MATLAB语言及其应用课件CH01matlab语言概述.ppt

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1、第 1 章 MATLAB语言概述 MATLAB语言及其应用1/28/2023周学成周学成2012.022012.02第 1 章 MATLAB语言概述 第第1章章 MATLAB语言概述语言概述 1.1 MATLAB语言及其特点语言及其特点1.2 MATLAB语言工作环境语言工作环境 1.3 MATLAB的基本操作演示的基本操作演示1.4 教学安排与参考书籍教学安排与参考书籍第 1 章 MATLAB语言概述 1.1 MATLAB语言及其特点语言及其特点 MATLAB是“MATrix LABoratory”的缩写（矩阵实验室），它是由美国Mathworks公司于1984年正式推出的一种科学计算软件。

2、MATLAB的3.x(DOS)版本于1988年推出，随后1992年推出了4.x(Windows)版本。随着新版本的推出，MATLAB的扩展函数越来越多，功能越来越强大。1.1.1 MATLAB的由来与发展的由来与发展l20世纪七十年代后期：时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的Cleve Moler 教授为便于线性代数的教学和实验编程，用FORTRAN设计了一组矩阵子程序接口，此即MATLAB语言的雏形。l1984年John Little、Cleve Moler and Steve Bangert 成立了MathWorks公司，并把MATLAB正式推向市场。此时MATLAB的内核采用C语言编写

3、，而且除原有的数值计算能力外，还新增了数据图视功能。l进入20世纪九十年代的时候，MATLAB已经成为国际控制界公认的标准计算软件。1992年推出4.0版，具有划时代的意义。不仅支持windows操作系统，而且推出了Simulink仿真和符号计算工具箱第 1 章 MATLAB语言概述 l1997年 5.0 版：支持更多的数据结构，包括单元数据、结构数据、多维数组、对象与类等。l2000年 6.0 版：操作界面更加完善，计算性能进一步提高。（Simulink 4.0）l2002年 6.5 版：在计算方法、图形功能、用户界面设计和编程手段上有了重大改进。（Simulink 5.0）l2004年 7

4、.0 版、2005年7.1版l随后每年发布两次以年份命名的版本，R2006A-7.2/R2006B7.3/R2007A7.4/R2007B7.5 /R2008A7.6/R2008B7.7/R2009A7.8/R2009B7.9/R2010A7.10/R2010B7.11 第 1 章 MATLAB语言概述 MATLAB集成度高，使用方便，输入简捷，运算高效，内容丰富，并且很容易由用户自行扩展，与其它计算机语言相比，MATLAB有以下显著特点：1MATLAB是一种解释性语言是一种解释性语言MATLAB是以解释方式工作的，键入算式立即得结果，无需编译，即它对每条语句解释后立即执行。若有错误也立即作出

5、反应，便于编程者马上改正。这些都大大减轻了编程和调试的工作量。2变量的变量的“多功能性多功能性”(1)每个变量代表一个矩阵，它可以有nm元素；(2)每个元素都看作复数，这个特点在其它语言中也是不多见的；(3)矩阵行数、列数无需定义：若要输入一个矩阵，在用其它语言编程时必须定义矩阵的阶数，而用MATLAB语言则不必有阶数定义语句，输入数据的列数就决定了它的阶数；第 1 章 MATLAB语言概述 3运算符号的运算符号的“多功能性多功能性”所有的运算，包括加、减、乘、除、函数运算都对矩阵和复数有效。4人机界面适合科技人员人机界面适合科技人员语言规则与笔算式相似：MATLAB的程序与科技人员的书写习惯

6、相近，因此易写易读，易于在科技人员之间交流。5强大而简易的绘图功能强大而简易的绘图功能(1)能根据输入数据自动确定坐标绘图；(2)能规定多种坐标（极坐标、对数坐标等）绘图；(3)能绘制三维坐标中的曲线和曲面；(4)可设置不同颜色、线型、视角等。如果数据齐全，通常只需一条命令即可出图。6智能化程度高智能化程度高 包含各种常用工具箱：现在已经有控制系统、信号处理、图像处理、系统辨识、模糊集合、神经元网络、小波分析等20余个工具箱，并且还在继续发展中。7功能丰富，可扩展性强功能丰富，可扩展性强MATLAB软件包括基本部分和专业扩展部分。基本部分包括：矩阵的运算和各种变换，代数和超越方程的求解，数据处

