計算機仿真應(yīng)用基礎(chǔ)

計算機仿真應(yīng)用基礎(chǔ)王紅勇

Matlab前言概述Matlab的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作環(huán)境前言對客觀世界認(rèn)識逐漸深化，利用數(shù)據(jù)計算機作為工具、平臺的特性，大眾化目前matlab的應(yīng)用現(xiàn)狀學(xué)校教育情況學(xué)習(xí)目的和方法掌握matlab的最基礎(chǔ)、最重要的核心部分利用matlab輔助學(xué)習(xí)，提高認(rèn)識和處理復(fù)雜問題的能力不要畏難！注重基礎(chǔ)，多實踐，一步步5

70年代中期，CleveMoler和他的同事開發(fā)了LINPACK和EISPACK的Fortran子程序庫

70年代末期，CleveMoler在新墨西哥大學(xué)給學(xué)生開線性代數(shù)，為學(xué)生編寫了接口程序，這程序取名為MATLAB，即MATrixLABoratory1983年春天，工程師JohnLittle與Moler、SteveBangert一起開發(fā)了第二代專業(yè)版MATLAB1984年，MathWorks公司成立，MATLAB正是推向市場。一、matlab概述6一、matlab概述V1矩陣語言、圖形V2數(shù)據(jù)分析與處理V3應(yīng)用工具V4科學(xué)數(shù)據(jù)可視化、GUI開發(fā)工具、稀疏矩陣V5多維數(shù)組、結(jié)構(gòu)與嵌套數(shù)組、實時仿真7Matlab主要應(yīng)用領(lǐng)域基本的數(shù)據(jù)處理（數(shù)據(jù)分析、數(shù)值計算）航空航天汽車工業(yè)電信行業(yè)計算機外設(shè)開發(fā)教育科研金融財務(wù)、管理8MATLAB特點1、提供了大量的現(xiàn)成工具豐富的函數(shù)和工具箱圖形和用戶界面仿真功能模塊庫2、具有極大的可視化功能方便的2D和3D繪圖的工具面向圖形對象的操作強大的電影與程序動畫的制作連續(xù)與離散的圖形表91.4MATLAB特點3、速度快矢量化運算4、具有良好的工作平臺性有與C、Fortran、C++有程序接口5、開放和可擴展自定義數(shù)據(jù)類型、支持面向?qū)ο驝、C++數(shù)學(xué)庫和圖形庫10二、MATLAB的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作環(huán)境1、結(jié)構(gòu)2、窗口3、幫助11

StateflowCoder

BlocksetsSimulinkRTW

ToolboxesMATLABCompilerMATLAB的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)MATLAB的基礎(chǔ)層（三個部分）是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，核心內(nèi)容是matlab部分，是整個系統(tǒng)最重要的部分1、軟件主包matlab的構(gòu)成matlab語言數(shù)學(xué)函數(shù)（豐富的數(shù)學(xué)函數(shù)庫）圖形圖像處理應(yīng)用程序接口工作環(huán)境管理MATLAB的基礎(chǔ)層（三個部分）2、matlab的工具箱圍繞matlab的計算核心，有許多針對不同應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)的應(yīng)用程序，稱為工具箱。目前所提供的有50多個，加上其他公司提供的有100多個，在不斷增加，目前的領(lǐng)域大致為：

應(yīng)用數(shù)學(xué)（微分方程）

電子技術(shù)（數(shù)字信號處理）

圖形圖像

通訊。。。。。。MATLAB的基礎(chǔ)層（三個部分）3、matlab的編譯器Matlab是高級語言，將這種語言高效地快速編譯成為硬件C語言。C/C++代碼生成器終端用戶發(fā)布獨立應(yīng)用MATLAB的仿真應(yīng)用層（三個部分）1、核心部分（Simulink）建立和分析線性、非線性動態(tài)系統(tǒng)模型具有層次性的交互式模塊框圖結(jié)構(gòu)設(shè)計方法支持?jǐn)?shù)字、模擬和混合信號事件驅(qū)動邏輯建模仿真MATLAB的仿真應(yīng)用層（三個部分）2、系統(tǒng)仿真應(yīng)用層的模塊集（Blocksets）

專門為特定領(lǐng)域設(shè)計的Simulink功能塊的集合，用戶也可以利用已有的塊或自編寫的C和MATLAB程序建立自己的塊。

系統(tǒng)的仿真模型是大量的模塊組成MATLAB的仿真應(yīng)用層（三個部分）3、系統(tǒng)實時仿真（RTW）直接從Simulink框圖自動生成C或Ada代碼，用于快速原型和硬件在回路仿真，整個代碼生成可以根據(jù)需要完全定制Stateflow（兩個部分）1、Stateflow-狀態(tài)流程圖與Simulink框圖模型相結(jié)合，描述復(fù)雜事件驅(qū)動系統(tǒng)的邏輯行為，事件驅(qū)動邏輯/行為的建模、仿真。2、狀態(tài)代碼生成（corder）Matlab的窗口及功能窗口的名稱及調(diào)用MATLAB操作桌面(MATLAB6.5)。當(dāng)前工作路徑當(dāng)前窗口移出桌面

