《MATLAB简介第一次》PPT课件.ppt

欢欢迎迎学学习习 微机应用软件微机应用软件课时安排：课时安排：1、Matlab简介简介32学时学时2、数据与图像处理、数据与图像处理(Origin、Photoshop)4学时学时参考数目：参考数目：1、计算物理基础计算物理基础彭芳麟彭芳麟高等教育出版社高等教育出版社2、计算机在材料科学中的应用计算机在材料科学中的应用许鑫华许鑫华机械工业出版社机械工业出版社3数学物理方程的数学物理方程的MATLAB解法与可视化解法与可视化彭芳麟彭芳麟清华大学出版社清华大学出版社4、大学物理习题计算机解法大学物理习题计算机解法MATLAB编程应用编程应用钟季康钟季康机械工业出版社机械工业出版社学习要求：学习要求：1、准备一个笔记本兼作业本。、准备一个笔记本兼作业本。2、自己独立编程。、自己独立编程。第第1章章MATLAB简介简介wMATLAB是英语是英语MatrixLaboratory(矩阵实验室矩阵实验室)的缩写的缩写wMATLAB是当今国际上公认的在是当今国际上公认的在科技领域最为科技领域最为优秀的应用软件和开发环境优秀的应用软件和开发环境。在欧美各高等院校，。在欧美各高等院校，MATLAB已经成为应用线性代数、自动控制理论、已经成为应用线性代数、自动控制理论、数据统计、数字信号处理、图形处理等高级课程数据统计、数字信号处理、图形处理等高级课程的基本数学工具，是理工科本科生、硕士生、博的基本数学工具，是理工科本科生、硕士生、博士生必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工士生必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工业部门，业部门，MATLAB已经超出实验室，广泛用于研已经超出实验室，广泛用于研究和解决具体的工程问题。究和解决具体的工程问题。w国内部分重点高校已作为理工学生的必修或选修国内部分重点高校已作为理工学生的必修或选修课。课。现在现在Matlab已经成为一个系列产品：已经成为一个系列产品：主包主包中有数百个高度优化的中有数百个高度优化的内部函数内部函数。工具包工具包(Toolbox），），又分为两类：又分为两类：功能性工具包功能性工具包主要用来扩充主要用来扩充MATLAB的数值分析、矩阵运算、数的数值分析、矩阵运算、数字信号处理、符号计算功能、图形建模仿真功能、文字处字信号处理、符号计算功能、图形建模仿真功能、文字处理功能、与硬件实时交互功能。这种工具包能用于多种学理功能、与硬件实时交互功能。这种工具包能用于多种学科。科。学科性工具包学科性工具包是专业性比较强的是专业性比较强的，如：，如：控制系统工具包控制系统工具包(ControlSystemToolbox)、通信工具包通信工具包(CommunicationToolbox)、图象处理工具包图象处理工具包(ImageProcessingToolbox)、统计工具包统计工具包(StatisticToolbox)偏微分方程工具包偏微分方程工具包(PartialDifferentialEquationToolbox)Matlab语言的特点：语言的特点：1、极强的数值计算功能、作图功能和符号、极强的数值计算功能、作图功能和符号计算功能。计算功能。w数值计算主要内容：数值计算主要内容：矩阵的创建和保存，数值矩阵代矩阵的创建和保存，数值矩阵代数、乘方运算和分解，数组运算，多项式和有理分式运数、乘方运算和分解，数组运算，多项式和有理分式运算，数理统计分析、差分和数值导数，用于求积分和微算，数理统计分析、差分和数值导数，用于求积分和微分方程的数值解和功能函数等。分方程的数值解和功能函数等。w在此环境下在此环境下所解问题的所解问题的Matlab语言表述形式和其数学语言表述形式和其数学表达形式相同，不需要按传统的方法编程。表达形式相同，不需要按传统的方法编程。w利用利用MATLAB可以轻易地绘制二维、三维曲线，三可以轻易地绘制二维、三维曲线，三维曲面，并可进行图形和坐标的标识、坐标控制、图维曲面，并可进行图形和坐标的标识、坐标控制、图形的迭绘、视角和光照设计、色彩精细控制等及绘制形的迭绘、视角和光照设计、色彩精细控制等及绘制动画，简单易行。动画，简单易行。