matlab培训教程幻灯片课件

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1、MATLAB及其应用 授课教师 何俊杰数学学院email hejj99 ApplicationofMatlab 2020 4 24 ApplicationofMatlab 2 第一讲Matlab概述 前言Matlab软件概述Matlab的桌面环境及入门知识 2020 4 24 ApplicationofMatlab 4 1 1 1MATLAB的历史及影响 70年代中期 CleveMoler博土及其同事在美国国家基金会的帮助下 开发了LINPACK和EISPACK的FORTRAN语言子程序库 这两个程序库代表了当时矩阵运算的最高水平 到了70年代后期 身为美国新墨西哥州大学计算机系系主任的CIe

2、veMoler 在给学生上线性代数课时 为了让学生能使用这两个子程序库 同时又不用在编程上花费过多的时间 开始着手用FORTRAN语言为学生编写使用LINPACK和EISPACK的接口程序 他将这个程序取名为MATLAB 其名称是由MATrix和LABoratory 矩阵实验室 两个单词的前三个字母所合成 在1978年 Malab就面世了 这个程序获得了很大的成功 受到了学生的广泛欢迎 在以后的几年里 Matlab在多所大学里作为教学辅助软件使用 并作为面向大众的免费软件广为流传 CleveMoler 2020 4 24 ApplicationofMatlab 5 将MATLAB商品化的不是C

3、leveMoler 而是一个名叫JackLittle的人 当免费的MATLAB软件到Stanford大学 JackLittle正在该校主修控制 便接触到了当时MATLAB 直觉告诉他 这是一个具有巨大发展潜力的软件 因此他在毕业沒多久 就开始用C语言重新编写了MATLAB的核心 在Moler的协助下 于1984年成立MathWorks公司 首次推出MATLAB商用版 在其商用版推出的初期 MATLAB就以其优秀的品质 高效的数据计算能力和开放的体系结构 占据了大部分数学计算软件的市场 原来应用于控制领域里的一些封闭式数学计算软件包 如英国的UMIST 瑞典的LUND和SIMNON 德国的KED

4、DC 就纷纷被淘汰或在MATLAB上重建 JackLittle 2020 4 24 ApplicationofMatlab 6 CleveMoler至今仍是该公司的首席科学家 他以60多岁的高龄 还常常亲自进行撰写程序的工作 非常令人佩服 如果你有数值运算方面的高水平问题 寄到MathWorks后 大部份还是会由CleveMoler亲自回答 在1994年 Pentium芯片曾发生Fdiv的bug 当时CleveMoler是第一个以软件方式解决此bug的人 曾一时脍炙人口 在公司初创的五年 JackLittle非常辛苦 常常身兼数职 董事长 总经理 推销 程序开发等 但公司一直稳定发展 从当初的

5、一人公司 到1993年的200人 到2000年的500余人 到2005年公司员工达到了1300人 不但打败其他竞争软件 而且前景一片欣欣向荣 根据JackLittle个人说法 MATLAB早期成功的两大因素是 选用了C语言及选定PC为主要平台 这似乎和微软的成功有相互呼应之妙 MathWorks公司 目前仍然是私人企业 并未上市 这和JackLittle个人理念有关 他认为MATLAB的设计方向应该一直是以顾客的需求与软件的完整性为首要目标 而不是以盈利为主要目的 因此MATLAB一直是在稳定中求进步 而不会因为上市而遭受股东左右其发展方向 这也是为什么MATLAB新版本总是姗姗来迟的原因 因

6、为他们不会因为市场的需求而推出不成熟的产品 此外 由于JackLittle保守的个性 也使得MathWorks不曾跨足MATLAB Simulink以外的行业 当前商场上纷纷扰扰的并购或分家 MathWorks完全是绝缘体 2020 4 24 ApplicationofMatlab 7 1992年 支持Windows3 x的MATLAB4 0版本推出 增加了Simulink Control NeuralNetwork SignalProcessing等专用工具箱 1993年11月 MathWorks公司推出了Matlab4 1 其中主要增加了符号运算功能 当升级至Matlab4 2c 这一功能

7、在用户中得到广泛应用 1997年 Matlab5 0版本问世了 实现了真正的32位运算 加快数值计算 图形表现有效 2001年初 MathWorks公司推出了Matlab6 0 R12 2002年7月 推出了Matlab6 5 R13 在这一版本中Simulink升级到了5 0 性能有了很大提高 另一大特点是推出了JIT程序加速器 Matlab的计算速度有了明显的提高 2005年9月 推出了MAILAB7 1 Release14SP3 在这一版本中Simulink升级到了6 3 软件性能有了新的提高 用户界面更加友好 值得说明的是 MatlabV7 1版采用了更先进的数学程序库 即 LAPAC

8、K 和 BLAS 目前 Matlab软件支持多种系统平台 如常见的WindowsNT XP UNIX Linux等 Matlab版本的发展 2020 4 24 ApplicationofMatlab 8 MATLAB就是这样经过了近30年的专门打造 20多年的千锤百炼 它以高性能的数组运算 包括矩阵运算 为基础 不仅实现了大多数数学算法的高效运行函数和数据可视化 而且提供了非常高效的计算机高级编程语言 在用户可参与的情况下 各种专业领域的工具箱不断开发和完善 MATLAB取得了巨大的成功 已广泛应用于科学研究 工程应用 用于数值计算分析 系统建模与仿真 早在20世纪90年代初 欧美等发达国家的

