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1、MATLAB程序及应用,个人简介： 祝洪杰 机电楼A413 学时分配： 总学时：32（其中理论课学时：16 上机学时：16） 考试成绩：平时成绩占30%，期末考试成绩占70%。,第1章 MATLAB概论 1.1 MATLAB简介 1.2 MATLAB环境的准备 1.3 MATLAB操作界面（开发环境）1.4 MATLAB帮助系统 1.5 MATLAB其他管理,教学目标 教学重点,第1章 MATLAB概论,教学目标,介绍MATLAB的一些基本情况，让大家对该软件有一个整体的认识。它主要包括MATLAB的功能、发展历史以及MATLAB 组成特点等。 介绍MATLAB的安装和操作界面，通过学习，用
2、户将对其开发环境有一个直观的认识并能够熟练掌握操作技巧。,教学重点,了解MATLAB语言的基本功能和特点 初步认识MATLAB 的操作界面 掌握MATLAB 的路径搜索 掌握MATLAB的M文件编辑器的使用,1.1 MATLAB简介,1.1.1 MATLAB的发展,MATLAB表示为Matrix Laboratory，最初是1980年前后 由Cleve Moler用Fortran语言设计的，有关矩阵的算法来 自Linpack和Eispack课题的研究成果；现在的MATLAB程序是MathWorks公司用C语言开发的。 是目前国际上最流行、应用最广泛的科学与工程计算软件。 广泛应用于自动控制、数
3、学运算、数字信号分析、计算机技术、图像信号处理、财务分析、航天工业、汽车工业、生物医学工程、语音处理和雷达工程等行业； 国内外高校和研究部门科学研究的重要工具；,1.1 MATLAB简介,1.1.1 MATLAB的发展,1984年，MATLAB第1版(DOS版) 1992年，MATLAB4.0版(微机版，在windows3.X上使用) 1994年，MATLAB 4.2版(4.0的扩充，在图形界面设计方面提供了新的方法) 1997年，MATLAB 5.0版(更多的数据结构，) 1999年，MATLAB 5.3版(最优化工具箱和simulink3.0版) 2000年，MATLAB 6.0版(界面更
4、合理,计算性能速度提高,与C语言接口及转换的兼容性更强，simulink4.0) 2001年，MATLAB 6.1版 2002年，MATLAB 6.5版(simulink5.0,在计算方法、图形功能、用户界面设计、编程手段和工具等方面都有重大改进) 2004年，MATLAB 7.0版,1.1 MATLAB简介,1.1.2 MATLAB的主要组成部分,1、开发环境 由一组工具和组件组成 2、MATLAB数学函数库 集成了丰富的数学函数库，其强大的计算能力覆盖了 从基本函数到高级函数的范围。 3、MATLAB语言 它是一种以矩阵运算为基础的高级语言。 4、图形功能 具有功能强大的图形系统，可以用高
5、级命令和图形句 柄实现对所有图形对象的操作。,1.1 MATLAB简介,1.1.2 MATLAB的主要组成部分,5、应用程序接口（API） 提供了应用程序接口库函数，允许用户使用像C语言 这样的高级语言与MATLAB连接，功能包括与MATLAB 的动态连接、调用MATLAB作为运算引擎、读写MAT文 件等。 6、工具箱,MATLAB由基本部分和功能各异的工具箱组成。基本部分是MATLAB的核心，工具箱是扩展部分。 工具箱是用MATLAB的基本语句编成的各种子程序集，用于解决某一方面的专门问题或实现某一类的新算法。,l MATLAB有以下主要的工具箱： 控制系统工具箱(Control Syste
