Matlab数据处理与分析胡小健自编1212.doc

仲恺农业工程学院自编教材MATLAB数据处理与分析V1．2胡小健 吴东庆 王 前 高川翔 杨志伟 编〔公选课专用〕仲恺农业工程学院二○○九年十二月印前 言MATLAB一直是国际科学界应用和影响最广泛的软件工具，有着Mathematica和Maple无法比较的优势和适用面它不仅仅是一款数学软件，应用于微积分、概率统计、复变函数、线性变换、解方程、最优化、插值及数据显示等方面，也应用于模糊逻辑、小波分析、神经网络、图像处理、模式识别方面求解另外数字信息处理、系统仿真、自动化、工程力学、信息与系统、模拟电路等方面都广泛的应用使用好的数据处理方法和相应的软件工具对实验数据进行处理是大学理工数各专业学生应具备的根本技能，对于相关课程的学习也非常重要MATLABT优点众多，本书只是重点讨论MATLAB在数据处理方面的应用具体包括以下方面的内容：1．MATLAB安装及界面使用详解；2．数组与矩阵及其运算；3．MATLAB常用数值计算；4．代数方程与最优化；5．符号计算；6．插值与拟合；7．数据与函数的显示在阅读过程中，要求上机执行书中的相关程序代码，熟练书的相关知识，要求勤查MATLAB自带的帮助系统，才能起到很好的学习效果。

目 录第一章 MATLAB的安装和界面使用 11.1. MATLAB安装 11.2. MATLAB的启动与界面详解 41.3. MATLAB的帮助详解 7第二章 数组与矩阵的概念及其运算 82.1. 数组与矩阵的概念 82.2. 矩阵的创立和操作 92.3. 矩阵的访问操作 102.4. 矩阵的根本运算操作 112.5. 非数、关系运算与逻辑操作 132.6. 小结、综合举例与练习 15第三章 矩阵的根本特征参数 163.1. 矩阵的根本参数 163.2. 矩阵的行列式、秩与范数 163.3. 条件数、矩阵的稳定性 173.4. 特征值、特征向量与对角化 183.5. 小结、综合举例与练习 18第四章 微积分学中的根本求解问题 194.1. 符号运算简介 194.2. 符号对象的精度控制 204.3. 极限求解 204.4. 导数及其几何应用 214.5. 各种积分问题 224.6. 级数问题求解 23第五章 代数方程与最优化 255.1. 代数方程 255.2. 无条件最优化问题求解 265.3. 线性规划求解 28第六章 数据与函数的可视化显示 306.1. 二维显示 306.2. 三维显示 346.3. 简捷绘图指令 366.4. 作业练习 37第一章 MATLAB的安装和界面使用 本章详细讲述MATLAB R2007a的安装和界面的使用。

1.1. MATLAB安装 首先双“setup.exe〞之后，出现如图1-1的“Welcome to the MathWorks Installer〞窗口，然后点击“Next〞按钮1-1进入图1-2的“License Information〞窗口，在Name框和Organization输入1-2相应名称〔自行命名〕然后安装目录下的“serial.txt〞文件，将序列号复制到“Please enter your Personal License Password(PLP)〞框中，然后点击“Next〞按钮待少许时间，防火墙会提示是否允许访问网络的提示框，如瑞星防火墙会出如以下图1-3的对话框1-3选择“总是允许〞，并按“确定〞进入“MathWorks Account〞对话框 如图1-4图1-4选择“Install the product versions from my DVD or local disk only〞选项按钮，进入“License agreement〞对话框，然后选择“Yes〞按钮 图1-5进入“Installation Type〞对话框，如图1-6所示，然后 选择“Typical〞按钮，点击“Next〞。

图1-6然后进入“〞对话框，如图1-7所示可以更改安装目录，也呆保持默认如果系统盘的空间不空，那么应更改安装目录，以保证机器的正确运行图1-7在接下来的步骤中，皆选择“Next〞按钮，即可1.2. MATLAB的启动与界面详解 在开始菜单中，选择：开始\程序\MATLAB\R2007a\matlab R2007a，如图1-8所示图1-8然后进入MATLAB应用程序主界面，如图1-9所示最上方是标题栏，显示版本信息：MATLAB (R2007a)：再往下的一栏是菜单栏：图1-9接下来是工具栏：其中是指定当前工作路径，如果要向某文件夹中读取或保存相关内容，那么通过点击，然后选择该文件夹作为当前工作路径然后点击左侧的，那么会出现Current Directory对话框如图1-10所示，用来显示当前路径中的文件信息它和Workspace处于同一具标签对话框中图1-10右侧是Command Window窗口，如图1-11所示，是用来输入MATLAB指令的一翻开MATLAB那么在Command Window中会出现“>>〞，此符号表示MATLAB软件已准备好了，正在待命令的输入如输入指令：A =[1 2 3]然后回车，那么出现运算结果：A = 1 2 3 此指令表示输入一个一行三列的矩阵〔即行向量〕，并将此矩阵〔向量〕保存在变量A中。

