MATLAB語言及其應(yīng)用課件CH01matlab語言概述

1、,MATLAB語言及其應(yīng)用,07.10.2020,2012.02,第1章 MATLAB語言概述,1.1 MATLAB語言及其特點 1.2 MATLAB語言工作環(huán)境 1.3 MATLAB的基本操作演示 1.4 教學安排與參考書籍,1.1 MATLAB語言及其特點,MATLAB是“MATrix LABoratory”的縮寫（矩陣實驗室），它是由美國Mathworks公司于1984年正式推出的一種科學計算軟件。MATLAB的3.x(DOS)版本于1988年推出，隨后1992年推出了4.x(Windows)版本。隨著新版本的推出，MATLAB的擴展函數(shù)越來越多，功能越來越強大。,1.1.1 MATLA

2、B的由來與發(fā)展 20世紀七十年代后期：時任美國新墨西哥大學計算機科學系主任的Cleve Moler 教授為便于線性代數(shù)的教學和實驗編程，用FORTRAN設(shè)計了一組矩陣子程序接口，此即MATLAB語言的雛形。 1984年John Little、Cleve Moler and Steve Bangert 成立了MathWorks公司，并把MATLAB正式推向市場。此時MATLAB的內(nèi)核采用C語言編寫，而且除原有的數(shù)值計算能力外，還新增了數(shù)據(jù)圖視功能。 進入20世紀九十年代的時候，MATLAB已經(jīng)成為國際控制界公認的標準計算軟件。1992年推出4.0版，具有劃時代的意義。不僅支持windows操作系

3、統(tǒng)，而且推出了Simulink仿真和符號計算工具箱,1997年 5.0 版：支持更多的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括單元數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、多維數(shù)組、對象與類等。 2000年 6.0 版：操作界面更加完善，計算性能進一步提高。（Simulink 4.0） 2002年 6.5 版：在計算方法、圖形功能、用戶界面設(shè)計和編程手段上有了重大改進。 （Simulink 5.0） 2004年 7.0 版、2005年7.1版 隨后每年發(fā)布兩次以年份命名的版本，R2006A-7.2 / R2006B7.3 / R2007A7.4 / R2007B7.5 / R2008A7.6 /R2008B7.7 / R2009A7.8 / R

4、2009B7.9 /R2010A7.10 /R2010B7.11 ,MATLAB集成度高，使用方便，輸入簡捷，運算高效，內(nèi)容豐富，并且很容 易由用戶自行擴展，與其它計算機語言相比， MATLAB有以下顯著特點 ：,1MATLAB是一種解釋性語言 MATLAB是以解釋方式工作的，鍵入算式立即得結(jié)果，無需編譯，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。這些都大大減輕了編程和調(diào)試的工作量。,2變量的“多功能性” (1) 每個變量代表一個矩陣，它可以有nm元素； (2) 每個元素都看作復(fù)數(shù)，這個特點在其它語言中也是不多見的； (3) 矩陣行數(shù)、列數(shù)無需定義：若要輸入一個

5、矩陣，在用其它語言編程時必須定義矩陣的階數(shù)，而用MATLAB語言則不必有階數(shù)定義語句，輸入數(shù)據(jù)的列數(shù)就決定了它的階數(shù)；,3運算符號的“多功能性” 所有的運算，包括加、減、乘、除、函數(shù)運算都對矩陣和復(fù)數(shù)有效。 4人機界面適合科技人員 語言規(guī)則與筆算式相似：MATLAB的程序與科技人員的書寫習慣相近，因此易寫易 讀，易于在科技人員之間交流。 5強大而簡易的繪圖功能 (1) 能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)自動確定坐標繪圖； (2) 能規(guī)定多種坐標（極坐標、對數(shù)坐標等）繪圖； (3) 能繪制三維坐標中的曲線和曲面； (4) 可設(shè)置不同顏色、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。 6智能化程度高 包含

6、各種常用工具箱：現(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，并且還在繼續(xù)發(fā)展中。,7功能豐富，可擴展性強 MATLAB軟件包括基本部分和專業(yè)擴展部分?；静糠职ǎ壕仃嚨倪\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)值積分等等。擴展部分稱為工具箱(toolbox) ，用于解決某一個方面的專門問題，或?qū)嶋H某一類的新算法。,1.2 MATLAB語言的工作環(huán)境,1.2.1 MATLAB系統(tǒng)的安裝,1.2.2 MATLAB系統(tǒng)的啟動,1.2.3 MATLAB的命令窗口,1.2.4 工作空間,1.2.5 命令窗口與當前路徑窗口,1.2

