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1、MATLAB程序设计与实例应用(上)晋中学院物理与电子工程学院目 录第一章 MATLAB 入门11-1 MATLAB的概况21-2 MATLAB的启动和菜单介绍21-3 命令窗口(Command Window)的使用41-3-1 命令窗口的使用41-3-2 常用操作指令51-3-3 在线帮助和演示5第二章 数、变量和表达式92-1 运算符号102-1-1 算术运算符102-1-2 关系运算符122-1-3 逻辑运算符132-2 常量和变量152-2-1 数字量152-2-2 字符量152-2-3 变量的基本规定和运算16第三章 矩阵及其运算193-1 矩阵与数组的介绍203-1-1 数组203
2、-1-2 矩阵203-2 矩阵与数组的运算法则213-2-1 矩阵与数组的加减213-2-2 矩阵与数组的乘和乘方223-2-3 矩阵的求逆233-2-4 矩阵与数组运算的综合示例23第四章 程序结构与流程控制294-1 程序的结构304-1-1 FOR循环结构304-1-2 WHILE循环结构334-1-3 IF分支结构344-1-4 SWITCH分支结构354-2 程序的控制364-2-1 CONTINUEW命令364-2-2 BRESK命令374-2-2 RETURN命令384-3 M文件介绍384-3-1 M文件的特点与形式384-3-2 命令式文件384-3-3 函数式文件39第五章
3、 函数及其图像415-1 概要425-2 常用数学函数425-2-1 基本数学函数425-2-2 三角函数与反三角函数445-3 绘图命令495-3-1 绘图命令要览495-3-2 plot、figure、subplot命令及相关设置的用法说明495-3-3 title、xlabel、ylabel zlabel legend、text和gtext命令及相关设置的用法说明525-3-4 plot3命令用法说明565-3-5 polar命令用法说明585-3-6 mesh函数和surf函数用法说明585-3-7 meshz函数和waterfall函数用法说明605-3-8 meshc函数和cont
4、our函数用法说明625-3-9 用描影法绘3D图645-3-9 用描影法绘3D图655-4 统计用图675-4-1 直方图675-4-2 饼图695-5 视图控制715-5-1 坐标轴刻度控制715-5-2 网格线控制725-5-3 二维轮廓线标注735-5-4 二维轮廓线填充745-5-4 图像色彩控制755-5-4 图像视角控制765-5 关于绘图窗口的常用命令及绘图窗口的使用795-5-1 关于绘图窗口的常用命令795-5-2 绘图窗口的使用801第一章 MATLAB 入门第一章MATLAB 入门第一章 MATLAB 入门1-1 MATLAB的概况美国Math Works公司的MATL
5、AB是一种集数值计算、符号运算、可视化建模、仿真和图形处理等多种功能于一体的非常优秀的图形化语言。一般来说,MATLAB语言的应用领域有以下方面。1控制系统2信号处理3数据分析4通讯系统5工程数学6图形处理1-2 MATLAB的启动和菜单介绍首先安装MATLAB,然后启动MATLAB。MATLA的启动方法:1 如果MATLAB的可执行文件已放置在桌面,直接双击MATLAB图标。2 从开始菜单,所有程序,单击MATLAB图标。图1-1 MALABR 窗口MATLAB启动后的界面如图1所示:第一栏为菜单栏,第二栏为工具栏,下面有三个区域分别是命令窗口(Command Window)、工作区(Wor
6、kspace)和命令记录(Command History)。菜单栏包括文件(File) 、编辑(Edit)、视图(View) 、网络(Web) 、窗口(Window) 、和帮助(Help)。它们的功能分别介绍如下:1. File 菜单New:建立新文件。Open:打开已经存在的文件。Close Command Window:关闭命令窗口。Import Date:输入数据。Save Workspace As:保存工作区内容。Set Path:设置路径。Preference:工作状态。Print:打印。Exit MATLAB:退出MATLAB。2. Edit 菜单Undo:停止执行,返回到最近一次
7、的执行结果。Redo:再次执行。Cut:剪切。Copy:复制。Paste:粘贴。Paste Special:粘贴特殊物件。Select All:全选。Delete:删除。Clear Command Window:清除命令窗口。Clear Command History:清除命令记录。Clear Workspace:清空工作区。3. Current Directory:当前目录4. Window:菜单5. Help 菜单Full Product Family Help:全系列产品帮助。MATLAB Help:仅限于MATLAB本身的帮助。Using the Desktop:使用桌面。Use th
