matlab培训教程课件

MATLAB 及其应用 Application of Matlab1第一讲第一讲 Matlab概述n前言前言nMatlabMatlab软件概述软件概述nMatlabMatlab的桌面环境及入门知识的桌面环境及入门知识2 1.1 Matlab1.1 Matlab概述概述n内容内容nMatlabMatlab发展历史发展历史nMatlabMatlab产品家族产品家族(MatlabMatlab family of productsfamily of products)体系体系nMatlab Matlab 语言的特点。语言的特点。n目的目的n全面了解全面了解 MatlabMatlab软件包软件包n激发对激发对MatlabMatlab软件的学习兴趣。软件的学习兴趣。3 1.1.1 MATLAB的历史及影响的历史及影响 7070年代中期年代中期，Cleve MolerCleve Moler博土及其同事在美国国家基金博土及其同事在美国国家基金会的帮助下，开发了会的帮助下，开发了LINPACKLINPACK和和EISPACKEISPACK的的FORTRANFORTRAN语言子语言子程序库，程序库，这两个程序库代表了当时矩阵运算的最高水平。这两个程序库代表了当时矩阵运算的最高水平。到了到了7070年代后期年代后期，身为美国新墨西哥州大学计算机系系主，身为美国新墨西哥州大学计算机系系主任的任的CIeve MolerCIeve Moler，在给学生上线性代数课时，为了让学，在给学生上线性代数课时，为了让学生能使用这两个子程序库，同时又不用在编程上花费过多生能使用这两个子程序库，同时又不用在编程上花费过多的时间，开始着手用的时间，开始着手用FORTRANFORTRAN语言为学生编写使用语言为学生编写使用LINPACKLINPACK和和EISPACKEISPACK的接口程序，他将这个程序取名为的接口程序，他将这个程序取名为MATLABMATLAB，其其名称是由名称是由MATrixMATrix和和 LABoratoryLABoratory（矩阵实验室）两个单词（矩阵实验室）两个单词的前三个字母所合成的前三个字母所合成。在在19781978年年，MalabMalab就面世了。这个程序获得了很大的成功，就面世了。这个程序获得了很大的成功，受到了学生的广泛欢迎。在以后的几年里，受到了学生的广泛欢迎。在以后的几年里，MatlabMatlab在多所在多所大学里作为教学辅助软件使用，并作为面向大众的免费软大学里作为教学辅助软件使用，并作为面向大众的免费软件广为流传。件广为流传。CleveMoler4 将将MATLABMATLAB商品化的不是商品化的不是Cleve MolerCleve Moler,而是一个名叫而是一个名叫Jack Jack LittleLittle的人。当免费的的人。当免费的MATLABMATLAB软件到软件到StanfordStanford大学，大学，Jack Jack LittleLittle正在该校主修正在该校主修控制控制，便接触到了当时，便接触到了当时MATLABMATLAB，直觉告诉他，直觉告诉他，这是一个具有巨大发展潜力的软件。因此他在毕业沒多久，就开这是一个具有巨大发展潜力的软件。因此他在毕业沒多久，就开始始用用C C语言重新编写了语言重新编写了MATLABMATLAB的核心。的核心。在在MolerMoler的协助下，于的协助下，于19841984年成立年成立MathWorksMathWorks公司，首次推出公司，首次推出MATLABMATLAB商用版。在其商用版推商用版。在其商用版推出的初期，出的初期，MATLABMATLAB就以其优秀的品质（就以其优秀的品质（高效的数据计算能力和开高效的数据计算能力和开放的体系结构放的体系结构）占据了大部分数学计算软件的市场，原来应用于）占据了大部分数学计算软件的市场，原来应用于控制领域里的一些封闭式数学计算软件包（如英国的控制领域里的一些封闭式数学计算软件包（如英国的UMISTUMIST、瑞、瑞典的典的LUNDLUND和和SIMNONSIMNON、德国的、德国的KEDDCKEDDC）就纷纷被淘汰或在）就纷纷被淘汰或在MATLABMATLAB上上重建。重建。Jack Little5 Cleve MolerCleve Moler至今仍是该公司的首席科学家至今仍是该公司的首席科学家，他以，他以6060多岁的高龄，还常常亲自进行撰写多岁的高龄，还常常亲自进行撰写程序的工作，非常令人佩服。如果你有数值运算方面的高水平问题，寄到程序的工作，非常令人佩服。如果你有数值运算方面的高水平问题，寄到 MathWorks MathWorks 后，后，大部份还是会由大部份还是会由 Cleve MolerCleve Moler亲自回答。在亲自回答。在19941994年，年，PentiumPentium芯片曾发生芯片曾发生FdivFdiv的的bugbug，当时当时Cleve MolerCleve Moler是第一个以软件方式解决此是第一个以软件方式解决此 bugbug的人，曾一时脍炙人口。的人，曾一时脍炙人口。在公司初创的五年，在公司初创的五年，Jack LittleJack Little非常辛苦，常常身兼数职（董事长、总经理、推销、非常辛苦，常常身兼数职（董事长、总经理、推销、程序开发等），但公司一直稳定发展，从当初的一人公司，到程序开发等），但公司一直稳定发展，从当初的一人公司，到19931993年的年的200200人，到人，到20002000年的年的 500500余人，到余人，到20052005年公司员工达到了年公司员工达到了13001300人，不但打败其他竞争软件，而且前景一片欣欣向人，不但打败其他竞争软件，而且前景一片欣欣向荣。根据荣。根据Jack LittleJack Little个人说法，个人说法，MATLABMATLAB早期成功的两大因素是：选用了早期成功的两大因素是：选用了C C语言及选定语言及选定PCPC为主为主要平台，这似乎和微软的成功有相互呼应之妙。