第1講-MATLAB基礎(chǔ)知識(shí)

課程介紹

課程名稱：MATLAB應(yīng)用教材：MATLAB從入門(mén)到精通

周建興豈興明等編著人民郵電出版社起始周：3-14（3x12=36學(xué)時(shí)）講課：26學(xué)時(shí) 練習(xí)實(shí)習(xí)：10學(xué)時(shí)考核：平時(shí)練習(xí)實(shí)習(xí)45%、考查55%練習(xí)實(shí)習(xí)成果形式：Email或磁盤(pán)上交電子文檔聯(lián)系Email:chenzhiyong@263.net

第1章MATLAB簡(jiǎn)介

1.1概述20世紀(jì)70年代由美國(guó)MathWorks公司推出；用于數(shù)值分析、優(yōu)化、統(tǒng)計(jì)、偏微分方程數(shù)值解、自動(dòng)控制、信號(hào)處理、圖像處理等領(lǐng)域的計(jì)算和圖形顯示；將大量的算法以函數(shù)庫(kù)的形式存儲(chǔ)，用于直接調(diào)用；90年代初，風(fēng)靡于美國(guó)各大學(xué)；90年代中后期開(kāi)始在國(guó)內(nèi)被應(yīng)用，知名度越來(lái)越大；被廣泛用于教學(xué)和科研。1.1概述特點(diǎn)：簡(jiǎn)單易學(xué)：是一門(mén)編程語(yǔ)言，不需定義變量和數(shù)組代碼短小高效：用戶不需要設(shè)計(jì)具體的算法，而僅需調(diào)用其函數(shù)超強(qiáng)的數(shù)值處理能力：包羅萬(wàn)象，數(shù)值計(jì)算、矩陣代數(shù)、符號(hào)計(jì)算、微分方程等，可解決工程和數(shù)學(xué)中的絕大多數(shù)計(jì)算問(wèn)題強(qiáng)大的圖形表達(dá)功能：可視化方面幾乎可繪制、顯示所有的圖形可擴(kuò)展性能：支持編寫(xiě)各種函數(shù)，可由用戶自行開(kāi)發(fā)本領(lǐng)域的計(jì)算問(wèn)題1.1概述1.1概述大的數(shù)據(jù)文件的快速處理1.1概述課時(shí)安排：20課時(shí)用于使用，包括：數(shù)值運(yùn)算，符號(hào)運(yùn)算，計(jì)算方法，圖形表達(dá)16課時(shí)用于程序設(shè)計(jì)，包括：

M文件程序設(shè)計(jì)、與C語(yǔ)言的接口、對(duì)話框、GUI編程安裝運(yùn)行1.1概述1.2運(yùn)行環(huán)境介紹

1.2.1MATLAB中的窗口1、命令行運(yùn)行方式：直接在命令行中輸入命令2、M文件運(yùn)行方式：將命令集寫(xiě)到M文件中，通過(guò)執(zhí)行M文件來(lái)執(zhí)行一批命令命令窗口（CommandWindow）區(qū)別：兩者的執(zhí)行效果一樣，M文件可以進(jìn)行調(diào)試及重復(fù)調(diào)用。1.2運(yùn)行環(huán)境介紹

1.2.1MATLAB中的窗口命令窗口（CommandWindow）M文件窗口（M-FileEditor）起始面板（LaunchPad）工作空間窗口（Workspace）命令歷史窗口（CommandHistory）當(dāng)前路徑窗口（CurrentDirectory）圖形窗口（Figure）1.2運(yùn)行環(huán)境介紹

1.2.1MATLAB中的窗口

1命令窗口輸入命令，并顯示文本信息的地方功能鍵功能功能鍵功能↑,Ctrl-P

重新調(diào)入上一行命令Home,Ctrl-A光標(biāo)移到行首↓,Ctrl-N重新調(diào)入下一行命令End,Ctrl-E光標(biāo)移到行尾←,Ctrl-Ｂ光標(biāo)左移一個(gè)字符Esc消除命令行→,Ctrl-F光標(biāo)右移一個(gè)字符Del,Ctrl-D刪除光標(biāo)處字符Ctrl-←光標(biāo)左移一個(gè)字Backspace刪除光標(biāo)左邊字符Ctrl-→光標(biāo)右移一個(gè)字Ctrl-K刪除至行尾1.2運(yùn)行環(huán)境介紹

1.2.1MATLAB中的窗口

2M文件窗口用于編輯調(diào)試M文件的窗口類(lèi)似于文本編輯器，帶有Debug及Breakpoint菜單，具備調(diào)試功能，運(yùn)行及調(diào)試的結(jié)果在命令窗口中顯示。1.2運(yùn)行環(huán)境介紹

