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1、科学家和工程技术人员需要的研究工具 一种演算纸式的科学工程计算语言 MATLAB,MATLAB工具软件,参考书： MATLAB实用教程 郑阿奇主编，电子工业出版社出版， 2004年5月出版,一、MATLAB的基本组成,MATLAB主程序 MATLAB语言、工作环境、句柄图形、数学函数库和应用程序接口 MATLAB的功能性工具箱 如： Simulink：动态系统仿真 MATLAB的学科性工具箱 如：Signal Processing Toolbox 信号处理工具箱,1核心部分：几百个核心内部函数。 2大量可选的工具箱。,MATLAB的两个主要部分,例：用一个简单命令求解线性系统 3x1+ x2
2、- x3 = 3.6 x1+2x2+4x3 = 2.1 -x1+4x2+5x3 = -1.4,线性系统求解：（Ax=b）,线性系统求解：（Ax=b）,输入指令： A=3 1 -1;1 2 4;-1 4 5;b=3.6;2.1;-1.4; x=Ab,得到结果： x = 1.4818 -0.4606 0.3848,x=linspace(0,6) y1=sin(2*x);y2=sin(x.2);y3=(sin(x).2; plot(x,y1,x,y2,x,y3,LineWidth,2),例. 用简短命令计算并绘制在0 x6范围内的sin(2x)、sinx2、sin2x。,常用专业性工具箱,Contr
3、ol System 最基本的控制工具箱 Signal Processing 信号处理工具箱 Image Processing 图像处理工具箱 Communication 通讯工具箱 Higher-Order Spectral Analysis 高阶谱分析 Spline 样条分析工具箱 Statistics 统计分析工具箱 ,MATLAB的特点,编程效率高 用户使用方便 扩充能力强、交互性好 移植性和开放性好 语句简单、内涵丰富 高效方便的矩阵和数组运算 方便的绘图功能,操作界面窗口及功能,MATLAB的操作界面是一个高度集成的工作界面，它的通用操作界面包括八个常用的窗口，分别是： 命令窗口 历
4、史命令窗口 当前目录浏览器窗口 工作空间浏览器窗口 数组编辑器窗口、交互界面分类目录窗口 M文件编辑/调试窗口 帮助导航/浏览器窗口。,命令窗口(Command Window),命令窗口默认出现在MATLAB界面右侧，是进行MATLAB操作的主要窗口。在命令窗口中可键入各种MATLAB的命令、函数和表达式，并显示除图形外的所有运算结果。 命令窗口可单独显示：如果选择菜单“Desktop”“Undock Command Window ” 单独的命令窗口返回MATLAB界面：选择命令窗口的菜单“Desktop”“Dock Command Window”命令,命令行的显示方式 命令窗口中每个命令行前
5、会出现提示符“”。命令窗口内显示的字符和数值采用不同颜色，在默认情况下，输入的命令、表达式以及计算结果等采用黑色字体； 字符串采用赭红色；“if”、“for”等关键词采用蓝色。 命令窗口中命令行的编辑 MATLAB命令窗口不仅可以对输入的命令进行编辑和运行，而且可对已输入的命令进行回调、编辑和重运行。,命令窗口中行编辑的常用操作键,MATLAB常用标点符号的功能,数值计算结果的显示格式及设置 默认显示格式为：当数值为整数，以整数显示；当数值为实数，以小数后4位的精度近似显示，即以“短(Short)”格式显示； 如果数值的有效数字超出了这一范围，则以科学计数法显示结果。 显示格式设置：选择菜单F
6、ile”“ Preferences”，则会出现参数设置对话框或直接在命令窗口中输入 “format” 命令来进行数值显示格式的设置。,MATLAB数据显示的Format格式,历史命令窗口(Command History),历史命令窗口默认地出现在MATLAB界面的左下侧，用来记录并显示已经运行过的命令、函数和表达式，并允许用户对它们进行选择、复制和重运行。,当前目录浏览器窗口(Current Directory Browser),当前目录浏览器窗口默认地出现在MATLAB界面的左上侧的后台，用来设置当前目录，可以随时显示当前目录下的M、MDL等文件的信息，包括文件类型、文件名、最后修改的时间和
7、文件说明信息等。 可以复制、编辑和运行M文件。 可以复制、加载MAT数据文件。,文件详细列表区的主要应用功能,工作空间浏览器窗口 (Workspace Browser),工作空间浏览器窗口默认地出现在MATLAB界面的左上侧后台，用于显示所有MATLAB工作空间中的变量名、数据结构、类型、大小和字节数。 用whos查阅MATLAB内存变量名、大小、类型和字节数。 可以对变量进行观察、编辑、提取和保存。 用 clear来删除工作空间中的变量。,数组编辑器窗口(Array Editor),数组编辑器窗口不随MATLAB操作界面的出现而启动。只有在工作空间窗口中当选择数值、字符变量，单击右键选择“o
8、pen. ”选单或双击该变量时才会出现“array editor”数组编辑器窗口，并且变量会出现在该窗口中。可以直接在这个窗口中修改打开的数组，甚至可以更改数据结构和显示方式。 在“Numeric format”栏中改变变量的显示类型。 在“Size”、“by”栏中改变数组的大小。 逐格修改数组中的元素值。,M文件编辑调试器窗口(EditorDebugger),启动M文件编辑调试器窗口的方法： 单击MATLAB界面上的空白页图标，或者单击菜单“File”“New”“M-file”，可打开空白M文件编辑器。 单击MATLAB界面上的文件夹图标，或者单击菜单“File”“Open”，在打开的“Op