7、理和傅里叶变换，数值积分等等。扩展部分称为工具箱(toolbox)，用于解决某一个方面的专门问题，或实际某一类的新算法。第 1 章 MATLAB语言概述 1.2 MATLAB语言的工作环境语言的工作环境1.2.1 MATLAB系统的安装1.2.2 MATLAB系统的启动1.2.3 MATLAB的命令窗口1.2.4 工作空间1.2.5 命令窗口与当前路径窗口1.2.6 图形窗1.2.7 文本编辑窗第 1 章 MATLAB语言概述 1.2.1 MATLAB系统的安装系统的安装 MATLAB的安装过程的安装过程(1)将安装盘放入光驱中，双击双击setup.exe文件，开始安装（或机器自动执行安装文件

8、）。(2)按照安装安装向导的提示，在Select MATLAB Components 对话框中选择用户需要的选项选项，可选择的MATLAB部件包括MATLAB，Simulink和各种工具箱必须安装的文件，以及各部分的帮助文件（包括HTML和PDF两种格式）。(3)在Select MATLAB Components对话框中选择安装的路径。安装程序默认的路径为“C:MATLAB”，点击“Brows.”按钮，可以设置安装路径设置安装路径。(4)单击“Next”按钮进行文件的解压和复制文件的解压和复制过程。(5)接下来安装向导会提问是否安装安装MATLAB Notebook。如果用户的计算机上已经安装

9、了Microsoft Word，那么就可以安装MATLAB Notebook。(6)安装完毕，单击Finish结束安装。最后在桌面上将形成如图1.1所示的图标。图1.1 MATLAB应用程序图标第 1 章 MATLAB语言概述 1.2.2 MATLAB1.2.2 MATLAB系统的启动系统的启动启动MATLAB系统的方法如下：选择桌面上（或“开始/程序/MATLAB”中）的MATLAB应用程序图标，双击（或单击）。MATLAB6.1启动后，将显示如图1.2所示的操作界面，它表示MATALB系统已建立，用户可与MATALAB系统进行交互操作。第 1 章 MATLAB语言概述 第 1 章 MATL

10、AB语言概述 1.2.3 MATLAB1.2.3 MATLAB的编程环境的编程环境1.菜单与功能菜单与功能 MATLAB命令窗口(Command Window)是用户和MATLAB系统交互的主要窗口。在该窗口中，用户可以运行函数、执行MATLAB的基本操作命令以及对MATLAB系统的参数设置等操作。在命令窗口的菜单条下，一般包括File、Edit、View、Windows和和Help。等下拉子菜单：通常情况下，MATLAB的工作环境主要由命命令令窗窗口口（Command Window）、当当前前路路径径窗窗 口口（Current Directory）、工工 作作 区区 间间 浏浏 览览 器器（

11、Workspace）、命命 令令 历历 史史 窗窗 口口（Command History）、启启动动平平台台(Launch Pad)、图图形形窗窗口口(Figure)和和文文本本编编辑辑窗窗口口(Editor)组组成成。启动平台(Launch Pad=start)窗口是6.x版本的新特点，它为用户提供MATLAB工具箱，用户可以方便地打开工具箱中的内容，包括帮助文件、演示示例、实用工具以及Web文档等内容。第 1 章 MATLAB语言概述 图1.3 命令窗口下的File子菜单 New及其子菜单：及其子菜单：允许用用户打开一个新的文件（M文件）、新的图形窗（Figure）、仿真模型文件(.mdl

12、)和图形用户界面文件(GUI)。Open.：从指定的相应路径和文件名打开一个已经存在的文件。Close Command Window：关闭命令窗口。Import Data.：在MATALB工作空间中生成一变量，并从指定的路径和相应的文件中获取数据。Save Workspace As.：将工作空间中的所有变量数据保存在指定的路径下的相应的文件(.mat)中。Set Path.：设置MATLAB的搜索路径。Preferences.：允许用户对系统的一些性能参数进行设置，如数据格式、字体大小与颜色等。第 1 章 MATLAB语言概述 View菜单：菜单：View菜单所包含的选择项如图1.4所示，各选

