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1、1MATLAB MATLAB 教程2第一章第一章 MATLAB基础知识基础知识MATLAB简介简介MATLAB基本特性基本特性31.1 MATLAB简介简介1.产生背景及发展历史产生背景及发展历史20世纪世纪70年代中期，美国学者年代中期，美国学者Cleve Moler博士和他的同事做国家科学基博士和他的同事做国家科学基金资助项目时开发了调用金资助项目时开发了调用EISPACK和和LINPACK的的FORTRAN子程序库。子程序库。EISPACK是特征值求解程序库，是特征值求解程序库，LINPACK是解线性方程的程序库。是解线性方程的程序库。70年代后期，年代后期，Cleve Moler博士发
2、现学生使用这两个程序库时接口程序博士发现学生使用这两个程序库时接口程序不好写，很费时间，不好写，很费时间，Cleve Moler又编写了接口程序，取名又编写了接口程序，取名MATLAB，意，意为为Matrix 和和laboratory。以后数年，以后数年，MATLAB作为辅助教学软件，免费流传。作为辅助教学软件，免费流传。1983年，年，Little、Moler、Steve Bangert合作合作，用，用C语言合作开发了第语言合作开发了第二代专业版二代专业版MATLAB。在具有数值计算能力的基础上，具有了数据视图。在具有数值计算能力的基础上，具有了数据视图的功能的功能41984年，年，Clev
3、e Moler和和John Little成立了成立了Mathwork公司，正式把公司，正式把MATLA B推向市场，并继续推向市场，并继续MATLAB的研究和开发。的研究和开发。九十年代的时候，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。已经成为国际控制界公认的标准计算软件。1993年，年，Mathwork公司推出公司推出MATLAB4.0版本，从此告别版本，从此告别DOS版。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：几个重要变化：（1）推出了）推出了SIMULINK
4、。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，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。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）开发了与外部进行直接数据交换的组件，打通了MATLAB进行实时进行实时数据分析、处理和硬件开发的道路。数据分析、处理和硬件开发的道路。5 （3）推出了符号计算工具包。）推出了符号计算工具包。1
5、993年公司从加拿大滑铁卢大学购得年公司从加拿大滑铁卢大学购得Maple的使用权，以的使用权，以Maple为为“引擎引擎”开发了开发了Symbolic Math Toolbox 1.0。MathWorks公司此举加快结束了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。发展新时代。（4）构作了）构作了Notebook。公司瞄准应用范围最广的公司瞄准应用范围最广的Word，实现了，实现了MATLAB与与Word的无缝连接，为的无缝连接，为专业科技工作者创造了融科学计算、图形可视、文字处理
6、于一体的高水准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。环境。1997年春，年春，MATLAB5.0版问世，紧接着是版问世，紧接着是5.1、5.2，以及和，以及和1999年春的年春的 5.3 版。版。与与 4.x相比，这些相比，这些MATLAB版本拥有更丰富的数据类型和结构、版本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。资源、更多的应用开发工具。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、模在欧美大学里，诸如应
7、用代数、数理统计、自动控制、数字信号处理、模拟与数字拟与数字 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。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，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是攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本工具。工具。6 在国际学术界，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），