要平台，这似乎和微软的成功有相互呼应之妙。MathWorksMathWorks公司，目前仍然是私人企业，并未上市，这和公司，目前仍然是私人企业，并未上市，这和Jack LittleJack Little个人理念有关，个人理念有关，他认为他认为MATLABMATLAB的设计方向应该一直是以顾客的需求与软件的完整性为首要目标的设计方向应该一直是以顾客的需求与软件的完整性为首要目标，而不是以盈，而不是以盈利为主要目的，因此利为主要目的，因此MATLABMATLAB一直是在稳定中求进步，而不会因为上市而遭受股东左右其发展一直是在稳定中求进步，而不会因为上市而遭受股东左右其发展方向。这也是为什么方向。这也是为什么MATLABMATLAB新版本总是姗姗来迟的原因，因为他们不会因为市场的需求而推新版本总是姗姗来迟的原因，因为他们不会因为市场的需求而推出不成熟的产品。此外，由于出不成熟的产品。此外，由于Jack LittleJack Little保守的个性，也使得保守的个性，也使得MathWorksMathWorks不曾跨足不曾跨足MATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink以外的行业，当前商场上纷纷扰扰的并购或分家，以外的行业，当前商场上纷纷扰扰的并购或分家，MathWorksMathWorks完全是绝缘体。完全是绝缘体。6 1992 1992年，支持年，支持Windows 3.xWindows 3.x的的MATLAB 4.0MATLAB 4.0版本推出，增加了版本推出，增加了SimulinkSimulink，ControlControl，Neural NetworkNeural Network，Signal ProcessingSignal Processing等专用工具箱。等专用工具箱。1993 1993年年1111月，月，MathWorksMathWorks公司推出了公司推出了Matlab 4.1Matlab 4.1，其中主要增加了符号运算功能。，其中主要增加了符号运算功能。当升级至当升级至Matlab 4.2cMatlab 4.2c，这一功能在用户中得到广泛应用。，这一功能在用户中得到广泛应用。1997 1997年，年，Matlab 5.0Matlab 5.0版本问世了版本问世了,实现了真正的实现了真正的3232位运算，加快数值计算，图形位运算，加快数值计算，图形表现有效。表现有效。2001 2001年初，年初，MathWorksMathWorks公司推出了公司推出了Matlab 6.0Matlab 6.0（R12R12）。）。2002 2002年年7 7月，推出了月，推出了Matlab 6.5(R13)Matlab 6.5(R13)，在这一版本中，在这一版本中SimulinkSimulink升级到了升级到了5.05.0，性能有了很大提高，另一大特点是推出了性能有了很大提高，另一大特点是推出了JITJIT程序加速器，程序加速器，MatlabMatlab的计算速度有的计算速度有了明显的提高。了明显的提高。2005 2005年年9 9月，推出了月，推出了MAILAB 7.1(Release14 SP3)MAILAB 7.1(Release14 SP3)，在这一版本中，在这一版本中SimulinkSimulink升级升级到了到了6.36.3，软件性能有了新的提高，用户界面更加友好。值得说明的是，软件性能有了新的提高，用户界面更加友好。值得说明的是，Matlab Matlab V7.1V7.1版采用了更先进的数学程序库，即版采用了更先进的数学程序库，即“LAPACKLAPACK”和和“BLASBLAS”。目前，目前，MatlabMatlab软件支持多种系统平台，如常见的软件支持多种系统平台，如常见的WindowsNT/XPWindowsNT/XP、UNIXUNIX、LinuxLinux等。等。Matlab版本的发展版本的发展7 MATLABMATLAB就是这样经过了近就是这样经过了近3030年的专门打造、年的专门打造、2020多年的千锤百炼，它以高性能多年的千锤百炼，它以高性能的的数组运算（包括矩阵运算）数组运算（包括矩阵运算）为基础，不仅实现了大多数数学算法的为基础，不仅实现了大多数数学算法的高效运行函数高效运行函数和和数据可视化数据可视化，而且提供了非常高效的，而且提供了非常高效的计算机高级编程语言计算机高级编程语言，在用户可参与的情况，在用户可参与的情况下，下，各种专业领域的工具箱各种专业领域的工具箱不断开发和完善，不断开发和完善，MATLABMATLAB取得了巨大的成功，已广泛应取得了巨大的成功，已广泛应用于用于科学研究、工程应用，用于数值计算分析、系统建模与仿真科学研究、工程应用，用于数值计算分析、系统建模与仿真。早在早在2020世纪世纪9090年代初年代初，欧美等发达国家的大学就将，欧美等发达国家的大学就将MATLABMATLAB列为一种必须掌握的列为一种必须掌握的编程语言。近几年来，国内的很多大学也将编程语言。近几年来，国内的很多大学也将MATLABMATLAB列为了本科生必修课程。列为了本科生必修课程。与与MapleMaple、MathematicaMathematica数学计算软件相比，数学计算软件相比，MATLABMATLAB以数值计算见长，而以数值计算见长，而MapleMaple等以符号运算见长，能给出解析解和任意精度解，而处理大量数据的能力远不如等以符号运算见长，能给出解析解和任意精度解，而处理大量数据的能力远不如MATLABMATLAB。MATLABMATLAB软件功能之强大、应用之广泛，已成为为软件功能之强大、应用之广泛，已成为为2121世纪最为重要的科学计算语世纪最为重要的科学计算语言言。可见学习掌握这一工具的重要性。可见学习掌握这一工具的重要性。