟動(dòng)時(shí)間并記錄在命令窗口輸入命令，此次運(yùn)行期間，輸入的所有命令被記錄為一組，并以此次啟動(dòng)時(shí)間為標(biāo)志。要清除歷史記錄，可以選擇Edit菜單中的ClearCommandHistory命令

6/4/202313ApplicationofMatlabLanguage當(dāng)前目錄窗口和搜索路徑當(dāng)前目錄窗口：指Matlab運(yùn)行時(shí)的工作目錄。(dir)只有在當(dāng)前目錄和搜索路徑下的文件、函數(shù)才可以被運(yùn)行和調(diào)用。如果沒有特殊指明，數(shù)據(jù)文件也將存放在當(dāng)前目錄下；用戶可以將自己的工作目錄設(shè)置成當(dāng)前目錄，從而使得所有操作都在當(dāng)前目錄中進(jìn)行。(cd)

6/4/202314ApplicationofMatlabLanguage

獲取在線幫助MATLAB提供的幫助信息有兩類簡單純文本幫助信息helplookfor（條件比較寬松）例：inverse窗口式綜合幫助信息（文字、公式、圖形）dochelpwin

6/4/202315ApplicationofMatlabLanguage數(shù)值表示、變量及表達(dá)式數(shù)值的記述

Matlab的數(shù)只采用習(xí)慣的十進(jìn)制表示，可以帶小數(shù)點(diǎn)和負(fù)號;其缺省的數(shù)據(jù)類型為雙精度浮點(diǎn)型(format)（double）。例如：3-100.0011.3e101.256e-6變量命令規(guī)則變量名、函數(shù)名對字母的大小寫是敏感的。如myVar與myvar表示兩個(gè)不同的變量。變量名第一個(gè)字母必須是英文字母。變量名可以包含英文字母、下劃線和數(shù)字。變量名不能包含空格、標(biāo)點(diǎn)。變量名最多可包含63個(gè)字符（6.5及以后的版本）。

6/4/202316ApplicationofMatlabLanguage數(shù)值表示、變量及表達(dá)式（續(xù)）Matlab預(yù)定義的變量變量名意義ans最近的計(jì)算結(jié)果的變量名epsMATLAB定義的正的極小值=2.2204e-16pi圓周率πinf∞值，無限大i或j虛數(shù)單元，sqrt(-1)NaN非數(shù)，0/0、∞/∞〖說明〗每當(dāng)MATLAB啟動(dòng)完成，這些變量就被產(chǎn)生。MATLAB中，被0除不會(huì)引起程序中斷，給出報(bào)警的同時(shí)用inf或NaN給出結(jié)果。用戶只能臨時(shí)覆蓋這些預(yù)定義變量的值，Clear或重啟MATLAB可恢復(fù)其值。

6/4/202317ApplicationofMatlabLanguage數(shù)值表示、變量及表達(dá)式

（續(xù)）運(yùn)算符和表達(dá)式運(yùn)算數(shù)學(xué)表達(dá)式MATLAB運(yùn)算符MATLAB表達(dá)式加a+b+a+b減a-b-a-b乘axb*a*b除a/b或a\b/或\a/b或a\b冪^a^b〖說明〗Matlab用“\”a的逆和”/”分別表示“左除”和“右除”。對標(biāo)量而言，兩者沒有區(qū)別。對矩陣產(chǎn)生不同影響。MATLAB表達(dá)式的書寫規(guī)則與“手寫方式”幾乎完全相同。表達(dá)式按與常規(guī)相同的優(yōu)先級自左至右執(zhí)行運(yùn)算。優(yōu)先級：指數(shù)運(yùn)算級別最高，乘除次之，加減最低。括號改變運(yùn)算的次序。

6/4/202318ApplicationofMatlabLanguageMatlab矩陣(數(shù)組)的表示數(shù)組的概念一維數(shù)組變量的創(chuàng)建二維數(shù)組變量的創(chuàng)建

6/4/202319ApplicationofMatlabLanguage.數(shù)組(array)的概念數(shù)組定義：按行(row)和列(column)順序排列的實(shí)數(shù)或復(fù)數(shù)的有序集，被稱為數(shù)組。數(shù)組中的任何一個(gè)數(shù)都被稱為這個(gè)數(shù)組的元素，由其所在的行和列標(biāo)識，這個(gè)標(biāo)識也稱為數(shù)組元素的下標(biāo)或索引。Matlab將標(biāo)量視為1×1的數(shù)組。

12345222232425332333435442434445a(3,4)=34rowisfirsta=

6/4/202320ApplicationofMatlabLanguage數(shù)組的分類一維數(shù)組，也稱為向量(vector)。行向量(rowvector)、列向量(columnvector)。二維數(shù)組(矩陣matrix)。有效矩陣：每行元素的個(gè)數(shù)必須相同，每列元素的個(gè)數(shù)也必須相同。數(shù)組(array)的概念

6/4/202321ApplicationofMatlabLanguage數(shù)組(array)的概念（續(xù)）行向量列向量a(2,1)=3a(1,2)=2b(3)=3c(2)=2

