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1、第一讲 MATLAB 概述一 MATLAB 是什么MATLAB 是由美国 MathWorks 公司推出的用于 数值计算和图形处理的数学计算软 件。MATLAB原先作为矩阵实验室(Matrix Laboratory),用来提供通往LINPACK和EISPACK矩 阵软件包接口程序，后来，它渐渐成了通用科技计算、图形交互系统和程序编程语言。二 MATLAB 的类别在科技应用软件中， MATLAB 定位于数值计算型软件，这类软件长于数值计算，对处理 大批数据效率高， MATLAB 已经占据了数值型软件市场的主导地位。数值计算型:MATLAB、Xmath、Gauss、MLAB 等特点：以数值计算见长，
2、对大批量数据具有较强的管理、计算 和可视化能力、运行效率咼数学类数学分析型:Maple、Mathematica、Macsyma 等特点：以符号计算见长，并可得到解析符号解和任意精度解， 但处理大量数据时运行效率低Mathcad : 定位于教学和办公， 在对待数值计算、 符号分析、 文字处理和图形 开发上，不以专业水准为追求，而尽力集各种功能于一体三 MATLAB 功能它主要由五大部分组成：数值计算功能 符号计算功能 图形和可视化功能 活笔记本功能(No tebook) 可视化建模和仿真功能MATLAB数值计算功能十分强大。它包含世界一流水平的数值计算函数库，其所有数 值计算算法都必须是国际公认
3、的、最先进的、可靠算法；其程序由世界一流专家编制，并经 高度优化；而执行算法的指令形式则必须简单、易读易用。MATLAB正是仰赖这些高质量 的数值计算函数赢得了声誉。MATLAB数值计算函数库的另一个特点是其内容的基础性和通用性。它正由于这一特点，而适应了诸如自动控制、信号处理、动力工程、电力系统等 应用学科的需要，并进而开发出一系列应用工具包。 在整个MATLAB的发展过程中，这 数值计算函数库，从内容到形式，变化最小。MAPLE是首屈一指的符号计算软件。MathWorks公司把MAPLE的内核和数学函数库引 入了 MATLAB,从而使MATLAB具有了数值和符号双重计算能力。用户可以视具体
4、问题而 进行适当的选择。比如，对于比较复杂的“初值类”非线性微分方程，有时符号计算无法解、 或求解时间太长，而数值算法却比较有效；反之，对于“边值类”微分方程，数值算法的实 现可能比较繁琐，而符号计算有时倒比较简便。 MAPLE 的函数库十分庞大，包含 2000 多 个函数。它几乎囊括了一般用户所需的所有函数。配用的Symbolic Math Toolbox 2.0允许用 户在三个不同层次上符号计算。第一层次是，在进行符号对象定义后，直接利用 MATLAB 格式进行矩阵分解、微分、积分、积分变换、代数方程求解、微分方程求解等运算。第二层 次是，借助maple指令，把单个MAPLE格式的指令送往
5、MAPLE引擎计算。第三层次是， 借助 procread 把整段 Maple 程序送往 MAPLE 计算。MATLAB的图形可视能力在所有数学软件中是首屈一指的。MATLAB的图形系统有高层和低层两个部分组成。高层指令友善、简便；低层指令细腻、丰富、灵活。一般说来，不 管二元函数多么复杂，它的三维图形，仅需10 条左右指令，就能得到富于感染力的表现。 数据和函数的图形可视手段包括：线的勾画、色图使用、浓谈处理、视角选择、透视和裁剪。 MATLAB有比较完备的图形标识指令，它们可标注：图名、轴名、解释文字和绘画图例。Notebook 把 MATLAB 和 Microsoft word 集成为一体
6、，为文字处理、科学计算和数据可 视化提供一个统一的环境。它利用Word进行文字处理，利用MATLAB进行计算，在前台 Word环境下输入MATLAB命令，交给后台的MATLAB运行，并将所得结果送回前台Word 环境。这种集文字、计算、图形于一体的“活”环境就深受用户赞赏。SIMULINK 是 MathWorks 公司开发的又一个产生重大影响的软件产品。现在较为流行 的有：与 MATLAB5.2 版配用的 SIMULINK2.2 ；与 MATLAB5.3 版配用的 SIMULINK3.0。 不管是什么版本， SIMULINK 总由模块库、模型构造及分析指令、演示程序等三部分组成。 在 SIMU
7、LINK 环境中，对于由微分方程或差分方程描写的动态系统，用户无须编写文本形 式的程序，而只要通过一些简单的鼠标操作就可形象地建立起被研究系统的数学模型，并进 行仿真和分析研究。举例来说，面对一个由微分方程描写的动态系统，用户有如下三个研究 途径：一、直接利用ODE Solver数值解算指令编写表示系统的M文件；二、利用符号计算 指令编写相应的程序；三、在SIMULINK环境中建立系统的方块图模型。三者比较而言， SIMULINK是最合适、最方便、最直观的研究环境。在SIMULINK中，那些以往不得不忽 略的非线性、随机干扰等因素的影响也十分容易研究。四 MATLAB 组成MATLAB 基本组
8、成是编程语言和工作环境（所谓工作环境是指：帮助系统、工作内存管 理、指令和函数管理、搜索路径管理、操作系统、程序调试和性能剖析工具等）。Mat lab的主包（数百个核心内部函数）符号计算功能图形可视化Matlab的工具包功能性工具包学科性工具包文字处理功能建模仿真功能Signal Processing ToolboxSpine ToolboxCommunication ToolboxNeural Network ToolboxControl System ToolboxWavelet ToolboxOptimization ToolboxPartial Differential Equatio
