MATLAB第一节初步.ppt

1 数学实验第一节MATLAB初步主讲人 田献珍QQ 46545640Tel 0772 3517084 广西工学院鹿山学院 2 参考书目 数学建模与数学实验 赵静 但琦主编 高等教育出版社 2008 数值计算 张军主编 清华大学出版社 2008 7 数学建模及其基础知识详解 费浦生 羿旭明主编 武汉大学出版社 2006 5 数学建模与数学实验 张圣勤主编 复旦大学出版社 2008 9 MATLAB7 0 张圣勤主编 机械工业出版社 2006 3 网络资源 3 教学内容 广西工学院鹿山学院 第一节MATLAB初步 第二节符号计算 第三节绘图 第四节程序设计 第五节数值计算 第六节插值 拟合 4 一 MATLAB概述 第一讲MATLAB初步 二 基本 查询 命令 三 基本赋值和运算 5 一 MATLAB概述 6 1 MATLAB概述 1984年由美国MathWorks公司推向市场 英文MATrixLABorotory 矩阵实验室 缩写 广泛应用于工程计算 数值分析领域 功能强大 简单易学 编程效率高 线性代数 自动控制理论 数字信号处理 时间序列分析 动态系统仿真 图像处理等课程的基本教学工具 1 MATLAB概述 7 2 MATLAB特点 1 数值计算和符号计算功能微积分 微分 积分 求极限 泰勒展开 级数求和 代数 求逆 特征值 行列式 代数方程解的化简 数学表达式的指定精度 数值分析 插值和拟合 数值微分和积分 函数逼近 代数方程和微分方程的数值解和符号解 统计计算 均值 方差 概率 参数估计 假设检验 相关性和回归分析 统计绘图 随机数产生器等 优化问题的求解 线性规划 非线性规划等问题的求解 2 MATLAB特点 8 2 MATLAB语言命令行的交互式操作 程序方式工作 很容易地实现C或FORTRAN语言的几乎全部功能 3 图形功能低级图形命令 图形句柄操作 高级图形命令 图形命令 高级图形命令可用于绘制二维 三维图形 并可进行图形和坐标的标识 视角和光照设计 色彩精细控制等等 2 MATLAB特点 9 4 应用工具箱工具箱分为两大类 功能性工具箱和学科性工具箱功能性工具箱 主要用来扩充其符号计算功能 可视建模仿真功能及文字处理功能等 学科性工具箱 专业性比较强 如控制系统工具箱 信号处理工具箱 神经网络工具箱 最优化工具箱 金融工具箱等 用户可以直接利用这些工具箱进行相关领域的科学研究 2 MATLAB特点 10 CPU 最低要求PentiumII 奔腾II 或更高 内存 最好是256M或更多 硬盘 至少预留200M以上的空间 或更多 系统 windows98 NT 2000 XP或其他相关产品 预装软件 1 安装Office97 2000 XP 用予运行MATLAB中与EXCEL相关的软件 2 visualC C 6 0 7 0或Fortran5 0 3 PDF文件浏览器 3 MATLAB运行环境 11 一 MATLAB的启动 1 通过 开始 按钮 选择 程序 菜单项 然后打开 MATLAB 菜单中的 MATLAB 程序 2 建立快捷方式的功能 将MATLAB程序以快捷方式放在桌面上 只要在桌面上双击该图标即可启动MATLAB 4 MATLAB集成环境 12 二 MATLAB命令窗口 1 菜单栏菜单栏共包含File Edit Window debug desktop和Help六项 File菜单项 New 用于建立M文件 图形窗口 M File 打开M文件编辑器 Figure 打开一个空白的图形窗口 Variable 打开工作空间窗口 Model 打开创建新模型窗口 GUI 打开创建新图形用户界面对话框 4 MATLAB集成环境 13 Open 打开一个已经建立的M文件CloseCommandWindow 关闭当前命令窗口Importdata 将文件中的数据导入到MATLAB工作空间SaveWorkspaceAs 把当前工作空间的所有变量用后缀为 mat的文件保存起来SetPath 更改MATLAB执行命令时的搜索路径PageSetup 设置页面布局 页眉 页脚中所用的字体等Print 设置打印参数PrintSelection 打印窗口中选定的内容 4 MATLAB集成环境 14 Edit菜单项 Undo Redo Cut Copy和Paste等 分别用于撤销 重复上一次操作 剪切 复制和粘贴 PasteSpecial 将存放在缓冲区内的内容按照一定的格式存放在剪贴板变量中 SelectAll 用于选定当前窗口中所有内容 Delete 删除预先选定的内容 Find 