学习matlab(matlab概述)

1日日行，不怕千万里；时时学，不怕千万卷。第一讲第一讲 Matlab 概述概述1.1Matlab 的历程和影响Matlab 一词是 Matrix Laboratory（矩阵实验室）的缩写。20 世纪 70 年代后 期，时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的 Cleve Moler 教授为减轻学生编 程负担，为学生设计了一组调用 LINPACK 和 EISPACK 库程序的“通俗易用” 的接口，此即用 Fortran 编写的萌芽状态的 Matlab。 经过几年的校际流传，在 Little 的推动下，Little、Steve、Bangert 合作，于 1984 年成立了 Math Works 公司，并把 Matlab 正式推向市场。这时的 Matlab 内 核已采用 C 语言编写，而除了原有的数值计算功能外，还新增加了数据视图功 能。 自从 Matlab 以商品形式出现后，仅短短几年，就以其良好的开放性和运行 的可靠性，使原先控制领域里的封闭式软件包纷纷淘汰，而改以 Matlab 为平台 加以重建。在进入 20 世纪 90 年代的时候，已经成为国际公认的标准计算软件。在欧美大学里，诸如数理统计、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通 讯、时间序列分析、动态系统仿真等课程的教科书把 Matlab 作为一项重要的学 习内容。这几乎成了 20 世纪 90 年代教科书与旧版书籍的区别性标志。Matlab 是本科、硕士、博士生必须掌握的基本工具。 在国际学术界，Matlab 已经被确认为准确、可靠的科学计算标准软件。在 许多国际一流刊物上，尤其是信息科学刊物，都可以看到 Matlab 的应用。 Matlab 将数值分析、矩阵运算、信号处理、图形功能和系统仿真融为一体，使 用户在易学易用的环境中求解问题，如同书写数学公式一样，避免了传统复杂 的专业编程。Math Works 公司对 Matlab 的优点描述是“计算、可视化及编程2一体化” 。在设计研究单位和工业部门，被认为是进行高效研究、开发的首选工 具。1.2 Matlab 的特点的特点Matlab 有不同于其它高级语言的特点，它被称为第四代计算机语言。 （1）编程效率高 Matlab 基本数据单元是矩阵，所有的变量都可以用矩阵来表示，如标量视 为一行一列的矩阵。在编程时不需要象其它语言一样为矩阵定义维数和大小。 具有简洁的表达，数学表达几乎和数学解析的表现形式完全相同。被称为“演 算纸”式的科学算法语言，编程效率高，易学易懂。 （2）用户使用方便 Matlab 语言是一种解释执行的语言，它灵活、方便，其调试程序手段丰富， 调用速度快，需要学习时间少。把编辑、编译、连接和执行融为一体。它能在 同一画面上进行灵活操作，快速排除程序中的错误、语法错误，甚至语义错误， 从而加快了用户编写、修改和调试程序的速度。 （3）扩充能力强、交互性好 Matlab 语言有丰富的库函数，在进行复杂的数学运算时可以直接调用。库 函数的形式和用户文件在形式上一样，所以用户可以作为库函数来调用。因此 用户可以很方便地扩充新的库函数。此外，Matlab 具有强大的接口功能，能方 便地和其他编程软件进行交互。 （4）移植性和开放性好 Matlab 是用 C 语言编写的，而 C 语言的移植性很好，于是 Matlab 也可以 很方便地移植到能运行 C 语言的操作平台上。如 Windows 系列、 UNIX、Linux、VMS6.1、PowerMac。除了内部函数外，所有的核心文件和工 具箱文件都是公开的，都是可以读写的源文件，用户可以通过对源文件的修改 和自己编程构成新的工具。 （5）语句简单、内涵丰富 Mablab 中最基本的成分是函数，一个函数有函数名、输入变量和输出变量 组成。同一函数名，不同数目的输入变量（包括无输入变量）及不同数目的输 出变量，代表着不同的含义。着不仅使 Matlab 的库函数功能更丰富，而且大大 减少了需要的磁盘空间，使 Matlab 编写的 M-文件简单、短小而高效。 （6）高效方便的矩阵和数组 Matlab 也规定了矩阵的算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、条件运算 符及赋值运算符，而且这些运算符大部分可以照搬到数组间的运算，不需要定 义数组间的维数，并给出了矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解信 号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时，显得大为简洁、高效， 方便，这是其它高级语言无法比拟的。 （7）方便的绘图功能 Matlab 的绘图十分方便，有一系列的绘图函数，例如线性坐标、对数坐标， 半对数坐标、极坐标，均只需调用不同的绘图函数，在图上标出图题、XY 轴 标注，格（栅）绘制也只需调用相应的命令。 经过 20 多年的实践，人们已经意识到：Matlab 作为计算工具和科技资源， 可以扩大科学研究的范围、提高工程生产的效率、缩短开发周期、加快探索步3伐、激发创造活力。1.3Matlab 的功能的功能Matlab 产品族可以用于以下方面： 数值分析 数值和符号计算 工程与科学绘图 控制系统设计 数字信号处理 财务工程 建模、仿真、原型开发 应用开发 图形用户界面设计 主要功能（1） MATLAB Matlab 是 Math Works 公司所有产品的数值分析和图形基础环境，它将二 维和三维图形、Matlab 语言能力集成到一个单一的、易学易用的环境之中。（2） MATLAB Toolbox工具箱是一系列专用的函数库，以解决特定领域的问题，它是开放的、可 扩展的用户可以查看其中的算法，或开发自己的算法。（3） MATLAB Compiler编译器可以将 Matlab 语言编写的 M-文件目录自动转换成 C 或 C+文件， 支持用户进行独立应用开发。结合 Math Works 公司提供的 C/C+数学库和图形 库，用户可以利用 Matlab 快速地开发功能强大的独立应用程序。（4） SimulinkSimulink 是结合了框图界面和交互仿真能力的非线性系统仿真工具，它以 Matlab 的核心数学、图形和语言为基础。（5） StateflowStateflow 与 Simulink 框图模型相结合，描述复杂事件驱动系统的逻辑行为， 驱动系统在不同的模式之间进行切换。（6） Real-Time Workshop直接从 Simulink 框图生成 C 代码，用于快速原型和硬件在回路仿真，整个 代码的生成可以根据需要进行定制。（7） Simulink Blockset 专门为特定领域设计的 Simulink 功能模块的集合，用户也可以利用自己的 块或自动编写的 C 和 Matlab 程序建立自己的块。1.4 Matlab 的基础准备及入门的基础准备及入门【例 1】的算术运算结果。313(175) 84在命令窗输入 >> (13-(17-5)*8)+434【例 2】矩阵 A=的输入步骤。459 23 51711 23 1 在命令窗输入 >> A=4 5 9;23 5 17;11 23 1 【例 3】矩阵 A 的分行输入 在命令窗输入 >>A=4,5,923 5 1711,23,1 【例 4】命令的续行输入（续行符“空格” ） >> S=1-1/2+1/3-1/4+1/5-1/6 .+1/7-1/8+1/9-1/10【例 5】复数表示。复数，计算。15 14zi237zi2 5 32ize 1 23z zzz在命令窗输入 >> z1=5+14i;z2=3+7i;z3=2*exp(i*2*pi/5); >> z=z1*z2/z3 【例 6】复数矩阵的生成及运算。 >> A=3 4;5 2-1 2;8 9*i; >> B=2+8i,3+2i;4+i,3+6i; >> C=A*B; >> A,B,C 【例 7】 求上例复数矩阵 C 的实部、虚部、模和相角。 >> real(C),imag(C),abs(C),angle(C)*180/pi【例 8】画出震荡曲线和它的包络线，。3sin3t yet3 0t ye0,4 t>> t=0:pi/50:4*pi; y0=exp(-t/3); y=exp(-t/3).*sin(3*t); plot(t,y,'-r',t,y0,':b',t,-y0,':b','linewidth',2)【例 9】采用模型画一组椭圆。2222125xy aath=0:pi/50:2*pi' >> a=0.5:0.5:4.5; >> X=cos(th)*a; >> Y=sin(th)*sqrt(25-a.2); >> plot(X,Y,'linewidth',2),axis('equal'),xlabel('x'),ylabel('y'),title('A set of Ellipses')51.5 Matlab 的常量与运算符的常量与运算符Matlab 经常使用的常量值pi为圆周率；eps机器浮点运算误差限；ans（答案）临时变量名，输出定义、运算结果时，用它代表未定义名称的变量； INF 或 inf正无穷大；i 或 j虚数单位；1NaN不定值（not a number） ，如0,00关系运算符表 操作符定义操作符定义 =等于>=大于等于 =不等于大于>mkdir('d:','my_dir'); >> cd d:my_dir; >> save fs X Y A t 清空内存，从 fs 向内存装载变量 >> clear >> load fs X Y >> who 【例 16】假设准确知道所要求的主题词或命令名称，那么使用 help 是获得6在线帮助的最简单有效的途径。