1、MATLAB 應(yīng)用Application of Matlab Languagen 課程的作用n 課程的目的n 課程的特點(diǎn)n 課程安排2課程的作用 在歐美各高等學(xué)校，Matlab成為線性代數(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、圖像處理等諸多課程的基本教學(xué)工具，成為本科生、碩士生和博士生的必須掌握的基本技能。 在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門(mén)，Matlab已被廣泛地用于研究和解決各種具體的工程問(wèn)題。 可以預(yù)見(jiàn)，Matlab將在我國(guó)科學(xué)研究和工程應(yīng)用中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。3本課程的目的講授MATLAB語(yǔ)言基礎(chǔ)入門(mén)知識(shí)，介紹MATLAB產(chǎn)品的體系、MATLAB 桌面工具的使用方法，重點(diǎn)介

2、紹MATLAB的數(shù)據(jù)可視化、數(shù)值計(jì)算的基本步驟以及如何使用MATLAB語(yǔ)言編寫(xiě)整潔、高效、規(guī)范的程序。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，了解、熟悉、掌握 MATLAB的基本編程方法，并具有初步的利用計(jì)算機(jī)處理、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。本課程的特點(diǎn)交叉性課程，是計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)理論知識(shí)以及諸多工程理論知識(shí)的綜合。實(shí)踐性課程。內(nèi)容多，課時(shí)少，要求同學(xué)上課認(rèn)真聽(tīng)講，要充分利用上機(jī)實(shí)踐消化、理解、掌握課上講解內(nèi)容。4課程安排課堂教學(xué)：共20學(xué)時(shí)；（1-14周） 上機(jī)試驗(yàn)：共10學(xué)時(shí)。（具體時(shí)間待定 ）成績(jī)構(gòu)成：p1)上機(jī)實(shí)驗(yàn)成績(jī)占20%;2)考勤 10% ;3) 考試70% （集中考試）。主要參考書(shū)精

3、通MATLAB 6.5張志涌 等編著，北航出版，2003年Matlab程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用 劉衛(wèi)國(guó)主編，高等教育5第一講 Matlab概述及入門(mén)基礎(chǔ)n Matlab軟件概述n Matlab的桌面環(huán)境及入門(mén)知識(shí)61Matlab概述內(nèi)容n Matlab的歷史與發(fā)展n Matlab產(chǎn)品體系n Matlab 語(yǔ)言的特點(diǎn)目的n 全面了解 Matlab軟件包n 激發(fā)對(duì)Matlab軟件的學(xué)習(xí)興趣7Matlab的歷史與發(fā)展MATLAB的歷史及影響70年代中期，Cleve Moler博士及其同事在美國(guó)國(guó)家的幫助下，開(kāi)發(fā)了LINPACK和EISPACK的FORTRAN語(yǔ)言子程序庫(kù)，這兩個(gè)程序庫(kù)代表了當(dāng)時(shí)矩陣運(yùn)算的最高水

4、平。到了70年代后期，身為美國(guó)新墨西哥州大學(xué)計(jì)算機(jī)系系主任的CIeve Moler，在給學(xué)生上線性代數(shù)課時(shí)，為了讓學(xué)生能使用這兩個(gè)子程序庫(kù)，同時(shí)又不用在編程上花費(fèi)過(guò)多的時(shí)間，開(kāi)始著手用FORTRAN語(yǔ)言為學(xué)生編寫(xiě)使用LINPACK和EISPACK的接口程序，他將這個(gè)程序取名為MATLAB，其名稱是由MATrix和 LABoratory（矩陣實(shí)驗(yàn)室）兩個(gè)單詞的前三個(gè)字母所合成。在1978年，Malab就面世了。這個(gè)程序獲得了很大的成功， 受到了學(xué)生的廣泛歡迎。在以后的幾年里，Matlab在多所大學(xué)里作為教學(xué)輔助軟件使用，并作為面向大眾的免費(fèi)軟Cleve Moler 件廣為流傳。8將MATLAB商

