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1、新MATLAB 语言及其应用Application of Matlab Language*Application of Matlab Language2 第一讲 Matlab概述n 前言n Matlab软件概述n Matlab的桌面环境及入门知识*Application of Matlab Language3 1 Matlab概述n 内容 n Matlab发展历史 n Matlab产品家族(Matlab family of products)体系 n Matlab 语言的特点。 n 目的 n 全面了解 Matlab软件包 n 激发对Matlab软件的学习兴趣。*Application of M
2、atlab Language4 1.1 MATLAB的历史及影响 70年代中期，Cleve Moler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CIeve Moler，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
3、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。Cleve Moler*Application of Matlab Language5 将MATLAB商品化的不是Cleve Moler,而是一个名叫Jack Little的人。当免费的MATLAB软件到Stanford大学，Jack Little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
4、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KEDDC）就纷纷被淘汰或在MATLAB上重建。Jack Little*Application of Matlab Language6 Cleve Moler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
5、值运算方面的高水平问题，寄到 MathWorks 后， 大部份还是会由 Cleve Moler亲自回答。在1994年，Pentium芯片曾发生Fdiv的bug， 当时 Cleve Moler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，Jack Little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Jack Little个人说法，MATLAB早期成功的两大因素是：选用了C语
6、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Jack Little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Jack Little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，MathW
7、orks完全是绝缘体 。*Application of Matlab Language7 1992年，支持Windows 3.x的MATLAB 4.0版本推出，增加了Simulink，Control， Neural Network，Signal Processing等专用工具箱。 1993年11月，MathWorks公司推出了Matlab 4.1，其中主要增加了符号运算功能。 当升级至Matlab 4.2c，这一功能在用户中得到广泛应用。 1997年，Matlab 5.0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Matlab
8、6.0（R12）。 2002年7月，推出了Matlab 6.5(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MAILAB 7.1(Release14 SP3)，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，Matlab V7.1版 采用了更先进的数学程序库，即“LAPACK”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*
9、Application of Matlab Language8 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、Mathemat
10、ica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。 *Application of Matlab Language9 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 。MATLAB Compiler这种编译器可以将MATLAB程 序文
11、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。1.2 MATLAB产品的体系结构 MATLABMATLAB ToolboxesMATLAB CompilerSimulinkSimulink BlocksetsReal-Time Workshop (RTW)StateflowStateflow Coder由这些模块产品之间的关系可以图1.1表示。图1.1 MATLAB产品体系结构围绕着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
12、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-Time Workshop是一种实时代码生成工具，它能够根据 Simulink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Simuli
13、nk 和Stateflow自动生成C语言程序代码的功能、 定点运算模块集（Fixed-point Blockset）与C语言程序代码到VHDL（ Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language，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 。 Stateflow Coder是基于Stateflow状态图生
14、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Communication Blockset、DSP Blockset、SimPowerSystem Blockset、Signal Processing Blockset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。*Application of Matlab Language10 1.3 MATLAB编程语言的特点 语法规则简单。尤其内定的编程
15、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 Windows Me/NT/2000/XP、很多不同版本的UNIX以及Linux。无论
16、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。*Application of Matlab Language11 n功能强大n数值运算优势 n符号运算优势(Maple) n强大的2D、3D数据可视化功能 n许多具有算法自适应能力的功能函数*Application of Matlab Language12 n语言简单、内涵丰富n语言及其书写形式非常接近于常规数学书写形式；n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；n完备的帮助系统，易学易用。n扩充能力、可开发能力较强nM
