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1、MATLAB程序设计与应用,武 斌,邮箱:wubin_,第一节 MATLAB概貌,1.1 MATLAB的发展 1.2 MATLAB的主要功能 1.3 MATLAB功能演示,1.1.1MATLAB语言的发展 matlab语言是由美国的Clever Moler博士于1980年开发的 设计者的初衷是为解决“线性代数”课程的矩阵运算问题 取名MATLAB即Matrix Laboratory 矩阵实验室的意思 MATLAB将一个优秀软件的易用性与可靠性、通用性与专业性 、一般目的的应用与高深的科学技术应用有机的相结合。 MATLAB已经成为各种系统仿真、数字信号处理、科学可视化等领域的标准语言。,Cle
2、ve Moler,MATLAB的发展 1984年,MATLAB第1版(DOS版) 1992年,MATLAB4.0版 1994年,MATLAB 4.2版 1997年,MATLAB 5.0版 1999年,MATLAB 5.3版 2000年,MATLAB 6.0版 2001年,MATLAB 6.1版 2002年,MATLAB 6.5版 2004年,MATLAB 7.0版,1.1.2 MATLAB的主要功能 1数值计算和符号计算功能 MATLAB以矩阵作为数据操作的基本单位,还提供 了十分丰富的数值计算函数。MATLAB和著名的符号计 算语言Maple相结合,使得MATLAB具有符号计算功能。 2绘图
3、功能 MATLAB提供了两个层次的绘图操作:一种是对图 形句柄进行的低层绘图操作,另一种是建立在低层绘 图操作之上的高层绘图操作。,3编程语言 MATLAB具有程序结构控制、函数调用、数据结构、 输入输出、面向对象等程序语言特征,而且简单易学、 编程效率高。 4MATLAB工具箱 MATLAB包含两部分内容:基本部分和各种可选的 工具箱。 MATLAB工具箱分为两大类:功能性工具箱和学 科性工具箱。,1.1.3 MATLAB功能演示,在MATLAB命令窗口中输入命令: x=-2*pi:pi/180:2*pi; plot(x,2.(-abs(x),:,x,sin(x),第一条命令建立x向量,第二
4、条命令绘制曲线。 命令执行后,将打开一个图形窗口,并在其中显示 两个函数的曲线,虚线为y=2-|x|,实线为y=sinx。,在MATLAB命令窗口输入命令: p=2,0,-3,71,-9,13; x=roots(p),其中第一条命令建立多项式系数向量,第二条命 令调用roots函数求根。,x= -3.4914 1.6863+2.6947i 1.6863-2.6947i 0.0594+0.4251i 0.0594-0.4251i,在命令窗口输入命令: a=2,3,-1;8,2,3;45,3,9; b=2;4;23; x=inv(a)*b,得到结果: x= 0.5531 0.2051 -0.278
5、4,前两条命令建立系数矩阵a和列向量b,第三条命令 求根。inv(a)为a的逆矩阵,也可用x=ab求根。,也可以通过符号计算解此方程。在MATLAB命令窗 口输入命令: syms x y z x,y,z=solve(2*x+3*y-z-2,8*x+2*y+3*z-4,45*x+3*y+9*z-23),得到的结果为: x= 151/273 y= 8/39 z= -76/273,在MATLAB命令窗口输入命令: quad(x.*log(1+x),0,1) 得到的结果是: ans= 0.2500,在MATLAB命令窗口输入命令: syms x int(x*log(1+x),0,1) 得到的结果是:
6、ans= 1/4,1.2 MATLAB的环境的准备,1.2.1 MATLAB的运行环境 硬件环境: (1)CPU 最好是Penyium 或更高; (2)内存 至少128MB,推荐在256MB; (3)硬盘 120MB,若安装其他工具箱需要260MB (4)CD-ROM驱动器和鼠标。 软件环境: (1)Windows 98/NT/2000 或Windows XP (2)其他软件根据需要选用office 2000,1.2.2 MATLAB的安装 安装MATLAB 6.5系统,需运行系统自带的安装程序 setup.exe,可以按照安装提示依次操作。,当MATLAB安装完毕并首次启动时,展现在屏幕上的