5、品化的不是Cleve Moler,而是一個(gè)名叫Jack Little的人。當(dāng)免費(fèi)的MATLAB軟件到Stanford大學(xué)，Jack Little正在該校主修控制，便接觸到了當(dāng)時(shí)MATLAB， 直覺(jué)告訴他，這是一個(gè)具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ能浖?。因此他在畢業(yè)沒(méi)多久，就開(kāi)始用C語(yǔ)言重新編寫(xiě)了MATLAB的核心。在Moler的協(xié)助下，于1984年成立MathWorks公司，首次推出MATLAB商用版。在其商用版推出的初期， MATLAB就以其優(yōu)秀的品質(zhì)（高效的數(shù)據(jù)計(jì)算能力和開(kāi)放 的體系結(jié)構(gòu)）占據(jù)了大部分?jǐn)?shù)學(xué)計(jì)算軟件的市場(chǎng)，原來(lái)應(yīng) 用于控制領(lǐng)域里的一些封閉式數(shù)學(xué)計(jì)算軟件包（如英國(guó)的UMIST、瑞典的LUND和

6、SIMNON、德國(guó)的KEDDC）就紛紛被淘汰或在MATLAB上重建。Jack Little9Matlab的歷史與發(fā)展Matlab版本的發(fā)展 1992年，支持Windows 3.x的MATLAB 4.0版本推出，增加了Simulink，Control， Neural Network，Signal Processing等專用工具箱。 1993年11月，MathWorks公司推出了Matlab 4.1，其中主要增加了符號(hào)運(yùn)算功能。當(dāng)升級(jí)至Matlab 4.2c，這能在用戶中得到廣泛應(yīng)用。 1997年，Matlab 5.0版本問(wèn)世了,實(shí)現(xiàn)了真正的32位運(yùn)算，加快數(shù)值計(jì)算，圖形表現(xiàn)有效。 2001年初，

7、MathWorks公司推出了Matlab 6.0（R12）。 2002年7月，推出了Matlab 6.5(R13)，在這一版本中Simulink升級(jí)到了5.0，性能有了很大提高，另一大特點(diǎn)是推出了JIT程序加速器，Matlab的計(jì)算速度有了明顯的提高。 2005年9月，推出了MAILAB 7.1(Release14 SP3)，在這一版本中Simulink升級(jí)到了6.3，軟件性能有了新的提高，用戶界面更加友好。值得說(shuō)明的是，Matlab V7.1版采用了更先進(jìn)的數(shù)學(xué)程序庫(kù)，即“LAPACK”和“BLAS”。10Matlab的歷史與發(fā)展Matlab版本的發(fā)展到7.1版為止，MATLB的釋放編號(hào)均以

8、數(shù)字來(lái)命名。版本釋放編號(hào)年份1984年1986年1987年1990年1992年1994年1996年1997年版本釋放編號(hào)年份1999年MATLAB 1.0MATLAB 2MATLAB 3MATLAB 3.5MATLAB 4MATLAB 4.2cMATLAB 5.0MATLAB 5.1MATLAB 5.1.1MATLAB 5.2MATLAB 5.2.1MATLAB 5.3MATLAB 5.3.1MATLAB 6.0MATLAB 6.1MATLAB 6.5MATLAB 6.5.1MATLAB 6.5.2MATLAB 7MATLAB 7.0.1MATLAB 7.0.4MATLAB 7.1R11 R1

9、1.1 R12 R12.1 R13 R13SP1 R13SP2 R14 R14SP1 R14SP2R14SP32000年2001年2002年2003年R7 R8 R9 R9.1 R10R10.12004年1998年2005年11Matlab的歷史與發(fā)展Matlab版本的發(fā)展從7.2版開(kāi)始，釋放編號(hào)以年份來(lái)命名，每年3月份推出的用a表示，9月份推出的則以b表示，例如R2006a代表2006年3月推出的版本，R2009b指2009年下半年推出的版本。版本釋放編號(hào)年份2010年版本MATLAB 7.2MATLAB 7.3MATLAB 7.4MATLAB 7.5MATLAB 7.6MATLAB 7.7