6、m Toolbox) 系统辨识工具箱(System Identification Toolbox) 信号处理工具箱(Signal Processing Toolbox) 神经网络工具箱(Neural Network Toolbox) 模糊逻辑控制工具箱(Fuzzy Logic Toolbox) 小波工具箱(Wavelet Toolbox) 模型预测控制工具箱(Model Predictive Control Toolbox) 通信工具箱(Communication Toolbox) 图像处理工具箱(Image Processing Toolbox) 频域系统辨识工具箱(Frequency Sy
7、stem Identification Toolbox) 优化工具箱(Optimization Toolbox) 偏微分方程工具箱(Partial Differential Equation Toolbox) 财政金融工具箱(Financial Toolbox) 统计工具箱(Statistics Toolbox),1.1 MATLAB简介,1.1.3 MATLAB的特点及功能,1功能强大 (1)运算功能强大 MATLAB的数值运算要素不是单个数据，而是矩阵，每个元素都可看作复数，运算包括加、减、乘、除、函数运算等； 通过MATLAB的符号工具箱，可以解决在数学、应用科学和工程计算领域中常常遇到
8、的符号计算问题。 (2)功能丰富的工具箱 大量针对各专业应用的工具箱的提供，使MATLAB适 用于不同领域。 (3)文字处理功能强大 MATLAB的Notebook为用户提供了强大的文字处理功 能，允许用户从Word访问MATLAB的数值计算和可视化 结果。,1.1 MATLAB简介,1.1.3 MATLAB的特点及功能,2人机界面友好，编程效率高 语言规则与笔算式相似，命令表达方式与标准的数学表达式非常相近。 解释方式工作的，键入算式无需编译立即得出结果，若有错误也立即做出反应，便于编程者立即改正。 3强大而智能化的作图功能 工程计算的结果可视化，使原始数据的关系更加清晰明了； 多种坐标系；
9、 能绘制三维坐标中的曲线和曲面。,1.1 MATLAB简介,1.1.3 MATLAB的特点及功能,4可扩展性强 包括基本部分和工具箱两大部分，具有良好的可扩展 性，工具箱可以任意增减。还可以利用应用程序接口函 数与其他高级语言连接处理。 5Simulink动态仿真功能 MATLAB的Simulink提供了动态仿真的功能，用户通 过绘制框图来模拟一个线性、非线性、连续或离散的系 统，通过Simulink能够仿真并分析该系统。,1.1 MATLAB简介,1.1.4 MATLAB功能演示,例1.1 分别绘制函数曲线。 x=-2*pi:pi/180:2*pi; plot(x,2.(-abs(x),:,
10、x,sin(x) 例1.2 求方程 2x5-3x3 +71x2-9x+13=0的全部根。 p=2,0,-3,71,-9,13; x=roots(p),例1.3 求解线性方程组。 a=2,3,-1;8,2,3;45,3,9; b=2;4;23; x=inv(a)*b 例1.4 求积分 quad(x.*log(1+x),0,1),1.1.4 MATLAB功能演示,1.1 MATLAB简介,用四种方法描述cos(x)*sin(y)图形,图像处理：离散余弦压缩,1.2 MATLAB环境的准备,1.2.1 MATLAB的安装 安装MATLAB X.0系统，需运行系统自带的 安装程序setup.exe。运
11、行后，将进入MATLAB 安装程序的欢迎对话框，用户可以按照安装提示 依次操作。 安装MATLAB 7必须具有由Mathworks公司提 供的合法个人使用许可，如果没有使用许可，用 户将无法安装MATLAB。,1.2.2 MATLAB的启动与退出,1.2 MATLAB环境的准备,1MATLAB系统的启动 启动MATLAB系统有3种常见方法： (1)在Windows桌面，单击任务栏上的“开始”按 钮，选择“程序”菜单项，然后选择“MATLAB 7.0”程序选项。 (2)运行MATLAB系统启动程序matlab.exe。 (3) 利用快捷方式。,2MATLAB系统的退出 要退出MATLAB系统，也