9、大学就将MATLAB列为一种必须掌握的编程语言 近几年来 国内的很多大学也将MATLAB列为了本科生必修课程 与Maple Mathematica数学计算软件相比 MATLAB以数值计算见长 而Maple等以符号运算见长 能给出解析解和任意精度解 而处理大量数据的能力远不如MATLAB MATLAB软件功能之强大 应用之广泛 已成为为21世纪最为重要的科学计算语言 可见学习掌握这一工具的重要性 2020 4 24 ApplicationofMatlab 9 MATLAB产品由若干模块组成 不同的模块完成不同的功能 其中有 实际上MATLAB本身就是一个极其丰富的资源库 那么应该从哪一部分开始着

10、手 学习使用MATLAB呢 这就有必要了解这一软件产品的体系结构 MATLABCompiler这种编译器可以将MATLAB程序文件编译生成标准的C C 语言文件 而生成的标准的C C 文件可以被任何一种C C 编译器编译生成函数库或可执行文件 以提高程序的运行效率 1 1 2MATLAB产品的体系结构 MATLAB MATLABToolboxes MATLABCompiler Simulink SimulinkBlocksets Real TimeWorkshop RTW Stateflow StateflowCoder 由这些模块产品之间的关系可以图1 1表示 图1 1MATLAB产品体系结

11、构 围绕着MATLAB这个计算核心 形成了诸多针对不同应用领域的算法程序包 被称为专用工具箱 Toolbox 这些工具箱的列表以及每个工具箱的使用详见MATLAB在线帮助文档 MATLAB本身所提供的工具箱大概有40多个 另外还有其他公司或研究单位开发提供的工具箱 这些工具箱的总数已有100多个 而且新的工具箱还在不断增加 如果你有特别的应用领域 可以首先到网上查找是否已有相关的工具箱 很可能已有人将你要做的应用程序作成工具箱了 Simulink是窗口图形方式的 专门用于连续时间或离散时间的动态系统建模 分析和仿真的核心 Real TimeWorkshop是一种实时代码生成工具 它能够根据Si

12、mulink模型生成程序源代码 并打包 编译所生成的源代码生成实时应用程序 从现有的Simulink和Stateflow自动生成C语言程序代码的功能 定点运算模块集 Fixed pointBlockset 与C语言程序代码到VHDL VeryHighSpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage 一种标准的硬件电路设计语言 的自动转换功能 可以看出 高级的系統仿真或低级的芯片算法设计 都可用MATLAB Simulink Stateflow及相关的工具箱来完成 Stateflow是基于有限状态机理论针对复杂的事件驱动系统进行建模 仿真的工具

13、StateflowCoder是基于Stateflow状态图生成高效 优化的程序代码 围绕着Simulink仿真核心所开发的应用程序包 称为模块集 Blocksets MATLAB产品提供许多专用模块集 如CommunicationBlockset DSPBlockset SimPowerSystemBlockset SignalProcessingBlockset等 详见MATLAB在线帮助文档 MATLAB是MATLAB产品家族的计算核心与基础 是集高性能数值计算与数据可视化于一体的高效编程语言 2020 4 24 ApplicationofMatlab 10 1 1 3MATLAB编程语言

14、的特点 语法规则简单 尤其内定的编程规则 与其他编程语言 如C Fortran等 相比更接近于常规数学表示 对于数组变量的使用 不需类型声明 无需事先申请内存空间 MATLAB语言主要有以下几个特点 MATLAB基本的语言环境提供了数以千计的计算函数 极大的提高了用户的编程效率 如 一个fft函数即可完成对指定数据的快速傅里叶变换 这一任务如果用C语言来编程实现的话 至少要用几十条C语言才能完成 因此 MATLAB是一个简单易用 功能强大的高效编程语言 平台无关性 可移植性 MATLAB软件可以运行在很多不同的计算机系统平台上 如WindowsMe NT 2000 XP 很多不同版本的UNIX

15、以及Linux 无论你在哪一个平台上编写的程序都可以运行在其它平台上 对于MATLAB数据文件也一样 是平台无关的 极大保护了用户的劳动 方便了用户 其绘图功能也是平台无关的 无论任何系统平台 只要MATLAB能够运行 其图形功能命令就能正常运行 MATLAB是一种脚本式 scripted 的解释型语言 无论是命令 函数或变量 只要在命令窗口的提示符下键入 并 回车 Enter MATLAB都予以解释执行 2020 4 24 ApplicationofMatlab 11 功能强大数值运算优势符号运算优势 Maple 强大的2D 3D数据可视化功能许多具有算法自适应能力的功能函数 2020 4

16、24 ApplicationofMatlab 12 语言简单 内涵丰富语言及其书写形式非常接近于常规数学书写形式 其操作和功能函数指令就是常用的计算机和数学书上的一些简单英文单词表达的 如 help clear等 完备的帮助系统 易学易用 扩充能力 可开发能力较强MATLAB完全成了一个开放的系统用户可以开发自己的工具箱可以方便地与Fortran C等语言接口编程易 效率高Matlab以数组为基本计算单元具有大量的算法优化的功能函数 2020 4 24 ApplicationofMatlab 13 1 2MATLAB的桌面环境及入门知识 启动与退出MATLAB命令窗口及使用数值表示 变量 表达式命令历史窗口工作空间获取在线帮助 2020 4 24 ApplicationofMatlab 14 1 2 1启动与退出MATLAB 启动MATLAB直接用鼠标双击桌面上MATLAB7 1图标或Windows桌面的 开始 所有程序 MATLAB7 1 MATLAB7 1 退出MATLAB关闭MATLAB桌面在命令窗口执行quit或exit命令MATLAB缺省桌面 见下页 2020 4 24 Ap