1.2.1MATLAB中的窗口

3工作空間窗口列出當(dāng)前的變量信息，包括變量名、變量數(shù)組大小、變量字節(jié)大小、變量類(lèi)型。雙擊某一變量，如果是數(shù)值型變量，可編輯該變量1.2運(yùn)行環(huán)境介紹

1.2.1MATLAB中的窗口

4命令歷史窗口顯示所有執(zhí)行過(guò)的命令，一方面查看執(zhí)行過(guò)的命令，另一方面可重復(fù)利用原來(lái)的命令。1.2運(yùn)行環(huán)境介紹

1.2.1MATLAB中的窗口

5當(dāng)前目錄窗口顯示當(dāng)前目錄下的所有文件的文件名、文件類(lèi)型和最后修改時(shí)間。1.2運(yùn)行環(huán)境介紹

1.2.1MATLAB中的窗口

6圖形窗口顯示圖形的地方。啟動(dòng)方法：File菜單的New中選擇Figure，或在命令窗口中輸入Figure命令，或執(zhí)行繪圖命令。1.2運(yùn)行環(huán)境介紹

1.2.1MATLAB中的窗口

7GUI制作窗口用于制作圖形用戶界面的窗口啟動(dòng)方法：File菜單的New中選擇GUI?？捎脕?lái)制作友好的圖形用戶界面。1.2MATLAB的幫助系統(tǒng)命令行幫助：利用Help命令獲得命令行幫助聯(lián)機(jī)幫助：調(diào)用Help中的MATLABHelp或單擊問(wèn)號(hào)，可獲得聯(lián)機(jī)幫助，與其他系統(tǒng)的幫助系統(tǒng)相同。演示幫助：調(diào)用Help中的Demos選項(xiàng)，可獲得演示幫助，將演示所需幫助的過(guò)程。第2章MATLAB基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算介紹數(shù)值、變量和表達(dá)式數(shù)值數(shù)據(jù)類(lèi)型數(shù)組單元數(shù)組和結(jié)構(gòu)體字符串關(guān)系和邏輯運(yùn)算2.1MATLAB計(jì)算的介紹

1、簡(jiǎn)單計(jì)算示例>>%直接輸入法計(jì)算>>(10+30)*15/2ans=300>>%定義變量方法計(jì)算>>a=10;b=30;h=15;>>s=(a+b)*h/2s=300不定義變量？定義變量？2.1MATLAB計(jì)算的介紹

1、簡(jiǎn)單計(jì)算示例>>t=0:pi/50:5*pi;>>y=exp(-t/2.5).*sin(3*t);>>plot(t,y)2.1MATLAB計(jì)算的介紹

2、基本數(shù)學(xué)運(yùn)算符號(hào)符號(hào)功能符號(hào)功能+加-減法*矩陣乘.*數(shù)組乘法/右除./數(shù)組右除\左除\.數(shù)組左除^乘方.^數(shù)組乘方'矩陣共軛轉(zhuǎn)置.'矩陣轉(zhuǎn)置2.1MATLAB計(jì)算的介紹

3、常用標(biāo)點(diǎn)空格，.;:%‘’()[]{}_…@!2.1MATLAB計(jì)算的介紹

3、常用操作和編輯命令—操作Clc

清空命令窗口Clear清空工作區(qū)中的變量Clf

清空?qǐng)D形窗口Echo命令窗口信息顯示開(kāi)關(guān)Hold圖形保持命令Load加載指定文件命令Quit推出MATLABGrid顯示格網(wǎng)2.1MATLAB計(jì)算的介紹

3、常用操作和編輯命令—編輯功能鍵功能功能鍵功能↑,Ctrl-P

重新調(diào)入上一行命令Home,Ctrl-A光標(biāo)移到行首↓,Ctrl-N重新調(diào)入下一行命令End,Ctrl-E光標(biāo)移到行尾←,Ctrl-Ｂ光標(biāo)左移一個(gè)字符Esc消除命令行→,Ctrl-F光標(biāo)右移一個(gè)字符Del,Ctrl-D刪除光標(biāo)處字符Ctrl-←光標(biāo)左移一個(gè)字Backspace刪除光標(biāo)左邊字符Ctrl-→光標(biāo)右移一個(gè)字Ctrl-K刪除至行尾2.1MATLAB計(jì)算的介紹