6/4/202322ApplicationofMatlabLanguage創(chuàng)建一維數(shù)組變量第一種方法：使用方括號“[]”操作符【例5】創(chuàng)建數(shù)組(行向量)a=[13pi]>>a=[13pi]%ora=[1,3,pi]

a=1.00003.00003.1416向量元素間用空格或英文的逗點(diǎn)“,”分開。第二種方法：使用冒號“:”操作符【例6】創(chuàng)建以1~10順序排列整數(shù)為元素的行向量b。>>b=1:10b=12345678910

6/4/202323ApplicationofMatlabLanguage創(chuàng)建一維數(shù)組變量（續(xù)）列向量的創(chuàng)建使用方括號“[]”操作符，使用分號“;”分割行。【例7】鍵入并執(zhí)行x=[1;2;3]X=123

6/4/202324ApplicationofMatlabLanguage創(chuàng)建一維數(shù)組變量

（續(xù)）一旦被創(chuàng)建，變量就被存儲(chǔ)在工作空間，可以通過“Workspace”窗口或在“CommandWindow”執(zhí)行“whos”命令察看。操作一：使用“Workspace”窗口察看變量操作二：使用“whos”命令察看變量

6/4/202325ApplicationofMatlabLanguage創(chuàng)建二維數(shù)組變量第一種方法：使用方括號“[]”操作符使用規(guī)則數(shù)組元素必須在“[]”內(nèi)鍵入；行與行之間須用分號“;”間隔，也可以在分行處用回車鍵間隔；行內(nèi)元素用空格或逗號“,”間隔。【例8】鍵入并執(zhí)行a2=[123;456;789]a2=123456789【例9】鍵入并執(zhí)行a2=[1:3;4:6;7:9]%結(jié)果同上

6/4/202326ApplicationofMatlabLanguage創(chuàng)建二維數(shù)組變量（續(xù)）第二種方法：函數(shù)方法函數(shù)ones(生成全1矩陣)、zeros(生成全0矩陣)、

“helpelmat”獲得基本的矩陣生成和操作函數(shù)列表【例10】創(chuàng)建全1的3x3數(shù)組。>>ones(3)【例11】創(chuàng)建全1的3x4數(shù)組。>>ones(3,4)

6/4/202327ApplicationofMatlabLanguage數(shù)組元素的標(biāo)識與尋訪數(shù)組元素的標(biāo)識“全下標(biāo)（index）”標(biāo)識經(jīng)典數(shù)學(xué)教科書采用“全下標(biāo)”標(biāo)識法：每一維對應(yīng)一個(gè)下標(biāo)。如對于二維數(shù)組，用“行下標(biāo)和列下標(biāo)”標(biāo)識數(shù)組的元素，a(2,3)就表示二維數(shù)組a的“第2行第3列”的元素。對于一維數(shù)組，用一個(gè)下標(biāo)即可，b(2)表示一維數(shù)組b的第2個(gè)元素，無論b是行向量還是列向量。

6/4/202328ApplicationofMatlabLanguage數(shù)組的算術(shù)運(yùn)算MATLAB數(shù)組支持線性代數(shù)中所有的矩陣運(yùn)算。建立特有的數(shù)組運(yùn)算符，如：“.*”、“./”等。

MATLAB數(shù)組運(yùn)算符列表運(yùn)算 運(yùn)算符 含義說明

加 +相應(yīng)元素相加

減 - 相應(yīng)元素相減乘 * 矩陣乘法點(diǎn)乘

.* 相應(yīng)元素相乘冪 ^ 矩陣冪運(yùn)算點(diǎn)冪 .^ 相應(yīng)元素進(jìn)行冪運(yùn)算左除或右除 \或/ 矩陣左除或右除左點(diǎn)除或右點(diǎn)除.\或./ A的元素被B的對應(yīng)元素除

6/4/202329ApplicationofMatlabLanguage算術(shù)運(yùn)算（續(xù)）【例12】點(diǎn)冪“.^”舉例>>a=1:6a=123456>>a=a.^2a=149162536

6/4/202330ApplicationofMatlabLanguage數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)最大值和最小值

MATLAB提供的求數(shù)據(jù)序列的最大值和最小值的函數(shù)分別為max和min，兩個(gè)函數(shù)的調(diào)用格式和操作過程類似。

1、求向量的最大值和最小值

(1)y=max(X)：返回向量X的最大值存入y，如果X中包含復(fù)數(shù)元素，則按模取最大值；

(2)[y,I]=max(X)：返回向量X的最大值存入y，最大值的序號存入I，如果X中包含復(fù)數(shù)元素，則按模取最大值。

6/4/202331ApplicationofMatlabLanguage【例13】求向量的最大值>>x=[-43,72,9,16,23,47];>>y=max(x)%求向量x中的最大值y=72>>[y,l]=max(x)%求向量x中的最大值及其該元素的位置y=72l=2

