第一章 MATLAB语言概述

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,MATLAB,基础,第一章,MATLAB,基础准备及入门,1.1,问题的引出,:,1.,单片机编程时,经常会用到查表法,比如计算,sinx,的值，可以用查表插值的方法来实现，速度快，能达到较高的精度如何制表？,(,级数展开,查表,),.,通过实验得到了一系列的数值，可以通过将这些数值绘制成曲线，以便观看规律,4.,如何对某一控制系统进行仿真，得到最优的控制参数,3.,解方程,:arctan2x-x=0;,str=.word ;,alfa=0:0.5:90;,%,在,0-90,度之间得到,180,个点，每,0.5,度一个点,y=sin(alfa*pi/180);,%,计算每个点的正弦值,y=1024*y;,%,扩大,1024,倍,y=round(y);,%,圆整，即四舍五入,fid=fopen(data.txt,wt);,SIZE=length(y);,for i=1:1:SIZE,fprintf(fid,%s,str);,fprintf(fid,%d n,y(i);,end,fclose(fid),1.,制表：,2.,绘图：,(1),例如有,10,个点：,(1,2.0),(2,3.6),(3,6.2),(4,7.9),(5,9.7),(6,12.3),(7,13.9),(8,16.4),(9,18.5),(10,21.0).,要求绘出其曲线,.,x=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10;,%,输入向量,x,y=2.0,3.6,6.2,7.9,9.7,12.3,13.9,16.4,18.5,21.0;,plot(x,y,*),hold on;,%,绘出各点的位置,保持继续绘图状态,xlabel(,电流,(A),ylabel(,电压,(V);,%,加坐标轴名称,plot(x,y),title(,电流,-,电压曲线图,),%,绘各点的连线图并加图名,3.,解超越方程,i),绘制函数曲线，得到解的范围,ii),解方程,1.2 MATLAB,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。它,是一种集,数值计算,、,符号运算,、,可视化建模,、,仿真和图形处理,等多种功能于一体的优秀编程、仿真工具,被誉为“巨人肩膀上的工具”、“演算纸式的编程语言”，是从事科学研究、工程计算的广大科技工作者、理工类高校师生确认为必须掌握的计算工具，是从理论通向实际的桥梁，也是最可信赖的科技资源之一,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：,2,变量的“多功能性”,(1),每个变量代表一个矩阵，它可以有,n,m,个,元素；,(2),每个元素都看作复数,这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；,1,MATLAB,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。,5,强大而简易的作图功能,(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。,4,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相近,因此易写易读,易于在科技人员之间交流。,3,运算符号的“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,.,6,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，或实现某一类的新算法,.,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,MATLAB,带有,API,可以方便地与,C,FORTRAN,等其他程序设计语言之间建立数据通信,.,matlab,应用场合,:,1.,各类数值计算,(,如矩阵,积分,微分方程数值解等,),2.,通讯,信号处理,.,3.,统计分析,(,与,EXCEL,WORD,TXT,格式下的数据可以做到”无 缝”连接,.),4.,仿真,模拟,.,5.,人工神经网络等,.,当然，无论如何,MATLAB,只是一个工具而已,要想在实际中用好它，学好数学和相关的专业知识是最基本的要求,MATLAB,的学习方法,:,1),通过本课程掌握,matlab,的基本应用,2),帮助指令,help,demo,的使用,3),专业领域的应用可以使用相关工具箱,1.3 MATLAB,的主要组成部分：,MATLAB,内核：,包括：语言系统,开发环境,图形系统,数学函数库以及应用程,序接口,5,部分组成,.,MATLAB,工具箱：,工具箱是基于,MATLAB,内核之上的具有专门功能的函数库目前已有,多种不同专业的辅助工具箱,.,1.3.1 MATLAB,内核简介,1),语言系统,:,是高层次的矩阵,/,数组语言具有条件控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特性。利用它既可以进行小规模编程，完成算法设计和算法实验的基本任务，也可以进行大规模编程，开发复杂的应用程序,.matlab,长于处理数值计算,.,2),工作环境,:,对,matlab,提供给用户使用的管理功能的总称,.,包括管理工作空间中的变量数据输入输出的方式和方法，以及开发、调试、管理,M,文件的各种工具。