8 MATLABMATLAB产品由若干模块组成，不同的模块完成不同的功能，其中有：产品由若干模块组成，不同的模块完成不同的功能，其中有：实际上实际上MATLABMATLAB本身就是一个极其丰富的资源库，那么应该从哪一部分开始着手、学习本身就是一个极其丰富的资源库，那么应该从哪一部分开始着手、学习使用使用MATLABMATLAB呢？这就有必要了解这一软件产品的体系结构呢？这就有必要了解这一软件产品的体系结构 。MATLAB CompilerMATLAB Compiler这种编译器可以将这种编译器可以将MATLABMATLAB程序文程序文件编译生成标准的件编译生成标准的C/C+C/C+语言文件，而生成的标准语言文件，而生成的标准的的C/C+C/C+文件可以被任何一种文件可以被任何一种C/C+C/C+编译器编译生编译器编译生成函数库或可执行文件，以提高程序的运行效率。成函数库或可执行文件，以提高程序的运行效率。1.1.2 MATLAB1.1.2 MATLAB产品的体系结构产品的体系结构 MATLABMATLABMATLAB ToolboxesMATLAB ToolboxesMATLAB CompilerMATLAB CompilerSimulinkSimulinkSimulink BlocksetsSimulink BlocksetsReal-Time Workshop Real-Time Workshop(RTW)(RTW)StateflowStateflowStateflow CoderStateflow Coder由这些模块产品之间的关系可以图由这些模块产品之间的关系可以图1.11.1表示。表示。图1.1 MATLAB产品体系结构围绕着围绕着MATLABMATLAB这个计算核心，形成了诸多针对不同应这个计算核心，形成了诸多针对不同应用领域的算法程序包，被称为专用工具箱（用领域的算法程序包，被称为专用工具箱（ToolboxToolbox），），这些工具箱的列表以及每个工具箱的使用详见这些工具箱的列表以及每个工具箱的使用详见MATLABMATLAB在线帮助文档。在线帮助文档。MATLABMATLAB本身所提供的工具箱大概有本身所提供的工具箱大概有4040多个，另外还有其他公司或研究单位开发提供的工具多个，另外还有其他公司或研究单位开发提供的工具箱，这些工具箱的总数已有箱，这些工具箱的总数已有100100多个，而且新的工具箱多个，而且新的工具箱还在不断增加。如果你有特别的应用领域，可以首先还在不断增加。如果你有特别的应用领域，可以首先到网上查找是否已有相关的工具箱，很可能已有人将到网上查找是否已有相关的工具箱，很可能已有人将你要做的应用程序作成工具箱了。你要做的应用程序作成工具箱了。SimulinkSimulink是窗口图形方式的、专门用于连续是窗口图形方式的、专门用于连续时间或离散时间的动态系统建模、分析和仿时间或离散时间的动态系统建模、分析和仿真的核心。真的核心。Real-Time WorkshopReal-Time Workshop是一种实时代码生成工具，它能够根据是一种实时代码生成工具，它能够根据SimulinkSimulink模型生成程序源代码，并打包、编译所生成的源代码模型生成程序源代码，并打包、编译所生成的源代码生成实时应用程序。生成实时应用程序。从现有的从现有的Simulink Simulink 和和StateflowStateflow自动生成自动生成C C语言程序代码的功能、语言程序代码的功能、定点运算模块集（定点运算模块集（Fixed-point BlocksetFixed-point Blockset）与）与C C语言程序代码到语言程序代码到VHDLVHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description LanguageDescription Language，一种标准的硬件电路设计语言，一种标准的硬件电路设计语言 ）的自动转）的自动转换功能，可以看出，高级的系統仿真或低级的芯片算法设计，都可换功能，可以看出，高级的系統仿真或低级的芯片算法设计，都可用用MATLABMATLAB、SimulinkSimulink、StateflowStateflow及相关的工具箱来完成。及相关的工具箱来完成。StateflowStateflow是基于有限状态机理论针对复是基于有限状态机理论针对复杂的事件驱动系统进行建模、仿真的工杂的事件驱动系统进行建模、仿真的工具。具。Stateflow CoderStateflow Coder是基于是基于StateflowStateflow状态图状态图生成高效、优化的程序代码。生成高效、优化的程序代码。围绕着围绕着SimulinkSimulink仿真核心所开发的应用程序包，仿真核心所开发的应用程序包，称为模块集（称为模块集（BlocksetsBlocksets）,MATLAB,MATLAB产品提供许多产品提供许多专用模块集，如专用模块集，如Communication BlocksetCommunication Blockset、DSP DSP BlocksetBlockset、SimPowerSystem BlocksetSimPowerSystem Blockset、Signal Signal Processing BlocksetProcessing Blockset等，详见等，详见MATLABMATLAB在线帮助在线帮助文档。文档。MATLABMATLAB是是MATLABMATLAB产品家族的计算核心产品家族的计算核心与基础，是集高性能数值计算与数据与基础，是集高性能数值计算与数据可视化于一体的高效编程语言。可视化于一体的高效编程语言。9 1.1.3 1.1.3 MATLABMATLAB编程语言的特点编程语言的特点 语法规则简单语法规则简单。