7、.6 圖形窗,1.2.7 文本編輯窗,1.2.1 MATLAB系統(tǒng)的安裝,MATLAB的安裝過程 (1)將安裝盤放入光驅(qū)中，雙擊setup.exe文件，開始安裝（或機器自動執(zhí)行安裝文件）。 (2) 按照安裝向?qū)У奶崾?，在Select MATLAB Components 對話框中選擇用戶需要 的選項，可選擇的MATLAB部件包括MATLAB，Simulink和各種工具箱必須安裝的 文件，以及各部分的幫助文件（包括HTML和PDF兩種格式）。,(3)在Select MATLAB Components對話框中選擇安裝的路徑。安裝程序默認的路徑為 “C:MATLAB”，點擊“Brows.”按鈕，可以設(shè)

8、置安裝路徑。 (4)單擊“Next”按鈕進行文件的解壓和復(fù)制過程。 (5)接下來安裝向?qū)釂柺欠癜惭bMATLAB Notebook。如果用戶的計算機上已經(jīng)安裝 了Microsoft Word，那么就可以安裝MATLAB Notebook。,(6) 安裝完畢，單擊Finish結(jié)束安裝。,最后在桌面上將形成如圖1.1所示的圖標。,圖1.1 MATLAB應(yīng)用程序圖標,1.2.2 MATLAB系統(tǒng)的啟動,啟動MATLAB系統(tǒng)的方法如下：選擇桌面上（或“開始/程序/MATLAB”中）的MATLAB應(yīng)用程序圖標，雙擊（或單擊）。MATLAB6.1啟動后，將顯示如圖1.2所示的操作界面，它表示MATALB

9、系統(tǒng)已建立，用戶可與MATALAB系統(tǒng)進行交互操作。,1.2.3 MATLAB的編程環(huán)境,1. 菜單與功能 MATLAB命令窗口(Command Window)是用戶和MATLAB系統(tǒng)交互的主要窗口。在該窗口中，用戶可以運行函數(shù)、執(zhí)行MATLAB的基本操作命令以及對MATLAB系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置等操作。在命令窗口的菜單條下，一般包括File、Edit、View、Windows和Help。 等下拉子菜單：,通常情況下，MATLAB的工作環(huán)境主要由命令窗口（Command Window）、當前路徑窗口（Current Directory）、工作區(qū)間瀏覽器（Workspace）、命令歷史窗口（Comma

10、nd History）、啟動平臺(Launch Pad)、圖形窗口(Figure)和文本編輯窗口(Editor)組成。啟動平臺(Launch Pad=start)窗口是6.x版本的新特點，它為用戶提供MATLAB工具箱，用戶可以方便地打開工具箱中的內(nèi)容，包括幫助文件、演示示例、實用工具以及Web文檔等內(nèi)容。,圖1.3 命令窗口下的File子菜單,New及其子菜單：允許用用戶打開一個新的文件（M文件）、新的圖形窗（Figure）、 仿真模型文件(.mdl)和圖形用戶界面文件(GUI)。 Open.：從指定的相應(yīng)路徑和文件名打開一個已經(jīng)存在的文件。 Close Command Window：關(guān)閉命

11、令窗口。 Import Data.：在MATALB工作空間中生成一變量，并從指定的路徑和相應(yīng)的文件中 獲取數(shù)據(jù)。 Save Workspace As.：將工作空間中的所有變量數(shù)據(jù)保存在指定的路徑下的相應(yīng)的文 件(.mat)中。 Set Path.：設(shè)置MATLAB的搜索路徑。 Preferences.：允許用戶對系統(tǒng)的一些性能參數(shù)進行設(shè)置，如數(shù)據(jù)格式、字體大小與顏 色等。,View菜單：View菜單所包含的選擇項如圖1.4所示，各選項的含義：,圖1.4 命令窗口下的View子菜單,Desktop Layout及其子菜單：允許用戶在桌面上同時顯示不同的窗口。 Undock Command Win

12、dow：單獨顯示命令窗口。 Current Directory Filter及其子菜單：允許用戶設(shè)置當前目錄瀏覽器中瀏覽的文件類型。 Workspace View Options及其子菜單：允許用戶設(shè)置工作空間窗口中所顯示變量的屬 性(大小、比特數(shù)、變量類型)以及以顯示變量的方式(按變量名、大小)。,MATLAB命令窗口的工具欄如圖1.5所示。,圖1.5 MATLAB命令窗口工具欄,工具欄上按鈕的含義依次如下：,打開一個新的.m文件編輯器窗口。,在編輯器中打開一個已有的MATALB相關(guān)文件。,剪切。,復(fù)制。,粘貼。,撤銷上一步操作。,恢復(fù)上一步操作。,創(chuàng)建一個新的Simulink模塊文件。,打