7、界面为MATLAB的默认界面,如右图所示。,1.2.3 MATLAB的启动与退出 1MATLAB系统的启动 与一般的Windows程序一样,启动MATLAB系统有3种常 见方法: (1)使用Windows“开始”菜单。 (2)运行MATLAB系统启动程序matlab.exe。 (3) 利用快捷方式。,2MATLAB系统的退出 要退出MATLAB系统,也有3种常见方法: 在MATLAB主窗口File菜单中选择Exit命令 在MATLAB命令窗口输入Exit或Quit命令 单击MATLAB主窗口的“关闭”按钮。,1.3 MATLAB操作界面 启动MATLAB后,将进入MATLAB 6.5集成环境。
8、 MATLAB 6.5集成环境包括: MATLAB主窗口 命令窗口(Command Window) 工作空间窗口(Workspace) 命令历史窗口(Command History) 当前目录窗口(Current Directory) 启动平台窗口(Launch Pad)。,1.3.1 主窗口 MATLAB主窗口是MATLAB的主要工作界面。主窗口 除了嵌入一些子窗口外,还主要包括菜单栏和工具 栏。 1菜单栏 在MATLAB 6.5主窗口的菜单栏,共包含File、 Edit、View、Web、Window和Help 6个菜单项。,(1)File菜单项:File菜单项实现有关文件的操作 (2)E
9、dit菜单项:Edit菜单项用于命令窗口的编辑操作。 (3)View菜单项:View菜单项用于设置MATLAB集成环境的显示 方式。 (4)Web菜单项:Web菜单项用于设置MATLAB的Web操作。 (5)Window菜单项:主窗口菜单栏上的Window菜单,只包含一 个子菜单Close all,用于关闭所有打开的编辑器窗口,包括 M-file、Figure、Model和GUI窗口。 (6)Help菜单项:Help菜单项用于提供帮助信息。,1.3.2 命令窗口 命令窗口是MATLAB的主要交互窗口,用于输入命令并显示 除图形以外的所有执行结果。 MATLAB命令窗口不仅可以内嵌在MATLAB
10、的工作界面,也 可以以独立窗口的形式浮动在界面上。 (1)选中命令窗口,再选择Desktop菜单中的Undock Command Window命令,就可以浮动窗口。 (2)如需将命令窗口嵌入MATLAB的工作界面中,可以使用浮 动命令窗口Desktop菜单中的dock Command Window命令。,2工具栏 MATLAB 6.5主窗口的工具栏共提供了10个命令按钮。这些 命令按钮均有对应的菜单命令,但比菜单命令使用起来更快 捷、方便。,MATLAB命令窗口中的“”为命令提示符,表示MATLAB正在处于 准备状态。在命令提示符后键入命令并按下回车键后,MATLAB就会 解释执行所输入的命令
11、,并在命令后面给出计算结果。 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:p=15,m=35 p=15;m=35 如果一个命令行很长,一个物理行之内写不下,可以在第一个 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: s=1-1/2+1/3-1/4+1/5-1/6+1/7- 1/8+1/9-1/10+1/11-1/12; 是一个命令行,但占用两个物理行,第一个物理行以续行符结 束
12、,第二个物理行是上一行的继续。 在MATLAB里,有很多的控制键和方向键可用于命令行的编 辑。例如,当将命令x1=(log(3)+sqrt(5)/2中的函数名sqrt 输入成srt时,由于MATLAB中不存在srt函数,MATLAB将会给出 错误信息:? Undefined command/function srt 重新输入命令时,用户不需要输入整行命令,而只需要按向上 方向()调出刚才输入的命令行。,1.3.3 工作空间窗口 工作空间是MATLAB用于存储各种变量和结果的内存空间。 在该窗口中显示工作空间中所有变量的名称、大小、字节数和 变量类型说明,可对变量进行观察、编辑、保存和删除。 1
13、.3.4 当前目录窗口和搜索路径 1、当前目录窗口 当前目录是指MATLAB运行文件时的工作目录,只有在当前 目录的文件、函数可以被运行或调用。,当前目录窗口也称为路径浏览器。它可以内嵌在MATLAB主 窗口,也可以浮动在主窗口上。 在当前目录窗口中可以显示或改变当前目录,还可以显示 目录下的文件并提供搜索功能。 将用户目录设施成当前目录也可使用cd命令。例如: cd c:mydir 2、MATLAB搜索路径 基本的搜索过程如下: (1)检查该命令是不是一个变量。 (2)检查该命令是不是一个内部函数。 (3)检查该命令是否当前目录下的M文件。 (4)检查该命令是否MATLAB搜索路径中其他目录