13、项的含义：图1.4 命令窗口下的View子菜单 Desktop Layout及其子菜单及其子菜单：允许用户在桌面上同时显示不同的窗口。Undock Command Window：单独显示命令窗口。Current Directory Filter及其子菜单：及其子菜单：允许用户设置当前目录浏览器中浏览的文件类型。Workspace View Options及其子菜单：及其子菜单：允许用户设置工作空间窗口中所显示变量的属性(大小、比特数、变量类型)以及以显示变量的方式(按变量名、大小)。MATLAB命令窗口的工具栏如图1.5所示。图1.5 MATLAB命令窗口工具栏 第 1 章 MATLAB语言概

14、述 工具栏上按钮的含义依次如下：打开一个新的.m文件编辑器窗口。在编辑器中打开一个已有的MATALB相关文件。剪切。复制。粘贴。撤销上一步操作。恢复上一步操作。创建一个新的Simulink模块文件。打开MATLAB的帮助。第 1 章 MATLAB语言概述 2.命令窗的编辑特殊功能键与命令窗口的设置 命令窗口是MATLAB的主窗口，当用户使用命令窗口进行工作时，在命令窗口中可以直接输入相应的命令，系统将自动显示信息。MATLAB的特殊的功能键的特殊的功能键 调出上一个（历史）命令行 调出下一个命令行Esc恢复命令输入的空白状态当输入命令的语句过长，需要两行或多行才能输入，则要使用“”作连接符号，

15、按回车键(Enter)转入下一行继续输入。命令窗口的设置命令窗口的设置 首先要选择File菜单中的Preferences项，打开如图1.6所示的参数设置对话框，单击Command Window标签即可进入命令窗口的设置。第 1 章 MATLAB语言概述 图1.6 命令窗口设置对话框 Text display该选项组用来设置命令窗口中的数据格式、窗口数字显示与Tab制表符的字符数。Display选项组选项组 Echo on复选框：复选框：在执行M文件时，如果想将执行的命令显示在命令窗口，则可以选中该复选框。Limit matrix display width to eighty columns复

16、选框：复选框：如果想在命令窗口中显示80列输出，则可以选中该复选框。第 1 章 MATLAB语言概述 Enable up to 100 tab completions复选框。复选框。Command session scroll buffer size滑杆。滑杆。显示形式范例(215/6)说明short(默认)35.8333两位整数，4位小数long35.8333333333333416位十制数short e3.5833e+0015位十进制数加指数long e3.583333333333334e+00116位十进制数加指数hex4041eaaaaaaaaaab16位十六进制数short g35.

17、8335位十进制数long g35.833333333333315位十进制数bank35.83两位小数+正、负、零rat215/6分数近似数字显示格式（对同一数据）第 1 章 MATLAB语言概述 1.2.4 1.2.4 工作空间工作空间 MATLAB6.x以后版本的工作空间作为一个独立的窗口，其操作性相当方便。它允许用户查看当前MATLAB工作空间的内容，它的作用与命令“whos”相同（“whos”的作用是：在命令窗口中直接键入“whos”，回车后即可在命令窗口中查看当前MATLAB工作空间的内容），不同的是用图形化的表示方法来显示。而且，通过它可以对工作空间中的变量进行删除、保存、修改等操

18、作。图1.7 工作空间 图1.8 数组编辑器 第 1 章 MATLAB语言概述 在工作空间中，用鼠标双击所选变量(也可用鼠标先对一个或多个变量完成选择后，再单击工具条中的图标)则进入数组编辑器(Array Editor)，此时用户可对变量的维数、内容等进行修改。若在工作空间选择某变量后，再单击鼠标右键即可弹出如图1.9所示的操作菜单，实现对该变量的曲线、曲面等图形的绘制。图1.9 工作空间操作菜单 命令历史窗口命令历史窗口(Command History)主要显示曾经在Command Window窗口执行过的命令。当前路径窗口当前路径窗口(Current Directory)主要显示当前工作在

