1、Matlab建模與仿真 教師：郭軍 單位：宇航學(xué)院航天飛行器系 電話(huà)：82339891 手機(jī)郵箱：,學(xué)習(xí)Matlab的意義： 工欲善其事，必先利其器（孔子） 假輿馬者，非利足也，而致千里；假舟楫者，非能水也，而絕江河；君子生非異也，善假于物也。（荀況）,Matlab是一種面向科學(xué)與工程的“高高級(jí)”語(yǔ)言 使用簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大。有“第四代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言”、“演算紙式計(jì)算機(jī)語(yǔ)言”的美譽(yù) 掌握Matlab，可為今后解決我們專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的具體問(wèn)題提供強(qiáng)有力的計(jì)算工具,第一章 概論CH1.1簡(jiǎn)介一、特點(diǎn) 1.Matrix Laboratory，處理矩陣運(yùn)算 2.擁有通用計(jì)算、圖形交互、程

2、序設(shè)計(jì) 3.基本數(shù)據(jù)單位是矩陣。指令表達(dá)式與 數(shù)學(xué)的書(shū)寫(xiě)習(xí)慣相似 b=Ax b=A*x 4.在歐美高校已廣泛用于線(xiàn)代、自控、 信號(hào)處理等課程的教學(xué)工具,5.函蓋廣泛的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域工具箱 6.具有良好的開(kāi)放性二、歷史 Cleve Moler（新墨西哥大學(xué)計(jì)算機(jī)系主任）為講線(xiàn)性代數(shù)編寫(xiě)的程序，后創(chuàng)建Math works公司三、組成部分 1.編程語(yǔ)言：操作符。， 編程結(jié)構(gòu)。循環(huán)、分支 字符串操作 輸入、輸出 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和類(lèi)型,2.工作環(huán)境：編程和調(diào)試環(huán)境 管理工作空間中的變量 3.圖形處理：二、三維圖形 圖形句柄底層的圖形 處理為應(yīng)用程序制作GUI 4.數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)：初等數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)。+ 三角函數(shù)等 高等數(shù)學(xué)

3、函數(shù)庫(kù)。 矩陣逆、特征值 5.應(yīng)用程序接口（API）：與C/C+、 Fortran互相調(diào)用,四、軟件的組成部分 1.必須的本原性組件：核心 2.最常用的通用工具組件：Symbolic 3.其它通用工具組件：simulink optimization matlab compiler c/c+ math lib c/c+ graphic lib 4.專(zhuān)業(yè)工具包：自控、信號(hào)處理、通訊 統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)辨識(shí),五、主要應(yīng)用 1.數(shù)據(jù)分析 2.數(shù)值和符號(hào)計(jì)算 3.工程與科學(xué)繪圖 4.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.數(shù)字、圖象信號(hào)處理 6.財(cái)務(wù)工程 7.建模、仿真、原型開(kāi)發(fā) 8.應(yīng)用開(kāi)發(fā) 9.圖形用戶(hù)界面(GUI)設(shè)計(jì),CH.

4、2 Matlab軟件一、軟件安裝 產(chǎn)品、幫助文檔（英、日） 組件選擇二、操作界面的組成部分 1.指令窗 2.歷史指令窗 3.當(dāng)前目錄 4.工作空間瀏覽器 5.內(nèi)存數(shù)組編輯器 6. M文件文本編輯器,7.幫助瀏覽器CH.3 應(yīng)用入門(mén)一、指令窗 1.簡(jiǎn)單計(jì)算 1)計(jì)算器 2) 創(chuàng)建矩陣。 2.數(shù)值、變量和表達(dá)式 1）數(shù)值記法 2）變量命名規(guī)則： 首字符為字母,最多31個(gè)字符 不含空格、標(biāo)點(diǎn)，可含下連符 大小寫(xiě)敏感 3) 保留字：ans, eps, inf, Inf, i, j, pi, NaN, nan, nargin, nargout, realmax, realmin 4）運(yùn)算符和表達(dá)式 *

5、/ 5）復(fù)數(shù)與復(fù)數(shù)矩陣,4.計(jì)算結(jié)果的可視化 plot, surf 5.指令窗顯示格式 format (short, long, short e,long e) 6.MATLAB常用標(biāo)點(diǎn)符號(hào)： 空格：分隔符 分號(hào)（;）：不顯示計(jì)算結(jié)果，數(shù)組 行間分隔符 冒號(hào)(:)：生成一維數(shù)組，單下標(biāo)援引 全部元素排成長(zhǎng)列，雙下標(biāo) 援引所在維的全部,百分號(hào)(%)：注釋行 單引號(hào)()：字符串 圓括號(hào)( )：數(shù)組援引 方括號(hào)()：輸入數(shù)組時(shí)用，多個(gè)函數(shù) 輸出宗量 花括號(hào)()：元胞數(shù)組 續(xù)行號(hào)()：表示下面的一行為續(xù)行 At符號(hào)()：構(gòu)成函數(shù)句柄。 標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的輸入應(yīng)在英文狀態(tài)下 7.指令窗的操作命令 cd：設(shè)置當(dāng)前