14、下的M文件。,假定建立了一个变量examp,同时在当前目录下建立了一个 M文件examp.m,如果在命令窗口输examp,按照上面介绍的搜 索过程,应是在屏幕上显示变量examp的值。如果没有建立 examp变量,则执行examp.m文件。 设置搜索路径的方法有: (1)用path命令设置搜索路径 使用path命令可以把用户目录临时纳入搜索路径。例如将 用户目录c:mydir加到搜索路径中,可在命令窗口输入命令: path(path,c:mydir),(2)用对话框设置搜索路径 在MATLAB的File菜单中选择Set Path命令或在命令窗口中 输入pathtool命令,将出现搜索路径设置(
15、Set Path)对话框。 单击Add Folder或Add with Subfolders命令按钮可以将指 定路径添加到搜索路径列表中。 Move to Top等命令按钮修改该路径在搜索路径中的顺序。 Remove可以将不需要的搜索路径删除。 系统将搜索路径的信息保存在文件pathdef.m中。,1.3.5 命令历史记录窗口,在默认设置下,历史记录窗口中会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。如果 要清除这些历史记录,可以选择Edit菜单中的Clear Command History命令。,1.3.6
16、启动平台窗口和Start按钮 MATLAB 6.5的启动平台窗口可以帮助用户方便地打开和调 用MATLAB的各种程序、函数和帮助文件。 MATLAB 6.5主窗口左下角还有一个Start按钮,单击该按钮 会弹出一个菜单,选择其中的命令可以执行MATLAB产品的各种 工具,并且可以查阅MATLAB包含的各种资源。,1.4 MATLAB帮助系统,1.4.1 帮助窗口 进入帮助窗口可以通过以下3种方法: (1)单击MATLAB主窗口工具栏中的Help按钮 (2)在命令窗口中输入helpwin、helpdesk或doc。 (3) 选择Help菜单中的“MATLAB Help”选项。,1.4.2 帮助命
17、令 MATLAB帮助命令包括help、lookfor以及模糊查询 1help命令 在MATLAB 6.5命令窗口中直接输入help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。 2lookfor命令 help命令只搜索出那些关键字完全匹配的结果,lookfor命 令对搜索范围内的M文件进行关键字搜索,条件比较宽松。,Lookfor命令只对M文件的第一行进行关键字搜索。若在 lookfor命令加上-all选项,则可对M文件进行全文搜索。 3模糊查询 MATLAB 6.0以上的版本提供了一种类似模糊查询的命令查 询
18、方法,用户只需要输入命令的前几个字母,然后按Tab键, 系统就会列出所有以这几个字母开头的命令。,1.4.3 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,打开演示系统。 1.4.4 远程帮助系统 在MathWorks公司的主页(http:/)上可 以找到很多有用的信息,国内的一些网站也有丰富的信息资源。,假设第n个月兔子的数目是f(n),则显然有f(1)=1,f(2)=2,而且f(n)=f(n-1)+f(n-3),例1.(Fabonacci数): L.P.Fabonacc
19、i于1202提出了如下的问题: A man put a pair of rabbits in a place surrounded on all sides by a wall.How many pairs of rabbits can be produced from that pair in a year if it is supposed that every month each begets a new pair,which from the second month on becomes productive?,function f=fibonacci(n) %f=FIBONACCI(n) generates the first n Fibonacci numbers f=zeros(n,1); f(1)=1; f(2)=2; for k=3:n f(k)=f(k-1)+f(k-2); end 回答Fibonacci提出的问题,兔子在一年中的数量是: fibonacci(12),运行的结果是: 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233,
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