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文檔簡介
MATLAB語言概述1.1MATLAB語言的發(fā)展沿革1.2MATLAB語言的特點1.3MATLAB的工作環(huán)境1.4演示程序1.1MATLAB語言的發(fā)展沿革
MATLAB是一種科學(xué)計算軟件,主要適用于矩陣運(yùn)算及控制和信息處理領(lǐng)域的分析設(shè)計,它使用方便,輸入簡捷,運(yùn)算高效,內(nèi)容豐富,并且很容易由用戶自行擴(kuò)展。MATLAB當(dāng)前已成為美國和其他發(fā)達(dá)國家在大學(xué)教學(xué)和科學(xué)研究中最常用而且必不可少的工具。
MATLAB是由美國Mathworks公司于1984年正式推出的,到1988年推出了3.x(DOS)版本;1992年推出了4.x版本;1997年推出了5.1版本;2000年推出了6.x版本;2005年推出了7.x版本。隨著版本的升級,內(nèi)容不斷擴(kuò)充,人機(jī)界面更加生動易學(xué)。另一方面,版本的升級對使用環(huán)境也提出了更高的要求。
MATLAB是“矩陣實驗室(MatrixLaboratory)”的縮寫,它是一種以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的交互式程序語言,是專門針對科學(xué)和工程中計算和繪圖的需求而開發(fā)的。與其他計算機(jī)語言相比,其特點是簡潔和智能化,適應(yīng)科技專業(yè)人員的思維方式和書寫習(xí)慣,使得編程和調(diào)試效率大大提高。它用解釋方式工作,鍵入程序立即得出結(jié)果,人機(jī)交互性能好,使科技人員樂于接受。特別是它可適應(yīng)多種平臺,并且隨著計算機(jī)軟硬件的更新而及時升級。MATLAB語言在國外的大學(xué)工學(xué)院中,特別是在數(shù)值計算用得最頻繁的電子信息類學(xué)科中,已成為每個學(xué)生都掌握的工具了。它大大提高了課程教學(xué)、解題作業(yè)、分析研究的效率。學(xué)習(xí)掌握MATLAB,也可以說是在科學(xué)計算工具上與國際接軌。
MATLAB語言比較好學(xué),因為它只有一種數(shù)據(jù)類型,一種標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出語句,不用“指針”,不需編譯,比其他語言少了很多內(nèi)容。聽三四個小時課,上機(jī)練幾個小時,就可入門了,以后自學(xué)也十分方便,通過它的演示(Demo)和求助(Help)命令,人們可以方便地在線學(xué)習(xí)各種函數(shù)的用法及其內(nèi)涵。
MATLAB語言的難點是函數(shù)較多,僅基本部分就有700多個,其中常用的有二三百個,要盡量多記少查,這樣可以提高編程效率,而且將會終身受益。1.2MATLAB語言的特點
MATLAB語言有以下五個特點。
1.起點高
(1)每個變量代表一個矩陣,它有n×m個元素。從MATLAB名字的來源可知,它以矩陣運(yùn)算見長,在當(dāng)前的科學(xué)計算中,幾乎無處不用矩陣運(yùn)算,這使它的優(yōu)勢得到了充分的體現(xiàn)。
(2)每個元素都看做復(fù)數(shù)。這個特點在其他語言中也是不多見的。
(3)所有的運(yùn)算都對矩陣和復(fù)數(shù)有效,包括加、減、乘、除、函數(shù)運(yùn)算等。
2.人機(jī)界面適合科技人員
(1)語言規(guī)則與筆算式相似。MATLAB的程序與科技人員的書寫習(xí)慣相近,因此易寫易讀,易于在科技人員之間交流。
(2)矩陣行列數(shù)無需定義。要輸入一個矩陣,用其他語言時必須先定義矩陣的階數(shù),而MATLAB則不必用階數(shù)定義語句。輸入數(shù)據(jù)的行列數(shù)就決定了它的階數(shù)。