9、n Toolbox等五 MATLAB 的发展历史及影响MATLAB名字由MATrix和LABoratory两词的前三个字母组合而成。那是20世纪七 十年代后期的事：时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的Cleve Moler教授出于减轻学 生编程负担的动机，为学生设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序的“通俗易用” 的接口，此即用FORTRAN编写的萌芽状态的MATLAB。经几年的校际流传，在 Little 的推动下，由 Little、Moler、Steve Bangert 合作，于 1984 年成立了 MathWorks公司，并把MATLAB正式推向市场。从这时起，MATLAB的
10、内核采 用C语言编写，而且除原有的数值计算能力外，还新增了数据图视功能。MATLAB 以商品形式出现后，仅短短几年，就以其良好的开放性和运行的可靠性，使 原先控制领域里的封闭式软件包（如英国的UMIST，瑞典的LUND和SIMNON,德国的 KEDDC）纷纷淘汰进入20世纪，而改以MATLAB为平台加以重建。在九十年代的时候， MATLAB已经成为国际控制界公认的标准计算软件。到九十年代初期，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，而 Mathematica 和 Maple 则分居符号计算软件的前两名。 Mathcad 因其提供计算、 图形、文字处理的统
11、一环境而深受中学生欢迎。MathWorks公司于1993年推出MATLAB4.0版本，从此告别DOS版。4.x版在继承和 发展其原有的数值计算和图形可视能力的同时，出现了以下几个重要变化： （1）推出了 SIMULINK。这是一个交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境。它的出现使人们 有可能考虑许多以前不得不做简化假设的非线性因素、随机因素，从而大大提高了人们对非 线性、随机动态系统的认知能力。（2）开发了与外部进行直接数据交换的组件，打通了 MATLAB 进行实时数据分析、处理和硬件开发的道路。（3）推出了符号计算工具包。 1993 年MathWorks公司从加拿大滑铁卢大学购得Map
12、le的使用权，以Maple为“引擎”开发了 Symbolic Math Toolbox 1.0。MathWorks公司此举加快结束了国际上数值计算、符号计算孰 优孰劣的长期争论，促成了两种计算的互补发展新时代。（4）构作了 Notebook 。 MathWorks 公司瞄准应用范围最广的Word，运用DDE和OLE,实现了 MATLAB与Word的无缝连接， 从而为专业科技工作者创造了融科学计算、图形可视、文字处理于一体的高水准环境。1997年仲春，MATLAB5.0版问世，紧接着是5.1、5.2,以及和1999年春的5.3版2000 年 10 月 6.0 版，2001 年 7 月 6.1 版
13、，2002 年 9 月 6.5 版，2004 年 5 月 7.0 版（R14）, 2005 年 9 月 R14 with Service Pack 3，最新为 MATLAB2011b。与 4.x 相比，现今的 MATLAB拥有 更丰富的数据类型和结构、更友善的面向对象、更加快速精良的图形可视、更广博的数学和 数据分析资源、更多的应用开发工具。诚然，到1999年底，Mathematica也已经升到4.0版，它特别加强了以前欠缺的大规模 数据处理能力。 Mathcad 也赶在 2000 年到来之前推出了 Mathcad 2000 ，它购买了 Maple 内核和库的部分使用权，打通了与MATLAB的
14、接口，从而把其数学计算能力提高到专业层 次。但是，就影响而言，至今仍然没有一个别的计算软件可与MATLAB匹敌。在欧美大学里，诸如应用代数、数理统计、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通信、 时间序列分析、动态系统仿真等课程的教科书都把MATLAB作为内容。这几乎成了九十年 代教科书与旧版书籍的区别性标志。在那里， MATLAB 是攻读学位的大学生、硕士生、博 士生必须掌握的基本工具。近年来， MATLAB 语言已在我国推广使用，现在已应用于各学科研究部门和许多高等 院校。在国际学术界， MATLAB 已经被确认为准确、可靠的科学计算标准软件。在许多国际 一流学术刊物上，（尤其是信息科学刊物）
15、，都可以看到 MATLAB 的应用。在设计研究单位和工业部门， MATLAB 被认作进行高效研究、开发的首选软件工具。 如美国National Instruments公司信号测量、分析软件LabVIEW，Cadence公司信号和通信分 析设计软件SPW等，或者直接建筑在MATLAB之上，或者以MATLAB为主要支撑。又如 HP公司的VXI硬件，TM公司的DSP，Gage公司的各种硬卡、仪器等都接受MATLAB的 支持。六 MATLAB 应用 工业研究与开发 数学教学，特别是线性代数 数值分析和科学计算方面的教学与研究 电子学、控制理论和物理学等工程和科学学科方面的教学与研究 经济学、化学和生物学等计算问题的所有其他领域中的教学与研究七 MATLAB 资源1 有关 MATLAB 的参考书籍掌握和精通 MATLAB精通 MATLAB5.3MATLAB教程-基于6.x版本精通MATLAB教程-基于6.x版本MATLAB6.5张志涌北京航空航天大学出版社MATLAB5.x 与科学计算王沫然 清华大学出版社2 MATLAB的网络资源MATLAB的网络资源Ma thworks 公司的网站ma MATLAB 大观圆恒润科技- MathWorks公司在中国的唯一代理htt p:/www.ma th.umd.edu/sdai/dl.h tmMATLAB 学习资料下载
