MATLAB - 01 - 基础知识

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1、基础知识Matlab 简介 Matlab: Matrix Laboratry 矩阵实验室 Matlab是一种广泛应用于工程计算及数值分析领 域的新型高级语言，自 1984 年推向市场以来， 历经二十多年的发展与竞争，现已成为国际公认 的最优秀的工程应用开发环境。 在欧美各高等院校，Matlab 已经成为线性代数、 数值分析、数理统计、自动控制理论、数字信号 处理、时间序列分析、动态系统仿真、图像处理 等课程的基本教学工具，已成为大学生必须掌握 的基本技能之一。 Matlab 功能强大、简单易学、编程效率高，深受 广大科技工作者的欢迎。通讯和卫星船舶系统财务航空航天动力学系统生物汽车MATLAB

2、产品的应用领域Matlab的发展 1980年，Moler 教授用 Fortran 语言编写了集命 令翻译、科学计算于一身的一套交互式软件系统 。 1984年，Moler 等成立了 The MathWorks 的公司 ，用C 语言完全改写 Matlab，并推出第一个商业 版。 增添图形图像处理、符号运算、以及与其他流行 软件的接口功能，使得 Matlab 的功能越来越强大 。 到九十年代，在国际上 30 几个数学类科技应用 软件中，Matlab 在数值计算方面独占鳌头。Matlab 的版本 1984年，Matlab 1.0 （DOS版，182K，20多个函数） 1992年，Matlab 4.0

3、（93年推出Windows版，加入 simulink） 1994年，Matlab 4.2（得到广泛重视和应用） 1999年，Matlab 5.3（真正实现32位运算） 2002年，Matlab 6.5（采用JIT加速器） 2004年，Matlab 7.0 2006年，Matlab R2006a，Matlab R2006b 2007年，Matlab R2007a，Matlab R2007b 2008年，Matlab R2008aMatlab 的特点与功能q Matlab 具有很强的数值计算功能 Matlab 以矩阵作为数据操作的基本单位，但无需预先指定矩阵维数（动态定维） 按照 IEEE 的数值

4、计算标准进行计算 提供十分丰富的数值计算函数，方便计算，提高效率 Matlab 命令与数学中的符号、公式非常接近，可读性强，容易掌握q Matlab 是一个交互式软件系统输入一条命令，立即就可以得出该命令的结果q Matlab 符号计算功能Matlab 和著名的符号计算语言 Maple 相结合q Matlab 的编程功能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。 通过 Matlab 提供的编程语言进行编程完成特定的任务q Matlab 的绘图功能Matlab提供丰富的绘图命令，很方便实现数据的可视化q Matlab 丰富的工具

5、箱（toolbox）根据专门领域中的特殊需要而设计的各种可选工具箱q Matlab 的 Simulink 动态仿真集成环境提供建立系统模型、选择仿真参数和数值算法、启动仿真程 序对该系统进行仿真、设置不同的输出方式来观察仿真结果 等功能Symbolic Math PDE OptimizationSignal process Image Process StatisticsControl System System Identification MATLAB的安装 MATLAB可以运行在PC、Macintosh和 Unix/Linux工作站等，安装时要选择好相应 的MATLAB的版本。 安装时可

6、以选择安装哪些“组件” MATLAB：最核心的部分，一定要安装 Symbolic Math Toolbox：符号计算工具箱 Simulink：交互式仿真工具箱 Matlab 的安装q 插入光盘，自动运行； 或点击安装程序 setup.exeMatlab 的工作界面命令窗口当前工 作目录当前工 作空间输入命令的 历史记录命令 提示符回到默认界面的方法MATLAB的设置 用户根据需要，可以 对指令窗的字体风格 、大小、颜色和数值 计算结果显示格式进 行设置。Command Window 是进行各种MATLAB操作的最主要窗口， 可键入各种送给MATLAB运作的指令、函 数、表达式，并显示除图形外的

7、所有运算 结果。 指令窗中有指令行提示符 “ ”。 指令窗对关键字、字符串、注释等采用不 同的颜色表示。（1）用键盘在MATLAB指令窗中输入以下内容 (12+2*(7-4)/32 （2）在上述表达式输入完成后，按【Enter】键， 该就指令被执行。 （3）在指令执行后，MATLAB指令窗中将显示以 下结果。 ans =2 说明：“”是提示符，“ans”是matlab的一个默认变量（1）在键盘上输入下列内容 A = 1,2,3; 4,5,6; 7,8,9 （2）按【Enter】键，指令被执行。 （3）在指令执行后，MATLAB指令窗中将显示以下结果： A =1 2 34 5 67 8 9 说明

8、：直接输入矩阵时，矩阵元素用空格或逗号分隔， 矩阵行用分号分隔，整个矩阵放在方括号里，标点符 号一定要在英文状态下输入。指令窗的常用控制指令 clc 清除指令窗中显示内容 clear 清除matlab工作空间中保存的所有变量 clear a 清除变量a clear x y 清除变量x和y（x和y之间不能用逗号） clear all 清除matlab工作空间中所有的变量、函数和mex文件 exit (quit) 关闭/退出matlab edit 打开m文件编辑器指令窗中指令行的编辑M脚本文件 M文件是指： （1）该文件中的指令形式和前后位置，与解决同一个问 题在指令窗中输入的那组指令没有任何区别