6、目錄 clf：清除圖形窗,clc：清除指令窗顯示內(nèi)容 clear：清除工作空間 dir：顯示指定目錄下的文件 md：創(chuàng)建目錄 向上箭頭:調(diào)回已輸入的命令 向下箭頭:調(diào)回已輸入的命令,翻過(guò)了二、歷史指令窗 1.單行、多行指令復(fù)制(copy) 2.單行、多行指令運(yùn)行(evaluate selection) 3.把多行指令寫(xiě)成M文件指令窗中的diary指令 diary 文件名；diary off,三、當(dāng)前目錄 1.運(yùn)行M文件：選擇文件，右鍵，run 2.編輯M文件：選擇文件，右鍵，open 3.裝載全部mat數(shù)據(jù)：選擇mat文件，右 鍵， open（v.mat） 4.裝載部分mat數(shù)據(jù)：選擇mat文

7、件，右 鍵，import，選數(shù)據(jù) 5.設(shè)置當(dāng)前目錄：建立個(gè)人目錄并將其設(shè) 置為當(dāng)前目錄是一良好 習(xí)慣。cd或目錄設(shè)置欄 6.搜索路徑： 7.搜索路徑修改和擴(kuò)展：file:set path,指令窗,path(path,c:mydir)四、工作空間和數(shù)組編輯器 1.變量字符顯示:右鍵,open,open selection 2.變量圖形顯示:右鍵,open,graph selection 3.全部?jī)?nèi)存變量保存:右鍵,save workspace 4.部分內(nèi)存變量保存:右鍵,save selection as 5.指令窗中的相應(yīng)指令:whos,who,clear 6.數(shù)組編輯器:選擇,雙擊 創(chuàng)建新數(shù)

8、組,賦空陣,雙擊,修改 7.數(shù)據(jù)文件的存取: save fn: 存全部變量,save fn v1 v2:存v1,v2。二進(jìn)制,mat文件 save fn v1 v2 -append:存v1,v2。附加到 fn.mat文件中 save fn v1 v2 -ascii:存v1,v2.ascii文件8位 save fn v1 v2 ascii -double:存v1,v2.16位 load fn:把fn.mat中的全部變量調(diào)入 load fn v1 v2:把fn.mat中的v1,v2調(diào)入 load fn v1 v2 -ascii:把fn(ascii文件)中的 v1,v2調(diào)入 v1,v2泛指變量，數(shù)量

9、可以任意多，變量間 用空格分隔,五、M文件的文本編輯器和調(diào)試環(huán)境 matlab的程序和腳本文件被保存為后綴為m的文件。 M文件的文本編輯器提供集成的編輯與調(diào)試環(huán)境。腳本文件 由一系列可在命令窗口執(zhí)行的指令按順序匯集而成的文本文件 1.文件中的指令形式和前后順序與在指令 窗口中逐條執(zhí)行時(shí)完全一樣 2.腳本文件運(yùn)行時(shí),將上述指令逐條取出執(zhí)行,3.每條指令產(chǎn)生的中間結(jié)果都保留在工作 空間中 4.文件的擴(kuò)展名一定是.M 腳本文件實(shí)質(zhì)就是一個(gè)批處理文件六、命令窗口的設(shè)置 file/preference, 文本設(shè)置（數(shù)據(jù)格式，命令窗口數(shù)字顯示，tab制表位字符數(shù)）；顯示設(shè)置，字體大小、顏色。七、利用在線(xiàn)文

10、檔幫助 doc，help，lookfor,第二章 數(shù)值數(shù)組及運(yùn)算CH1 概述 數(shù)值數(shù)組和數(shù)組運(yùn)算是matlab的核心內(nèi)容 數(shù)值數(shù)組：內(nèi)建的數(shù)據(jù)類(lèi)型 數(shù)組運(yùn)算：定義在數(shù)值數(shù)組上的算法 數(shù)值數(shù)組：一組由實(shí)、復(fù)數(shù)排成的長(zhǎng)方陣 可以一維、二維或多維 數(shù)組運(yùn)算：對(duì)數(shù)組的運(yùn)算都平等地作用到 每一數(shù)組元素上 (mxm021_1) 目的：1.編程簡(jiǎn)單、易讀，指令更接近于 書(shū)寫(xiě)格式 2.提高向量化程度，計(jì)算效率,CH.2 一維數(shù)組的創(chuàng)建和尋訪(fǎng)一、一維數(shù)組的創(chuàng)建 1.直接輸入法 x=2*pi,sqrt(3),3+5i 2.冒號(hào)生成法 x=a:inc:b 3.定數(shù)線(xiàn)性采樣法 x=linspace(a,b,n)二、一