12、有3种常见方法 (1)在MATLAB主窗口File菜单中选择Exit MATLAB命令。 (2) 在MATLAB命令窗口输入Exit或Quit命令。 (3) 单击MATLAB主窗口的“关闭”按钮。,1.2 MATLAB环境的准备,1.2.2 MATLAB的启动与退出,1.3 MATLAB操作界面,MATLAB主窗口是MATLAB的主要工作界面。主窗口除了嵌入一些子窗口外，还主要包括菜单栏和工具栏。 补充：通用参数设置,1.3.1 主窗口,MATLAB 7.0主窗口,命令窗口是MATLAB的主要交互窗口，可键入各种MATLAB的命令、函数和表达式，并显示除图形外的所有运算结果。 MATLAB命令
13、窗口中的“”为命令提示符，表示MATLAB正在处于准备状态。在命令提示符后键入命令并按下回车键后，MATLAB就会解释执行所输入的命令，并在命令后面给出计算结果。,1.3 MATLAB操作界面,1.3.2 命令窗口Command Window,(1) 命令窗口中命令行的编辑 MATLAB命令窗口不仅可以对输入的命令进行编辑和运行，而且可以对已输入的命令进行回调、编辑和重运行。常用的键盘操作和快捷键如表1-2所示,1.3 MATLAB操作界面,1.3.2 命令窗口Command Window,1.3 MATLAB操作界面,1.3.2 命令窗口Command Window,(2) 常用的操作命令,
14、1.3 MATLAB操作界面,1.3.2 命令窗口Command Window,(3)命令窗口中的标点符号,1.3 MATLAB操作界面,1.3.2 命令窗口Command Window,【例】在命令窗口中使用不同的标点符号。 a=12.5,b=Hello %逗号表示分隔命令,单引号构成字符串,点号为小数点 c=1 2;3 4;5 6 % 表示构成矩阵,分号用来分隔行,空格用来分隔元素 d=a*. %.表示续行,注意：以上的符号一定要在英文状态下输入，因为MATLAB不能识别中文标点符号。,1.3 MATLAB操作界面,1.3.2 命令窗口Command Window,(4) 数值计算结果的显
15、示格式及设置,默认显示格式为：当数值为整数，以整数显示；当数值为实数，以小数后4位的精度近似显示，即以“短(Short)”格式显示；如果数值的有效数字超出了这一范围，则以科学计数法显示结果。 显示格式设置：选择菜单“File”“ Preferences”，则会出现参数设置对话框；见表1-3数值的显示格式。,工作空间是MATLAB用于存储各种变量和结果的内 存空间。在该窗口中显示工作空间中所有变量的 名称、大小、字节数和变量类型说明，可对变量 进行观察、编辑、保存和删除。同时用不同的图 标表示矩阵、字符数组、单元数组、结构及符号 对象等变量类型。,1.3 MATLAB操作界面,1.3.3 工作空
16、间窗口Workspace,1.3 MATLAB操作界面,1.3.3 工作空间窗口Workspace,(1) 工作空间窗口中变量的操作,选中变量右键 变量的字符显示 变量的图形显示 全部内存变量保存为MAT文 件 部分内存变量保存为MAT文件 删除部分内存变量 删除全部内存变量,1.3 MATLAB操作界面,1.3.3 工作空间窗口Workspace,(2)通过命令管理变量,save FileName 变量1 变量2 参数 load FileName 变量1 变量2 Who: 查阅MATLAB内存变量变量名 Whos：查阅MATLAB内存变量变量名、大小、类型和字节数 clear 变量1 变量2
17、 i=exist(X) 省略变量表示所有变量,FileName的文件扩展名为.mat,1.3 MATLAB操作界面,1.3.4 当前目录窗口和搜索路径,用来设置当前目录，可以随时显示当前目录下的M、MAT等文件的信息。 MATLAB总默认地将文件存放在当前目录. 只有在当前目录或搜索路径下的文件、函数可以被运行或调用。,1.当前目录窗口Current Directory,(1)把用户目录设置成当前目录的方法有两种： 在当前目录设置区设置。在上图中或MATLAB界面工具栏的右边都有当前目录设置区， 可以在“设置栏”中直接填写待设置的目录名。 通过命令设置 cd %显示当前目录 cd 目录 %指定