,3),图形系统,:matlab,图形系统的基础,包括完成,2D,和,3D,数据图示,图像处理,动画生成,图形显示等功能的高层,matlab,命令,也包括用户对图形图像等对象进行特性控制的低层,matlab,命,令,以及开发,GUI,应用程序的各种工具。,4),数学函数库,:,对,MATLAB,使用的各种数学算法的总称,.,包括各种初等函数的算法,也包括矩阵运算、矩阵分析等高层次数学算法。,(5),应用程序接口,(API):MATLAB,为用户提供的一个函数库,使得用户能够在,MATLAB,环境中使用,C,或,FORTRAN,程序,包括从,MATLAB,中调用子程序,(,动态链接,),读写,MAT,文件的功能,.,可以看出,MATLAB,是一个功能十分强大的系统,是集数值计算,图形管理,程序开发为一体的环境。除此之外,MATLAB,还具有很强的功能扩展能力,与它的主系统一起,可以配备各种各样的工具箱,以完成一些特定的任务。,1.4 MATLAB,窗口的操作：,）主菜单的操作,）桌面组件,包括：命令窗口,(Command Window),，历史命令窗口,(Command History),，组件平台,(Launch Pad),路径浏览器,(Current Directory Browser),，帮助浏览器,(Help Browser),，工作空间浏览器,(Workspace Browser),，数组编辑器,(Array Editor),以及文件编辑器,(Editor-Debugger),1.5 MATLAB,属性设置,:,1.,通用属性设置,(GENERAL),2.,命令窗口属性设置,(COMMAND WINDOW),3.,编辑调试属性设置,(EDIT/DEBUGEGR),4.,帮助属性设置,(HELP),5.,当前路径属性设置,(CURRENT DIRECTORY),6.,工作空间属性设置,(WORKSPACE),7.,数组编辑器属性设置,(ARRAY EDITOR),8.,向导属性设置,(GUIDE),9.,图形复制属性设置,(FIGURE COPY TEMPLATE),1.6 Matlab,初步体验,：,1),计算,sin80,的值（,x=80;y=sin(x*pi/180),2),计算：,20+124.78*23.5/89+10*sin25+1.5,3,-1.96,3),绘制,sinx(-,),的曲线,x=-pi:2*pi/200:pi;,y=sin(x);,plot(x,y),4),绘静态的三维图案和动态的三维图,a.,绘制抛物曲面,x,2,+y,2,=z.,b.,绘制,sin(R)/R,的面状图的动画效果,.,1.7 MATLAB,中数的表示格式：,在,MATLAB,中只使用一种格式进行存储和运算,也就是双精度格式，占用,8,个字节,64,位但数字的显示有,8,种方式指定格式：,format x,数据显示形式,(x),说明,示例（,pi=,）,，空格,bank,金融数据,3.14,hex,十六进制数,400921fb54442d18,long,15,位原始形式,3.14159265358979,long e,15,位指数形式,3.141592653589793e+000,long g,15,位最优形式,3.14159265358979,rat,最小整数比形式,355/113,short(,默认,),5,位原始形式,3.1416,short e,5,位指数形式,3.1416e+000,short g,5,位最优形式,3.1416,注意：,2,）,format,并不影响如何计算,只是显示的结果不同而已,.,3,）可以通过,vpa(),函数改变显示精度,例,1.2,通过函数,vpa(),改变,x=pi,的输出结果,使其显示,100,位有效数字,1,）,MATLAB,中所有数值均按照,IEEE,浮点标准规定的长型格式存储，数值有效范围为,10,-308,10,308,操作：在,MATLAB,命令窗中输入,x=vpa(pi,100),例,1.1,各种显示格式的使用,format hex,表示方式,(IEEE,浮点数表示法,),任何一个数可以表示为,:,x=1.y*2n,=1.y*2(n-1023),称其中,1.y,为尾数,n,为指数,.,这里用,64,位二进制数表示浮点数,.,在计算机存储时,将尾数小数点前的,1,省去,只存储,y,对于,64,位长度表示的,double,型数据,最高位用于表示符号,接下来的,11,位为指数位,在计算数据时指数是用将减去了,1023,后的数作为指数,.,最后的,52,位表示尾数,也就是,y.,例,1.3,计算,x=0.75,的,hex,格式显示的数据,x=0.75=1.5*2(-1),=1.5*2(1022-1023),符号为正,则最高位为,0,指数为,1022=0 x3FE,尾数是,1.,后的小数部分,0.5=0.5*1+0.25*0+.,即最后,52,位数只最高位为,1,其余都为,0,所以得,x=0.75=3FE8000000000000H,。,11,位指数,52,位尾数,1.8,帮助命令的使用,命令,含义,doc,装入超文本说明,help,在命令窗中显示文件帮助,helpbrowser,打开帮助浏览器，无参数,helpwin,打开帮助浏览器,初始界面为,M,文件帮助信息,lookfor,通过,help,条目搜索关键字,即在文件中搜索后面所跟的关键字,web,打开指定的网页,1.9 MATLAB,中变量定义：,1),变量名、函数名对字母大小写敏感,2),变量名的第一个字符必须是英文字母，最多,31,个字符,(,字母,数字，下划线,),3),变量名中不得包含空格，标点,与常规的程序设计语言不同,MATLAB,并不要求事先对所使用的变量进行声明，也不