10、MATLAB 7.8MATLAB 7.9釋放編號(hào)R2006a R2006b R2007a R2007b R2008a R2008b R2009aR2009b年份2006年MATLAB 7.10MATLAB 7.11MATLAB 7.12MATLAB 7.13MATLAB 7.14MATLAB 8.0MATLAB 8.1MATLAB 8.2MATLAB 8.3R2010a R2010b R2011a R2011b R2012a R2012b R2013a R2013bR2014a2011年2007年2012年2008年2013年2009年2014年12MATLAB就是這樣經(jīng)過(guò)了近30年的專門(mén)打造

11、、20多年的千錘百煉，它以高性能的數(shù)組運(yùn)算（包括矩陣運(yùn)算）為基礎(chǔ)，不僅實(shí)現(xiàn)了大多數(shù)數(shù)學(xué) 算法的高效運(yùn)行函數(shù)和數(shù)據(jù)可視化，而且提供了非常高效的計(jì)算機(jī)高級(jí)編 程語(yǔ)言，在用戶可參與的情況下，各種專業(yè)領(lǐng)域的工具箱不斷開(kāi)發(fā)和完善， MATLAB取得了巨大的成功，已廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、工程應(yīng)用，用于數(shù)值計(jì)算分析、系統(tǒng)建模與仿真。早在20世紀(jì)90年代初，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的大學(xué)就將MATLAB列為一種必須掌握的編程語(yǔ)言。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)的很多大學(xué)也將MATLAB列為了本 科生必修課程。與Maple、Mathematica數(shù)學(xué)計(jì)算軟件相比，MATLAB以數(shù)值計(jì)算見(jiàn)長(zhǎng)，而Maple等以符號(hào)運(yùn)算見(jiàn)長(zhǎng)，能給出解析解和任意

12、精度解，而處理大量數(shù)據(jù)的能力遠(yuǎn)不如MATLAB。MATLAB軟件功能之強(qiáng)大、應(yīng)用之廣泛，已成為為21世紀(jì)最為重要的科學(xué)計(jì)算語(yǔ)言?？梢?jiàn)學(xué)習(xí)掌握這一工具的重要性。13Matlab的產(chǎn)品體系安裝MATLAB后，在安裝目錄下將包含如下文件夾。14Matlab的產(chǎn)品體系安裝MATLAB后，在安裝目錄下將包含如下文件夾。續(xù)表15MATLAB編程語(yǔ)言的特點(diǎn) 語(yǔ)法規(guī)則簡(jiǎn)單。尤其內(nèi)定的編程規(guī)則，與其他編程語(yǔ)言（如C、Fortran等）相比更接近于常規(guī)數(shù)學(xué)表示。對(duì)于數(shù)組變量的使用，不需類(lèi)型聲明，無(wú)需事先申請(qǐng)內(nèi)存空間。 MATLAB基本的語(yǔ)言環(huán)境提供了數(shù)以千計(jì)的計(jì)算函數(shù)，極大的提高了用戶的編程效率。如，一個(gè)fft函

13、數(shù)即可完成對(duì)指定數(shù)據(jù)的快速傅里葉變換，這一任務(wù)如果用C語(yǔ)言來(lái)編程實(shí)現(xiàn)的話，至少要用幾十條C語(yǔ)言才能完成。 MATLAB是一種腳本式（scripted）的解釋型語(yǔ)言，無(wú)論是命令、函數(shù)或變量，只要在命令窗口的提示符下鍵入，并“回車(chē)（Enter）”，MATLAB都予以解釋執(zhí)行。 平臺(tái)無(wú)關(guān)性（可移植性）。MATLAB軟件可以運(yùn)行在很多不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)上，如Windows Me/NT/2000/XP、很多不同版本的UNIX以及Linux。無(wú)論你在哪一個(gè)平臺(tái)上編寫(xiě)的程序都可以運(yùn)行在其它平臺(tái)上，對(duì)于MATLAB數(shù)據(jù)文件也一樣，是平臺(tái)無(wú)關(guān)的。極大保護(hù)了用戶的勞動(dòng)、方便了用戶。其繪圖功能 也是平臺(tái)無(wú)關(guān)的。無(wú)

