1、Matlab語言及其應(yīng)用，講師：李欣單位：清華大學(xué)email:2，課程的目的，課程安排的特點(diǎn)，3，課程的功能，MATLAB已經(jīng)成為許多課程的基本教學(xué)工具，如線性代數(shù)，自動(dòng)控制理論，數(shù)字信號(hào)處理，時(shí)間序列分析，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真，圖像處理等。已經(jīng)成為本科生、碩士生和博士生必須掌握的基本技能。Matlab已被廣泛用于研究和解決設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門的各種具體工程問題?？梢灶A(yù)見，Matlab在我國的科學(xué)研究和工程應(yīng)用中將發(fā)揮越來越重要的作用。4、講授MATLAB語言的基本知識(shí)，介紹MATLAB產(chǎn)品的系統(tǒng)，MATLAB桌面工具的使用，重點(diǎn)講解MATLAB數(shù)據(jù)可視化和數(shù)值計(jì)算的基本步驟，以及如何使用MATLA

2、B語言編寫整潔、高效、標(biāo)準(zhǔn)化的程序。它還涉及一些特定的專業(yè)應(yīng)用工具箱(如：信號(hào)處理工具箱、圖像處理工具箱等)。)。通過本課程的學(xué)習(xí)，我們可以了解、熟悉和掌握MATLAB的基本編程方法，初步具備使用計(jì)算機(jī)處理和解決實(shí)際問題的能力，為后續(xù)專業(yè)課程的進(jìn)一步學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備。本課程的目的和特點(diǎn)是跨學(xué)科課程，是計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)理論知識(shí)和許多工程理論知識(shí)的綜合。實(shí)踐課程。內(nèi)容多，課時(shí)少，所以要求學(xué)生在課堂上認(rèn)真聽講，并充分利用計(jì)算機(jī)練習(xí)來消化、理解和掌握課堂上講解的內(nèi)容。5.課程安排和課堂教學(xué)：共24小時(shí)；(1-12周)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)：共24小時(shí)。(2-13周，星期二，7-8節(jié)，九時(shí)401，402，403)學(xué)業(yè)成績

3、：1)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)成績占30%；2)出勤率10%；3)考試60%(課堂考試)。主要參考書有張志勇等主編的Matlab 6.5等。由北京航空航天大學(xué)出版，薛等于2003年用Matlab求解。清華大學(xué)出版社，劉衛(wèi)國主編，2004年，高等教育出版社，6。教學(xué)目的，講授MATLAB的一般功能。從淺入深，舉例教學(xué)。在科學(xué)計(jì)算方面，強(qiáng)調(diào)理論概念、算法和實(shí)際計(jì)算之間的關(guān)系。7、第一堂課是對(duì)Matlab的概述，前言是對(duì)Matlab桌面環(huán)境的概述和介紹性知識(shí)，而8、1是對(duì)Matlab的概述，包括Matlab的發(fā)展歷史，Matlab語言在Matlab產(chǎn)品族系統(tǒng)中的特點(diǎn)。目的充分了解Matlab軟件包，激發(fā)學(xué)習(xí)Mat

4、lab軟件的興趣。9，1.1 MATLAB的歷史和影響。20世紀(jì)70年代中期，克里夫莫勒和他的同事在美國國家基金會(huì)的幫助下，開發(fā)了LINPACK和EISPACK的FORTRAN語言子程序庫，代表了當(dāng)時(shí)矩陣運(yùn)算的最高水平。20世紀(jì)70年代末，美國新墨西哥大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任西弗莫勒(CIeve Moler)在給學(xué)生上線性代數(shù)課時(shí)，開始用FORTRAN語言為學(xué)生編寫一個(gè)使用LINPACK和EISPACK的接口程序。他把這個(gè)程序命名為MATLAB，它的名字是由MATrix和LABoratory的前三個(gè)字母合成的。1978年，馬拉布出現(xiàn)了。這個(gè)項(xiàng)目非常成功，受到學(xué)生們的廣泛歡迎。在接下來的幾年里，Ma

