《MATLAB教程及實(shí)訓(xùn) 第4版》課件 第1章MATLAB概述

第1章MATLAB2021a概述1.1MATLAB2021a簡(jiǎn)介1.2MATLAB2021a的開發(fā)環(huán)境1.3MATLAB2021a的其他管理1.4一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例1.5MATLAB的發(fā)布功能1.6MATLAB2021a的幫助系統(tǒng)本章小結(jié)和練習(xí)MATLAB是目前世界上最流行的、應(yīng)用最廣泛的工程計(jì)算和仿真軟件。MATLAB是MatrixLaboratory的縮寫，它的產(chǎn)生是與數(shù)學(xué)計(jì)算緊密聯(lián)系在一起的。MATLAB是一個(gè)交互式開發(fā)系統(tǒng)，其基本數(shù)據(jù)要素是矩陣Matrix。本書以MATLAB2021a產(chǎn)品族為平臺(tái)進(jìn)行全面地介紹。Mathworks公司網(wǎng)站：MATLAB軟件的創(chuàng)始人，美國(guó)工程院院士，著名數(shù)學(xué)家CleveMoler教授在2012年10月9日到10月18日間來華進(jìn)行高校訪問。微信公眾號(hào)：MATLAB手機(jī)APP：MATLAB1.1MATLAB2021a簡(jiǎn)介

1.1.1MATLAB產(chǎn)品家族的組成MATLAB的產(chǎn)品家族主要包括MATLAB、Simulink和PolySpace產(chǎn)品族。（1）MATLAB語言是基于矩陣的編程語言，能實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算和對(duì)數(shù)據(jù)使用圖形進(jìn)行可視化。（2）Simulink是模塊圖環(huán)境，與MATLAB相集成，可用于進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真。（3）PolySpace是由BugFinder和CodeProver組成，在汽車、航空航天、鐵路、醫(yī)療等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。用四種方法描述cos(x)*sin(y)圖形1.1.2MATLAB的系統(tǒng)組成MATLAB系統(tǒng)由MATLAB開發(fā)環(huán)境、MATLAB語言、數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)、圖形處理系統(tǒng)、APP設(shè)計(jì)工具和MATLAB外部語言接口等部分組成。（1）MATLAB開發(fā)環(huán)境是一個(gè)集成的工作環(huán)境。（2）MATLAB語言具有程序流程控制、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出和面向?qū)ο蟮木幊烫攸c(diǎn)，是基于矩陣/數(shù)組的語言。（3）數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)包含了大量的計(jì)算算法。（4）圖形處理系統(tǒng)能夠?qū)?shù)組的數(shù)據(jù)用圖形表示出來。（5）APP設(shè)計(jì)工具包含交互式控件。（6）MATLAB外部語言接口使與其他編程語言進(jìn)行靈活的雙向集成。1.1.3MATLAB的特點(diǎn)1.運(yùn)算功能強(qiáng)大2.編程效率高3.強(qiáng)大而智能化的作圖功能4.可擴(kuò)展性強(qiáng)5.Simulink動(dòng)態(tài)仿真功能1.1.4MATLAB工具箱MATLAB的工具箱（Toolbox）是一個(gè)專業(yè)家族產(chǎn)品，工具箱實(shí)際上是MATLAB的M文件和高級(jí)MATLAB語言的集合，用于解決某一方面的專門問題或?qū)崿F(xiàn)某一類的新算法。包括應(yīng)用數(shù)學(xué)類、控制類、信號(hào)處理類等工具箱。1.2MATLABR2010a的開發(fā)環(huán)境

1.2.1MATLABR2010a的環(huán)境設(shè)置工作空間窗口命令窗口當(dāng)前文件夾MATLAB工具欄1.2.2工具欄MATLAB操作界面的面板主要是按功能來劃分的，HOME面板為MATLAB的主要界面，另外還有繪圖面板（PLOTS）和應(yīng)用軟件面板（APPS）

1.HOME頁(yè)工具欄

（1）“FILE”區(qū)工具欄（2）“VARIABLE”區(qū)工具欄（3）“CODE”區(qū)工具欄（4）“SIMULINK”區(qū)工具欄（5）“ENVIRONMENT”區(qū)工具欄（6）“RESOURCES”區(qū)工具欄2.繪圖面板工具欄3.應(yīng)用軟件面板工具欄

(a)AppDesigner窗口(b)“Add-onExplorer”窗口1.2.3通用窗口MATLAB2021a的HOME面板默認(rèn)有三個(gè)窗口，都是最常用的窗口，分別是：命令窗口、當(dāng)前目錄瀏覽器窗口和工作空間窗口。所有窗口都可以單獨(dú)顯示，在窗口右上角單擊下拉箭頭

