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1、MATLAB,教材及参考书,1Matlab实用教程 苏金明主编 电子工业出版社 2Matlab实用教程 徐金明主编 清华大学出版社 3Matlab在数字信号处理中的应用 薛年喜主编 清华大学出版社,教学内容,本课程包括MATLAB7.0语言基础、基本应用、高级应用三部分内容。语言基础包括语言入门、程序设计基础和矩阵线性代数运算；基本应用包括数据处理、符号运算、数值计算和基本绘图；高级应用包括程序设计、信号处理和仿真环境等。课本其他内容会在相关章节中穿插讲解，因此讲课中并不一定完全遵循课本的编排顺序。,教学形式,课堂教授 课本（文字叙述） 电子教案（演示、练习） 作业 实验 动手实践、强化 实验
2、报告,考核,平时成绩 20% 考勤 作业 实验 35% 表现 报告 期末考试 45%,第1章 MATLAB语言入门,1.1 MATLAB概述1.2 MATLAB的运行环境与安装1.3 MATLAB集成环境1.4 MATLAB帮助系统,1.1 MATLAB概述,1.1.1 MATLAB的发展历史 MATLAB这个词取自于矩阵（Matrix）和实验室（Laboratory）两个英文单词的前三个字母，意思就是矩阵实验室。它是一种以矩阵作为基本数据单元的科学计算软件，专门以矩阵的形式来处理数据，它为用户提供了数据分析、算法实现与应用开发的交互式开发环境。MATLAB 将高性能的数值计算和可视化集成在一
3、起，并提供了大量的内置函数，从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作，而且利用MATLAB产品的开放式结构，可以非常容易地对MATLAB的功能进行扩充，从而在不断深化对问题认识的同时，不断完善MATLAB 产品以提高产品自身的竞争能力。,MATLAB最初是在20世纪70年代中期由Cleve Moler用Fortran语言设计的，有关矩阵的算法来自Linpack和Eispack课题的研究成果；现在的MATLAB程序是MathWorks公司用 C语言开发的。 1984年，Moler和一批专家成立了MathWorks公司，MATLAB作为美国 MathWorks公司
4、开发的用于概念设计、算法开发、建模仿真、实时实现的理想的集成环境。是目前最好的科学计算类软件。,MATLAB 前后经历了以下版本（Release）： 1984年，MATLAB第1版(DOS版) 1992年，MATLAB4.0版 （第一个Windows版本为MATLAB 3.x版 ） 1994年，MATLAB 4.2版 1997年，MATLAB 5.0版 1999年，MATLAB 5.3版（Release12 ） 2000年，MATLAB 6.0版（Release13 ） 2001年，MATLAB 6.1版 2002年，MATLAB 6.5版 2004年，MATLAB 7.0版（Release1
5、3 ） 注：经常看见MATLAB Rx，这里的R就是Release的缩写了。,1.1.2 MATLAB的基本特点,高级科学计算语言(M 语言) ； 代码、数据文件的集成管理环境； 算法设计开发的交互式工具； 用于线性代数、统计、傅立叶分析、滤波器设计、优化和数值计算的基本数学函数； 2-D和3-D 数据可视化； 创建自定义用户图形界面的工具； 与第三方算法开发工具C/C+、FORTRAN、Java、COM、Microsoft Excel集成开发基于MATLAB 的算法；,1数值计算和符号计算功能MATLAB以矩阵作为数据操作的基本单位，还提供了十分丰富的数值计算函数。MATLAB和著名的符号计