尤其内定的编程规则，与其他编程语言（如尤其内定的编程规则，与其他编程语言（如C C、FortranFortran等）相比更接等）相比更接近于常规数学表示。对于数组变量的使用，不需类型声明，无需事先申请内存空间。近于常规数学表示。对于数组变量的使用，不需类型声明，无需事先申请内存空间。MATLABMATLAB语言主要有以下几个特点：语言主要有以下几个特点：MATLAB基本的语言环境提供了数以千计的计算函数基本的语言环境提供了数以千计的计算函数，极大的提高了用户的编程效率。极大的提高了用户的编程效率。如，一个如，一个fftfft函数即可完成对指定数据的快速傅里叶变换，这一任务如果用函数即可完成对指定数据的快速傅里叶变换，这一任务如果用C C语言来编程语言来编程实现的话，至少要用几十条实现的话，至少要用几十条C C语言才能完成。语言才能完成。因此，因此，MATLABMATLAB是一个简单易用、功能强大的高效编程语言。是一个简单易用、功能强大的高效编程语言。平台无关性（可移植性）平台无关性（可移植性）。MATLABMATLAB软件可以运行在很多不同的计算机系统平台上，如软件可以运行在很多不同的计算机系统平台上，如Windows Me/NT/2000/XPWindows Me/NT/2000/XP、很多不同版本的、很多不同版本的UNIXUNIX以及以及LinuxLinux。无论你在哪一个平台上编写。无论你在哪一个平台上编写的程序都可以运行在其它平台上，对于的程序都可以运行在其它平台上，对于MATLABMATLAB数据文件也一样，是平台无关的。极大保数据文件也一样，是平台无关的。极大保护了用户的劳动、方便了用户。护了用户的劳动、方便了用户。其绘图功能也是平台无关的其绘图功能也是平台无关的。无论任何系统平台，只要。无论任何系统平台，只要MATLABMATLAB能够运行，其图形功能命令就能正常运行。能够运行，其图形功能命令就能正常运行。MATLAB是一种脚本式是一种脚本式（scripted）的解释型语言的解释型语言，无论是命令、函数或变量，只要在无论是命令、函数或变量，只要在命令窗口的提示符下键入，并命令窗口的提示符下键入，并“回车（回车（EnterEnter）”，MATLABMATLAB都予以解释执行。都予以解释执行。10 n功能强大功能强大n数值运算优势数值运算优势n符号运算优势符号运算优势(Maple)(Maple)n强大的强大的2D2D、3D3D数据可视化功能数据可视化功能n许多具有算法自适应能力的功能函数许多具有算法自适应能力的功能函数11 n语言简单、内涵丰富语言简单、内涵丰富n语言及其书写形式非常接近于常规数学书写形式；语言及其书写形式非常接近于常规数学书写形式；n其操作和功能函数指令就是常用的计算机和数学书上的一些简单其操作和功能函数指令就是常用的计算机和数学书上的一些简单英文单词表达的，如：英文单词表达的，如：helphelp、clearclear等；等；n完备的帮助系统，易学易用。完备的帮助系统，易学易用。n扩充能力、可开发能力较强扩充能力、可开发能力较强nMATLABMATLAB完全成了一个开放的系统完全成了一个开放的系统n用户可以开发自己的工具箱用户可以开发自己的工具箱n可以方便地与可以方便地与FortranFortran、C C等语言接口等语言接口 n编程易、效率高编程易、效率高 nMatlabMatlab以数组为基本计算单元以数组为基本计算单元n具有大量的算法优化的功能函数具有大量的算法优化的功能函数12 1.2 MATLAB1.2 MATLAB的桌面环境及入门知识的桌面环境及入门知识n启动与退出启动与退出MATLAB MATLAB n命令窗口及使用命令窗口及使用n数值表示、变量、表达式数值表示、变量、表达式n命令历史窗口命令历史窗口n工作空间工作空间n获取在线帮助获取在线帮助13 1.2.1 1.2.1 启动与退出启动与退出MATLABMATLABn启动启动MATLABMATLABn直接用鼠标双击桌面上直接用鼠标双击桌面上MATLAB7.1MATLAB7.1图标图标n或或WindowsWindows桌面的桌面的“开始开始”“所有程序所有程序”“MATLAB7.1MATLAB7.1”“MATLAB7.1MATLAB7.1”。n退出退出MATLABMATLABn关闭关闭MATLABMATLAB桌面桌面n在命令窗口执行在命令窗口执行quitquit或或exitexit命令命令nMATLABMATLAB缺省桌面（见下页）缺省桌面（见下页）14 菜单栏菜单栏工具栏工具栏文件编辑窗口文件编辑窗口工作空间工作空间历史命令历史命令窗口窗口Start 菜单菜单命令窗口命令窗口命令提示符命令提示符1.2.1 1.2.1 启动与退出启动与退出MATLAB MATLAB（续）（续）15 1.2.2 1.2.2 命令窗口的使用命令窗口的使用激活命令窗口。激活命令窗口。“”与闪烁的光标一起表明系统就绪，等待输入。与闪烁的光标一起表明系统就绪，等待输入。命令窗口脱离命令窗口脱离MATLABMATLAB桌面。桌面。n简单计算简单计算【例例2.2-12.2-1】计算计算（1 1）在）在MATLABMATLAB命令窗口输入命令窗口输入 以下内容：以下内容：(12+2*(7-4)/32(12+2*(7-4)/32（2 2）按）按【EnterEnter】键，指令执行。键，指令执行。（3 3）返回的计算结果：）返回的计算结果：ans=2 16 1.2.2 1.2.2 命令窗口命令窗口 （续）（续）说明说明l在命令窗口在命令窗口【EnterEnter】键提交命令执行。键提交命令执行。lMatlabMatlab所用运算符（如所用运算符（如+、-、等）是各种计算程序中等）是各种计算程序中常见的。常见的。l计算结果中的计算结果中的“ansans”是英文是英文“answeranswer”的一种缩写，的一种缩写，其含义就是其含义就是“运算答案运算答案”。ansans是是MatlabMatlab的一个预定义的一个预定义变量。