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1、MATLAB基础与应用教程授课人 朱荣光 单 位 石河子大学机械电气工程学院目录Matlab基础知识 4学时 Matlab程序设计 图形绘制 2学时 线性代数中的数值计算 2学时 数据处理与多项式计算 2学时 数值微积分与常微分方程求解 2学时 符号计算 2学时 图形句柄 图形用户界面设计 Simulink仿真环境 Matlab应用接口 Matlab的学科应用 2学时第1章MATLAB基础知识MATLAB是MathWorks公司开发的科学与工程计算软件，它 以矩阵运算为基础，把计算、绘图及动态系统仿真等功能有 机地融合在一起。同时，它又具有程序设计语言的基本特征 。目前，MATLAB在工程计算
2、与数值分析、控制系统设计与 仿真、信号处理、图像处理、金融建模设计与分析等学科领 域都有着十分广泛的应用。 【本章学习目标】 了解MATLAB的特点和主要功能。 熟悉启动和退出MATLAB的方法。 熟悉MATLAB的操作环境。 掌握建立矩阵的方法。 掌握MATLAB数据对象的特点和基本的运算规则。 1.1 MATLAB的发展与主要功能 MATrix LABoratory（矩阵实验室） 1.1.1 MATLAB的发展 Cleve Moler编写的使用Linpack 和Eispack的接口程序 MATLAB 1992MATLAB 4.0版 1997MATLAB 5.0版 2000年10月MATLA
3、B 6.0版 2004年7月MATLAB 7.0版 2005年9月MATLAB 7.1版 随后每年发布两次以年份命名的版本，如R2006a（ MATLAB 7.2）、R2006b（MATLAB 7.3）、R2007a（ MATLAB 7.4）、R2007b（MATLAB 7.5）、R2008a（ MATLAB 7.6）和最新的版本R2008b（MATLAB 7.7）。1.1.2 MATLAB的主要功能 1数值计算和符号计算功能 例如，求解线性方程组： 在MATLAB命令窗口输入命令： a=2,3,-1;3,-5,3;6,3,-8; b=7;8;9; x=inv(a)*b 也可以通过符号计算来解
4、此方程 syms x1 x2 x3 x1,x2,x3=solve(2*x1+3*x2-x3-7,3*x1-5*x2+3*x3- 8,6*x1+3*x2-8*x3-9)2绘图功能 例如，分别绘制函数y=300sinx/x和y=x2的曲线 x=-20:0.1:20; plot(x,300*sin(x)./x,:,x,x.2);3程序设计语言功能 MATLAB是解释性语言，程序执行速度较慢，而且不能脱离 MATLAB环境而独立运行。MathWorks公司提供了将 MATLAB源程序编译为独立于MATLAB集成环境运行的EXE 文件以及将MATLAB程序转化为C语言程序的编译器。 4扩展功能 MATL
5、AB包含两部分内容：基本部分和各种可选的工具箱。 基本部分构成了MATLAB的核心内容，也是使用和构造工具 箱的基础。 工具箱扩展了MATLAB的功能。 功能性工具箱 学科性工具箱1.2 MATLAB的集成开发环境1.2.1 MATLAB操作界面 1主窗口2命令窗口 命令窗口（Command Window）用于输入命令并显示除图形以 外的所有执行结果。 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： x=720,y=86 x =720 y =86 x=720;y=86 y =86如果一
6、个命令行很长，一个物理行之内写不下，可以在第1 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。例如： z=1+1/(1*2)+1/(1*2*3)+1/(1*2*3*4)+ 1/(1*2*3*4*5)3工作空间窗口 工作空间（Workspace） 是MATLAB用于存储各种 变量和结果的内存空间。 4当前目录窗口 对文件进行有效的组织和 管理 当前目录（Current Directory）是指MATLAB 运行时的工作目录，只有 在当前目录或搜索路径下 的文件、函数才可以被运 行或调用。如果没有特殊
7、 指明，数据文件也将存放 在当前目录下。 5命令历史窗口 自动保留自安装起所有用过的命令的历史记录，并且还标明 了使用时间，从而方便用户查询。而且，通过双击命令可进 行历史命令的再运行。 6Start按钮1.2.2 MATLAB的搜索路径MATLAB的文件是通过不同的路径进行组织和管理的。当用户在命令窗 口输入一条命令后，MATLAB将按照下列顺序搜索所输入的命令。 检查该命令是不是一个变量。 检查该命令是不是一个内部函数。 检查该命令是否为当前目录下的M文件。 检查该命令是否为MATLAB搜索路径中其他目录下的M文件。 2设置搜索路径 （1）用path命令设置搜索路径 例如，将用户目录c:m
8、ydir加到搜索路径下： path(path,e:matlabwork) （2）用对话框设置搜索路径 在MATLAB的File菜单中选择Set Path命令或在命令窗口执行pathtool命 令1.3 MATLAB的帮助功能1.3.1 帮助界面 进入MATLAB帮助界面可以通过以下3种方法。 单击MATLAB主窗口工具栏中的Help按钮。 在命令窗口中输入“helpwin”、“helpdesk”或“doc”命令。 选择Help菜单中的“MATLAB Help”选项。1.3.2 帮助命令 1help命令 help命令是查询函数语法的最基本方法，查询信息直接显示 在命令窗口。在命令窗口中直接输入h