14、論任何系統(tǒng)平臺(tái)，只要MATLAB能夠運(yùn)行，其圖形功能命令就能正常運(yùn)行。 因此，MATLAB是一個(gè)簡(jiǎn)單易用、功能強(qiáng)大的高效編程語(yǔ)言。16功能強(qiáng)大n 數(shù)值運(yùn)算n 符號(hào)運(yùn)算n 強(qiáng)大的2D、3D數(shù)據(jù)可視化功能n 許多具有算法自適應(yīng)能力的功能函數(shù)17語(yǔ)言簡(jiǎn)單、內(nèi)涵豐富語(yǔ)言及其書(shū)寫(xiě)形式非常接近于常規(guī)數(shù)學(xué)書(shū)寫(xiě)形式；其操作和功能函數(shù)指令就是常用的計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)書(shū)上的一些簡(jiǎn)單英文單詞表達(dá)的，如：help、clear等；完備的幫助系統(tǒng)，易學(xué)易用。擴(kuò)充能力、可開(kāi)發(fā)能力較強(qiáng)MATLAB完全成了一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)用戶可以開(kāi)發(fā)自己的工具箱可以方便地與Fortran、C等語(yǔ)言接口編程易、效率高M(jìn)atlab以數(shù)組為基本計(jì)算單元具有

15、大量的算法優(yōu)化的功能函數(shù)182MATLAB的桌面環(huán)境及入門(mén)知識(shí)啟動(dòng)與退出MATLAB命令窗口及使用工作空間命令歷史窗口當(dāng)前目錄窗口和搜索路徑獲取在線幫助192.1 啟動(dòng)與退出MATLAB啟動(dòng)MATLABn 直接用鼠標(biāo)雙擊桌面上MATLAB7.1圖標(biāo)n 或Windows桌面的“開(kāi)始”“所有程序”“MATLAB7.1” “MATLAB7.1”。退出MATLABn 關(guān)閉MATLAB桌面n 在命令窗口執(zhí)行quit或exit命令n 在菜單“文件”的下拉菜單點(diǎn)“exitMATLAB缺省桌面（見(jiàn)下頁(yè)）Matlab”202.1 啟動(dòng)與退出MATLAB （續(xù)）21命令提示符Start 菜單歷史命令窗口工作空間命

16、令窗口文件編輯窗口工具欄菜單欄2.2 命令窗口的使用激活命令窗口?！啊?與閃爍的光標(biāo)一起表明系統(tǒng)就緒，等待輸入。命令窗口脫離MATLAB桌面。簡(jiǎn)單計(jì)算12 + 2 (7 - 4) 32【例1-1】計(jì)算（1）在MATLAB命令窗口輸入以下內(nèi)容：(12+2*(7-4)/32（2） 按【Enter】鍵，指令執(zhí)行。（3） 返回的計(jì)算結(jié)果：ans=2222.2 命令窗口（續(xù)）說(shuō)明在命令窗口【Enter】鍵提交命令執(zhí)行。Matlab所用運(yùn)算符（如+、-、等）是各種計(jì)算程序中常見(jiàn)的。計(jì)算結(jié)果中的“ans”是英文“answer”的一種縮寫(xiě)， 其含義就是“運(yùn)算答案”。ans是Matlab的一個(gè)預(yù)定義 變量。23

17、2.2 命令窗口（續(xù)）簡(jiǎn)單計(jì)算（續(xù)）【例1-2】計(jì)算 sin(45 )sin(45*pi/180)ans=0.7071(+ 1) 的值，其中x=4.92?！纠?-3】計(jì)算2ex+0.5，。sqrt(2*exp(4.92+0.5)+1)ans=21.278124 Matlab中開(kāi)平方sqrt(x)是英文square root的縮寫(xiě) Matlab中指數(shù)函數(shù)exp(x)， 常見(jiàn)的表達(dá)方式。 Matlab中正弦函數(shù)sin就是常見(jiàn)的正弦函數(shù)。 它的參數(shù)值是以“弧度”為單位的。 pi也是Matlab的預(yù)定義變量。 pi=3.14159 Matlab對(duì)字母大小寫(xiě)是敏感的。2.2 命令窗口 （續(xù)）7“clc”