变量。17 1.2.2 1.2.2 命令窗口命令窗口 （续）（续）n简单计算（续）【例例2.2-22.2-2】计算计算sin(4sin(4)sin(45*pi/180)sin(45*pi/180)lMatalb中正弦函数中正弦函数sin就是常见的正弦函数。就是常见的正弦函数。l它的参数值是以它的参数值是以“弧度弧度”为单位的。为单位的。lpi也是也是Matalb的预定义变量。的预定义变量。lpi=3.14159lMatlab对字母大小写是敏感的。对字母大小写是敏感的。【例例2.2-32.2-3】计算计算 的值，其中的值，其中x=4.92x=4.92。sqrt(2*exp(4.92+0.5)+1)sqrt(2*exp(4.92+0.5)+1)lMatalb中开平方中开平方sqrt(x)，是英文，是英文square root的缩的缩写写。lMatalb中指数函数中指数函数exp(x)，常，常见的表达方式见的表达方式。ans=0.7071ans=21.278118 1.2.2 1.2.2 命令窗口命令窗口 （续）（续）7“clcclc”清除窗口显示内容的命令清除窗口显示内容的命令。【例例2.2-42.2-4】计算计算 的值。的值。y=2*sin(0.3*pi)/(1+sqrt(5)y=2*sin(0.3*pi)/(1+sqrt(5)y=0.5000【例例2.2-52.2-5】计算计算 的值。的值。y=2*cos(0.3*pi)/(1+sqrt(5)y=0.3633%命令行编辑l“”键调回已输入过命令。l修改。19 1.2.2 1.2.2 命令窗口命令窗口 （续）（续）【例例2.2-52.2-5】计算半径为计算半径为5.2m5.2m的圆的周长和面积。的圆的周长和面积。radius=5.2;%radius=5.2;%圆的半径圆的半径area=pi*5.22,area=pi*5.22,circle_len=2*pi*5.2circle_len=2*pi*5.2area=84.9487circle_len=32.6726l以上两例，命令行中用到了等号以上两例，命令行中用到了等号“=”。l计算结果不再赋给计算结果不再赋给“ans”，而是赋给，而是赋给用户指定的变量用户指定的变量y、area、circle_len。l无论是预定义变量还是用户自定义变量无论是预定义变量还是用户自定义变量都被存储在系统的工作空间内，即系统都被存储在系统的工作空间内，即系统定义的一个存储窗口变量的内存空间。定义的一个存储窗口变量的内存空间。lWho、whos命令用来显示工作空间的命令用来显示工作空间的变量变量lclear命令用来清除工作空间的变量。命令用来清除工作空间的变量。20 1.2.2 1.2.2 命令窗口命令窗口 （续）（续）whowhosYour variables are:ans circle_len y area radius Name Size Bytes Class ans 1x1 8 double array area 1x1 8 double array circle_len 1x1 8 double array radius 1x1 8 double array y 1x1 8 double arrayGrand total is 5 elements using 40 bytes21 1.2.2 1.2.2 命令窗口命令窗口 （续）（续）clearywhoYour variables are:ans circle_len area radius clearansareawhosYour variables are:Name Size Bytes Class circle_len 1x1 8 double array radius 1x1 8 double arrayGrand total is 2 elements using 16 bytes22 1.2.2 1.2.2 命令窗口命令窗口 （续）（续）n数值显示格式设置数值显示格式设置n缺省显示格式：简洁的短（缺省显示格式：简洁的短（short gshort g）格式）格式n窗口命令及语法格式：窗口命令及语法格式：format format 显示格式关键字显示格式关键字 如：如：format long%15format long%15位数字显示位数字显示n常见通用命令常见通用命令命令命令含义含义clcclc清除命令窗口的显示内容清除命令窗口的显示内容clearclear 清除清除MatlabMatlab工作空间中保工作空间中保存的变量存的变量whowho或或whoswhos显示显示MatlabMatlab工作空间中的变量信息工作空间中的变量信息dirdir显示当前工作目录的文件和子目录清单显示当前工作目录的文件和子目录清单cdcd显示或设置当前工作目录显示或设置当前工作目录typetype显示指定显示指定m m文件的内容文件的内容helphelp或或docdoc获取在线帮助获取在线帮助quitquit或或exitexit关闭关闭/推出推出MATALBMATALB23 1.2.3 1.2.3 工作空间工作空间n查看工作空间内存变量，可以由查看工作空间内存变量，可以由whowho、whos whos。n命名新变量。命名新变量。n修改变量名修改变量名n删除变量删除变量n绘图绘图n保存变量数据保存变量数据n装入数据装入数据24 1.2.4 1.2.4 历史窗口历史窗口n历史窗口：历史窗口：n首先首先记录每次启动时间记录每次启动时间n并并记录在命令窗口输入命令记录在命令窗口输入命令，此次运行期间，此次运行期间，输入的所有命令被记录为一组，并以此次启动时输入的所有命令被记录为一组，并以此次启动时间为标志。间为标志。n使用历史窗口：使用历史窗口：n可以查看命令窗口输入过的命令或语句可以查看命令窗口输入过的命令或语句n可以选择一条或多条命令执行拷贝、执行、创可以选择一条或多条命令执行拷贝、执行、创建建M M文件等。