8、e Command Window:使用命令窗口。Demos:范例演示。About MATLAB:用于说明MATLAB的版本、出版日期、执照号码、使用者以及服务相关等信息。1-3 命令窗口(Command Window)的使用1-3-1 命令窗口的使用在MATLAB的命令窗口直接输入命令,再按【Enter】键则运行并显示相应的结果。例1-1直接在Command Window上输入2*3,则按下【Enter】键会有何结果?程序及运行结果:2*3 %输入命令ans = 6图1-7 例1-1的执行如图1-2程序说明:1 在程序中,“%”后的为注释行。2 ans 是系统自动给出的,除了便于区别运算结果外
9、,还可以做变量用。例1-2程序及运行结果a=10;b=20;c=a+bc = 30图1-3 例1-2的执行如图1-3程序说明:1. 当不需要显示结果时,可以在语句的后面直接加“;”。2. 若我们直接指定变量,则系统不再提供ans 的变量。1-3-2 常用操作指令MATLAB可以通过菜单对工作窗口进行操作外,也可以通过键盘输入指令进行操作,下面列出一些通用操作指令:quit:关闭MATLAB。clear:清除内存中的变量。cla:清除坐标。clf:清除图形。clc:清除MATLAB命令窗口的所有显示信息。hold:控制当前图形窗口是否被刷新。1-3-3 在线帮助和演示MATLAB的在线帮助功能很
10、丰富,最简单的方法就是在Command Window中直接输入help命令,例如help return,则系统就会显示和命令函数return相关的帮助信息。此外也可以help菜单的选项,寻找图1-4 MATLAB HELP窗口相应的帮助文档,如图1-4所示。图1-5 MATLAB Demo窗口在 MATLAB中,提供了一些简易的基本范例作为我们的参考所用,这些范例所涵养的范围很广,读者可以查看这些范例的演示。选择菜单help的下拉菜单项Demos,就可以打开范例索引供我们学习,如图1-5所示。另外要想打开Demo索引窗口,我们还可以直接在命令窗口里输入Demo,确认即可。1-4 程序编辑窗口在
11、MATLAB的Command Window窗口中不太方便进行程序编辑,因为每按下一次【Enter】键,系统就会立即执行输入的命令。我们通常在MATLAB Editor/Debugger窗口编辑程序,以便在写完一段程序后再执行。要打开程序编辑窗口,我们可以在Command Window窗口中,单击工具栏中最左端显示为一张白纸的工具按钮。这样就打开了一个空白的程序编辑窗口,如图1-6所示。在MATLAB的命令窗口输入edit命令,此时系统也会启动MATLAB Editor/Debugger程序编辑窗口,我们可以在这个窗口中编辑文本命令。选择Open,则在程序编辑窗口里打开一个已存在的MATLAB文
12、件(. m)。在这个窗口中,我们可以编辑并保存所编写的程序。要想执行编写的程序。我们可以把编辑好的程序粘贴到Command Window窗口中去执行,也可以直接单击Debug中的Run。图1-6 MATLAB Editor/Debugger窗口系统在执行编辑的程序时,会逐句解释执行,遇到在语法上、逻辑上或系统上的错误时,则会立即显示相关的错误信息,而不再继续执行。83第二章 数变、量和表达式第二章数、变量和表达式第二章 数、变量和表达式2-1 运算符号MATLAB的运算符可以分为以下三大类别:1算术运算符(Arithmetic operators):用来进行相关的数学运算,例如,加减乘除四则运
13、算、乘方等。2关系运算符(Relational operators):进行数值或矩阵的大小比较。3逻辑运算符(Logical operators):进行逻辑运算,例如,AND、OR、NOT。现将MATLAB的3大类别的运算符介绍如下:2-1-1 算术运算符算术运算符构成运算的最基本的操作命令,可以在MATLAB的命令窗口中直接运行。符号意义符号意义+相加-相减*矩阵相乘.*数组相乘矩阵乘方.数组乘方左除.数组左除/右除./数组右除例:2-1设A=15;B=20;C=A+B与a+b?程序设计与运行结果: clear % 清除内存内保存的变量A=15;B=20; % 定义变量A,BC=A+BC =
14、 35 a+b? Undefined function or variable a.程序说明:1. 在MATLAB中我们定义的变量都会保存在工作区中,不会自动消失。为了防止前面定义的变量影响后面的运算,通常在执行新的运算前用命令clear清除掉前面地、定义的变量。2. 在MATLAB中,变量的定义是区分大小写的,同一个英文的大小写就代表不同的变量,两者不可通用。在计算时a+b,由于a与b都没有赋值,故给出了错误信息。例:2-2设A=1 2 3 4;B=5 6 7 8,计算A+B的结果?程序设计与运行结果: clearA=1 2 3 4A = 1 2 3 4 B=5 6 7 8B = 5 6 7 8 A+Bans = 6 8 10 12程序说明:1. 这里是两矩阵向量相加,已不再是两个数相加。2. 矩阵向量相加必须以其对应位置元素相加。3. 赋值可以是“变量=表达式”(如C=A+B),也可以是