MATLAB語(yǔ)言概述課件

MATLAB語(yǔ)言概述1.1MATLAB語(yǔ)言的發(fā)展沿革1.2MATLAB語(yǔ)言的特點(diǎn)1.3MATLAB的工作環(huán)境1.4演示程序1.1MATLAB語(yǔ)言的發(fā)展沿革

MATLAB是一種科學(xué)計(jì)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(jì)，它使用方便，輸入簡(jiǎn)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(guó)和其他發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)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(jí)，內(nèi)容不斷擴(kuò)充，人機(jī)界面更加生動(dòng)易學(xué)。另一方面，版本的升級(jí)對(duì)使用環(huán)境也提出了更高的要求。

MATLAB是“矩陣實(shí)驗(yàn)室(MatrixLaboratory)”的縮寫(xiě)，它是一種以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的交互式程序語(yǔ)言，是專門針對(duì)科學(xué)和工程中計(jì)算和繪圖的需求而開(kāi)發(fā)的。與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)潔和智能化，適應(yīng)科技專業(yè)人員的思維方式和書(shū)寫(xiě)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(lè)于接受。特別是它可適應(yīng)多種平臺(tái)，并且隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的更新而及時(shí)升級(jí)。MATLAB語(yǔ)言在國(guó)外的大學(xué)工學(xué)院中，特別是在數(shù)值計(jì)算用得最頻繁的電子信息類學(xué)科中，已成為每個(gè)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(shuō)是在科學(xué)計(jì)算工具上與國(guó)際接軌。

MATLAB語(yǔ)言比較好學(xué)，因?yàn)樗挥幸环N數(shù)據(jù)類型，一種標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出語(yǔ)句，不用“指針”，不需編譯，比其他語(yǔ)言少了很多內(nèi)容。聽(tīng)三四個(gè)小時(shí)課，上機(jī)練幾個(gè)小時(shí)，就可入門了，以后自學(xué)也十分方便，通過(guò)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(yǔ)言的難點(diǎn)是函數(shù)較多，僅基本部分就有700多個(gè)，其中常用的有二三百個(gè)，要盡量多記少查，這樣可以提高編程效率，而且將會(huì)終身受益。1.2MATLAB語(yǔ)言的特點(diǎn)

MATLAB語(yǔ)言有以下五個(gè)特點(diǎn)。

1.起點(diǎn)高

(1)每個(gè)變量代表一個(gè)矩陣，它有n×m個(gè)元素。從MATLAB名字的來(lái)源可知，它以矩陣運(yùn)算見(jiàn)長(zhǎng)，在當(dāng)前的科學(xué)計(jì)算中，幾乎無(wú)處不用矩陣運(yùn)算，這使它的優(yōu)勢(shì)得到了充分的體現(xiàn)。

(2)每個(gè)元素都看做復(fù)數(shù)。這個(gè)特點(diǎn)在其他語(yǔ)言中也是不多見(jiàn)的。

(3)所有的運(yùn)算都對(duì)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(yǔ)言規(guī)則與筆算式相似。MATLAB的程序與科技人員的書(shū)寫(xiě)習(xí)慣相近，因此易寫(xiě)易讀，易于在科技人員之間交流。

(2)矩陣行列數(shù)無(wú)需定義。要輸入一個(gè)矩陣，用其他語(yǔ)言時(shí)必須先定義矩陣的階數(shù)，而MATLAB則不必用階數(shù)定義語(yǔ)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(wú)需編譯。MATLAB是以解釋方式工作的，即它對(duì)每條語(yǔ)句解釋后立即執(zhí)行，若有錯(cuò)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(jiǎn)易的作圖功能

(1)能根椐輸入數(shù)據(jù)自動(dòng)確定繪圖坐標(biāo)。

(2)能規(guī)定多種坐標(biāo)系(極坐標(biāo)、對(duì)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(shí)自動(dòng)選擇最佳坐標(biāo)以及自動(dòng)定義矩陣階數(shù)。

(2)作數(shù)值積分時(shí)自動(dòng)按精度選擇步長(zhǎng)。

(3)自動(dòng)檢測(cè)和顯示程序錯(cuò)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(jì)算需要。本書(shū)將介紹這部分的主要內(nèi)容。擴(kuò)展部分稱為工具箱。它實(shí)際上是用MATLAB的基本語(yǔ)句編成的各種子程序集，專門用于解決某一方面的問(wèn)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(hào)處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識(shí)、模糊集合、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、小波分析等20余個(gè)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(gè)視窗則為命令窗(CommandWindow)。命令窗是用戶與MATLAB進(jìn)行人機(jī)對(duì)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(xiàng)目與Word相仿，這里只對(duì)其中幾個(gè)主要的做一些說(shuō)明。

·format命令:在MATLAB默認(rèn)的formatloose(稀疏格式)下，屏幕上的顯示會(huì)有許多空行，如果鍵入formatcompact(緊湊格式)，空行就會(huì)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(chǔ)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(shí)十分有用。對(duì)于已執(zhí)行過(guò)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(xiàng)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(lái),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(xiàng)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(gè)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(kù)(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(kù)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(hào)，后者是非正常退出，該過(guò)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(huì)自動(dòng)產(chǎn)生圖形窗，以后的繪圖都在這一個(gè)圖形窗中進(jìn)行。如想再建一個(gè)或幾個(gè)圖形窗，則可鍵入figure，MATLAB會(huì)新建一個(gè)圖形窗，并自動(dòng)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(lái)對(duì)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(jì)算機(jī)每次對(duì)一行命令作出反應(yīng)，像計(jì)算器那樣。這只能編簡(jiǎn)單的程序，在入門時(shí)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€(gè)由多行語(yǔ)句組成的文件，讓MATLAB來(lái)執(zhí)行這個(gè)文件。編寫(xiě)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(lái)打開(kāi)文本編輯器空白頁(yè)的，左邊第二個(gè)按鈕是用來(lái)打開(kāi)原有程序文件的。打開(kāi)后的文本編輯窗見(jiàn)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(kù)目錄。圖1-5中選定的是圖形類(Graphics)，右方上部是對(duì)該演示庫(kù)的說(shuō)明，下部則是庫(kù)中各項(xiàng)目的名稱。雙擊該名稱或選中該項(xiàng)目后點(diǎn)擊右下角的【Run...】方框，即出現(xiàn)該項(xiàng)目的演示界面。通常，演示畫(huà)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(yǔ)句。還可以在界面上直接修改這些語(yǔ)句并重新執(zhí)行。因此演示程序也是一個(gè)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(kù)【Graphics】，下選的項(xiàng)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】