文件等。要清除历史记录，可以选择要清除历史记录，可以选择Edit菜单中的菜单中的ClearCommandHistory命令命令25 当前目录窗口：当前目录窗口：指指Matlab运行时的工作目录。运行时的工作目录。l只有在当前目录和搜索路径下的文件、函数才可以被只有在当前目录和搜索路径下的文件、函数才可以被运行和调用。运行和调用。l如果没有特殊指明，数据文件也将存放在当前目录下；如果没有特殊指明，数据文件也将存放在当前目录下；l用户可以将自己的工作目录设置成当前目录，从而使用户可以将自己的工作目录设置成当前目录，从而使得所有操作都在当前目录中进行。得所有操作都在当前目录中进行。1.2.5 1.2.5 当前目录窗口和搜索路径当前目录窗口和搜索路径26 搜索路径：搜索路径：指指Matlab执行过程中对变量、函数和文件执行过程中对变量、函数和文件进行搜索的路径。进行搜索的路径。l在在File菜单中选择菜单中选择SetPath命令或在命令窗口输入命令或在命令窗口输入pathtool命令，出现搜索路径设置对话框：命令，出现搜索路径设置对话框：！修改完搜索路径后，！修改完搜索路径后，需要进行保存。需要进行保存。1.2.5 1.2.5 当前目录窗口和搜索路径（续）当前目录窗口和搜索路径（续）27 1.2.6获取在线帮助获取在线帮助nMATLAB提供的帮助信息有两类提供的帮助信息有两类n简单纯文本帮助信息简单纯文本帮助信息helplookfor（条件比较宽松）（条件比较宽松）例：例：inversen窗口式综合帮助信息（文字、公式、图形）窗口式综合帮助信息（文字、公式、图形）dochelpwin28【功能演示功能演示-1-1】求方程求方程的全部根。的全部根。p=2,0,-3,71,-9,13;建立多项式系数向量建立多项式系数向量x=roots(p)；求根求根x=-3.49141.6863+2.6947i1.6863-2.6947i0.0594+0.4251i0.0594-0.4251i29【功能演示功能演示-2-2】求解线性方程组求解线性方程组a=2,3,-1;8,2,3;45,3,9;建立系数矩阵建立系数矩阵ab=2;4;23;建立列向量建立列向量bx=inv(a)*bx=0.55310.2051-0.278430 symsxyz 建立符号变量建立符号变量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=151/273 y=8/39 z=-76/273符号计算符号计算31【功能演示功能演示-3-3】求解定积分求解定积分 求解求解 I=quad(x.*log(1+x),0,1)ans=0.250或或symsxnt(x*log(1+x),0,1)ans=1/432【功能演示功能演示-4-4】多项式曲线拟合多项式曲线拟合考虑如下考虑如下 x-y x-y 一组实验数据：一组实验数据：x=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10y=1.2,3,4,4,5,4.7,5,5.2,6,7.2注：注：n一次多项式拟合：一次多项式拟合：p1=polyfit(x,y,1)n三次多项式拟合：三次多项式拟合：p3=polyfit(x,y,3)nplot plot 原始数据、一次拟合曲线和三次拟合曲线原始数据、一次拟合曲线和三次拟合曲线x2=1:0.1:10;y1=polyval(p1,x2)y3=polyval(p3,x2)plot(x,y,*,x2,y1,:,x2,y3)33 由图可见，三次拟合结果较好。由图可见，三次拟合结果较好。拟合曲线图拟合曲线图34 第第2讲讲Matlab数据及其运算数据及其运算MatlabMatlab数据类型非常丰富，除数据类型非常丰富，除数值型数值型、字符型字符型等基本数等基本数据类型外，还有据类型外，还有结构体结构体、单元单元等更为复杂的数据类型。等更为复杂的数据类型。各种数据类型都以矩阵形式存在，各种数据类型都以矩阵形式存在，矩阵矩阵是是MatlabMatlab最基本的最基本的数据对象，并且矩阵的运算是定义在数据对象，并且矩阵的运算是定义在复数域复数域上的。上的。352.1 2.1 数值表示、变量及表达式数值表示、变量及表达式n数值的记述数值的记述 MatlabMatlab的数只采用习惯的十进制表示，可以带小的数只采用习惯的十进制表示，可以带小数点和负号数点和负号;其缺省的数据类型为其缺省的数据类型为双精度浮点型双精度浮点型（doubledouble）。）。例如：例如：3 -10 0.001 1.3e10 1.256e-63 -10 0.001 1.3e10 1.256e-6n变量命令规则变量命令规则l变量名、函数名对字母的大小写是敏感的。如变量名、函数名对字母的大小写是敏感的。如myVarmyVar与与myvarmyvar表示两个不同的变量。表示两个不同的变量。l变量名变量名第一个字母必须是第一个字母必须是英文字母英文字母。l变量名可以包含变量名可以包含英文字母、下划线和数字英文字母、下划线和数字。l变量名变量名不能包含空格、标点不能包含空格、标点。l变量名最多可包含变量名最多可包含6363个个字符（字符（6.56.5及以后的版本）。及以后的版本）。36 2.1 2.1 数值表示、变量及表达式数值表示、变量及表达式 （续）（续）nMatlabMatlab预定义的变量预定义的变量变量名量名意意义ans最近的计算结果的变量名最近的计算结果的变量名epsMATLAB定义的正的极小值定义的正的极小值=2.2204e-16pi圆周率圆周率inf值，无限大值，无限大i或或j虚数单元，虚数单元，sqrt(-1)NaN非数，非数，0/0、/说明说明l每当每当MATLABMATLAB启动完成，这些变量就被产生。启动完成，这些变量就被产生。