使用Undock和Dock可使窗口單獨(dú)出來和返回到MATLAB工作界面中。1.命令窗口（CommandWindow）在命令窗口中輸入MATLAB的命令和數(shù)據(jù)后按回車鍵，立即執(zhí)行運(yùn)算并顯示結(jié)果。MATLAB在命令窗口中的語句形式為：>>變量＝表達(dá)式;說明：命令窗口中的每個(gè)命令行前會(huì)出現(xiàn)提示符“>>”，沒有“>>”符號(hào)的行則是顯示的結(jié)果。例1-1

在命令窗口中輸入不同的命令和數(shù)值，并查看其顯示方式。>>a=0.5a=0.5000>>b='sin'b=sin>>ifa<1c=true%如果a<1則c為trueendc=1

表1-5常用標(biāo)點(diǎn)練習(xí)：>>a=[12;...34]>>a=‘hello’%字符串練習(xí)表1-5，表1-6練習(xí)：在命令窗口中輸入以下命令，并查看顯示的圖形。>>a=[1234]>>b=[5678]>>c=a+b*i>>plot(c)數(shù)值計(jì)算結(jié)果的顯示格式：一種方法是在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框的“NumericFormat”欄設(shè)置數(shù)據(jù)的顯示格式。另一種方法是直接在命令窗口中使用“format”命令來進(jìn)行數(shù)值顯示格式的設(shè)置：format格式描述練習(xí)：打開“Preferences”窗口，設(shè)置0.0005的不同顯示格式。例1-3

使用format函數(shù)在命令窗口中顯示運(yùn)算結(jié)果。%ex1_3sin(60)>>a=sin(60*pi/180)a=0.8660>>formatlong>>aa=0.86602540378444>>formatshorte>>aa=8.6603e-001程序分析：long格式為15位數(shù)字顯示，shorte為5位科學(xué)計(jì)數(shù)顯示。2.歷史命令窗口（CommandHistory）歷史命令窗口默認(rèn)地出現(xiàn)在MATLAB界面的左下側(cè)，用來記錄并顯示已經(jīng)運(yùn)行過的命令、函數(shù)和表達(dá)式。可以選擇一行或多行命令進(jìn)行操作例1-4

選擇歷史命令窗口的命令行執(zhí)行并創(chuàng)建快捷方式。出現(xiàn)“ShortcutEditor”工具欄3.當(dāng)前目錄瀏覽器窗口（CurrentFolder）當(dāng)前目錄瀏覽器窗口（CurrentFolder）用來設(shè)置當(dāng)前目錄，并顯示當(dāng)前目錄下的所有文件信息，并可以復(fù)制、編輯、壓縮、運(yùn)行.m文件和.mlx文件，以及裝載MAT數(shù)據(jù)文件。在CurrentFolder窗口中選擇文件“ex1_3.m”，單擊鼠標(biāo)右鍵在彈出的菜單中選擇“Compareagainst”

“Choose”，并在文件夾中選擇比較的文件“ex1_5.m”比較兩個(gè)文件內(nèi)容的不同4.工作空間瀏覽器窗口（Workspace）工作空間瀏覽器窗口用于顯示內(nèi)存中所有的變量名、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、類型、大小和字節(jié)數(shù)，不同的變量類型使用不同的圖標(biāo)。在MATLAB2021a的命令窗口中也可以通過命令來查看工作空間的變量，以下是常用的命令：Who：查閱MATLAB內(nèi)存變量名。Whos：查閱MATLAB內(nèi)存變量名、大小、類型和字節(jié)數(shù)。clear變量名1變量名2…：刪除內(nèi)存中的變量，變量名1變量名2可省略，省略時(shí)表示刪除所有變量。5.數(shù)組編輯器窗口（ArrayEditor）雙擊變量“a”，就會(huì)打開變量編輯器窗口，在變量“a”面板中可以對(duì)變量?jī)?nèi)容直接逐格修改，也可以單擊工具欄的按鈕進(jìn)行插入、刪除、排序等操作，“Transpose”按鈕是轉(zhuǎn)置，并可以新建變量和打印變量。6.M文件編輯／調(diào)試器窗口（Editor／Debugger）在M文件編輯窗口工具欄中有三個(gè)面板，分別是“EDITOR”、“PUBLISH”和“VIEW”，不僅可以編輯M文件，而且可以對(duì)M文件進(jìn)行交互式調(diào)試；不僅可處理帶.m擴(kuò)展名的文件，而且可以閱讀和編輯其他ASCII碼文件，比如.txt文本文件。7.實(shí)時(shí)文件編輯窗口（LIVEEDITOR）實(shí)時(shí)文件編輯窗口是組合了代碼、輸出和格式化文本的腳本。與M文件編輯器窗口的區(qū)別是可以實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行結(jié)果。在工具欄選擇“New”然后選擇“LiveScript”創(chuàng)建.mlx文件。顯示運(yùn)行結(jié)果8.代碼分析報(bào)告窗口（CodeAnalyzerReporter）9.程序性能剖析窗口（Profiler）在MATLAB界面中，選擇工具欄的“RunandTime”按鈕就可以查看每行程序的運(yùn)行時(shí)間，以便提高運(yùn)行速度。1.3MATLAB2021a的其他管理