(3)鍵入算式立即得出結(jié)果,無需編譯。MATLAB是以解釋方式工作的,即它對每條語句解釋后立即執(zhí)行,若有錯誤也立即作出反應(yīng),便于編程者馬上改正。這些都大大減少了編程和調(diào)試的工作量。
3.強(qiáng)大而簡易的作圖功能
(1)能根椐輸入數(shù)據(jù)自動確定繪圖坐標(biāo)。
(2)能規(guī)定多種坐標(biāo)系(極坐標(biāo)、對數(shù)坐標(biāo)等)。
(3)能繪制三維坐標(biāo)中的曲線和曲面。
(4)可設(shè)置不同的顏色、線型、視角等。
如果數(shù)據(jù)齊全,通常只需一條命令即可出圖。
4.智能化程度高
(1)繪圖時自動選擇最佳坐標(biāo)以及自動定義矩陣階數(shù)。
(2)作數(shù)值積分時自動按精度選擇步長。
(3)自動檢測和顯示程序錯誤的能力強(qiáng),易于調(diào)試。
5.功能豐富,可擴(kuò)展性強(qiáng)
MATLAB軟件包括基本部分和專業(yè)擴(kuò)展兩大部分?;静糠职?矩陣的運(yùn)算和各種變換,代數(shù)和超越方程的求解,數(shù)據(jù)處理和傅里葉變換,數(shù)值積分等,可以充分滿足大學(xué)理工科本科的計算需要。本書將介紹這部分的主要內(nèi)容。擴(kuò)展部分稱為工具箱。它實際上是用MATLAB的基本語句編成的各種子程序集,專門用于解決某一方面的問題,或?qū)崿F(xiàn)某一類的新算法?,F(xiàn)在已經(jīng)有控制系統(tǒng)、信號處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識、模糊集合、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、小波分析等20余個工具箱,并且它們還在繼續(xù)發(fā)展中。1.3MATLAB的工作環(huán)境1.3.1命令窗在Windows桌面上,雙擊MATLAB的圖標(biāo),就可進(jìn)入MATLAB的工作環(huán)境。首先出現(xiàn)MATLAB的標(biāo)志圖形,接著出現(xiàn)其缺省的桌面系統(tǒng),如圖1-1所示。圖1-1MATLAB6.x的桌面系統(tǒng)其左上視窗為資源目錄(LaunchPad),可切換為工作空間(Workspace);其左下視窗為歷史命令(CommandHistory),可切換為當(dāng)前目錄(CurrentDirectory);右半個視窗則為命令窗(CommandWindow)。命令窗是用戶與MATLAB進(jìn)行人機(jī)對話的主要環(huán)境?!?gt;>”是它的提示符,可以在提示符后鍵入MATLAB的各種命令并讀出相應(yīng)的結(jié)果。例如鍵入
x1=sqrt(5),x2=1.37,y=3/x2答案為
x1=2.2361x2=1.3700y=2.1898命令窗主菜單的有些項目與Word相仿,這里只對其中幾個主要的做一些說明。
·format命令:在MATLAB默認(rèn)的formatloose(稀疏格式)下,屏幕上的顯示會有許多空行,如果鍵入formatcompact(緊湊格式),空行就會去掉。format命令還可以控制數(shù)字顯示的方式。雖然MATLAB只采用雙精度格式進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲和運(yùn)算,但數(shù)字的顯示格式可以有八種。在各種格式的控制命令下圓周率π的顯示結(jié)果如表1-1所示。顯示格式也是MATLAB接受輸入數(shù)據(jù)的格式。
·命令窗編輯功能:鍵入和修改程序的方法與通常的文字處理相仿。特殊的功能鍵為