8、都可以件。在许多国际一流学术刊物上，（尤其是信息科学刊物），都可以看到看到MATLAB的应用。的应用。在设计研究单位和工业部门，在设计研究单位和工业部门，MATLAB被认作进行高效研究、开发的被认作进行高效研究、开发的首选软件工具。首选软件工具。2.MATLAB语言特点语言特点 兼有数值型软件和分析型软件的双重优点兼有数值型软件和分析型软件的双重优点，简洁、直观、更符合人们，简洁、直观、更符合人们的思维习惯。的思维习惯。（1）语言简洁，代码灵活，极其丰富的库函数资源）语言简洁，代码灵活，极其丰富的库函数资源 链接链接 （2）运算符丰富。）运算符丰富。(3)面向对象编程和结构化的控制功能。面向对
9、象编程和结构化的控制功能。7(4)程序设计自由度较大。程序设计自由度较大。(5)程序可移植性好。程序可移植性好。(6)功能强大的图形功能。功能强大的图形功能。(7)分门别类的工具箱是该软件的另一大特点。分门别类的工具箱是该软件的另一大特点。(8)开放性的共享源程序。开放性的共享源程序。3.MATLAB集成环境的组成集成环境的组成（1）MATLAB语言语言 MATLAB语言是以矩阵和向量为基本数据单位，包括控制流程语语言是以矩阵和向量为基本数据单位，包括控制流程语句、函数、数据结构、输入输出及面向对象等特点的高级语言。句、函数、数据结构、输入输出及面向对象等特点的高级语言。8（2）MATLAB工
10、作环境工作环境 MATLAB工作环境包括变量查看器、程序编辑器以及附带的大量的工作环境包括变量查看器、程序编辑器以及附带的大量的.m文件。文件。（3）句柄图形）句柄图形 句柄图形是句柄图形是MATLAB的图形系统。它既包括对二维和三维数据可视的图形系统。它既包括对二维和三维数据可视化、图像处理、动画制作等高层次的绘图操作，也包括可以完全修化、图像处理、动画制作等高层次的绘图操作，也包括可以完全修改图形局部及编制完整图形界面的、低层次的绘图命令。改图形局部及编制完整图形界面的、低层次的绘图命令。（4）MATLAB数学函数库数学函数库 MATLAB的数学函数库极其庞大，既包括最基本的的数学函数库极
11、其庞大，既包括最基本的sum、sin、cos函数，也包括如求矩阵特征值和特征向量、矩阵求逆、函数，也包括如求矩阵特征值和特征向量、矩阵求逆、bissel函数、函数、Fourier函数等。函数等。（5）MATLAB API（Appliance Program Interface)MATLAB的的API库允许用户在库允许用户在MATLAB和和C、FORTRAN语言之间相语言之间相互调用。互调用。91.2 MATLAB基本特性基本特性1.MATLAB安装安装(1)MATLAB 6.5软件安装所需的资源要求。软件安装所需的资源要求。硬件方面硬件方面 最好是最好是Pentium III或更高；光驱至少为
12、或更高；光驱至少为20倍速以上；内存至少倍速以上；内存至少128MB；硬盘；硬盘至少预留至少预留200MB以上的空间：以上的空间：8位图形适配器与显示器位图形适配器与显示器(支持支持256色以上色以上)。软件方面。软件方面。Netscape Navigator 40或更高版本或或更高版本或Microsoft Internet Explorer 4.0。操。操作作 系统为系统为Windows 98/NT/2000或或Windows XP等版本。等版本。为了安装运行为了安装运行MATLAB Notebook、MATIAB Excel Builder、Excel link、Database Too1
13、box和和MATLAB Web Server，需要安装，需要安装Microsoft Word 8.0(office 97)、office 2000或或office XP；为了实现；为了实现API，需要预先安装，需要预先安装Compaq Visual Fortran 5.0、6.1或或6.6，Microsoft Visual C/C+version 5.0、6.0或或7.0，或者安装，或者安装BorIand CC+version 5.0、6.1或或6.2，Borland C+Builder version 3.0、4.O、5.0或或6.0，WATCOM version 10.6或或11或者或者L