9、； （2）matlab在运行这个脚本时，只是简单地从文件中读 取一条条指令，送到matlab中去执行； （3）脚本文件运行产生的变量滞留在MATLAB基本工作 空间中； （4）文件扩展名是”.m”。 （5）文件名必须遵循matlab的变量命名规则 运行M文件的方法： （1）在指令窗中运行M文件名（不能带扩展名）; （2）在当前目录窗中右击M文件，选择“Run”； （3）在M编辑器中，在菜单debug中选择RunM脚本文件举例% 匀加速运动的位移和速度的计算 clc; clear all; v0=0.89; % 初速度为0.89m/s a=0.43; % 加速度为0.43m/s2 t=input

10、(please input t= ) v=v0+a*t s=v0*t + a*t2/2标量（scalar）Matlab中标量是一个数，可以是实数，也可以 是复数，标量可以看成11的数组（array）或矩 阵（matrix）。实数 Matlab 中的数默认是双精度实数(double)， 表示方法同 C 语言 MATLAB的数值采用习惯的十进制表示，可 以带小数点或负号。例如： 300-10.10.001 9.45 1.27e3-2.1e-5 说明： 1.27e3代表的是1.27103 在采用IEEE浮点算法的计算机上，实数的数 值范围大致为10-308 10308 。Matlab中特殊的实数 p

11、i：圆周率（pi只能用小写字母） Inf，inf：无穷大，如1/0 NaN,nan： not a number 非数，如0/0 eps：浮点运算相对精度Matlab中，上面这些量称为系统预定义变量 (Predefined variable)，应尽量避免给系统预定义 变量重新赋值！相对精度eps eps是一个可以加到1，在计算机的有限精 度下，而使结果大于1的最小数值 eps = 2-52 2.220410-16 1 + eps 1 (Y or N) 1 + eps/2 1 (Y or N) sin(pi) = ? sin(0)/0 = ?NaN（非数）等运算都会产生非数（Not a Numbe

12、r）。该非数在MATLAB 中用NaN或nan记述。非数的性质： （1）NaN参与运算所得的结果也是NaN，即具有传递性 （2）非数没有“大小”概念，因此不能比较两个非数的大小非数的作用： （1）真实记述0/0， / ,0 运算的后果； （2）避免可能因0/0， / ,0 运算而造成程序执行的中 断； （3）在数据可视化中，用来裁减图形u 直接输入：u 使用 complex 函数复数q 可以通过以下方式定义复数z=3+4iz=complex(3,4)z=complex(3)z=complex(3,0)虚部与虚数单位之间不能留空格z=3+4*i复数作为矩阵元素输入时，加号两边不能有空格!复数运算

13、与复数相关的一些函数u 变量是任何程序设计语言的基本元素之一。u Matlab 并不要求对所使用的变量进行事先声明， 也不需要指定变量类型，Matlab 会自动根据所赋予变量的值或对变量所进行的操作来确定变量的类型。u 在赋值过程中，如果变量已经存在，Matlab 会用新值代替旧值，并以新的变量类型代替旧的变量 类型。Matlab中的变量n 变量名长度不超过 63 ( Matlab6.5.1 版本以上 ) （ 英文、数字和下连线）（可以用namelengthmax函数 查看当前版本的matlab允许的变量名最多包含多少 个字符，老版本只能31个）n 变量名必须以字母开头，可包含字母（大小写）、

14、数字和下划线变量的命名规则n 变量名区分大小写内存变量查阅、删除的指令 who查阅matlab内存变量的简单信息 whos查阅matlab内存变量的详细信息 clear 清除matlab工作空间中保存的所有变量 clear a 清除变量a clear x y 清除变量x和y（x和y之间不能用逗号） clear all 清除matlab工作空间中所有的变量、函数和mex文件也可以在workspace中对变量进行操作变量的存储q 存储当前工作空间中的变量u save 将所有变量存入文件 matlab.matq 存储指定的变量u save mydata.mat 将所有变量存入文件 mydata.ma

15、tsave 文件名 变量名列表例： save mydata A x z 变量名列表中各变量之间用空格分隔。变量的导入q 导入存储在.mat文件中的变量u load 导入文件 matlab.mat中的变量q 导入指定的变量u load mydata.mat 导入入文件 mydata.mat中的变量load 文件名 变量名列表例： load mydata A x z 变量名列表中各变量之间用空格分隔。数学运算符u + 加法u - 减法u * 乘法u / 和 除法（右除和左除）u 幂运算Matlab的数学运算符是定义在矩阵上的。一个数在matlab中被看成11矩阵。说明： （1）MATLAB所有的运算定义在复数域上。对于方根问 题，运算只返回i处于第一象限的解。 （2）matlab用左斜杠会右斜杠分别代表“左除”或“右除” 运算。对标量而言，这二者的作用没有区别；但对矩阵 来说，“左除”和“右除”将产生不同的结果。Matlab表达式的书写规则 表达式由变量名、运算符和函数名组成； 表达式将按与常规相同的优先级自左至右 执行运算； 优先级的规定是：指数运算级别最高，乘 除运算次之，加