19、什么路径下，包括M文件的打开路径等。当前路径窗口允许用户对MATLAB的路径进行查看和修改，如果修改了路径会立即产生作用。通常启动MATLAB之后的默认当前路径是MATLABwork，如果不改变当前目录，用户自己的工作空间和文件都将保存到该目录。1.2.5 1.2.5 命令窗口与当前路径窗口命令窗口与当前路径窗口第 1 章 MATLAB语言概述 MATLAB是采用路径搜索的方法来查找文件系统中的是采用路径搜索的方法来查找文件系统中的M文件的。文件的。如果在命令窗口中输入如下命令：testMATLAB对这一命令的搜索顺序为：对这一命令的搜索顺序为：(1)检查“test”是否是存储在工作空间中的变

20、量。若为工作空间中变量，则返回该变量的内容；(2)检查“test”是否为MATLAB的内部函数。若为内部函数，则返回要求输入内部函数参数信息。.(3)检查当前目录中是否有test.m、test.mex或test.dll文件；(4)检查MATLAB搜索路径上是否存在test.m、test.mex或test.dll文件；(5)如不满足上述任何一条件，则返回出错信息。如果在搜索路径中存在两个或多个同名函数，则只能发现搜索路径中的第一个函数，而其它同名函数不被执行。此搜索的顺序只是一般情况下的顺序，而实际的搜索规则要复杂得多。第 1 章 MATLAB语言概述 程序的运行方法程序的运行方法为了运行已有程

21、序，用户可事先设置好MATLAB的搜索路径，然后再运行程序。方法一：在当前路径窗口(Current Directory)将文件所在的路径设置为当前路径；方法二：单击File菜单中的Set Path项，弹出路径设置对话框如图1.11所示。图1.10 文件不存在对话框图1.11 Set Path对话框 第 1 章 MATLAB语言概述 1.2.6 图形窗图形窗MATLAB图形窗(Figure)主要用于显示用户所绘制的图形。通常，只要执行了任意一种绘图命令，图形窗就会自动产生。绘图都在这一个图形窗中进行。如果再建一个图形窗，则可键入figure命令，MATLAB会新建一个图形窗，并自动给它排出序号。

22、第 1 章 MATLAB语言概述 1.2.7 文本编辑窗文本编辑窗1.文本编辑窗启动通常，MATLAB命令编辑有行命令方式和文件方式两种：1、行命令方式。在命令窗口中一行一行地输入命令，计算机对每一行命令作出反应。2、MATLAB文本编辑器。MATLAB文本编辑器的功能就是完成编写、修改和调试这种文件程序就要用到M文件编辑器/调试器。文本编辑器/调试器的启动可以从命令窗口中选择新建或打开文件按钮进入，或在命令窗口中键入：edit(回车)。其编辑模式如图1.13所示。图1.13 文本编辑窗第 1 章 MATLAB语言概述 文本编辑器的相关菜单功能：文本编辑器的相关菜单功能：Save and Ru

23、n：保存并运行程序，直到遇到下一个断点。对应工具按钮为 。Single Step：单步执行。对应工具按钮为 。Step In：运行当前程序行，如果当前行调用了另外一个函数，则跳转到这个函数里。对应的工具按钮为 。Exit Debug Mode：退出调试模式。对应的工具按钮为 。Set/Clear Breakpoint：设置/清除断点。对应的工具按钮为 。Clear All Breakpoints：清除所有的断点。对应的工具按钮为 。Stop If Error：程序运行时遇到错误则停止。Stop If Warming：程序运行进遇到警告则停止。Stop If NaN or Inf：程序运行时遇到

24、不是数（Not a Number）或是无穷大（Infinite Value）。第 1 章 MATLAB语言概述 图1.14 Editor/Debugger参数对话框2.文本编辑器的参数设置文本编辑器的参数设置 第 1 章 MATLAB语言概述 Colors选项组用来设置颜色选项组用来设置颜色：显示方式的设置显示方式的设置Opening files in editor选项组设置编辑器中文件打开方式：Display选项组：键盘与缩进参数设置键盘与缩进参数设置Key bindings选项组设置用户习惯的键盘定义：M-file indenting for Enter key选项组设置M文件的不同缩进格

25、式：Indent选项组设置适合用户的缩进参数：Tab选项组设置适合用户的制表符参数：Editor/Debugger的参数设置的参数设置 Editor选项组：Debugger Options选项组：Most recently used of files list 选项组：On restart选项组：字体与颜色的设置字体与颜色的设置Font选项组用来设置字体：第 1 章 MATLAB语言概述 1.3 MATLAB的基本操作命令的基本操作命令 MATLAB的命令基本上可以分为五类，包括管理命令和函数、管理变量和工作空间的命令、控制命令窗口的命令、对文件和环境操作的命令以及退出MTALAB的命令。1窗