14、CC 2.4。为了能够阅读和打印软件所附带的。为了能够阅读和打印软件所附带的PDF格式帮助信息，需要安装格式帮助信息，需要安装Adobe Acrobat Reader 3.0或更高版本。或更高版本。10(2)MATLAB 6.5软件安装过程软件安装过程 对于对于MATLAB 6.5 版本，其功能组件与以前的版本相比作了较大的修改，可供选版本，其功能组件与以前的版本相比作了较大的修改，可供选择的选项很多，用户可以根据各个功能组件的功能解释，自行取舍。但对于软件择的选项很多，用户可以根据各个功能组件的功能解释，自行取舍。但对于软件的运行所必需的组件必须选中，如主程序模块、编译器模块、符号数学库。的
15、运行所必需的组件必须选中，如主程序模块、编译器模块、符号数学库。2.MATLAB环境环境 MATLAB既是一种算法语言，又是一个编程环境，更是一个开发系统。作为一个既是一种算法语言，又是一个编程环境，更是一个开发系统。作为一个编程环境，编程环境，MATLAB提供了许多方便用户管理变量、输入输出数据和生成管理提供了许多方便用户管理变量、输入输出数据和生成管理M文件的工具。这些工具包括有：文件的工具。这些工具包括有：工作空间、命令窗口、程序编辑器、变量浏览器、路径浏览器、在线帮助工作空间、命令窗口、程序编辑器、变量浏览器、路径浏览器、在线帮助(1)MATLAB的工作空间的工作空间 工作空间指运行工
16、作空间指运行MATLAB的所有变量和的所有变量和MATLAB提供的常量构成的空间，是一个提供的常量构成的空间，是一个比较抽象的概念。比较抽象的概念。每打开一次，每打开一次，MATLAB自动建立一个工作空间。自动建立一个工作空间。在在MATLAB运行期间一直存在，关闭后自动消失运行期间一直存在，关闭后自动消失 刚打开的工作空间里只有几个常量。运行程序时，程序变量加到空间中。刚打开的工作空间里只有几个常量。运行程序时，程序变量加到空间中。除非用特殊的命令删除某个变量，否则该变量除非用特殊的命令删除某个变量，否则该变量MATLAB被关闭前会一直存在。被关闭前会一直存在。一个程序的运行结果以变量的形式
17、保存在工作空间中，可以被别的程序利用。一个程序的运行结果以变量的形式保存在工作空间中，可以被别的程序利用。11可以随时查看工作空间中的变量。可以随时查看工作空间中的变量。某一时刻工作空间的所有变量可以保存到一个文件中，以备调用。某一时刻工作空间的所有变量可以保存到一个文件中，以备调用。工作空间窗口（变量浏览器）工作空间窗口（变量浏览器）链接链接(2)MATLAB的命令窗口的命令窗口 链接链接MATLAB的命令窗口是的命令窗口是MATLAB的重要组成部分，是用户和的重要组成部分，是用户和MATLAB交互的工具。交互的工具。(3)命令历史记录窗口命令历史记录窗口 链接链接“Command Hist
18、ory”窗口记录着用户每一次开始窗口记录着用户每一次开始MATLAB的时间，以及每一次在的时间，以及每一次在MATLAB命令窗口运行过的所有指令，这此指令行记录可以被复制到命令窗口中命令窗口运行过的所有指令，这此指令行记录可以被复制到命令窗口中再运行，减少重新输入。再运行，减少重新输入。(4)当前路径窗口（路径浏览器）当前路径窗口（路径浏览器）链接链接窗口包括：菜单条、工具栏、当前目录设置区以及所设置目录下的文件详细列表窗口包括：菜单条、工具栏、当前目录设置区以及所设置目录下的文件详细列表等。等。(5)便捷查询窗口便捷查询窗口 链接链接可以随时向用户说明软件中包含的内容及功能。用户可通过该窗口
19、查看已经安可以随时向用户说明软件中包含的内容及功能。用户可通过该窗口查看已经安装的各种工具箱，双击选中的工具箱前面的加号，就会看到工具箱的各项功能。装的各种工具箱，双击选中的工具箱前面的加号，就会看到工具箱的各项功能。12(6)MATLAB的程序编辑器的程序编辑器 MATLAB提供了一个内置的具有编辑和调试功能的程序编辑器。提供了一个内置的具有编辑和调试功能的程序编辑器。有三种方式可以进入程序编辑器：有三种方式可以进入程序编辑器：选择菜单栏的选择菜单栏的File选项中的选项中的New或或Open选项；选项；选择工具栏的选择工具栏的New或或Open按钮；按钮；在命令编辑区中键入在命令编辑区中键
20、入edit命令；命令；MATLAB界面的界面的Start菜单里；菜单里；链接链接 操作系统的开始菜单里。操作系统的开始菜单里。链接链接(7)MATLAB的帮助系统的帮助系统 联机帮助系统联机帮助系统 链接链接 打开方式：打开方式：直接在直接在MATLAB主窗口中单击工具条中的问号按钮。主窗口中单击工具条中的问号按钮。在命令窗口中输入在命令窗口中输入helpwin、helpdesk或或doc。通过选择通过选择Help下拉菜单中的帮助选项。下拉菜单中的帮助选项。联机演示系统联机演示系统 链接链接 打开方式：打开方式：通过选择联机帮助系统通过选择联机帮助系统Demos按钮，或者在命令窗口输入按钮，或