13、開MATLAB的幫助。,2.命令窗的編輯特殊功能鍵與命令窗口的設(shè)置 命令窗口是MATLAB的主窗口，當用戶使用命令窗口進行工作時，在命令窗 口中可以直接輸入相應(yīng)的命令，系統(tǒng)將自動顯示信息。,MATLAB的特殊的功能鍵 調(diào)出上一個（歷史）命令行 調(diào)出下一個命令行 Esc恢復(fù)命令輸入的空白狀態(tài) 當輸入命令的語句過長，需要兩行或多行才能輸入，則要使用“”作連接符號，按回車鍵(Enter)轉(zhuǎn)入下一行繼續(xù)輸入。,命令窗口的設(shè)置 首先要選擇File菜單中的Preferences項，打開如圖1.6所示的參數(shù)設(shè)置對 話框，單擊Command Window標簽即可進入命令窗口的設(shè)置。,圖1.6 命令窗口設(shè)置對話

14、框,Text display 該選項組用來設(shè)置命令窗口中的數(shù)據(jù)格式、窗口數(shù)字顯示與Tab制表符的字符數(shù)。,Display選項組 Echo on復(fù)選框：在執(zhí)行M文件時，如果想將執(zhí)行的命令顯示在命令窗口，則可以選中該復(fù)選框。 Limit matrix display width to eighty columns復(fù)選框：如果想在命令窗口中顯示80列輸出，則可以選中該復(fù)選框。,Enable up to 100 tab completions復(fù)選框。 Command session scroll buffer size滑桿。,數(shù)字顯示格式（對同一數(shù)據(jù)）,1.2.4 工作空間,MATLAB6.x以后版本

15、的工作空間作為一個獨立的窗口，其操作性相當方便。,它允許用戶查看當前MATLAB工作空間的內(nèi)容，它的作用與命令“whos”相同（“whos” 的作用是：在命令窗口中直接鍵入“whos”，回車后即可在命令窗口中查看當前MATLAB工作空間的內(nèi)容），不同的是用圖形化的表示方法來顯示。而且，通過它可以對工作空間中的變量進行刪除、保存、修改等操作。,圖1.7 工作空間,圖1.8 數(shù)組編輯器,在工作空間中，用鼠標雙擊所選變量 (也可用鼠標先對一個或多個變量完成選擇后， 再單擊工具條中的圖標,)則進入數(shù)組編輯器(Array Editor)，此時用戶可對變量的,維數(shù)、內(nèi)容等進行修改。若在工作空間選擇某變量后

16、，再單擊鼠標右鍵即可彈出如圖 1.9所示的操作菜單，實現(xiàn)對該變量的曲線、曲面等圖形的繪制。,圖1.9 工作空間操作菜單,命令歷史窗口(Command History)主要顯示曾經(jīng)在Command Window窗口執(zhí)行過的命令。 當前路徑窗口(Current Directory)主要顯示當前工作在什么路徑下，包括M文件的打開路 徑等。當前路徑窗口允許用戶對MATLAB的路徑進行查看和修改，如果修改了路徑會 立即產(chǎn)生作用。通常啟動MATLAB之后的默認當前路徑是MATLABwork，如果不改變 當前目錄，用戶自己的工作空間和文件都將保存到該目錄。,1.2.5 命令窗口與當前路徑窗口,MATLAB是

17、采用路徑搜索的方法來查找文件系統(tǒng)中的M文件的。 如果在命令窗口中輸入如下命令： test MATLAB對這一命令的搜索順序為： (1)檢查“test”是否是存儲在工作空間中的變量。若為工作空間中變量，則返回該變量的 內(nèi)容； (2)檢查“test”是否為MATLAB的內(nèi)部函數(shù)。若為內(nèi)部函數(shù)，則返回要求輸入內(nèi)部函數(shù)參 數(shù)信息。. (3)檢查當前目錄中是否有test.m、test.mex或test.dll文件； (4)檢查MATLAB搜索路徑上是否存在test.m、test.mex或test.dll文件； (5)如不滿足上述任何一條件，則返回出錯信息。 如果在搜索路徑中存在兩個或多個同名函數(shù)，則只能

18、發(fā)現(xiàn)搜索路徑中的第一個函數(shù)，而 其它同名函數(shù)不被執(zhí)行。此搜索的順序只是一般情況下的順序，而實際的搜索規(guī)則要復(fù) 雜得多。,程序的運行方法 為了運行已有程序，用戶可事先設(shè)置好MATLAB的搜索路徑，然后再運行程序。 方法一：在當前路徑窗口(Current Directory)將文件所在的路徑設(shè)置為當前路徑； 方法二：單擊File菜單中的Set Path項，彈出路徑設(shè)置對話框如圖1.11所示。,圖1.10 文件不存在對話框,圖1.11 Set Path對話框,1.2.6 圖形窗,MATLAB圖形窗(Figure)主要用于顯示用戶所繪制的圖形。通常，只要執(zhí)行了任意一種 繪圖命令，圖形窗就會自動產(chǎn)生。繪