4、命令窗口顯示Format或者formatshort 5位定點(diǎn)表示，顯示到小數(shù)點(diǎn)后第4位，缺省值Formatlong 15位定點(diǎn)表示，顯示到小數(shù)點(diǎn)后第14位Formatshorte 5位浮點(diǎn)表示，所謂的科學(xué)計(jì)數(shù)法Formatlonge 15位浮點(diǎn)表示，同上Formatshortg 5位浮點(diǎn)和定點(diǎn)之間選擇Formatlongg 15位定點(diǎn)表示，顯示到小數(shù)點(diǎn)后第14位2.2數(shù)值、變量和表達(dá)式

1、命名規(guī)則由字母、下劃線及數(shù)字組成以字母打頭區(qū)分大小寫(xiě)不超過(guò)63個(gè)字符，多的字符串將被忽略合法命名：a,a113,Abs123_ce,abs123_ce2.2數(shù)值、變量和表達(dá)式

1、命名規(guī)則關(guān)鍵字不能用！用iskeyword查詢>>iskeywordans='break''case''catch''continue''else''elseif''end''for''function''global''if''otherwise''persistent''return''switch''try''while'2.2數(shù)值、變量和表達(dá)式

2、特殊變量名，由系統(tǒng)使用，不能用的（如使用會(huì)造成混亂）ans默認(rèn)的結(jié)果變量pi圓周率eps計(jì)算機(jī)中的最小數(shù)inf無(wú)窮大NaN不定數(shù)i(j)復(fù)數(shù)中的虛數(shù)單位nargin所用函數(shù)的輸入變量數(shù)目nargout所用函數(shù)的輸出變量數(shù)目realmin最小正實(shí)數(shù)realmax最大正實(shí)數(shù)varargin函數(shù)輸入的變量中，可變變量的輸入個(gè)數(shù)varargout可變的函數(shù)輸出個(gè)數(shù)2.3數(shù)值數(shù)據(jù)類(lèi)型

2.3.1整數(shù)支持8位、16位、32位、64位的有符號(hào)和無(wú)符的整數(shù)數(shù)據(jù)類(lèi)型注意：MATLAB默認(rèn)雙精度，需用整數(shù)時(shí)需指定變量的數(shù)據(jù)類(lèi)型定義整數(shù)數(shù)據(jù)類(lèi)型：uint8int8uint16int16uint32int32uint64int642.3數(shù)值數(shù)據(jù)類(lèi)型

2.3.1整數(shù)不同數(shù)據(jù)類(lèi)型不能實(shí)現(xiàn)運(yùn)算>>a=int8(1:9)a=123456789>>b=cast(a,'int16')b=123456789>>a+b???Errorusing==>plusIntegerscanonlybecombinedwithintegersofthesameclass,orscalardoubles.2.3數(shù)值數(shù)據(jù)類(lèi)型

2.3.2浮點(diǎn)數(shù)MATLAB默認(rèn)雙精度（double），也支持單精度類(lèi)型（single）>>a=single(1:8)a=12345678>>b=rand(1,8)b=0.95010.23110.60680.48600.89130.76210.45650.0185>>c=a+bc=1.95012.23113.60684.48605.89136.76217.45658.0185單精度可以與雙精度混和運(yùn)算，結(jié)果為單精度數(shù)據(jù)>>class(a)ans=single>>class(b)ans=double>>class(c)ans=single2.3數(shù)值數(shù)據(jù)類(lèi)型

2.3.2浮點(diǎn)數(shù)Inf

表示無(wú)窮大NaN

表示被0除>>d=2/0Warning:Dividebyzero.d=

Inf>>d=0/0Warning:Dividebyzero.d=

NaN2.3數(shù)值數(shù)據(jù)類(lèi)型

2.3.3整型浮點(diǎn)數(shù)間的操作函數(shù)double創(chuàng)建或轉(zhuǎn)化為doublesingle創(chuàng)建或轉(zhuǎn)化為singleint8,…,int64

uint8,…,uint64

isnumeric是否為數(shù)據(jù)isinterger

isfloat

isa(x,'type')是否為指定的數(shù)據(jù)類(lèi)型cast(x,'type')轉(zhuǎn)化為指定數(shù)據(jù)類(lèi)型2.3數(shù)值數(shù)據(jù)類(lèi)型