工作空間瀏覽器（WorkspaceBrowser）歷史指令窗（ConmandHistory）指令窗（ConmandWindow）在線幫助窗口調(diào)整軸交互界面分類目錄窗（LauchPad）當(dāng)前目錄瀏覽器(CurrentDirectoyBrowser)展開可見目錄當(dāng)前目錄瀏覽器(CurrentDirectoyBrowser)

工作空間瀏覽器（WorkspaceBrowser）歷史指令窗（ConmandHistory）Matlab的窗口及功能常見的用戶界面窗口（9個）命令窗口歷史命令窗口當(dāng)前目錄窗口工作空間窗口M文件編輯窗口圖形文件編輯窗口用戶圖形界面設(shè)計窗（GUI）指令窗口(CommandWindow)在指令窗口內(nèi)執(zhí)行的MATLAB主要操作有：運行函數(shù)和輸入變量控制輸入和輸出執(zhí)行程序，包括M文件和外部程序保存一段日志打開或關(guān)閉其他應(yīng)用窗口各應(yīng)用窗口的參數(shù)選擇在提示符后輸入變量和函數(shù)MATLAB顯示結(jié)果指令窗操作

運行函數(shù)和鍵入變量在命令窗口的提示符“>>”下，可以直接輸入變量。例如要創(chuàng)建一個3×3矩陣，只須在命令窗口中輸入： >>A=[1,2,3;4,5,6;7,8,10]

回車后，命令窗口出現(xiàn)： A=1234567810

在命令窗口的提示符“>>”下，如果要運行函數(shù)，只需輸入函數(shù)文件名，然后回車，MATLAB就會顯示運行結(jié)果。指令窗操作

指令行中的部分標(biāo)點符號名稱標(biāo)點作用空格輸入量之間、數(shù)組元素之間分隔符逗號，分隔符黑點.數(shù)值中表示小數(shù)點分號；不顯示計算結(jié)果指令的“結(jié)尾”標(biāo)志；數(shù)組行間分隔符注釋號%注釋行的“啟首”標(biāo)志圓括號（）數(shù)組援引時用方括號[]輸入數(shù)組時用續(xù)行號…由三個以上連續(xù)黑點構(gòu)成在指令窗中輸入以下指令，觀察運行結(jié)果：指令1：輸入注釋行，無結(jié)果顯示。指令2：輸入代數(shù)運算式，并顯示計算結(jié)果:-0.8148（ans為MATLAB默認(rèn)結(jié)果變量名）。指令3：輸入代數(shù)運算式(使用續(xù)行號)，并顯示計算結(jié)果：63。指令含義指令含義cd設(shè)置當(dāng)前工作目錄edit打開M文件編輯器clf清除圖形窗exit關(guān)閉/退出MATLABclc清除指令窗中顯示內(nèi)容quit關(guān)閉/退出MATLABclear清除MATLAB工作空間保存的變量mkdir創(chuàng)建目錄dir列出指定目錄下的文件和子目錄清單type顯示指定M文件的內(nèi)容which指出文件所在的目錄Diary把命令、結(jié)果保存到日志指令窗操作

指令窗常用控制指令指令窗操作4.指令窗指令行的編輯鍵名含義指令含義↑前尋式調(diào)回已輸入過的指令行end使光標(biāo)移到當(dāng)前行的尾端↓后尋式調(diào)回已輸入過的指令行Delete刪去光標(biāo)右邊的字符←在當(dāng)前行中左移光標(biāo)Backspace刪去光標(biāo)左邊的字符→在當(dāng)前行中右移光標(biāo)PageUp前尋式翻閱當(dāng)前窗中的內(nèi)容Home使光標(biāo)移到當(dāng)前行的首端PageDown后尋式翻閱當(dāng)前窗中的內(nèi)容【說明】利用以上操作可對指令窗中已輸入的指令進(jìn)行編輯。另外還可結(jié)合歷史指令窗完成指令的編輯。CTRL+C中斷命令執(zhí)行指令窗操作實例作計算器用求的算術(shù)運算結(jié)果

在Matlab指令窗直接輸入

(15+2*4-3)/5ans=3用一個簡單命令求解線性系統(tǒng)