lMATLABMATLAB中，被中，被0 0除不会引起程序中断，给出报警的同时用除不会引起程序中断，给出报警的同时用infinf或或NaNNaN给出结果。给出结果。l用户只能临时覆盖这些预定义变量的值，用户只能临时覆盖这些预定义变量的值，ClearClear或重启或重启MATLABMATLAB可恢可恢复其值。复其值。37 2.12.1数值表示、变量及表达式数值表示、变量及表达式 （续）（续）n运算符和表达式运算符和表达式运算运算数学表达式数学表达式MATLAB运算符运算符MATLAB表达式表达式加加a+b+a+b减减a-b-a-b乘乘axb*a*b除除a/b或或ab/或或a/b或或ab幂幂ab说明说明lMatlabMatlab用用“”和和”/”分别表示分别表示“左除左除”和和“右除右除”。对标量而言，。对标量而言，两者没有区别。对矩阵产生不同影响。两者没有区别。对矩阵产生不同影响。lMATLABMATLAB表达式的书写规则与表达式的书写规则与“手写方式手写方式”几乎完全相同。几乎完全相同。l表达式按与常规相同的优先级自左至右执行运算。表达式按与常规相同的优先级自左至右执行运算。l优先级：指数运算级别最高，乘除次之，加减最低。优先级：指数运算级别最高，乘除次之，加减最低。l括号改变运算的次序。括号改变运算的次序。38 2.1 2.1 数值表示、变量及表达式数值表示、变量及表达式 （续）（续）n复数及其运算复数及其运算nMATLABMATLAB中复数的表达：中复数的表达：z=a+bi，其中，其中a a、b b为实为实数。数。nMATLABMATLAB把复数作为一个整体，象计算实数一样把复数作为一个整体，象计算实数一样计算复数。计算复数。【例例2.3-1】复数复数z1=3+4i，z2=1+2i,z3=，计算，计算z1=3+4*i,z2=1+2*i,z3=exp(i*pi/6),z=z1*z2/z3z_real=real(z),z_image=imag(z),z_angle=angle(z),z_length=abs(z),39 2.2Matlab矩阵矩阵(数组数组)的表示的表示n数组的概念数组的概念n一维数组变量的创建一维数组变量的创建n二维数组变量的创建二维数组变量的创建n数组元素的标识与寻访数组元素的标识与寻访n数组运算数组运算n多维数组多维数组40 2.2.1.数组数组(array)的概念的概念n数组定义：数组定义：按按行行(row)和和列列(column)顺序排列的实数或复数的有顺序排列的实数或复数的有序集，被称为序集，被称为数组数组。数组中的任何一个数都被称为这个数组的数组中的任何一个数都被称为这个数组的元素元素，由，由其所在的行和列标识，这个标识也称为数组元素其所在的行和列标识，这个标识也称为数组元素的的下标或索引下标或索引。Matlab将将标量标量视为视为11的数组。的数组。对对m行、行、n列的列的2维数组维数组a：计为计为mn的数组的数组a；*行标识、列标识均从行标识、列标识均从1开始；开始；行标识从上到下递增；行标识从上到下递增；列标识从左到右递增。列标识从左到右递增。12345222232425332333435442434445a(3,4)=34 row is firsta=41 n数组的分类数组的分类n一维数组一维数组，也称为向量，也称为向量(vector)。行向量行向量(rowvector)、列向量、列向量(columnvector)。n二维数组二维数组(矩阵矩阵matrix)。n多维数组多维数组。有效矩阵有效矩阵：每行元素的个数必须相同，每列元素：每行元素的个数必须相同，每列元素的个数也必须相同。的个数也必须相同。2.2.1.数组数组(array)的概念的概念42 2.2.1、数组、数组(array)的概念的概念（续）（续）行向量行向量列向量列向量a(2,1)=3a(1,2)=2b(3)=3c(2)=243 2.2.2、创建一维数组变量、创建一维数组变量n第一种方法：使用方括号第一种方法：使用方括号“”操作符操作符【例例2-1】创建数组创建数组(行向量行向量)a=13pi3+5ia=13pi3+5*i%ora=1,3,pi,3+5*ia=1.00003.00003.14163.0000+5.0000i所有的向量元素必须在操作符所有的向量元素必须在操作符“”之内；之内；向量元素间用向量元素间用空格空格或英文的或英文的逗点逗点“,”分开。分开。n第二种方法：使用冒号第二种方法：使用冒号“:”操作符操作符【例例2-2】创建以创建以110顺序排列整数为元素的行向量顺序排列整数为元素的行向量b。b=1:10b=1234567891044 2.2.2、创建一维数组变量、创建一维数组变量（续）（续）【例例2-3】键入并执行键入并执行c=1:2:10和和d=1:2:9c=1:2:10c=13579d=1:2:9d=13579利用冒号利用冒号“:”操作符创建行向量的基本语法格式：操作符创建行向量的基本语法格式：x=Start:Increment:EndnStart表示新向量表示新向量x的第一个元素；的第一个元素；n新向量新向量x的最后一个元素不能大于的最后一个元素不能大于End；nIncrement可正可负，若负，则必须可正可负，若负，则必须StartEnd；若正，则必；若正，则必须须Starta=123;b=234;c=a;b;c1=ab;n第二种方法：函数方法第二种方法：函数方法函数函数ones(生成全生成全1矩阵矩阵)、zeros(生成全生成全0矩阵矩阵)、reshapeF“helpelmat”获得基本的矩阵生成和操作函数列表获得基本的矩阵生成和操作函数列表【例例3-4】创建全创建全1的的3x3数组。数组。ones(3)【例例3-5】创建全创建全1的的3x4数组。数组。