2.3.4常見(jiàn)的數(shù)學(xué)函數(shù)sinasin

cos

acostanatancotacotsinh

asinh

cosh

acoshtanh

atanhcoth

acoth^explnlglbsqrt角度單位：弧度函數(shù)列表詳見(jiàn)P42-442.4數(shù)組

2.3.1一維數(shù)組創(chuàng)建

1、直接輸入構(gòu)造直接輸入：在方括號(hào)內(nèi)輸入，元素間用空格或逗號(hào)隔開(kāi)，行間用分號(hào)隔開(kāi)MatLab的基本數(shù)據(jù)單元標(biāo)量也看作1×1的數(shù)組>>a=[1,3,8;2,5,3]a=138253>>a=[138;253]a=138253>>a=[138;2,53]a=1382532.4數(shù)組

2.3.1一維數(shù)組創(chuàng)建

2、規(guī)則構(gòu)造1)、利用first:increment:last構(gòu)造，即開(kāi)始:增量:結(jié)束。缺省的增量為1。如：x=[0:0.6:2]2)、利用MATLAB函數(shù)linspace來(lái)創(chuàng)建數(shù)組。定義元素個(gè)數(shù)而非增量linspace(first_value,last_value,number)也等間隔的創(chuàng)建數(shù)組>>x=[0:0.6:2],y=0:0.6:2x=00.60001.20001.8000y=00.60001.20001.8000>>z=linspace(0,2,4)z=00.66671.33332.00002.4數(shù)組

2.4.1一維數(shù)組創(chuàng)建

3、數(shù)組訪問(wèn)>>x=0:0.3:2x=00.30000.60000.90001.20001.50001.8000>>y1=x(4),y2=x(1:4),y3=x(4:end),y4=x(1:2:end)y1=0.9000y2=00.30000.60000.9000y3=0.90001.20001.50001.8000y4=00.60001.20001.80002.4數(shù)組

2.4.2多維數(shù)組創(chuàng)建

1、直接輸入直接輸入：與數(shù)組一樣，在方括號(hào)內(nèi)輸入，元素間用空格或逗號(hào)隔開(kāi)，行間用分號(hào)隔開(kāi)>>A=[1234;linspace(0,5,4);1:2:7;3:6]A=1.00002.00003.00004.000001.66673.33335.00001.00003.00005.00007.00003.00004.00005.00006.00002.4數(shù)組

2.4.2多維數(shù)組創(chuàng)建

2、數(shù)組編輯器輸入雙擊workspace中的一個(gè)變量，就可啟動(dòng)數(shù)組編輯器，即為矩陣編輯器可以設(shè)定矩陣的大小及編輯矩陣2.4數(shù)組

2.4.2多維數(shù)組創(chuàng)建

3、文件輸入Importdata(1)、菜單File->ImportData(2)、Workspace的loaddatafile工具(3)、命令>>a=load('D:\MatLab應(yīng)用\2009\dr.drt');MatLab中還有高維數(shù)組，如三維數(shù)組包含行、列、層2.4數(shù)組

2.4.3數(shù)組運(yùn)算

1、數(shù)組與數(shù)間的四則運(yùn)算數(shù)組的每個(gè)元素與數(shù)單獨(dú)進(jìn)行運(yùn)算得到新的數(shù)組元素2.4數(shù)組

2.4.3數(shù)組運(yùn)算

2、數(shù)組間的運(yùn)算四則運(yùn)算：參與運(yùn)算的數(shù)組大小必須相等，運(yùn)算由對(duì)應(yīng)的元素相互運(yùn)算，運(yùn)算符號(hào)分別為“+，-，.*，./或.\”冪運(yùn)算：各數(shù)組元素進(jìn)行獨(dú)立的冪運(yùn)算，運(yùn)算符號(hào)為“.^”指數(shù)運(yùn)算、對(duì)數(shù)運(yùn)算及開(kāi)方運(yùn)算：由相應(yīng)的運(yùn)算函數(shù)（非運(yùn)算符號(hào)）完成，函數(shù)分別為：exp，log，sqrt2.4數(shù)組

2.4.3數(shù)組運(yùn)算

5、尋址和搜索尋址方法A(r,c)A(r,:)A(:,c)A(:)A=1.00002.00003.00004.000001.66673.33335.00001.00003.00005.00007.00003.00004.00005.00006.0000>>A(3,3)ans=5>>A(:,3)ans=3.00003.33335.00005.0000>>A(2,:)ans=01.66673.33335.0000>>A(:)ans=1.000001.00003.00002.00001.66673.00004.00003.00003.33335.00005.00004.00005.00007.00006.00002.5字符串

1、創(chuàng)建>>T='WuhanUniversity'T=WuhanUniversity2.5字符串

2、操作>>size(T)ans=116>>u=double(T)u=87117104971103285110105118101114115105116121>>disp(T)WuhanUnivers