5、tlab已經(jīng)被許多大學(xué)用作教學(xué)輔助軟件，并作為免費(fèi)軟件在公眾中廣泛傳播?？死锓蚰?，10歲。將MATLAB商業(yè)化的不是克里夫莫勒，而是一個(gè)名叫杰克利特爾的人。當(dāng)免費(fèi)的MATLAB軟件來到斯坦福大學(xué)時(shí)，杰克利特爾主修控制，所以他在那時(shí)接觸了MATLAB。直覺告訴他，這是一款極具開發(fā)潛力的軟件。因此，畢業(yè)后不久，他就開始用C語言重寫MATLAB的核心。在Moler的幫助下，MathWorks公司于1984年成立，并首次推出了商業(yè)版的MATLAB。在其商業(yè)版本的早期，MATLAB以其卓越的質(zhì)量(高效的數(shù)據(jù)計(jì)算能力和開放的體系結(jié)構(gòu))占據(jù)了大多數(shù)數(shù)學(xué)計(jì)算軟件的市場，一些原本用于控制領(lǐng)域的封閉的數(shù)學(xué)計(jì)算軟

6、件包(如英國的UMIST、瑞典的LUND和SIMNON、德國的KEDDC)在MATLAB上相繼被淘汰或重建。克里夫莫勒仍然是這家公司的首席科學(xué)家。他60多歲了，經(jīng)常親自寫程序，這非常令人欽佩。如果你有關(guān)于數(shù)值運(yùn)算的高級(jí)問題，大部分都會(huì)在被送到數(shù)學(xué)工廠后由克里夫莫勒來回答。1994年，一個(gè)Fdiv的缺陷出現(xiàn)在奔騰芯片上，克里夫莫勒是第一個(gè)用軟件解決這個(gè)缺陷的人，這個(gè)軟件曾經(jīng)很流行。在公司的前五年，杰克利特爾工作非常努力，經(jīng)常擔(dān)任幾個(gè)職位(董事長、總經(jīng)理、市場營銷、項(xiàng)目開發(fā)等)。)，但公司一直在穩(wěn)步發(fā)展，從最初的一人公司發(fā)展到1993年的200人，到2000年的500多人，到2005年的1300名

7、員工，這不僅打敗了其他競爭軟件，而且有一個(gè)繁榮的未來。根據(jù)杰克利特爾的個(gè)人陳述，MATLAB早期成功的兩個(gè)主要因素是：選擇C語言和選擇PC作為主要平臺(tái)，這似乎呼應(yīng)了微軟的成功。MathWorks公司仍是一家私營企業(yè)，尚未上市，這與杰克利特爾的個(gè)人想法有關(guān)。他認(rèn)為，MATLAB的設(shè)計(jì)方向應(yīng)該始終以客戶的需求和軟件的完整性為首要目標(biāo)，而不是以盈利為主要目的，所以MATLAB一直在爭取穩(wěn)定的進(jìn)步，不會(huì)因?yàn)樯鲜卸艿焦蓶|的影響。這也是為什么新版本的MATLAB總是遲到的原因，因?yàn)樗麄儾粫?huì)因?yàn)槭袌鲂枨蠖瞥霾怀墒斓漠a(chǎn)品。此外，由于杰克利特爾的保守性格，除了MATLAB/Simulink，MathWork

8、s從未涉足其他行業(yè)。目前，MathWorks是商場中混亂的并購或分離的絕緣體。1992年，引入了支持Windows 3.x的MATLAB 4.0，增加了Simulink、控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)處理等專用工具箱。1993年11月，MathWorks公司推出了主要增加符號(hào)運(yùn)算功能的Matlab 4.1。當(dāng)升級(jí)到Matlab 4.2c時(shí)，該功能被用戶廣泛使用。1997年，MATLAB版本問世，實(shí)現(xiàn)了真正的32位操作，加速了數(shù)值計(jì)算，有效地顯示了圖形。2001年初，MathWorks公司推出了Matlab 6.0(R12)。2002年7月，引入了Matlab 6.5(R13)。在這個(gè)版本中，Simuli