当前目录中的M 文件中查找相应内容 ClearCommandWindow 清除命令窗口中显示内容 但不会删除工作空间中内容 命令 clc ClearCommandHistory 清除历史记录 4 MATLAB集成环境 15 Debug菜单 OpenM File 打开一个要调试的M 文件Step 逐个语句运行StepIn 进入下一个语句StepOut 退出调试Clearbreakpointsinallfile 清除所有文件断点Stopiferrors warning 遇到错误或警告断点停止运行 4 MATLAB集成环境 16 Desktop菜单 Desktoplayout 选择窗口布局Default 默认布局Alltabbed 同时显示5个窗口Savelayout 存储版式Organizelayout 组织版式 由用户自己定义profiler 评述器口 4 MATLAB集成环境 17 Windows菜单 CloseallDocuments 关闭所有打开的编辑窗口 当某一个窗口被打开时 MATLAB会自动在Windows这一栏产生这个窗口的名称 Help菜单 Demos 打开功能演示 4 MATLAB集成环境 18 命令窗口的工具栏工作空间新建剪切粘贴浏览器新仿真模型打开复制撤消路径浏览器帮助 4 MATLAB集成环境 19 例 在MATLAB命令窗口输入命令 键入3 4回车ans 12 Commandwindows命令窗口的命令编辑区 键入命令并按下回车键后 MATLAB就会执行所输入的命令 并在命令后面给出计算结果 4 MATLAB集成环境 20 二 基本 查询 命令 21 1 help 命令名 函数名 帮助命令 显示系统中所有相关项目例如 helpplothelpcov2 What 目录名 显示该目录内容命令例如 whatMatlab显示Matlab目录下的所有M 文件 22 3 Type M 文件名 显示当前工作目录下某M 文件内容命令例如 typechase14 Lookfor 关键字 寻找命令或字符串的功能例如 lookforclclookforacos 23 5 Which 命令 函数名 显示函数所在的文件位置 给出路径例如 whichchase1whichpath 6 Load txt数据or变量名 将记事本中的数据加载到工作空间中例如 D load F d txt Note d txt中必须是纯数据格式 24 7 从读EXCEL取数据 filename pathname uigetfile xls 获取源文件名 文件路径 在变量工作空间中有显示 file pathnamefilename 定义该文件名 x xlsread file 定义变量名 并读取数据 y x 6 抽取第6列数据 25 7 who whos 显示当前变量whos命令更详细 8 save 变量名 保存结果命令例如 saveD以D mat格式将变量存入当前工作目录下例 26 9 Disp 变量名 显示文本或变量内容命令例如 x 123 disp x y aaaaaaa disp y 10 Dir 显示当前目录下所有内容目录例如 dir 27 三 基本赋值和运算 广西工学院鹿山学院 28 一 变量名 特殊变量表MATLAB中变量的命名规则是 1 变量名必须是不含空格的单个词 2 变量名区分大小写 3 变量名最多不超过19个字符 4 变量名必须以字母打头 之后可以是任意字母 数字或下划线 变量名中不允许使用标点符号 广西工学院鹿山学院 29 比如 键入lamda 27回车lamda 27键入beta 40回车beta 40键入exp lamda 回车ans 5 3205e 011键入sin beta 回车ans 0 7451键入tan lamda beta 回车ans 0 8558 一 变量名 特殊变量表 30 特殊变量表 一 变量名 特殊变量表 31 关系运算符 一 变量名 特殊变量表 32 比如 键入lamda 27n回车lamda 27键入beta 40回车beta 40键入lamda beta回车ans 0 6750键入lamda beta回车ans 1 4815键入tan lamda beta lamda beta回车ans 0 6256 一 变量名 特殊变量表 33 常见数学函数 一 变量名 特殊变量表 34 Note 在算术 关系 逻辑运算中 算术运算优先级最高 逻辑运算优先级最低 一 变量名 特殊变量表 35 矩阵是MATLAB最基本的数据对象 MATLAB的大部分运算或命令都是在矩阵运算的意义下执行的 在MATLAB中 