18、清除窗口顯示內(nèi)容的命令。2sin(0.3p )【例1-4】計(jì)算的值。y =1+5y=2*sin(0.3*pi)/(1+sqrt(5)y=0.50002cos(0.3p )【例1-5】計(jì)算的值。y =1+5y=2*cos(0.3*pi)/(1+sqrt(5)y=0.363325% 命令行編輯 “”鍵調(diào)回已輸入過(guò)命令。 修改。2.2 命令窗口 （續(xù)）【例1-5】計(jì)算半徑為5.2m的圓的周長(zhǎng)和面積。radius=5.2;%圓的半徑area=pi*5.22, circle_len=2*pi*5.2area =84.9487circle_len =32.672626 以上兩例，命令行中用到了等號(hào)“=”。

19、 計(jì)算結(jié)果不再賦給“ans”，而是賦給 用戶指定的變量y、area、circle_len。 無(wú)論是預(yù)定義變量還是用戶自定義變量都被存儲(chǔ)在系統(tǒng)的工作空間內(nèi)，即系統(tǒng)定義的一個(gè)存儲(chǔ)窗口變量的內(nèi)存空間。 Who、whos命令用來(lái)顯示工作空間的變量 clear命令用來(lái)清除工作空間的變量。2.2 命令窗口（續(xù)）whoYour variables are:ans areawhosName ans areacircle_lenradiusySize 1x1 1x11x1 1x11x1Bytes 88888Classdouble array double array double arraydouble arr

20、aycircle_len radiusydouble arrayGrand total is 5 elements using 40 bytes27 Who、whos命令用來(lái)顯示工作空間的變量區(qū)別：whos命令給出變量名的同時(shí)還會(huì)給出他們的維數(shù)和性質(zhì)。 clear命令用來(lái)清除工作空間的變量。2.2 命令窗口 （續(xù)）clear ywhoYour variables are:ansareacircle_lenradiusclear ans areawhosYour variables are:Name circle_lenradiusSize1x1 1x1Bytes88Class double a

21、rraydouble arrayGrand total is 2 elements using 16 bytes282.2 命令窗口 （續(xù)）數(shù)值顯示格式設(shè)置缺省顯示格式：簡(jiǎn)潔的短（short g）格式窗口命令及語(yǔ)法格式：format 顯示格式關(guān)鍵字如：format long%15位數(shù)字顯示常見(jiàn)通用命令命令clc clearwho或whos dircdhelp或doc quit或exit edit含義清除命令窗口的顯示內(nèi)容清除Matlab工作空間中保存的變量顯示Matlab工作空間中的變量信息顯示當(dāng)前工作目錄的文件和子目錄顯示或設(shè)置當(dāng)前工作目錄獲取在線幫助關(guān)閉/退出MATALB 打開(kāi)M文件編輯器

22、292.3工作空間查看工作空間內(nèi)存變量，可以由who、whos 。命名新變量。修改變量名刪 除 變 量 繪圖保存變量數(shù)據(jù)裝入數(shù)據(jù)302.4 歷史窗口歷史窗口：首先記錄每次啟動(dòng)時(shí)間并記錄在命令窗口輸入的命令，此次運(yùn)行期間， 輸入的所有命令被記錄為一組，并以此次啟動(dòng)時(shí)間為標(biāo)志。使用歷史窗口：可以查看命令窗口輸入過(guò)的命令或語(yǔ)句可以選擇一條或多條命令執(zhí)行拷貝、執(zhí)行、創(chuàng)建M文件等。要清除歷史記錄，可以選擇Edit菜單中的Clear Command History 命令312.5 當(dāng)前目錄窗口和搜索路徑當(dāng)前目錄窗口：指Matlab運(yùn)行時(shí)的工作目錄。只有在當(dāng)前目錄和搜索路徑下的文件、函數(shù)才可以被運(yùn)行和調(diào)用。