9、nk被升級(jí)到5.0，其性能得到了極大的提高。另一個(gè)主要特點(diǎn)是引入了JIT程序加速器，大大提高了Matlab的計(jì)算速度。2005年9月，MAILAB 7.1(第14版SP3)發(fā)布了。在這個(gè)版本中，Simulink被升級(jí)到6.3，這提高了軟件性能并使用戶界面更加友好。值得注意的是，MATLAB版采用了更先進(jìn)的數(shù)學(xué)程序庫，即“LAPACK”和“BLAS”。目前，Matlab軟件支持多種系統(tǒng)平臺(tái)，如通用窗口、UNIX、Linux等。Matlab版本的開發(fā)，13。MATLAB經(jīng)過近30年的專門構(gòu)建和20多年的完善。它基于高性能數(shù)組運(yùn)算(包括矩陣運(yùn)算)，不僅實(shí)現(xiàn)了大多數(shù)數(shù)學(xué)算法的高效運(yùn)行功能和數(shù)據(jù)可視化，

10、而且提供了一種非常高效的計(jì)算機(jī)高級(jí)編程語言。在用戶的參與下，各專業(yè)領(lǐng)域的工具箱不斷發(fā)展和完善。Matlab已經(jīng)取得了巨大的成功并得到了廣泛的應(yīng)用。早在20世紀(jì)90年代，歐美等發(fā)達(dá)國家的大學(xué)就將MATLAB列為一種必須掌握的編程語言。近年來，國內(nèi)許多大學(xué)都將MATLAB列為本科生的必修課。與Maple和Mathematica相比，MATLAB擅長數(shù)值計(jì)算，而Maple等擅長符號(hào)運(yùn)算，可以給出解析解和任意精度的解，但處理大量數(shù)據(jù)的能力遠(yuǎn)不如MATLAB。MATLAB軟件以其強(qiáng)大的功能和廣泛的應(yīng)用，成為21世紀(jì)最重要的科學(xué)計(jì)算語言。這表明了學(xué)習(xí)掌握這個(gè)工具的重要性。MATLAB產(chǎn)品由幾個(gè)模塊組成，不

11、同的模塊執(zhí)行不同的功能，其中：實(shí)際上，MATLAB本身就是一個(gè)極其豐富的資源庫，那么我們應(yīng)該從哪個(gè)部分開始學(xué)習(xí)使用MATLAB呢？有必要了解這個(gè)軟件產(chǎn)品的體系結(jié)構(gòu)。MATLAB編譯器可以將MATLAB程序文件編譯成標(biāo)準(zhǔn)的C/C語言文件，生成的標(biāo)準(zhǔn)C/C文件可以被任何C/C編譯器編譯成函數(shù)庫或可執(zhí)行文件，以提高程序的運(yùn)行效率。1.2、MATLAB產(chǎn)品的體系結(jié)構(gòu)、MATLAB、MATLAB工具箱es、MATLAB編譯器、Simulink、Simulink模塊集、實(shí)時(shí)車間(RTW)、狀態(tài)流、狀態(tài)流編碼器，這些模塊產(chǎn)品之間的關(guān)系可如圖1.1所示。圖1.1圍繞MATLAB計(jì)算核心的MATLAB產(chǎn)品架構(gòu)，

12、形成了許多適用于不同應(yīng)用領(lǐng)域的算法包，稱為專用工具箱。這些工具箱的列表和每個(gè)工具箱的使用可以在MATLAB的在線幫助文檔中找到。大約有40個(gè)工具箱是由MATLAB自己提供的，還有一些工具箱是由其他公司或研究機(jī)構(gòu)開發(fā)和提供的。這些工具箱的總數(shù)已經(jīng)超過100個(gè)，并且新的工具箱正在增加。如果你有一個(gè)特殊的應(yīng)用領(lǐng)域，你可以首先在網(wǎng)上找到是否有相關(guān)的工具箱。很有可能有人已經(jīng)把你想做的應(yīng)用程序放進(jìn)了工具箱。Simulink是連續(xù)時(shí)間或離散時(shí)間動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、分析和仿真的核心。實(shí)時(shí)工作室是一個(gè)實(shí)時(shí)代碼生成工具，可以根據(jù)Simulink模型生成程序源代碼，對(duì)生成的源代碼進(jìn)行打包和編譯，生成實(shí)時(shí)應(yīng)用程序。從現(xiàn)有的