9、en”对话框中填写所选文件名，单击“打开”按钮，就可出现相应的M文件。 用鼠标双击当前目录窗口中的M文件(扩展名为.m)，可直接打开相应文件的M文件编辑器。,帮助导航浏览器窗口(Help NavigatorBrowser),启动MATLAB帮助，可单击工具栏的问号“？”图标；或选择菜单 “Help”“Product Help”都能出现帮助导航浏览器窗口。 通过命令实现帮助 help ：列出所有主要的帮助主题，每个帮助主题与MATLAB搜索路径的一个目录名相对应 lookfor：在所有的帮助条目中搜索关键字，常用来查找具有某种功能而不知道准确名字的命令。 helpwin：打开并显示帮助导航浏览器
10、窗口。,Demo演示 Demos演示界面操作非常方便，为用户提供了图文并茂的演示实例。演示程序是一个很好的学习过程，可以作为对MATLAB功能的浏览。 通过Web查找帮助信息 MathWorks公司提供了技术支持网站，通过该网站用户可以找到相关的MATLAB书籍介绍、MATLAB使用建议、常见问题解答和其他MATLAB用户提供的应用程序等。,MATLAB用户文件格式,程序文件 程序文件即M文件，其文件扩展名为.m，包括主程序和函数文件，M文件通过M文件编辑调试器生成。MATLAB的各工具箱中的函数大部分是M文件。 数据文件 数据文件即MAT文件，其文件的扩展名为.mat，用来保存工作空间的数据
11、变量，数据文件可以通过在命令窗口中输入“save”命令生成。,可执行文件 可执行文件即MEX文件，其文件的扩展名为.mex，由MATLAB的编译器对M文件进行编译后产生，其运行速度比直接执行M文件快得多。 图形文件 图形文件扩展名为.fig，可在“File”菜单中创建和打开，也可由MATLAB绘图命令和图形用户界面窗口产生。 模型文件 模型文件扩展名为.mdl，由Simulink工具箱建模生成。另外，还有仿真文件.s文件。,MATLAB路径管理,MATLAB的基本搜索过程 MATLAB按照以下步骤进行搜索： 在MATLAB内存中进行检查，检查X是否为工作空间的变量或特殊变量 检查X是否为MAT
12、LAB的内部函数(Built-in Function) 在当前目录上，检查是否有名为“X.m”或“X.mex”的文件存在 在MATLAB搜索路径的所有其他目录中，检查是否有名为“X.m”或 “X.mex”的文件存在 如果都不是，则MATLAB发出错误信息,MATLAB搜索路径的扩展和修改 当用户的某些目录不在搜索路径上，必须修改搜索路径 利用设置路径对话框修改搜索路径 (1) 在MATLAB界面选择菜单“File”“Set Path”命令； (2) 在命令窗口运行“pathtool”命令； (3) 通过“Add Folder”和“Add with Subfolders”按钮打开浏览文件夹窗口来
13、添加搜索目录。 利用path命令设置搜索路径 path (path, 新增目录) %在MATLAB的搜索路径的末尾添加新目录,MATLAB的部分通用命令,clear: 删除内存中的变量。 clc： 删除工作窗口的内容。 clf： 删除图形窗口的内容。 more：在命令窗口中控制其后每页的显示内容行数。,把MATLAB工作空间中一些有用的数据长久保存下来的方法是生成mat数据文件。 save 将工作空间中所有的变量存到matlab.mat文件中。,数据保存与获取指令,默认文件名,save filename将工作空间中所有的变量存到filename.mat文件中。 save filename a
14、b 将工作空间中a和b变量存到filename.mat文件中。,load load filename load filename a b mat文件是标准的二进制文件，还可以ASCII码形式保存。,即可恢复保存过的所有变量,变量查询函数who与whos 作用都是列出在MATLAB工作空间中已经驻留的变量名清单 不同的是whos在给出驻留变量的同时，还给出他们的维数及性质,MATLAB联机帮助命令,help 功能提供MATLAB大部分主题的在线帮助信息 help 显示help 主题一览表 help plotxyz 显示有关三维做图指令帮助信息,虽然help可以随时提供帮助，但必须知道准确的函数名
15、称。当不能确定函数名称时，help就无能为力了。,lookfor函数 它可提供通过一般的关键词，搜索出一组与之相关的命令 lookfor fourier 寻找含有傅立叶变换的相关指令,二、MATLAB数值运算,数据类型 数据运算：双精度型（Double)、单精度型和整数类。 例如：整数类无符号类(uint8、uint16、uint32、uint64)和符号类整数(int8、int16、int32、int64)。 支持的数据类型 数值型、字符型、单元型和结构型,复数的表示,i, j表示虚数单位 z=a+b*i 或 z=a+b*j 当b是一个数字时，可以表示为 z=a+bi 或 z=a+bj 复数
16、的实部、虚部、幅值和相角 a=real(z) %计算实部 b=imag(z) %计算虚部 r=abs(z) %计算幅值 theta=angle(z) %计算相角,MATLAB一些基本数学函数,MATLAB的矩阵和数组运算,MATLAB具有出色的矩阵运算能力，占据世界上数值计算软件的重要地位。,矩阵的创建,1. 创建矩阵的方法 直接输入法 规则： 矩阵元素必须用 括住 矩阵元素必须用逗号或空格分隔 在 内矩阵的行与行之间必须用分号分隔,矩阵元素可以是任何MATLAB表达式 ，可以是实数 ，也可以是复数，复数可用特殊函数i，j 输入 a=1 2 3;4 5 6 x=2 pi/2;sqrt(3) 3+5i 注意：只要是赋过值的变量，不管是否在屏幕上显示过，都存储在工作空间中，以后可随时显示或调用。变量名尽可能不要重复，否则会覆盖,矩阵元素,2. 用MATLAB函数创建矩阵,空阵 MATLAB允许输入空阵，当一项操作无结果时，返回空阵。