26、口命令窗口命令clf：清除当前Figure窗口里的所有非隐藏图形对象。Close：关闭当前的Figure窗口。Close all：关闭所有的Figure窗口。Clc：清除命令窗口里的内容，光标回到窗口的左上角。2工作空间管理命令工作空间管理命令who：列出当前工作空间里的所有变量。Whos：列出当前工作空间里的所有变量及大小、类型和所占的存储空间。Clear：从工作空间清除所有变量。Clear all：从工作空间清除所有变量、函数和MEX文件。Save：将工作空间里的变量保存到磁盘文件。Load：将磁盘文件里的变量加载到工作空间。Workspace：显示Workspace浏览器。Quit：退出

27、MATLAB。第 1 章 MATLAB语言概述 3显示格式设置命令显示格式设置命令format type：输出数据格式显示控制命令。Echo on(off)：（不）显示正在执行的M文件语句。More on(off)：（不）荧屏显示。4路径编辑命令路径编辑命令path：该命令将显示所有的MATLAB路径。Addpath：将一个新目录添加到MATLAB的搜索路径里。Rmpath：从MATLAB搜索路径里清除某个目录。5调试命令调试命令6文件操作命令文件操作命令7操作系统命令操作系统命令8帮助命令帮助命令help：在命令窗口里显示MATLAB函数或命令的帮助信息。第 1 章 MATLAB语言概述 h

28、elp命令主要有以下几种格式：命令主要有以下几种格式：格式一：格式一：help不带任何参数，这时将显示MATLAB的所有目录项。格式二：格式二：help+目录名目录名显示出指定目录中的所有命令及其函数。格式三：格式三：help+命令名命令名 或或 help+函数名函数名 或或 help+符号符号显示出有关指定命令/函数/符号的详细信息，包括命令格式及注意事项。课堂演示课堂演示第 1 章 MATLAB语言概述 例1 用一个简单命令求解线性系统 3x1+x2-x3=3.6 x1+2x2+4x3=2.1 -x1+4x2+5x3=-1.4A=3 1-1;1 2 4;-1 4 5;b=3.6;2.1;-

29、1.4;x=Abx=1.4818 -0.4606 0.3848对于线性系统有对于线性系统有Ax=bAx=b第 1 章 MATLAB语言概述 例2 用简短命令计算并绘制在0 x6范围内的sin(2x)、sinx2、sin2x。x=linspace(0,6)y1=sin(2*x),y2=sin(x.2),y3=(sin(x).2;plot(x,y1,x,y2,x,y3)第 1 章 MATLAB语言概述 阶梯图第 1 章 MATLAB语言概述 用四种方法描述cos(x)*sin(y)图形第 1 章 MATLAB语言概述 第 1 章 MATLAB语言概述 第 1 章 MATLAB语言概述 第 1 章

30、MATLAB语言概述 第 1 章 MATLAB语言概述 1.4 教学安排与参考资料教学安排与参考资料1.4.1 教学安排教学安排学时:40学时（MATLAB 2010A版）安排：讲课32学时，上机8学时考核方式:考查考核要求：课堂考勤（10%）+实验报告（15%）+作业（15%）+期末成绩（60%）第 1 章 MATLAB语言概述 1.4.2 参考资料参考资料许丽佳、穆烔.MATLAB MATLAB 程序设计及应用程序设计及应用程序设计及应用程序设计及应用.北京：清华大学出版社，2011.10张志涌、杨祖樱等.MATLAB MATLAB 教程教程教程教程.北京航空航天大学出版社，2011.07周开利、邓春晖.MATLAB 基础及其应用教程基础及其应用教程.北京大学出版社，2010.07曹戈.MATLAB 教程及实训教程及实训.机械工业出版社，2010.08王忠礼、段慧达、高玉峰.MATLAB 应用技术应用技术.清华大学出版社，2007.01第 1 章 MATLAB语言概述 本章结束联系邮箱：联系电话：时间地点：周三3605，周四3409.网络资源: