MATLABR2010a简介.ppt

MATLAB基础教程 薛山清华大学出版社 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第2页 第1章MATLABR2010a简介 教学目标教学重点教学内容 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第3页 教学内容 MATLAB简介MATLABR2010a用户界面MATLABR2010a的路径搜索 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第4页 1 1MATLAB简介 MATLAB是MathWorks公司开发的科学与工程计算软件 它以矩阵运算为基础 把计算 绘图及动态系统仿真等功能有机地融合在一起 同时 它又具有程序设计语言的基本特征 目前 MATLAB在工程计算与数值分析 控制系统设计与仿真 信号处理 图像处理 金融建模设计与分析等等学科领域都有着十分广泛的应用 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第5页 MATLAB发展 1 2 MATLAB语言是由美国的CleverMoler博士于1980年开发的设计者的初衷是为解决 线性代数 课程的矩阵运算问题取名MATLAB即MatrixLaboratory矩阵实验室的意思 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第6页 MATLAB发展 2 2 CleveMoler编写的使用Linpack和Eispack的接口程序 MATLAB1993MATLAB4 0版1997MATLAB5 0版2000年10月MATLAB6 0版2004年7月MATLAB7 0版2005年9月MATLAB7 1版随后每年发布两次以年份命名的版本 如R2006a MATLAB7 2 R2006b MATLAB7 3 R2007a MATLAB7 4 R2007b MATLAB7 5 R2008a MATLAB7 6 R2008b MATLAB7 7 R2009a MATLAB7 8 R2009b MATLAB7 9 R2010a R2010b 等 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第7页 MATLAB的特点 1 3 MATLAB作为一种高级科学计算软件 是进行算法开发 数据可视化 数据分析以及数值计算的交互式应用开发环境 世界上许许多多的科研工作者都在使用MATLAB产品来加快他们的科研进程 缩短数据分析和算法开发的时间 研发出更加先进的产品和技术 相对于传统的C C 或者FORTRAN语言 MATLAB提供了高效快速解决各种科学计算问题的方法 目前 MATLAB产品已经被广泛认可为科学计算领域内的标准软件工具之一 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第8页 MATLAB的特点 2 3 MATLAB可以被广泛的应用于不同的领域 例如信号与图像处理 控制系统设计与仿真 通讯系统设计与仿真 测量测试与数据采集 金融数理分析以及生物科学等 在MATLAB中内嵌了丰富的数学 统计和工程计算函数 使用这些函数进行问题的分析解答 无论是问题的提出还是结果的表达都采用工程师习惯的数学描述方法 这一特点使MATLAB成为了数学分析 算法开发及应用程序开发的良好环境 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第9页 MATLAB的特点 3 3 MATLAB的特点为 高级科学计算语言 代码 数据文件的集成管理环境 算法设计开发的交互式工具 用于线性代数 统计 傅立叶分析 滤波器设计 优化和数值计算的基本数学函数 2 D和3 D数据可视化 创建自定义工程师图形界面的工具 与第三方算法开发工具 C C FORTRAN Java COM MicrosoftExcel 集成开发基于MATLAB的算法 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第10页 1 1 2MATLAB的功能 1 9 MATLAB将高性能的数值计算和可视化功能集成在一起 并提供了大量的内置函数 从而被广泛地应用于科学计算 控制系统和信息处理等领域的分析 仿真和设计工作 而且利用MATLAB产品的开放式结构 可以很容易地对MATLAB的功能进行扩充 从而在不断深化问题的认识的同时 不断完善MATLAB产品以提高产品自身的竞争能力 其功能为 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第11页 MATLAB的功能 2 9 数学计算MATLAB提供的数学算法凝聚了世界上诸多科学家的辛勤劳动 保证了数学计算精确的结果 MATLAB数学计算的内容有 线性代数和矩阵分析与变换数据处理与基本统计快速傅里叶变换 FFT 相关与协方差分析稀疏矩阵运算三角及其它初等函数Bessel beta及其它特殊函数线性方程及微分方程求解多维数组的支持 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第12页 MATLAB的功能 3 9 开发工具MATLABEditor 该工具提供了标准的编辑 调试M语言算法的基本环境 例如可以在该工具中定义断点并且进行单步调试 M LintCodeChecker 该工具用于分析M语言代码并且向开发人员提出改善代码性能和维护性的建议 MATLABProfiler 该工具可以计算每行M语言代码执行消耗的时间 DirectoryReports 该工具扫描当前目录下所有的M语言 并且报告文件的代码效率 文件的相关性以及代码覆盖度等信息 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第13页 数据的可视化MATLAB提供了功能丰富的数据可视化功能函数 其中包括 二维 三维绘图 包括离散数据绘图 直线图 封闭折线图 polygon 网格图 等值线图 极坐标图 直方图等丰富多样的数据可视化手段 交互的文本注释编辑能力 提供文件I O 用于显示绘制图形 支持多种图像文件格式例如 EPS TIFF JPEG PNG BMP HDF AVI PCX等 软硬件支持的OpenGL渲染 支持动画和声音 多种光源设置 照相机和透视控制 对图形界面元素提供了交互式可编程的控制方法 句柄图形 能够打印或者导出数据图形文件到其它的应用程序中 例如Word和PowerPoint 共享开发的结果 MATLAB绘制的图形如 MATLAB的功能 4 9 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第14页 MATLAB的功能 5 9 交互式编辑创建图形MATLAB提供了交互式工具用于设计 修改图形窗口 在MATLAB的图形窗口中工程师可以完成 拖放数据集到窗体 修改图形窗体中任意对象的属性 放大 旋转 平移 修改摄像机或者光线的位置 角度等 增加注释和数据标注 将图形窗口文件转变为M代码 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第15页 MATLAB的功能 6 9 集成的算法开发编程语言和环境MATLAB提供了一种简便易用的算法开发语言 M语言 直接利用MATLAB提供的基本数学 图形能力 开发工程师自定义的算法 几乎所有的MATLAB工具箱函数都是利用M语言开发的 可视化的程序编辑器 调试器 语法风格类似C语言 容易掌握 JIT加速器加快程序运行速度 多维向量及工程师自定义结构 以及数组 结构 单元数组等多种数据结构 支持面向对象编程 OOP 流程控制 for while if switch 字符变换 ASCII及二进制文件输入输出 灵活的开发性能够与C C FORTRAN Java COM组件以及Excel集成使用 支持使用底层I O手段获取数据 操作数据文件 MATLAB数据文件 MAT文件支持跨平台应用 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第16页 MATLAB的功能 7 9 图形用户界面开发环境 GUIDE应用程序向导简化开发步骤 下拉及弹出式菜单 支持多种界面元素 按钮 PUSHBUTTON 单选按钮 RADIOBUTTON 复选框 CHECKBOXES 滑块 SLIDERS 文本编辑框 EDITBOX 和ActiveX控件 鼠标事件 MouseEvent 和响应函数 drawback 利用响应函数响应工程师的操作 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第17页 MATLAB的功能 8 9 开放性 可扩展性强M 语言函数文件是可见的MATLAB程序 所以工程师可以查看源代码 开放的系统设计使工程师能够检查算法的正确性 修改已存在的函数 或者加入自己的新函数 包括 使用C或者FORTRANMEX文件集成已有的C FORTRAN算法 在C或FORTRAN程序中调用MATLAB函数 在MATLAB中使用Java语言编程 提供COM服务和COM控制支持 输入输出各种MATLAB及其它标准格式的数据文件 对计算机串口进行输入输出操作 加载通用DLL文件 创建图文并貌的技术文档 包括MATLAB图形 命令 并可通过Word HTML输出 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第18页 MATLAB的功能 9 9 专业应用工具箱MATLAB的工具箱加强了对工程及科学中特殊应用的支持 工具箱也和MATLAB一样是完全工程师化的 可扩展性强 将某个或某几个工具箱与MATLAB联合使用 可以得到一个功能强大的计算组合包 满足工程师的特殊要求 于是 MATLAB产品被广泛应用于下列领域 测量测试数学建模与分析信号处理财经金融建模与分析图像处理与地理信息 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第19页 MATLAB的优点 易于学习 使用方便支持多种操作系统丰富的内部函数强大的图形和符号功能可以自动选择算法与其他软件和语言有良好的对接性 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第20页 1 2MATLAB的用户界面 主界面 当前路径窗口 历史命令窗口 命令窗口 工具栏 主菜单栏 文件详细信息 工作区窗口 快速启动窗口按钮 当前目录路径 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第21页 MATLAB的工具栏 新建 打开 剪切 复制 粘贴 撤销 恢复 Simulink 打开Simulink Simulink是一个用来对动态系统进行建模 仿真和分析的软件包 它支持连续 离散及两者混合的线性和非线性系统 也支持具有多种采样频率的系统 Guide 快速启动Guide Guide全称为GraphicalUserInterfacedevelopmentenvironment 用于辅助设计图形用户接口 使用该工具可以简化GUI编程 Profiler 快速启动Profiler工具 Profiler工具能够分析出程序运行时间消耗情况 用于帮助分析 改进M文件 Help 打开MATLAB帮助 CurrentDirectory 设置当前目录 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第22页 MATLAB的窗口 命令窗口 MATLAB命令窗口 打开MATLAB时 命令窗口自动显示于MATLAB界面中 运算提示符 表示MATLAB处于准备状态 用户可以输入命令 按下回车键执行 并在命令窗口中显示运行结果 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第23页 MATLAB的窗口 历史命令窗口 默认情况下历史命令窗口位于左下角 显示用户曾经输入过的命令 并显示输入的时间 方便用户查询 对于历史命令窗口中的命令 用户可以点击右键进行相应的操作 用户可以双击再次执行命令窗口中的命令 命令历史窗口 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第24页 MATLAB的窗口 工作区窗口 工作区窗口与当前路径窗口共享一块空间 可以通过标签显示或隐藏 工作区窗口中显示当前工作区中的所有变量及其大小和类型等 通过工作区可以对这些变量进行管理 其中包含了工作区工具栏和显示窗口 通过工具栏可以新建或删除变量 导入导出数据 绘制变量的图形等 另外右键单击变量名可以对该变量进行操作 工作区窗口 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第25页 MATLAB的窗口 当前路径窗口 当前路径窗口显示当前路径下的所有文件和文件夹及其相关信息 并且可以通过当前路径工具栏或右键菜单对这些文件进行操作 当前路径窗口 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第26页 1 3MATLAB的路径搜索 1 3 路径设置除MATLAB默认的搜索路径外 用户可以设置搜索路径 设置方法为 选择MATLAB窗口中的File SetPath命令 进入路径搜索对话框 添加选中目录 添加选中目录及其子目录 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第27页 MATLAB的路径搜索 2 3 路径设置函数path命令在命令窗口中输入path命令可以查看MATLAB中的搜索路径 pathMATLABPATHD ProgramFiles MATLAB R2010a toolbox matlab generalD ProgramFiles MATLAB R2010a toolbox matlab opsD ProgramFiles MATLAB R2010a toolbox matlab langD ProgramFiles MATLAB R2010a toolbox matlab elmat path newpath 命令改变搜索路径 2020 2 24 SCHOOLOFPHYSICSANDTECHNOLOGYN N U 第28页 MATLAB的路径搜索 3 3 MATLAB的搜索顺序当在命令窗口中或者一个M文件中输入一个元素名称时 MATLAB按照下面的顺序搜索该元素的意义 以元素foo为例 1 查找工作区中是否存在名为foo的变量 2 在当前路径中查找是否存在名foo m的文件 3 按照顺序查找搜索路径中是否存在该文件 如果存在多个名为foo m的文件 则调用首先查到的文件 因此 在为变量和函数命名时 需考虑MATLAB的路径搜索顺序 合理为变量和函数命名 保证程序的正确运行