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1、MATLAB 语言及其应用,授课教师:刘晨晨 单位:网络工程与信息安全系 email: ,Application of Matlab Language,在职博士招生简章 http:/,2018/10/25,Application of Matlab Language,2,课程的作用 课程的目的 课程的特点 课程安排,2018/10/25,Application of Matlab Language,3,课程的作用,在欧美各高等学校,Matlab成为线性代数、自动控制理论、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真、图像处理等诸多课程的基本教学工具,成为本科生、硕士生和博士生的必须掌握的基本技能。
2、在设计研究单位和工业部门,Matlab已被广泛地用于研究和解决各种具体的工程问题。可以预见,Matlab将在我国科学研究和工程应用中发挥越来越大的作用。,2018/10/25,Application of Matlab Language,4,讲授MATLAB语言基础入门知识,介绍MATLAB产品的体系、MATLAB桌面工具的使用方法,重点介绍MATLAB的数据可视化、数值计算的基本步骤以及如何使用MATLAB语言编写整洁、高效、规范的程序。并涉及到一些具体的专业应用工具箱(如:信号处理工具箱、图像处理工具箱等)。通过本课程的学习,了解、熟悉、掌握 MATLAB的基本编程方法,并具有初步的利用计
3、算机处理、解决实际问题的能力,为进一步学习后续的专业课程做好准备。,本课程的目的( Objectives of This Course ),本课程的特点( Features of This Course )交叉性课程,是计算机技术、数学理论知识以及诸多工程理论知识的综合。实践性课程。内容多,课时少,要求同学上课认真听讲,要充分利用上机实践消化、理解、掌握课上讲解内容。,2018/10/25,Application of Matlab Language,5,课程安排,课堂教学:共24学时;(1-12周) 上机试验:共24学时。(2-13周,周二7-8节,九实401、402、403) 学习成绩:1
4、)上机实验成绩占30%;2)考勤 10% ;3) 考试60% (随堂考试)。 主要参考书 精通MATLAB 6.5张志涌 等编著,北航出版,2003年 高等应用数学问题的Matlab求解 薛定宇等著,清华大学出版社,2004年 Matlab程序设计与应用 刘卫国主编,高等教育出版社,2018/10/25,Application of Matlab Language,授课宗旨,讲授MATLAB的通用功能。寓教于例,由浅入深。关于科学计算,着重强调理论概念、算法和实际计算三者之间的关系。,2018/10/25,Application of Matlab Language,7,第一讲 Matlab概
5、述,前言 Matlab软件概述 Matlab的桌面环境及入门知识,2018/10/25,Application of Matlab Language,8,1 Matlab概述,内容 Matlab发展历史 Matlab产品家族(Matlab family of products)体系 Matlab 语言的特点。 目的 全面了解 Matlab软件包 激发对Matlab软件的学习兴趣。,2018/10/25,Application of Matlab Language,9,1.1 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
6、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
7、软件使用,并作为面向大众的免费软件广为流传。,Cleve Moler,2018/10/25,Application of Matlab Language,10,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
8、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,2018/10/25,Application of Matlab Language,11,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,Pent
9、ium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 L
10、ittle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,MathWorks完全是绝缘体。,2018/10/25,Application of Matlab Language,12,1992年,支持Window
11、s 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 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
12、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,2018/10/25,Application of Matlab Language,13,MATLAB就是这样经过了近30年的专门打
13、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、Mathematica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
14、,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。,2018/10/25,Application of Matlab Language,14,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+
15、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,MATLAB,MATLAB Toolboxes,MATLAB Compiler,Simulink,Simulink Blocksets,Real-Time Workshop (RTW),Stateflow,Stateflow 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),这些工具箱的列表以及每个工具箱的使用详见MATLAB在线帮助文档。MATLAB本
16、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Simulink 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。,