关于矩阵及向量向量，在第二章中详细解释图1-11指令执行完毕之后，会发现左下方的Command History窗口中会多出现一行刚刚输入的指令如图1-12所示，Command History是用来保存输入过的命令，方便以后查找或再次使用同时Workspace标签属性页也会多出一行如图1-12所示，Current Directory是用来显示可用的各种变量的图中说是说明了刚刚得到的变量A，它的值、最小、最大元素及类型等信息 图1-12 图1-13在上任一处右击，然后在弹出菜单上选择需要查看的相关信息如图1-14所示如果需要用到以前的命令，可以在Command History窗口中查到，可按日期查找，可以选择单条历史命令，也可以同时选择多条历史记录然后右选择复制，将其粘贴到Command Window窗口中执行也可将其作为文本复制到Word文档或txt文档中如果双击历史记录中的命令，那么系统会立即执行被双击的命令一次如果Command History窗口中一些命令不需要，可以一条或多条记录，然后按“Delete〞键，将之删除。

　　 图1-14 图1-151.3. MATLAB的帮助详解 点击主菜单中的Hellp\MATLAB Help或直接按F1，进入MATLAB自带的帮助界面，如图1-16所示点击各个节点可以查看相关帮助信息帮助文件里有详细的解释和丰富的实例图1-16由帮助界面，可以看以MATLAB的强大功能，它可以与主流的软件开发工具进行混合编程开发与Java和.Net无缝对接只有勤查帮助或网上查找资料才能起到事半功倍的学习效果第二章 数组与矩阵的概念及其运算在MATLAB中预定了一些符号，用于特定的含义，以下是一些预定义的符号：表2-1符号意义符号意义ans默认变量名pi圆周率eps机器可识别的最小的数flops浮点运算之数inf无穷大NaN非数i或j虚数单位realmax最大的实数realmin最小的实数intmax最大的整数其余的请参看联机帮助系统2.1. 数组与矩阵的概念MATLAB中，数组和矩阵本身是没有区别的，在内存中是一样的只是针对不同的运算方式，将其为数组运算或矩阵运算如果运算是按元素对应进行的，那么称为数组运算。

如果按线性代数学中的方式运算，那么称为矩阵运算，如例2-1例2-1 数组与矩阵的区别演示设有矩阵A和B如下：以数组方式运算方式：，其中Inf表示无穷大〔非数〕MATLAB指令：A=[1 2;3 4] %输入的矩阵保存在变量A中A = -1 1 0 2 B=[-1 1;0 2] %输入的矩阵保存在变量B中B = -1 1 0 2A.*B %以数组方式相乘，ans = -1 2 0 8A./B %以数组方式相除ans = -1 2 Inf 2几点说明：1、MATLAB中，矩阵〔数组〕按元素逐个输入的方法，就是将所有元素放在一对方括号内，行与行之间以分号“;〞隔开，每一行中各元素之间以空格或逗号隔开详细说明参看2.2节内容；2、MATLAB指令输入时，必需在英文状态下输入，否那么会出错；3、如果一条指令以分号“;〞作为结束符，那么运算结果并不显示在Command Window窗口中，但保存在Workspace中。

如果没有分号，那么将结果显示在Command Window中；4、百分号“%〞表示注释，从％开始到行未为方便人阅读所加的注释，不是指令中的一局部；5、注意数组方式运算有一个小黑点“.〞；6、本书中凡MATLAB指令都用加粗字体；7、MATLAB中变量无需要声明就可直接使用，根据赋值符号“＝〞右那么表达式的类型来自动确定左侧的类型如A=[-1 1;0 2]，A表示一个2阶矩阵以矩阵方式运算〔即按线性代数中的矩阵运算〕：当然，矩阵的加法和减法两种方式都是一样的，MATLAB指令：A*B %矩阵方式相乘ans = -1 5 -3 11A/B %矩阵方式相除ans = -1.0000 1.5000 -3.0000 3.5000注意：如本书中后面内容只提及矩阵，只有当涉及到数组方式的运算时才将矩阵称为数组2.2. 矩阵的创立操作 在MATLAB中，有两种创立矩阵的方法一是直接按元素逐个输入的方法，如例2-1所示；另一种就是使用MATLAB相关的指令来创立一、直接输入元素创立直接按元素逐个输入来创立矩阵，就是将所有元素放在一对方括号内，行与行之间以分号“;〞隔开，每一行中各元素之间以空格或逗号隔开。

只有一行的矩阵称为行向量〔也称为一维数组〕，只有一列的矩阵称为列向量此方法可创立向量和矩阵例2-2 直接输入创立向量和矩阵演示vr = [1 2 3 4] %创立行向量，元素之间以空格隔开vr = 1 2 3 4vc = [1;2;3] %创立列向量，行之间以分号隔开v。