6/4/202332ApplicationofMatlabLanguage數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)2.求矩陣的最大值和最小值求矩陣A的最大值的函數(shù)有3種調(diào)用格式，分別是：(1)max(A)：返回一個(gè)行向量，向量的第i個(gè)元素是矩陣A的第i列上的最大值；(2)[Y,U]=max(A)：返回行向量Y和U，Y向量記錄A的每列的最大值，U向量記錄每列最大值的行號；

6/4/202333ApplicationofMatlabLanguage【例14】求矩陣的最大值>>x=[-43,72,9;16,23,47];>>y=max(x)%求矩陣x中每列的最大值y=167247>>[y,l]=max(x)%求矩陣x中每列的最大值及其該元素的位置y=

167247l=212

6/4/202334ApplicationofMatlabLanguage

數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)平均值

求數(shù)據(jù)序列平均值的函數(shù)是mean。函數(shù)的調(diào)用格式為：mean(X)：返回向量X的算術(shù)平均值。mean(A)：返回一個(gè)行向量，其第i個(gè)元素是A的第i列的算術(shù)平均值。

6/4/202335ApplicationofMatlabLanguage二維曲線繪圖的基本操作plot指令的基本調(diào)用格式（1）plot(x)x為向量時(shí)，以該元素的下標(biāo)為橫坐標(biāo)、元素值為縱坐標(biāo)繪出曲線（2）plot(x,y)x、y為同維數(shù)組時(shí)，繪制以x、y元素為橫縱坐標(biāo)的曲線

6/4/202336ApplicationofMatlabLanguage例14使用直角坐標(biāo)系在[0，2π]區(qū)間內(nèi)，繪制曲線x=0:pi/100:2*pi;y=2*exp(-0.5*x).*sin(2*pi*x);plot(x,y)

6/4/202337ApplicationofMatlabLanguage例15使用參數(shù)方程繪制曲線繪制曲線t=-pi:pi/100:pi;x=t.*cos(3*t);y=t.*sin(t).^2;plot(x,y)

6/4/202338ApplicationofMatlabLanguageMatlab命令的執(zhí)行方式交互式命令執(zhí)行方式（命令窗口）

逐條輸入，逐條執(zhí)行，操作簡單、直觀，但速度慢，執(zhí)行過程不能保留。M文件的程序執(zhí)行方式

將命令編成程序存儲(chǔ)在一個(gè)文件中（M文件），依次運(yùn)行文件中的命令，可以重復(fù)進(jìn)行。

6/4/202339ApplicationofMatlabLanguage

M文件的分類用Matlab語言編寫的程序，稱為M文件。

是由若干Matlab命令組合在一起構(gòu)成的，它可以完成某些操作，也可以實(shí)現(xiàn)某種算法。

M文件根據(jù)調(diào)用方式的不同分為兩類：

命令文件（ScriptFile）

函數(shù)文件（FunctionFile）它們的擴(kuò)展名都是.m

6/4/202340ApplicationofMatlabLanguage命令文件和函數(shù)文件的區(qū)別命令文件沒有輸入?yún)?shù)，也不返回輸出參數(shù)；函數(shù)文件可以帶輸入?yún)?shù)，也可以返回輸出參數(shù)。命令文件對工作空間中的變量進(jìn)行操作，文件中所有命令的執(zhí)行結(jié)果也返回工作空間中；函數(shù)文件中定義的變量為局部變量，當(dāng)函數(shù)文件執(zhí)行完畢時(shí)，這些變量也被清除。命令文件可以直接運(yùn)行；函數(shù)文件不能直接運(yùn)行，要以函數(shù)調(diào)用的方式來調(diào)用它。

6/4/202341ApplicationofMatlabLanguageM文件的建立與打開

M文件是一個(gè)文本文件，可以用任何編輯程序來建立和編輯，一般最常用的是使用Matlab提供的文本編輯器。

該編輯器是一個(gè)集編輯和調(diào)試于一體的工作環(huán)境。

6/4/202342ApplicationofMatlabLanguage

程序控制結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)

任何復(fù)雜的程序都可以由這3種基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

6/4/202343ApplicationofMatlabLanguage例16已知，當(dāng)n=100時(shí)，求y的值。程序如下：y=0;n=100;fori=1:ny=y+1/i/i;endy輸出結(jié)果為：y=1.6350

6/4/202344ApplicationofMatlabLanguageMatlab矩陣分析與處理特殊矩陣常見的特殊矩陣有零矩陣、幺矩陣、單位矩陣等，這類特殊矩陣在應(yīng)用中具有通用性。1、通用的特殊矩陣常用的產(chǎn)生通用特殊矩陣的函數(shù)有：

zeros：產(chǎn)生全0矩陣（零矩陣）。

ones：產(chǎn)生全1矩陣（幺矩陣）。

eye：產(chǎn)生單位矩陣。

rand：產(chǎn)生0~1間均勻分布的隨機(jī)矩陣。

6/4/202345ApplicationofMatlabLanguage例17建立隨機(jī)矩陣：①在區(qū)間[20,