13、Simulink和Stateflow自動(dòng)生成c語言程序代碼、定點(diǎn)塊集和c語言程序代碼的功能到VHDL(超高速集成電路硬件描述語言，一種標(biāo)準(zhǔn)硬件電路設(shè)計(jì)語言)，可以看出高級(jí)系統(tǒng)仿真或低級(jí)芯片算法設(shè)計(jì)都可以通過MATLAB、Simulink、Stateflow和相關(guān)的工具箱來完成。Stateflow是一種基于有限狀態(tài)機(jī)理論的復(fù)雜事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)建模和仿真工具。狀態(tài)流編碼器是一種基于狀態(tài)流狀態(tài)圖的高效優(yōu)化程序代碼。圍繞Simulink仿真核心開發(fā)的應(yīng)用包稱為模塊集，MATLAB產(chǎn)品提供了許多特殊的模塊集，如通信模塊集、DSP模塊集、SimPowerSystem模塊集、信號(hào)處理模塊集等。詳情請(qǐng)參閱MATL

14、AB在線幫助文檔。MATLAB是MATLAB產(chǎn)品族的計(jì)算核心和基礎(chǔ)，是集高性能數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)可視化于一體的高效編程語言。15，1.3 MATLAB編程語言的特點(diǎn)，簡單的語法規(guī)則。與其他編程語言(如C、Fortran等)相比。)，默認(rèn)的編程規(guī)則更接近傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)表示。對(duì)于數(shù)組變量的使用，不需要預(yù)先聲明類型和申請(qǐng)內(nèi)存空間。MATLAB語言主要有以下特點(diǎn)：MATLAB的基本語言環(huán)境提供了數(shù)千種計(jì)算功能，大大提高了用戶的編程效率。例如，fft函數(shù)可以完成指定數(shù)據(jù)的快速傅立葉變換。如果這個(gè)任務(wù)是通過用C語言編程來實(shí)現(xiàn)的，那么它必須由至少幾十種C語言來完成。因此，MATLAB是一種簡單、強(qiáng)大、高效的編程語言

15、。平臺(tái)無關(guān)性(可移植性)。MATLAB軟件可以在許多不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)上運(yùn)行，如視窗操作系統(tǒng)、許多不同版本的UNIX和Linux。無論您編寫哪個(gè)平臺(tái)，程序都可以在其他平臺(tái)上運(yùn)行，對(duì)于獨(dú)立于平臺(tái)的MATLAB數(shù)據(jù)文件也是如此。極大地保護(hù)了用戶的勞動(dòng)，給用戶帶來了方便。其繪圖功能也與平臺(tái)無關(guān)。無論任何系統(tǒng)平臺(tái)，只要MATLAB能運(yùn)行，其圖形功能命令就能正常運(yùn)行。MATLAB是一種腳本解釋語言。無論它是命令、函數(shù)還是變量，只要在命令窗口的提示下鍵入并“輸入”，都將由MATLAB解釋和執(zhí)行。16、強(qiáng)大的數(shù)值運(yùn)算優(yōu)勢(shì)符號(hào)運(yùn)算優(yōu)勢(shì)(Maple)強(qiáng)大的2D和3D數(shù)據(jù)可視化功能，許多功能函數(shù)具有算法自適應(yīng)能

16、力，17、語言簡單，內(nèi)涵豐富，語言及其書寫形式非常接近常規(guī)的數(shù)學(xué)書寫形式；它的操作和功能說明用一些常用計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)書籍中的簡單英語單詞來表達(dá)，如：幫助、清晰等。完整的幫助系統(tǒng)，易學(xué)易用。MATLAB已經(jīng)成為一個(gè)開放的系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性和可開發(fā)性。用戶可以方便地開發(fā)自己的工具箱和與Fortran、C等語言的接口。編程簡單高效。Matlab以數(shù)組為基本計(jì)算單元，具有大量的算法優(yōu)化功能，18，2 MATLAB桌面環(huán)境和入門知識(shí)。啟動(dòng)并退出MATLAB命令窗口，使用數(shù)字表示、變量和表達(dá)式命令歷史窗口工作區(qū)獲取在線幫助。19 . 2 . 1啟動(dòng)和退出MATLAB。雙擊桌面上的MATLAB7.1圖標(biāo)或窗口桌面上的“開始”、“所有程序”、“Matlab 7.1”和“Matlab 7.1”來啟動(dòng)MATLAB。退出MATLAB以關(guān)閉MATL