ESC恢復(fù)命令輸入的空白狀態(tài) ↓調(diào)出下一行命令 ↑調(diào)出上一行(歷史)命令命令窗編輯功能在程序調(diào)試時十分有用。對于已執(zhí)行過的命令,如要做些修改后重新執(zhí)行,就可不必重新鍵入,用↑鍵調(diào)出原命令做修改即可。
·主菜單中的編輯項功能:用它可以把屏幕上加深選定了的文字裁剪(Cut)或復(fù)制(Copy)下來,放在剪切板(ClipBoard)上,然后粘貼(Paste)到任一其他視窗的任何位置上去。這是MATLAB與其他軟件(例如Word)交換文件、數(shù)據(jù)和圖形的重要方法。
·主菜單中的視圖項功能:用它可以改變屏幕上顯示的視窗布局。例如,我們希望只顯示命令窗,使它占整個屏幕,如圖1-2所示,依次引出View的下拉菜單,即【View】→【DesktopLayout】→【CommandWindowOnly】。圖1-2只顯示命令窗的屏幕及其生成的菜單
·鍵入“help”,屏幕上將顯示系統(tǒng)中已裝入的函數(shù)庫(即子目錄)的名稱。如果只裝了MATLAB的基本部分,則屏幕上將顯示出表1-2中所示的子目錄名稱。
※鍵入help子目錄名,如helpelfun,即得出elfun庫中各函數(shù)名。
※鍵入help函數(shù)名,如helptan2,即得到tan2函數(shù)的意義及用法。
·退出MATLAB有兩種方法。一種是鍵入exit或quit,另一種是用鼠標(biāo)雙擊左上角的小方塊或單擊右上角的×號,后者是非正常退出,該過程中所有的輸入命令將不記錄在“歷史命令”中,所以應(yīng)當(dāng)盡量避免使用。1.3.2圖形窗通常,只要執(zhí)行了任一種繪圖命令,就會自動產(chǎn)生圖形窗,以后的繪圖都在這一個圖形窗中進(jìn)行。如想再建一個或幾個圖形窗,則可鍵入figure,MATLAB會新建一個圖形窗,并自動給它依次排序。如果要人為規(guī)定新圖為圖3,則可鍵入figure(3)。如要調(diào)看已經(jīng)存在的圖形窗n,也應(yīng)鍵入figure(n)。在命令窗中,鍵入figure,得出空白的圖形窗。如鍵入logo,即可生成MATLAB的標(biāo)志圖形,如圖1-3所示。圖形窗上的一排按鈕,可以用來對圖形進(jìn)行修改或注釋。圖1-3MATLAB6.x的命令窗、圖形窗和標(biāo)志圖形1.3.3文本編輯窗
MATLAB程序編制有兩種方式。一種稱為行命令方式,這就是在命令窗中一行一行地輸入程序,計算機(jī)每次對一行命令作出反應(yīng),像計算器那樣。這只能編簡單的程序,在入門時可以用這種方式。程序稍復(fù)雜一些,就應(yīng)把程序?qū)懗梢粋€由多行語句組成的文件,讓MATLAB來執(zhí)行這個文件。編寫和修改這種文件程序就要用到文本編輯器。命令窗上方最左邊的按鈕是用來打開文本編輯器空白頁的,左邊第二個按鈕是用來打開原有程序文件的。打開后的文本編輯窗見圖1-4。圖1-4MATLAB6.x的命令窗和文本編輯窗1.4演示程序在命令窗中鍵入demo,將出現(xiàn)MATLAB的演示窗,如圖1-5所示。演示窗的左側(cè)是庫目錄。圖1-5中選定的是圖形類(Graphics),右方上部是對該演示庫的說明,下部則是庫中各項目的名稱。雙擊該名稱或選中該項目后點擊右下角的【Run...】方框,即出現(xiàn)該項目的演示界面。通常,演示畫面的右側(cè)是一些功能按鈕,左上半部是圖形,而左下半部則是相應(yīng)的MATLAB程序語句。還可以在界面上直接修改這些語句并重新執(zhí)行。因此演示程序也是一個很好的學(xué)習(xí)手段。圖1-5MATLAB的演示視窗例如,圖1-5中選的是MATLAB的基本部分【MATLAB】中的繪圖庫【Graphics】,下選的項目是復(fù)數(shù)函數(shù)圖形【Plotsofcomplexfunctions】。當(dāng)前選擇的例子是復(fù)數(shù)z的三次方(【z^3】
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