ones(3,4)51 2.2.3、创建二维数组变量、创建二维数组变量（续）（续）【例例3-5】reshape的使用演示的使用演示a=-4:4a=-4-3-2-101234b=reshape(a,3,3)b=-4-12-303-214F数组元素的排列顺序，数组元素的排列顺序，从上到下按列排列从上到下按列排列，先排，先排第一列，然后第二列，第一列，然后第二列，F要求数组的要求数组的元素总数不变元素总数不变。52 2.2.4 4、数组元素的标识与寻访、数组元素的标识与寻访n数组元素的标识数组元素的标识n“全下标（全下标（index）”标识标识经典数学书采用经典数学书采用“全下标全下标”标识法：标识法：每一维对应一个下标。每一维对应一个下标。如对于二维数组，用如对于二维数组，用“行下标和列下标行下标和列下标”标识数组的元素，标识数组的元素，a(2,3)就表示二维数组就表示二维数组a的的“第第2行第行第3列列”的元素。的元素。对于一维数组，用一个下标即可，对于一维数组，用一个下标即可，b(2)表示一维数组表示一维数组b的第的第2个元素，无论个元素，无论b是行向量还是列向量。是行向量还是列向量。n“单下标单下标”（linearindex）标识）标识所谓所谓“单下标单下标”标识就是用一个下标来表明元素在数组的位标识就是用一个下标来表明元素在数组的位置。置。对于二维数组，对于二维数组，“单下标单下标”编号：设想把二维数组的所有编号：设想把二维数组的所有列列，按先后顺序首尾相接排成，按先后顺序首尾相接排成“一维长列一维长列”，然后自上往，然后自上往下对元素位置执行编号。下对元素位置执行编号。n两种两种“下标下标”标识的变换标识的变换：sub2ind、ind2sub53 2.2.4、数组元素的标识与寻访、数组元素的标识与寻访（续）（续）【例例4-1】单下标的使用单下标的使用a=zeros(2,5);a(:)=-4:5a=-4-2024-3-1135%注意数组的排列顺序。注意数组的排列顺序。54 2.2.4 4、数组元素的标识与寻访、数组元素的标识与寻访 （续）（续）n元素与子数组的寻访与赋值元素与子数组的寻访与赋值【例例4-3】一维数组元素与子数组的寻访与赋值一维数组元素与子数组的寻访与赋值a=linspace(1,10,5)a=1.00003.25005.50007.750010.0000a(3)%寻访寻访a的第的第3个元素个元素ans=5.5000a(125)%寻访寻访a的第的第1、2、5个元素组成的子数组个元素组成的子数组ans=1.00003.250010.000055 2.2.4、数组元素的标识与寻访、数组元素的标识与寻访（续）（续）a(1:3)%寻访前寻访前3个元素组成的子数组个元素组成的子数组ans=1.00003.25005.5000a(3:-1:1)%由前由前3个元素倒序构成的子数组个元素倒序构成的子数组ans=5.50003.25001.0000a(3:end)ans=5.50007.750010.0000a(3:end-1)ans=5.50007.7500%第第3个及其后所有元素构成的子数组个及其后所有元素构成的子数组%函数函数end作为参数使用，返回最后一个元素的下标作为参数使用，返回最后一个元素的下标56 a(12355321)ans=1.00003.25005.500010.000010.00005.50003.25001.0000%数组元素可以被任意重复访问，构成长度大于原数组的数组元素可以被任意重复访问，构成长度大于原数组的新数组。新数组。a(6)?Indexexceedsmatrixdimensions.M下标值超出了数组的维数，导致错误下标值超出了数组的维数，导致错误a(2.1)?Subscriptindicesmusteitherberealpositiveintegersorlogicals.M下标值只能取正整数或逻辑值下标值只能取正整数或逻辑值2.2.4、数组元素的标识与寻访、数组元素的标识与寻访（续）（续）57 2.2.4 4、数组元素的标识与寻访、数组元素的标识与寻访 （续）（续）a(3)=0%修改数组修改数组a的第的第3元素值为元素值为0a=1.00003.250007.750010.0000a(25)=11a=1.00001.000007.75001.0000可以修改指定数组元素的值可以修改指定数组元素的值一次可以修改多个数组元素的值一次可以修改多个数组元素的值要修改的数组元素的个数应与送入数组的元要修改的数组元素的个数应与送入数组的元素个数相同素个数相同58 2.2.4、数组元素的标识与寻访、数组元素的标识与寻访（续）（续）【例例4-3】二维数组元素与子数组的寻访与赋值二维数组元素与子数组的寻访与赋值a_2=zeros(2,4)%创建创建2x4的全的全0数组数组a_2=00000000a_2(:)=1:8a_2=13572468a_2(258)%单下标方式寻访多个元素单下标方式寻访多个元素ans=258%注意元素的排列顺序注意元素的排列顺序59 2.2.4、数组元素的标识与寻访、数组元素的标识与寻访（续）（续）a_2(258)=102030a_2=13207104630a_2(:,23)=ones(2)%双下标方式寻访并修改双下标方式寻访并修改a_2=1117101130%二维数组可以二维数组可以“单下标单下标”方式或方式或“全下标全下标”方式访问、赋值；方式访问、赋值；%“单下标单下标”方式赋值时，方式赋值时，等号两边涉及的元素个数必须相等；等号两边涉及的元素个数必须相等；%“全下标全下标”方式赋值时，方式赋值时，等号右边数组的大小必须等于原数等号右边数组的大小必须等于原数组中涉及元素构成的子数组的大小。组中涉及元素构成的子数组的大小。60 2.2.4、数组元素的标识与寻访、数组元素的标识与寻访（续）（续）a_2(:,end)ans=730a_2(:,end-1)ans=11a_2(:,end:-1:3)ans=71301a_2(end,:)ans=101130a_2(end,2:4)ans=1130a_2(46)=6:7a_2=1117106730a_2(end