21、者在命令窗口输入Demos，或者选择主，或者选择主 窗口窗口help菜单中的菜单中的Demos子菜单。子菜单。13命令查询系统命令查询系统 对于熟悉对于熟悉MATLAB的用户，最简洁、快速的方式是命令窗口通过帮助命令对特定的用户，最简洁、快速的方式是命令窗口通过帮助命令对特定 的内容，如某个函数的功能和使用方法，进行快速查询。的内容，如某个函数的功能和使用方法，进行快速查询。a.Help命令命令 使用格式：使用格式：help函数名函数名 b.lookfor命令命令 使用格式：使用格式：lookfor函数名函数名 c.其他帮助命令其他帮助命令 exist，变量或函数检验函数。，变量或函数检验函数
22、。使用格式：使用格式：exist+变量名（函数名）变量名（函数名）what，用于当前路径，用于当前路径MATLAB文件列表，文件列表，Who，用于当前内存变量列表，用于当前内存变量列表 Whos，显示当前内存变量详细信息，显示当前内存变量详细信息 which，确定给定函数的路径，确定给定函数的路径 使用格式：使用格式：vhich 函数名函数名 dir，用于当前路径所有文件及文件夹列表，用于当前路径所有文件及文件夹列表143.简单计算简单计算MATLAB的数学运算就像你的计算器一样，数学式的计算是直接了当。的数学运算就像你的计算器一样，数学式的计算是直接了当。计算计算 1+2+3这个式子，这个式
23、子，MATLAB提供基本的算术运算有：提供基本的算术运算有：加加(+)、减、减(-)、乘、乘(*)、除、除(/)、幂次方、幂次方()表达式中运算的执行次序遵循的优先规则：表达式中运算的执行次序遵循的优先规则：表达式从左到右执行，幂运算具有最高优先级，乘法和除法具有相同的次优表达式从左到右执行，幂运算具有最高优先级，乘法和除法具有相同的次优 先级，加法和减法有相同的最低优先级。括号可用来改变通用优先次序，由先级，加法和减法有相同的最低优先级。括号可用来改变通用优先次序，由 最内层括号向外执行。最内层括号向外执行。15 MATLAB可以将计算结果以不同精确度的数字格式显示，可以在可以将计算结果以不
24、同精确度的数字格式显示，可以在FilePreferenceCommand windows里面选里面选 Numerical Format，或者直接在，或者直接在 指令视窗键入以下的各个数字显示格式的指令，指令视窗键入以下的各个数字显示格式的指令，以以值为例值为例 指令指令 数字值数字值 说明说明 format short 3.1416 预设的预设的 4 位有效小数位数位有效小数位数 位有效小数位数位有效小数位数 format short e 3.1416e+000 4 位有效小数位数加上指数表格式位有效小数位数加上指数表格式4.变量变量 (1)像任何其它计算机语言一样，像任何其它计算机语言一样，
25、MATLAB也有变量命名规则。也有变量命名规则。MATLAB对使用变量名称的规定：对使用变量名称的规定：变量名称区别英文大小写；变量名称区别英文大小写；变量的长度上限为变量的长度上限为 63个字符。个字符。变量名的第一个字必须是英文字母，随后可以掺杂英文字、数字或是底线。变量名的第一个字必须是英文字母，随后可以掺杂英文字、数字或是底线。16MATLAB还有几个持殊变量，还有几个持殊变量，ans 预设的计算结果的变数名预设的计算结果的变数名 eps MATLAB定义的正的极小值定义的正的极小值=2.2204e-16 pi 内建内建值值 i,j inf 无穷大，如无穷大，如1/0NaN 不定量，如
26、不定量，如0/0Nargin 所用函数的输入变量数目所用函数的输入变量数目Nargout 所用函数的输出变量数目所用函数的输出变量数目Clear 删除工作空间中的变量删除工作空间中的变量(2)注释和标点注释和标点%百分号后的所有文字为注释百分号后的所有文字为注释，逗号告诉逗号告诉MATLAB显示结果显示结果；分号禁止显示分号禁止显示17 多条命令可以放在同一行，只要它们被逗号或分号隔开。多条命令可以放在同一行，只要它们被逗号或分号隔开。(3)复数复数MATLAB最强大的功能之一是它对复数不需作特殊处理。最强大的功能之一是它对复数不需作特殊处理。(4)数学函数数学函数表略。表略。注意：注意：MATLAB只按弧度操做。只按弧度操做。