18、当前目录 cd %指定上一级目录为当前目录,1.3 MATLAB操作界面,1.3.4 当前目录窗口和搜索路径,1.当前目录窗口Current Directory,1.3 MATLAB操作界面,1.3.4 当前目录窗口和搜索路径,1.当前目录窗口Current Directory,(2)文件详细列表区的主要应用功能 : 右键菜单 运行M文件 打开M文件 把MAT文件全部数据输入内存 把MAT文件部分数据输入内存 (3)当前目录窗口的属性设置 选择菜单“File”“preferences”,1.3 MATLAB操作界面,1.3.4 当前目录窗口和搜索路径,2. MATLAB的搜索路径,搜索路径是M
19、ATLAB定义的一系列文件路径的组合，缺省状态下包括当前路径和已安装的全部工具箱的路径，当程序或命令执行时，MATLAB在搜索路径中查找命令或程序运行所需的M文件和各种数据文件。以命令窗口为例，当输入一个字符串时，MATLAB基本的搜索过程是： (1)在工作空间中搜索是否有以该字符串为变量名的变量，如果有，返回该变量的值。 (2)搜索是否有同名的MATLAB内部函数，如果有，执行该内部函数； (3)在当前目录中查找与该字符串同名的M文件，如果有，执行该文件； (4)在搜索目录中查找与该字符串同名的M文件，如果有，执行该文件； 如果都不是，则MATLAB发出错误信息。,注意： (1)命令“exi
20、st”、“which”和“load”执行时也都遵循MATLAB搜索步骤的先后次序。 (2)如果在搜索目录中存在多个同名内容，则只执行搜索路径中第一个内容，其他不执行。,1.3 MATLAB操作界面,1.3.4 当前目录窗口和搜索路径,2. MATLAB的搜索路径,MATLAB搜索路径的扩展和修改 当用户的某些目录不在搜索路径上，必须修改搜索路径。 (1) 利用设置路径对话框修改搜索路径 在MATLAB界面选择菜单“File”“Set Path”命令。 在命令窗口运行“pathtool”命令。 (2) 利用path命令设置搜索路径 path (path, 新增目录) %在MATLAB的搜索路径的
21、末尾添加新目录 path(path,c: MyDir ),用来记录并显示已经运行过的命令、函数 和表达式。 历史命令窗口的功能： 复制命令 运行命令 写成M文件,1.3 MATLAB操作界面,1.3.5 命令历史窗口Command History,1.3 MATLAB操作界面,1.3.6 M文件编辑调试器窗口,MATLAB的命令文件和函数文件都是扩展名为“.m”的文件，通常称之为M文件。M文件是一个文本文件，它可以用任何编辑程序来建立和编辑，而一般常用且最为方便的是使用MATLAB提供的M文件编辑器。 1、启动MATLAB文件编辑器的方法 (1) 菜单操作。主窗口File菜单-New-M-fi
22、le命令。 (2) 命令操作。在MATLAB命令窗口输入命令edit。 (3) 命令按钮操作。单击主窗口工具栏上的New M-File命令按钮。 (4)打开已有的M文件，同时M文件编辑器也打开。,1.3 MATLAB操作界面,1.3.6 M文件编辑调试器窗口,2、M文件编辑器的编辑和调试功能 (1)Edit菜单中的特别操作 (2)Debug(调试)和Breakpoints(断点)的操作 3、M文件编辑器的参数设置,MATLAB 7.0的主窗口左下角有一个Start按钮，单击该按钮会弹出一个菜单，选择其中的命令可以执行MATLAB产品的各种工具，并且可以查阅MATLAB包含的各种资源。,1.3