19、圖都在這一個圖形窗中進行。如果再建一個圖形窗， 則可鍵入figure命令，MATLAB會新建一個圖形窗，并自動給它排出序號。,1.2.7 文本編輯窗 1.文本編輯窗啟動 通常，MATLAB命令編輯有行命令方式和文件方式兩種： 1、行命令方式。在命令窗口中一行一行地輸入命令，計算機對每一行命令作出反應(yīng)。 2、 MATLAB文本編輯器。 MATLAB文本編輯器的功能就是完成編寫、修改和調(diào)試這種文件程序就要用到M文件編輯器/調(diào)試器。文本編輯器/調(diào)試器的啟動可以從命令窗口中選擇新建或打開文件按鈕進入，或在命令窗口中鍵入：edit(回車)。其編輯模式如圖1.13所示。,圖1.13 文本編輯窗,文本編輯器

20、的相關(guān)菜單功能： Save and Run：保存并運行程序，直到遇到下一個斷點。對應(yīng)工具按鈕為 。 Single Step：單步執(zhí)行。對應(yīng)工具按鈕為 。 Step In：運行當前程序行，如果當前行調(diào)用了另外一個函數(shù)，則跳轉(zhuǎn)到這個函數(shù)里。對應(yīng)的工具按鈕為 。 Exit Debug Mode：退出調(diào)試模式。對應(yīng)的工具按鈕為 。 Set/Clear Breakpoint：設(shè)置/清除斷點。對應(yīng)的工具按鈕為 。 Clear All Breakpoints：清除所有的斷點。對應(yīng)的工具按鈕為 。 Stop If Error：程序運行時遇到錯誤則停止。 Stop If Warming：程序運行進遇到警告則停止

21、。 Stop If NaN or Inf：程序運行時遇到不是數(shù)（Not a Number）或是無窮大（Infinite Value）。,圖1.14 Editor/Debugger參數(shù)對話框,2.文本編輯器的參數(shù)設(shè)置,Colors選項組用來設(shè)置顏色： 顯示方式的設(shè)置 Opening files in editor選項組設(shè)置編輯器中文件打開方式： Display選項組： 鍵盤與縮進參數(shù)設(shè)置 Key bindings選項組設(shè)置用戶習慣的鍵盤定義： M- for Enter key選項組設(shè)置M文件的不同縮進格式： Indent選項組設(shè)置適合用戶的縮進參數(shù)： Tab選項組設(shè)置適合用戶的制表符參數(shù)：,Ed

22、itor/Debugger的參數(shù)設(shè)置 Editor選項組： Debugger Options選項組： Most recently used of files list 選項組： On restart選項組：,字體與顏色的設(shè)置 Font選項組用來設(shè)置字體：,1.3 MATLAB的基本操作命令,MATLAB的命令基本上可以分為五類，包括管理命令和函數(shù)、管理變量和工作空間的 命令、控制命令窗口的命令、對文件和環(huán)境操作的命令以及退出MTALAB的命令。,1窗口命令 clf：清除當前Figure窗口里的所有非隱藏圖形對象。 Close：關(guān)閉當前的Figure窗口。 Close all：關(guān)閉所有的Figu

23、re窗口。 Clc：清除命令窗口里的內(nèi)容，光標回到窗口的左上角。 2工作空間管理命令 who：列出當前工作空間里的所有變量。 Whos：列出當前工作空間里的所有變量及大小、類型和所占的存儲空間。 Clear：從工作空間清除所有變量。 Clear all：從工作空間清除所有變量、函數(shù)和MEX文件。 Save：將工作空間里的變量保存到磁盤文件。 Load：將磁盤文件里的變量加載到工作空間。 Workspace：顯示W(wǎng)orkspace瀏覽器。 Quit：退出MATLAB。,3顯示格式設(shè)置命令 format type：輸出數(shù)據(jù)格式顯示控制命令。 Echo on(off)：（不）顯示正在執(zhí)行的M文件語句。 More on(off)：（不）熒屏顯示。 4路徑編輯命令 path：該命令將顯示所有的MATLAB路徑。 Addpath：將一個新目錄添加到MATLAB的搜索路徑里。 Rmpath：從MATLAB搜索路徑里清除某個目錄。,5調(diào)試命令 6文件操作命令 7操作系統(tǒng)命令 8幫助命令 help：在命令窗口里顯示MATLAB函數(shù)或命令的幫助信息。,help命令主要有以下幾種格式： 格式一：help 不帶任何參數(shù)，這時將顯示MATLAB的