9、elp命令将会显示当前 帮助系统中所包含的所有项目，即搜索路径中所有的目录名 称。 同样，可以通过help加函数名来显示该函数的帮助说明。例 如，为了显示magic函数的使用方法与功能 help magic 2lookfor命令 help命令可以帮助用户了解函数的用法。例如，输入命令 lookfor fourier3其他帮助命令1.3.3 演示系统 在帮助窗口中选择演示系统（Demos）选项卡，然后在其中 选择相应的演示模块，或者在命令窗口输入“demos”，或者 选择主窗口“Help”菜单中的“Demos”子菜单，打开的演示系 统如图1.8所示。1.4 MATLAB的变量和数据操作1.4.1
10、 变量与赋值 1变量命名 在MATLAB 7.X中，变量名是以字母开头，后接字母、数字或下画线的 字符序列，最多63个字符。例如 x、x_1、xy12 在MATLAB中，变量名区分字母的大小写。例如addr、Addr和ADDR表 示3个不同的变量。 2赋值语句 MATLAB赋值语句有两种格式： （1）变量=表达式； （2）表达式 在第1种语句形式下，MATLAB将右边表达式的值赋给左边的变量，而在 第2种语句形式下，将表达式的值赋给MATLAB的预定义变量ans。 在语句的最后加分号，那么，MATLAB仅仅执行赋值操作，不再显示运 算的结果。 注释以%开头【例1.1】当时，计算表达式 的值 ，
11、并将结果赋给变量y，然后显示出结果。 在MATLAB命令窗口分别输入命令： x=sqrt(1+pi); y=(exp(x)+log(abs(sin(x)2-sin(x*x)/(x-5*i) y =0.5690 + 1.3980i 其中，pi和i都是MATLAB定义的变量，分别代表圆周率和 虚数单位。3预定义变量1.4.2 变量的管理 1内存变量的显示与删除 显示在MATLAB工作空间中已经驻留的变量名清单。 who whos whos在给出驻留变量名的同时，还给出它们的维数、所占字 节数以及变量的类型。 删除MATLAB工作空间中的变量 clear MATLAB工作空间窗口专门用于内存变量的管
12、理。 变量编辑器2内存变量文件 利用MAT文件可以把当前MATLAB工作空间中的一些有用变 量长久地保留下来。 MAT文件是MATLAB保存数据的一种标准格式二进制文件， 扩展名是.mat。 MAT文件的生成和装入 save文件名 变量名表 -append-ascii load文件名 变量名表 -ascii 假定变量a和b存在于MATLAB工作空间中，输入以下命令便 可将a和b保存于当前目录的mydata.mat文件中： save mydata a b 把mydata.mat中的内容装入MATLAB工作空间： load mydata1.4.3 数据的输出格式用“format”命令设置数据输出格
13、式 format 格式符 “format”命令只影响数据输出格式，而不影响数据的计算和存储。 例如输入为 x=4/3 1.2345e-6 在各种不同的格式符下的输出为 短格式(short)：1.3333 0.0000 短格式e方式(short e)：1.333e+00 1.2345e-06 长格式(long)：1.33333333333333 0.00000123450000 长格式e方式(long e)：1.33333333333333e+000 1.23450000000000e- 006 银行格式(bank)：1.33 0.00 十六进制格式(hex)：3ff5555555555555
14、3eb4b6231abfd271 +格式(+)：+1.5 MATLAB矩阵及其基本运算1.5.1 矩阵的生成 在MATLAB中，生成矩阵时无须对矩阵的维数和类型进行说明，MATLAB会根据 用户所输入的内容自动进行配置。 1直接输入法 将矩阵的所有元素用方括号括起来，按矩阵行的顺序输入各元素，同一行的各元 素之间用空格或逗号分隔，不同行的元素之间用分号分隔。例如，输入命令： A=1,2,3;4,5,6;7,8,9 A =1 2 34 5 67 8 9 矩阵元素也可以是表达式，MATLAB将自动计算结果。例如： B=10,5-sqrt(7),sin(pi/2);7,4*8,abs(-7) 在MA
15、TLAB中，矩阵元素可以是复数。例如，建立复数矩阵： B=1,2+7i,5*sqrt(2)*i;3,2/5,3.5+6i 也可以分别建立实部矩阵和虚部矩阵，再合起来构成复数矩阵。例如：R=1,2,3;4,5,6;I=1.1,2.2,3.3;4.4,5.5,6.6;ri=R+i*I2利用M文件建立矩阵 对于比较大且比较复杂的矩阵，可以为它专门建立一个M文 件 【例1.2】利用M文件建立mydata矩阵。 （1）启动有关文本编辑程序或MATLAB的M-file编辑器（见 第2章），并输入待建矩阵： mydata=1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9;2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9;3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9; （2）把输入的内容存盘（设文件名为matfund.m）。 （3）在MATLAB命令窗口中输入matfund，即运行该M文件 ，就会自动建立一个名为mydata的矩阵，可供以后使用。3利用数据文件建立指定矩阵 用户能够通过load命令，将外部数据文件中的内容调入到工 作空间中创建矩阵，外部文件的扩展名为.dat。 例如，利用文本编辑器创建一个数据文件test.dat，包含下列 数据： 2 4 6 8 6 3 5 6 7 3 2 5 1