23、MATLAB操作界面,1.3.7 Start菜单,1.4 MATLAB帮助系统,进入帮助窗口可以通过以下3种方法： (1) 单击MATLAB主窗口工具栏中的Help按钮。 (2) 在命令窗口中输入helpwin、helpdesk或doc。 (3) 选择Help菜单中的“MATLAB Help”选项。,1.4.1 帮助窗口,1help命令 用法： help %显示当前帮助系统中所包含的所有项目， 即搜索路径中所有的目录名称 help 帮助主题 %列出指定主题下的函数 help 函数名 %对所选函数的功能、调用格 式及相关函数给出说明 注意：MATLAB区分大小写。变量A和变量a表示的 是不同的变
24、量，所有的命令和函数名都必须用小写。,1.4 MATLAB帮助系统,1.4.2 帮助命令,2lookfor命令 当希望查找具有某种功能的函数但不知道该函数准确 名称时，help就无能为力了。为此，设计了lookfor命 令，它可以根据用户提供的完整或不完整的关键词，搜 索与该关键词有关的函数或命令。 用法： lookfor topic % 把在搜索中发现与关键字相匹配的所有M文件的H1行(第一行注释)都显示出来 lookfor topic all %在所有M文件中搜索关键字 例：lookfor integral 查找积分有关的函数,1.4 MATLAB帮助系统,1.4.2 帮助命令,模糊查询方
25、法：用户可以只输入命令的前几个字 母，然后按Tab键，系统就会列出全部以这几个 字母开头的函数或文件名。 例：键入plot后按tab键，则列出所有以plot开头的函数。,1.4 MATLAB帮助系统,1.4.3 模糊查询,1.4 MATLAB帮助系统,1.4.4 演示系统,在帮助窗口中选择演示系统(Demos)选项卡，然后在其中选择相应的演示模块，或者在命令窗口输入Demos，或者选择主窗口Help菜单中的Demos子菜单，打开演示系统。,1.5 MATLAB其他管理文,1.5.1 MATLAB用户文件格式,1. 程序文件 程序文件即M文件，其文件的扩展名为.m，包括主程序和函数文件，M文件通
26、过M文件编辑调试器生成。MATLAB的各工具箱中的函数大部分是M文件。 2. 数据文件 数据文件即MAT文件，其文件的扩展名为.mat，用来保存工作空间的数据变量，数据文件可以通过在命令窗口中输入“save”命令生成。 3. 可执行文件 可执行文件即MEX文件，其文件的扩展名为.mex，由MATLAB的编译器对M文件进行编译后产生，其运行速度比直接执行M文件快得多。 4. 图形文件 图形文件的扩展名为.fig，可以在“File”菜单中创建和打开，也可由MATLAB的绘图命令和图形用户界面窗口产生。 5. 模型文件 模型文件扩展名为.mdl，是由Simulink工具箱建模生成的。另外，还有仿真文
27、件.s文件。,1.5 MATLAB其他管理文,1.5.2 文件管理命令,what ：列出当前目录下的M、MAT、MEX文件清单 dir：列出指定目录下的文件和子目录清单 dir 目录名 %列出指定目录下的文件和子目录清单 type 文件名： 显示指定M文件的内容 which 文件名 ：指出M文件、MEX文件、工作空间变量、内置函数或Simulink模型所在的目录 diary：把当前命令窗口中的所有内容(包括命令、计算结果等)保存到日志文件中 diary (file) %使用指定文件名创建日志文件 diary off %暂停执行diary命令 diary on %恢复执行diary命令并使用当前的 文件名,【例】在MATLAB的通用操作界面综合地作一个练习。 a=1 2 3; 4 5 6;7 8 9; b=1 1 1;2 2 2;3 3 3 ; c=计算; d=a+b*i,一个实例,练习,【1】先建立自己的工作目录，再将自己的工作目录设置到MATLAB搜索路径下。用help命令能查询到自己的工作目录吗？ 【2】李明设计了一个程序文件mygram.m,并将其保存到了f:ppp中，但在命令窗口中输入文件名mygram后，MATLAB系统提示：?Undefined function or variable mygram. 试分析产生错误的原因并给出解决办法。,