1.3.1MATLAB文件格式MATLABR2021a的常用文件有.m、.mlx、mat、.fig、slx.、.mdl、.p和.prj等類型。1.程序文件程序文件即M文件（M-File），其文件的擴(kuò)展名為.m。2.實(shí)時(shí)編輯程序文件實(shí)時(shí)編輯程序文件是.mlx文件，是通過LiveEditor窗口生成的。3.圖形文件圖形文件（Figure）的擴(kuò)展名為.fig。4.模型文件模型文件（Model）擴(kuò)展名為.slx，可以在“File”菜單中創(chuàng)建Model時(shí)生成.mdl文件。5.數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件即MAT文件，其文件的擴(kuò)展名為.mat。（1）把工作空間中的數(shù)據(jù)存入MAT文件save文件名變量1變量2…參數(shù)

（2）從數(shù)據(jù)文件中裝載變量到工作空間load文件名變量1變量2…

還可以通過打開ImportData窗口來從MAT文件中將變量裝載到Workspace。例1-8

使用save和load命令保存和裝載變量。>>a=1:2:10;>>b=[123;456];>>c='hello';>>savefile1ab %把變量a，b保存到File1.mat文件>>savefile1c-append %把變量c添加到File1.mat文件中>>clear %將工作空間變量清空>>loadfile1 %將.mat文件裝載到工作空間>>savefile1–ascii %把變量a，b，c保存到File1文本文件1.3.2設(shè)置搜索路徑1.MATLAB的基本搜索過程按照以下的順序進(jìn)行搜索：首先在MATLAB內(nèi)存中進(jìn)行檢查，檢查“sin”和“x”是否為工作空間的變量或特殊變量；然后檢查“sin”和“x”是否為MATLAB的內(nèi)部函數(shù)（Built-inFunction）；然后在當(dāng)前目錄上，檢查是否有相應(yīng)的“.m”或“.mlx”文件存在；最后在MATLAB搜索路徑的所有其他目錄中，依次檢查是否有相應(yīng)的“.m”或“.mlx”的文件存在；如果都不是，則MATLAB發(fā)出未找到的錯(cuò)誤信息。2.設(shè)置搜索路徑窗口（SetPath）

打開設(shè)置搜索路徑窗口的方法有兩種：在MATLAB界面選擇菜單“File”→“SetPath”；在命令窗口中運(yùn)行“pathtool”或“editpath”命令。1.4一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例例1-10

在MATLAB2021a的工作界面中做一個(gè)練習(xí)。通過一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例來綜合了解MATLAB2021a各窗口的功能和命令的使用。>>clear%清空工作空間>>t=0:1:10t=012345678910>>y=sin(0.5*t)1.5MATLAB的發(fā)布功能MATLAB可以將編寫的程序發(fā)布成文檔，通過MATLAB的發(fā)布功能發(fā)布成HTML文件、doc文件、PPT或者其他文檔，將M文件內(nèi)容分享出去?！癙UBLISH”面板單擊“PUBLISH”按鈕進(jìn)行發(fā)布。生成HTML文件，增加注釋:“%%”后面輸入該“Section”的標(biāo)題三個(gè)標(biāo)題發(fā)布成PPT1.6MATLABR2021a的幫助系統(tǒng)

1.6.1使用幫助文檔幫助文檔窗口（Help）提供給用戶方便、全面的幫助信息，在工具欄選擇“Help”按鈕，打開幫助文檔窗口。界面由左側(cè)目錄和右側(cè)的幫助瀏覽器兩部分組成。1.6.2使用幫助命令1.help命令help命令可以獲得MATLAB命令和M文件的幫助信息，如果知道準(zhǔn)確的命令名稱或主題詞，使用help命令來查找最快捷。>>helplog10 %查