6、算语言Maple相结合，使得MATLAB具有符号计算功能。MATLAB 数学计算的内容有：,1.1.3 MATLAB的主要功能,线性代数和矩阵分析与变换 数据处理与基本统计 快速傅里叶变换（FFT），相关与协方差分析 稀疏矩阵运算 三角及其它初等函数 Bessel、beta 及其它特殊函数 线性方程及微分方程求解 多维数组的支持,2绘图功能MATLAB提供了两个层次的绘图操作：一种是对图形句柄进行的低层绘图操作，另一种是建立在低层绘图操作之上的高层绘图操作。 数据的可视化:二维、三维绘图、动画和声音等 交互式编辑创建图形：修改图形窗体对象的属性等 图形用户界面开发环境GUIDE：简化控件操作,
7、3编程语言MATLAB具有程序结构控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特征，而且简单易学、编程效率高。 MATLAB提供了一种简便易用的算法开发语言M语言，直接利用MATLAB提供的基本数学、图形能力，开发工程师自定义的算法。几乎所有的MATLAB 工具箱函数都是利用M 语言开发的。,可视化的程序编辑器/调试器 语法风格类似C 语言，容易掌握； JIT 加速器加快程序运行速度 多维向量及工程师自定义结构，以及数组、结构、元胞数组等多种数据结构 支持面向对象编程（OOP） 流程控制（for，while，if，switch） 字符变换 ASCII及二进制文件输入输出 灵活的开发性
8、能够与C，C+， FORTRAN， Java，COM 组件以及 Excel 集成使用 支持使用底层I/O 手段获取数据，操作数据文件 MATLAB数据文件MAT 文件支持跨平台应用,M语言程序举例：,例：输入x,y的值，并将它们的值互换后输出。 程序如下： x=input(Input x please.); y=input(Input y please.); z=x; x=y; y=z; disp(x); disp(y); %这段程序实际是将x，y两数互换 sprintf(交换后x为: %d,x) sprintf(交换后y为: %d,y),4MATLAB工具箱MATLAB包含两部分内容：基本部
9、分和各种可选的工具箱。其中工具箱又分为两大类：功能性工具箱（开发工具）和学科性工具箱（专业应用工具箱）。,开发工具,MATLAB 提供了各种用于算法开发的工具，其中包括： MATLAB Editor 该工具提供了标准的编辑、调试M 语言算法的基本环境，例如可以在 该工具中定义断点并且进行单步调试。 M-Lint Code Checker 该工具用于分析M语言代码并且向开发人员提出改善代码性能和 维护性的建议。 MATLAB Profiler 该工具可以计算每行M 语言代码执行消耗的时间； Directory Reports 该工具扫描当前目录下所有的M语言，并且报告文件的代码效率、文件的相关性
10、以及代码覆盖度等信息。,专业应用工具箱,广泛应用于下列领域： 测量测试 数学建模与分析 信号处理 财经金融建模与分析 图像处理与地理信息 MATLAB桌面应用程序发布,1.1.4 MATLAB的优点,1. 容易使用 2. 可以由多种操作系统支持 3. 丰富的内部函数 4. 强大的图形和符号功能 5. 可以自动选择算法 6. 与其他软件和语言有良好的对接性,1.1.5 MATLAB的缺点,运行效率较低 由于MATLAB是一种合成语言，因此，与一般的高级语言相比，用MATLAB编写的程序运行起来时间往往要长一些。 价格比较贵 一般的用户可能支付不起它的高昂费用。但是，购买MATLAB的昂贵费用在很
11、大程度上可以由使用它所编写的程序的价值抵消。,例1-1 绘制正弦曲线和余弦曲线。x=0:0.5:360*pi/180;plot(x,sin(x),x,cos(x); 例1-2 求方程 3x4+7x3 +9x2-23=0的全部根。p=3,7,9,0,-23; %建立多项式系数向量x=roots(p) %求根,1.1.6 初识MATLAB,例1-3 求积分quad(x.*log(1+x),0,1) 例1-4 求解线性方程组。a=2,-3,1;8,3,2;45,1,-9; b=4;2;17; x=inv(a)*b,1.2 MATLAB的运行环境与安装,1.2.1 MATLAB的运行环境硬件环境：(1