3x1+x2-x3=3.6 x1+2x2+4x3=2.1對于線性系統(tǒng)有Ax=b -x1+4x2+5x3=-1.4

在Matlab指令窗直接輸入

A=[31-1;124;-145];b=[3.6;2.1;-1.4];x=A\bx=1.4818-0.46060.3848指令窗操作實例圖形顯示例

用簡短命令計算并繪制在0x6范圍內(nèi)的sin(2x)、sinx2、sin2x。

在matlab命令行輸入

x=linspace(0,6);y1=sin(2*x),y2=sin(x.^2),y3=(sin(x)).^2;plot(x,y1,x,y2,x,y3)歷史指令窗口(CommandWindow)歷史指令窗記錄著用戶在命令指令窗中所輸入過的所有指令行，且所有這些被記錄的指令行都能被復(fù)制，并送到指令窗中再運行。指令窗實錄指令diary功能產(chǎn)生“日志”文件，即把當(dāng)前指令窗中的所有內(nèi)容（包括指令、計算結(jié)果等）如實地記錄為ASCII文件加以保存生成“日志”文件的全過程把存放“日志”文件的目錄設(shè)置為當(dāng)前目錄如c:\mydircdc:\mydir在Matlab指令窗中運行diarymy_diary運行diaryoff后，內(nèi)存里保存的操作內(nèi)容就全部記錄在名為my_diary的“日志”文件中。文件my_diary位于當(dāng)前目錄中說明：“日志”文件不能在Matlab中運行不帶擴展名的“日志”文件可以用Matlab的M文件編輯器或其他文本讀寫軟件打開閱讀和編輯當(dāng)前目錄瀏覽器(CurrentDirectoryBrowser)當(dāng)前目錄窗口中顯示了MATLAB當(dāng)前工作目錄下的所有文件夾與文件，以便用戶對當(dāng)前目錄下的文件進(jìn)行管理。交互界面分類目錄窗(LaunchPad)MATLAB6.x后具有交互界面分類目錄窗口，其中提供了用戶在機器中已經(jīng)安裝的所有MATLAB工具包、演示及幫助信息的目錄。工作空間瀏覽器(WorkspaceBrowser)MATLAB6.x后才提供。早期版本是在命令窗口中鍵入who查看變量名，或者鍵入whos命令查看變量名、變量大小和數(shù)據(jù)類型等內(nèi)容。[實際操作]工作空間窗口以列表形式顯示了MATLAB工作區(qū)中當(dāng)前所有變量的名稱及其屬性，屬性中包括了變量的類型、長度及其占用空間大小.工作空間瀏覽器(WorkspaceBrowser)Clear清除工作空間的所有變量Clearab清除工作空間的a、b變量Save將工作空間的所有變量存儲到固定名為matlab.mat的二進(jìn)制文件Savedata名為data.mat的二進(jìn)制文件Savedataxyz將工作空間中名為xyz的變量存儲到data文件中Loaddata將數(shù)據(jù)文件data中的變量加載到工作空間中exist(‘x’):查詢工作空間是否存在有x變量i=exist(‘x’)i=1:表示存在一個變量名為‘x’的變量i=2:表示存在一個變量名為‘x.m’的文件i=3:表示存在一個變量名為‘x.mex’的文件i=4:表示存在一個變量名為‘x’的內(nèi)部函數(shù)i=0:表示不存在以上變量和文件文件編輯/調(diào)試器(Editor/debugger)MATLAB通過自帶的M文件編輯/調(diào)試器來創(chuàng)建和編輯M文件。M文件(帶.m擴展名的文件)類似于其它高級語言的源程序。M文件編輯器可用來對M文件進(jìn)行編輯和交互調(diào)試，也可閱讀和編輯其它ASCⅡ碼文件。M文件編輯/調(diào)試器窗口由菜單欄、工具條和文本編輯區(qū)組成，是標(biāo)準(zhǔn)的windows風(fēng)格。在編輯器中常用的快捷鍵1）【Tab】(或Ctrl+])：增加縮進(jìn)（對多行有效）2）【Ctrl+[】：減少縮進(jìn)（對多行有效）3）【Ctrl+I】：自動縮進(jìn)，即自動排版，對多行有效4）【Ctrl+R】：注釋（對多行有效）5）【Ctrl+T】：去掉注釋（對多行有效）6）【Ctrl+B】：括號配對檢查7）【F12】：設(shè)置或取消斷點圖形窗口peaksMatlab的窗口及功能在matlab環(huán)境中演示各窗口的使用兩個重要的幫助命令:1．help命令使用方法：help幫助主題，或lookfor幫助主題“幫助主題”可以是命令名（函數(shù)名）、目錄名或者部分路徑名。回車后，命令窗口中就會出現(xiàn)與幫助主題的“help”有關(guān)的內(nèi)容。注意：命令窗口顯示的MATLAB幫助信息中，是用大寫字母來突出函數(shù)名的，但在使用這些函數(shù)時，應(yīng)該用小寫字母?？捎肅trl+C終止顯示。2．demo命令使用方法：命令窗口直接鍵入demo即可彈出help導(dǎo)航器，從中可選擇各種演示程序。demo命令對初學(xué)者非常有用，它提供了大量演示實例來說明MATLAB的函數(shù)和工具箱的使用。Matlab的幫助功能幫助瀏覽器幫助瀏覽器組成導(dǎo)航面板用來查找和定位信息瀏覽面板用來顯示和瀏覽信息說明：導(dǎo)航面板被關(guān)閉后，在瀏覽面板的工具條中單擊圖標(biāo)可以再次打開使用幫助瀏覽器時，一般先通過導(dǎo)航面板找到相關(guān)文檔。然后利用瀏覽面板中的導(dǎo)航按鈕或瀏覽信息頁面幫助瀏覽器瀏覽面板菜單功能EvaluateSelection：在命令窗口中運行選中的文本OpenSelection：在編輯調(diào)試