不需对矩阵的维数和类型进行说明 MATLAB会根据用户所输入的内容自动进行配置 广西工学院鹿山学院 二 矩阵变量 36 1 建立矩阵方法 直接输入法 利用M文件建立矩阵 1 直接输入法 将矩阵的元素用方括号括起来 按矩阵行的顺序输入各元素 同一行的各元素之间用空格或逗号分隔 不同行的元素之间用分号分隔 也可以用回车键代替分号 例1键入命令 A 123 456 789 输出结果是 A 123456789 二 矩阵变量 37 2 利用M文件建立矩阵 对于比较大且比较复杂的矩阵 可以通过M文件建立矩阵 第一步 使用编辑程序输入文件内容 第二步 把输入的内容以纯文本方式存盘 设文件名为mymatrix m 第三步 在MATLAB命令窗口中输入mymatrix 就会自动建立一个名为AM的矩阵 可供以后显示和调用 例2键入p 111122223333 注 MATLAB按列优先存储 对大小写变量有区分 二 矩阵变量 38 矩阵中元素的简单操作A r 矩阵A的第r行 A r 矩阵A的第r列 A 依次提取矩阵A的每一列 将A拉伸为一个列向量 A i1 i2 删除A的第i1 i2行 构成新矩阵 A j1 j2 删除A的第j1 j2列 构成新矩阵 AB A B 将矩阵A和B拼接成新矩阵 A i1 i2 j1 j2 取矩阵A的第i1 i2行 第j1 j2列构成新矩阵 A i2 1 i1 以逆序提取矩阵A的第i1 i2行 构成新矩阵 二 矩阵变量 39 说明 在MATLAB中 冒号是一个重要的运算符 利用它可以产生向量 还可用来拆分矩阵 冒号表达式的一般格式是 二 矩阵变量 e1 e2 e3其中e1为初始值 e2为步长 e3为终止值 冒号表达式可产生一个由e1开始到e3结束 以步长e2自增的行向量 40 例求解线性方程组AX B 其中 在MATLAB命令窗口输入命令 a 1 1 5 2 9 7 0 3 6 0 5 4 4 7 10 3 22 33 3 7 8 5 21 6 3 8 0 90 20 b 3 4 20 5 16 x a b 得到的结果是 x 3 5653 0 9255 0 26950 14350 0101 二 矩阵变量 41 2 行向量的建立 矩阵的特殊情况 x abcdef 创建包含指定元素的行向量 x first last 创建从first开始 加1计数 到last结束的行向量 x first increment last 创建从first开始 加increment计数 到last结束的行向量 x linspace first last n 创建从first开始 到last结束 有n个元素的行向量 x logspace first last n 创建从first开始 到last结束 有n个元素的对数分隔行向量 二 矩阵变量 42 3 列向量的建立 直接产生例c 1 2 3 4 转置产生例b 1234 c b 二 矩阵变量 说明 以空格或逗号分隔的元素是不同列的元素 而以分号分隔的元素是不同行的元素 43 设 a a1 a2 an c是标量 则 a c a1 c a2 c an c 向量与标量的运算 二 矩阵变量 a c a1 c a2 c an c a c a1 c a2 c an c 右除 a c c a1 c a2 c an 左除 a c a1 c a2 c an c c a c a1 c a2 c an 44 输入 x 1 50 1 x 2 1或1 1 x 2 比如 设x 1 50 求 y 1 1 x 2 的值 45 向量与向量的运算 设 a a1 a2 an b b1 b2 bn 则 a b a1 b1 a2 b2 an bn 二 矩阵变量 a b a1 b1 a2 b2 an bn a b a1 b1 a2 b2 an bn a b b1 a1 b2 a2 bn an a b a1 b1 a2 b2 an bn 46 访问一个元素 x i 表示访问数组x的第i个元素 访问一块元素 x a b c 表示访问数组x的第a个元素开始 以步长b到第c个元素 但不超过c b可以为负数 b缺省时为1 向量元素的操作 二 矩阵变量 直接使用元素编址序号 x abcd 表示提取数组x的第a b c d个元素构成一个新的数组 x a x b x c x d 47 例求方程x 4 7x 3 9x 20 0的全部根 在MATLAB命令窗口输入 p 1 7 0 9 20 建立多项式系数向量x roots p 求根 得到的结果是 x 7 2254 0 4286 1 5405i 0 4286 1 5405i1 0826 二 矩阵变量