12、) CPU (2) 内存(3) 硬盘(4) CD-ROM驱动器和鼠标。软件环境：(1) Windows 2000 或Windows XP(2) 其他软件根据需要选用,1.2.2 MATLAB的安装安装MATLAB 7.0系统，需运行系统自带的安装程序setup.exe，可以按照安装提示依次操作。,1.3 MATLAB集成环境,1.3.1 启动与退出MATLAB集成环境1MATLAB系统的启动与一般的Windows程序一样，启动MATLAB系统有3种常见方法：(1)使用Windows“开始”菜单。(2)运行MATLAB系统启动程序matlab.exe。(3) 利用快捷方式。,启动MATLAB后，
13、将进入MATLAB 7.0集成环境。MATLAB 7.0集成环境包括MATLAB主窗口、命令窗口(Command Window)、工作空间窗口(Workspace)、命令历史窗口(Command History)、当前目录窗口(Current Directory)和启动平台窗口(Launch Pad)。,当MATLAB安装完毕并首次启动时，展现在屏幕上的界面为MATLAB的默认界面，如右图所示。,2MATLAB系统的退出 要退出MATLAB系统，也有4种常见方法：(1) 在MATLAB主窗口File菜单中选择Exit MATLAB命令。(2) 在MATLAB命令窗口输入Exit或Quit命令。
14、(3) 单击MATLAB主窗口的“关闭”按钮。 (4) 使用快捷键Ctrl+Q。,1.3.2 主窗口MATLAB主窗口是MATLAB的主要工作界面。主窗口除了嵌入一些子窗口外，还主要包括菜单栏和工具栏。1菜单栏在MATLAB 7.0主窗口的菜单栏，共包含File、Edit、View、Web、Window和Help 6个菜单项。,(1) File菜单项：File菜单项实现有关文件的操作。(2) Edit菜单项：Edit菜单项用于命令窗口的编辑操作。(3) View菜单项：View菜单项用于设置MATLAB集成环境的显示方式。,(4) Web菜单项：Web菜单项用于设置MATLAB的Web操作。(
15、5) Window菜单项：主窗口菜单栏上的Window菜单，只包含一个子菜单Close all，用于关闭所有打开的编辑器窗口，包括M-file、Figure、Model和GUI窗口。(6) Help菜单项：Help菜单项用于提供帮助信息。,2工具栏MATLAB 7.0主窗口的工具栏共提供了10个命令按钮。这些命令按钮均有对应的菜单命令，但比菜单命令使用起来更快捷、方便。,1.3.3 命令窗口命令窗口是MATLAB的主要交互窗口，用于输入命令并显示除图形以外的所有执行结果。MATLAB命令窗口中的“”为命令提示符，表示MATLAB正在处于准备状态。在命令提示符后键入命令并按下回车键后，MATLA
16、B就会解释执行所输入的命令，并在命令后面给出计算结果。,一般来说，一个命令行输入一条命令，命令行以回车结束。但一个命令行也可以输入若干条命令，各命令之间以逗号分隔，若前一命令后带有分号，则逗号可以省略。例如p=15,m=35p=15;m=35,如果一个命令行很长，一个物理行之内写不下，可以在第一个物理行之后加上3个小黑点并按下回车键，然后接着下一个物理行继续写命令的其他部分。3个小黑点称为续行符，即把下面的物理行看作该行的逻辑继续。在MATLAB里，有很多的控制键和方向键可用于命令行的编辑。,1.3.4 工作空间窗口工作空间是MATLAB用于存储各种变量和结果的内存空间。在该窗口中显示工作空间中所有变量的名称、大小、字节数和变量类型说明，可对变量进行观察、编辑、保存和删除。,1.3.5 当前目录窗口和搜索路径1当前目录窗口当前目录是指MATLAB运行文件时的工作目录，只有在当前目录或搜索路径下的文件、函数可以被运行或调用。在当前目录窗口中可以显示或改变当前目录，还可以显示当前目录下的文件并