23、如果沒(méi)有特殊指明，數(shù)據(jù)文件也將存放在當(dāng)前目錄下； 用戶可以將自己的工作目錄設(shè)置成當(dāng)前目錄，從而使 得所有操作都在當(dāng)前目錄中進(jìn)行。在桌面快捷方式中-右鍵-屬性-修改起始位置為目標(biāo)目錄32搜索路徑：指Matlab執(zhí)行過(guò)程中對(duì)變量、函數(shù)和文件進(jìn)行搜索的路徑。在File菜單中選擇Set Path命令或在命令窗口輸入pathtool命令，出現(xiàn)搜索路徑設(shè)置對(duì)話框：！修改完搜索路徑后， 需要進(jìn)行保存。332.6獲取在線幫助MATLAB提供的幫助信息有兩類(lèi)n 簡(jiǎn)單純文本幫助信息helplookfor（條件比較寬松）例：inversen 窗口式綜合幫助信息（文字、公式、圖形）dochelpwin34【功能演示-

24、1】2 x5 - 3 x3 + 71x2 - 9 x + 13 = 0 的全部根。求方程p = 2,0,-3,71,-9,13;建立多項(xiàng)式系數(shù)向量x = roots(p)；求根x =-3.49141.6863 + 2.6947i1.6863 - 2.6947i0.0594 + 0.4251i0.0594 - 0.4251i35【功能演示-2】求解線性方程組2 x + 3 y - z = 28 x + 2 y + 3z = 445 x + 3 y + 9z = 23a = 2,3,-1;8,2,3;45,3,9;建立系數(shù)矩陣ab = 2;4;23;建立列向量bx = inv(a)*bx =0.5

25、5310.2051-0.278436符號(hào)計(jì)算syms x y z建立符號(hào)變量x,y,z=solve(2*x+3*y-z-2,8*x+2*y+3*z-4,45*x+3*y+9*z-23)x = 151/273y = 8/39z =-76/27337【功能演示-3】求解定積分1求解 I=x ln(1 + x)dx0quad(x.*log(1+x),0,1)ans = 0.250或syms x int(x*log(1+x),0,1) ans =1/438【功能演示-4】多項(xiàng)式曲線擬合考慮如下x-y 一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：x=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10;y=1.2, 3, 4,

26、 4, 5, 4.7, 5, 5.2, 6, 7.2;注：y(x) = x3 - 2x2 - 5一次多項(xiàng)式擬合：y = 1- 20- 5In MATLABp1 = polyfit(x,y,1);三次多項(xiàng)式擬合：p3 = polyfit(x,y,3);plot 原始數(shù)據(jù)、一次擬合曲線和三次擬合曲線x2=1:0.1:10;y1=polyval(p1,x2); y3=polyval(p3,x2);plot( x, y, *, x2, y1, :, x2, y3)39擬合曲線圖由圖可見(jiàn)，三次擬合結(jié)果較好。403 數(shù)值表示、變量及表達(dá)式3.1 數(shù)值的記述Matlab的數(shù)只采用習(xí)慣的十進(jìn)制表示，可以帶小數(shù)點(diǎn)和負(fù)號(hào)；其缺省的數(shù)據(jù)類(lèi)型為雙精度浮點(diǎn)型（double）。例如：3-100.0011.3e101.256e-63.2 變量命名規(guī)則 變量名、函數(shù)名對(duì)字母的大小寫(xiě)是敏感的。如MyVar與myvar表示兩個(gè)不同的變量。 變量名的第一個(gè)字符必須是英文字母。 變量名可以包含英文字母、下劃線和數(shù)字。 變量名不能包含空格、標(biāo)點(diǎn)和運(yùn)算符。 變量名最多可包含63個(gè)字符（6.5及以后的版本）。413 數(shù)值表示、變量及表達(dá)式（續(xù)）3.3Matlab預(yù)定義的變量說(shuō)明每當(dāng)MATLAB啟動(dòng)完成，這些變量就被產(chǎn)生。MATLAB中，被0除不會(huì)