11、維數(shù)組的尋訪(fǎng) x(index) mxm022_1 主要取決于下標(biāo)index。 Index的形式非常靈活，可以是一個(gè)數(shù)、一個(gè)數(shù)組或邏輯數(shù)組,三、子數(shù)組的賦值 注意長(zhǎng)度要相同。 mxm022_2CH.3 二維數(shù)組的創(chuàng)建 1.直接輸入 用于小規(guī)模數(shù)組，放在中，行隔用;或 回車(chē),元素間用空格或, 2.利用M文件保存 用于規(guī)模大、反復(fù)用的數(shù)組。mxm023_3 3.數(shù)組編輯器,CH.4 二維數(shù)組的標(biāo)識(shí) 1.全下標(biāo)標(biāo)識(shí) A(3,5) 2.單下標(biāo)標(biāo)識(shí) m*n數(shù)組 l=(c-1)*m+r 3.“邏輯1”標(biāo)識(shí) mxm024_1CH.5 尋訪(fǎng)與賦值 A(r,c), A(r,:), A(:,c), A(:) 利用一

12、長(zhǎng)列一維數(shù)組給二維數(shù)組值 A(s) 生成由s指定的行或列一維數(shù)組 A(L) L與A同維元素為0或1 A(r,c)=Sa 同維 A(:)=D(:) 元素總數(shù)相同 mxm025_1,CH.6 數(shù)組運(yùn)算函數(shù) 1.三角函數(shù) sin( ), cos( ), tan( ), cot( ),atan(), atan2() 2.指數(shù)函數(shù) exp( ), log( ), log10, log2, pow2, sqrt 3.復(fù)數(shù)函數(shù) abs, angle, conj, image, real 4.圓整函數(shù) ceil：向正無(wú)窮 fix：向0 floor：向負(fù)無(wú)窮 round：向最近整數(shù),5.坐標(biāo)變換 cart2sp

13、h：直角坐標(biāo)到球坐標(biāo) cart2pol：直角坐標(biāo)到極坐標(biāo) sph2cart pol2cartCH.7數(shù)組運(yùn)算與矩陣運(yùn)算 數(shù)組矩陣A.AAs（s為標(biāo)量）A.p ApA./BA/B,exp(A)expm(A)log(A)logm(A)sqrt(A)sqrtm(A) f(A)funm(A,fn) A#B 關(guān)系運(yùn)算 AB 邏輯運(yùn)算CH.8 數(shù)組生成函數(shù)和操作函數(shù)一、生成函數(shù) mxm028_1B = zeros(m,n) 生成mxn的全0數(shù)組B = ones(m,n) 生成mxn的全1數(shù)組 B = rand(m,n) 均勻分布,B = randn(m,n) 正態(tài)分布 B=eye(n) 生成nxn單位陣

14、Bdiag(v) 以向量v的元素為對(duì)角線(xiàn)元素的 對(duì)角陣 v=diag(X) 提取矩陣X的對(duì)角線(xiàn)元素給v 二、操作函數(shù) mxm028_2 mxm028_3 C = cat(dim,A,B)：沿dim方向?qū),B接起來(lái) reshape(A, m, n)：將A改成mxn的數(shù)組 A=kron(B,C)：Kronecker積,C=repmat(A,m,n)：沿行維鋪設(shè)m個(gè)A，沿列維鋪設(shè)n個(gè)A n m B=rot90(A) flipud(A) fliplr(A),CH.9 算例 mxm029_1, mxm029_2, mxm029_3,CH.10 高維數(shù)組 一、創(chuàng)建 1.直接通過(guò)全下標(biāo)賦值 2.由若干同維

15、數(shù)組組合 3.ones,zeros,rand,randn生成 4.用cat,repmat,reshape二、標(biāo)識(shí) ndims：確定維數(shù) size：各維的大小 length：max（size） squeeze：撤銷(xiāo)孤維,CH.11 非數(shù)和空數(shù)組一、非數(shù) NaN, nan(not a number) mxm0211_1 1.性質(zhì) 傳遞性 無(wú)大小 2.作用 記錄0/0等情況 避免上述情況使運(yùn)行中斷 剪裁圖形 nan：判別是否為非數(shù) mxm0211_2,二、空數(shù)組 用表示 改變數(shù)組大小 mxm0211_3CH.12 關(guān)系操作和邏輯操作 一、matlab約定 1.所有非零都被認(rèn)作邏輯真 2.輸出為0或1。0：假 3.可以作為數(shù)值類(lèi)參加運(yùn)算，但又不完 全是數(shù)值類(lèi)二、關(guān)系運(yùn)算符 , =, , = =：是否相等,= 注意標(biāo)量參與關(guān)系運(yùn)算的情況 mxm0212_1 m