Matlab语言的特点：语言的特点：2、用户使用方便，语句简单，内涵丰富。、用户使用方便，语句简单，内涵丰富。wMATLAB是一种面向科学与工程计算的高级语言，是一种面向科学与工程计算的高级语言，允许允许用数学形式的语言编写程序。用数学形式的语言编写程序。wMatlab语言是一种语言是一种解释执行解释执行的语言，它灵活、方便，的语言，它灵活、方便，其调试程序手段丰富，调试速度快，需要学习时间其调试程序手段丰富，调试速度快，需要学习时间少。少。w把编辑、编译、连接和执行融为一体把编辑、编译、连接和执行融为一体。它能在同一。它能在同一画面上进行灵活操作，快速排除输入程序中的书写画面上进行灵活操作，快速排除输入程序中的书写错误、语法错误以至语意错误，从而加快了用户编错误、语法错误以至语意错误，从而加快了用户编写、修改和调试程序的速度。写、修改和调试程序的速度。Matlab语言的特点：语言的特点：3、最受人欢迎的特点、最受人欢迎的特点开放性。开放性。w除内部函数外，所有除内部函数外，所有MATLAB主包文件和各工具主包文件和各工具包文件都是可改的源文件。用户通过对源文件的修包文件都是可改的源文件。用户通过对源文件的修改，或加入自己编写的文件去构成新的专用工具包。改，或加入自己编写的文件去构成新的专用工具包。w高版本的高版本的Matlab已逐步扩展到科学及工程计算的已逐步扩展到科学及工程计算的其它领域。因此，不久的将来，它一定能名符其实其它领域。因此，不久的将来，它一定能名符其实地成为地成为“万能演算纸式的万能演算纸式的”科学算法语言。科学算法语言。1.1 MATLAB的操作界面的操作界面1、操作界面介绍、操作界面介绍菜单项；菜单项；工具栏；工具栏；【Command WindowCommand Window】指令窗口；指令窗口；【Command HistoryCommand History】指令记录窗口；指令记录窗口；【WorkspaceWorkspace】内存空间窗口；内存空间窗口；【Current DirectoryCurrent Directory】当前工作目录窗口；当前工作目录窗口；lMATLAB操作窗口操作窗口双击桌面快捷键，启动软件。双击桌面快捷键，启动软件。接受命令的窗口接受命令的窗口1.1.2、指令窗的功能、指令窗的功能1.数值计算数值计算 2*sin(pi/3)+5*i-22/3注意事项注意事项变量名要区分大小写变量名要区分大小写应该指定输出变量名应该指定输出变量名？怎样改变数字属性和字体怎样改变数字属性和字体File/Preference常用指令常用指令who列出内存中的变量名列出内存中的变量名Type显示指定文件的内容显示指定文件的内容whos列出内存中的变量名及其性质列出内存中的变量名及其性质clear清除内存清除内存帮助系统指令帮助系统指令 help指令名指令名常用符号常用符号;不显示结果不显示结果命令延续到下一行命令延续到下一行重新调入上一命令行重新调入上一命令行重新调入下一命令行重新调入下一命令行关于变量关于变量命名规则命名规则n字母打头，后面可以为字母、数字、下划线等，但不字母打头，后面可以为字母、数字、下划线等，但不能为空格符、标点。能为空格符、标点。n区分大小写区分大小写AbcABc例：例：MYvar12、12Myvar_、MY_Var12、_MyVar12保存和查询保存和查询n所有变量都保存在工作内存空间所有变量都保存在工作内存空间workspace中。中。nwhos查询、查询、clear清除。清除。MATLAB的保留常量的保留常量ans预设的计算结果变量名预设的计算结果变量名i或或j虚数单位虚数单位eps正正的极小值的极小值=2.2204e-16inf值，如值，如1/0pi3.1415926NaN不定值，如不定值，如0/0,/2、数据格式、数据格式：10的幂为的幂为e加上正负数字：加上正负数字：1.062e-206.022e23数字后直接加数字后直接加i或或j表示虚数表示虚数：3.14i5+3i3、算符、算符算术运算算符：算术运算算符：*/()sqrt()关系运算算符：、关系运算算符：、逻辑运算算符：与逻辑运算算符：与、或、或、非、非4、表达式、表达式从左至右、指数最先，乘除加减、括号提前。从左至右、指数最先，乘除加减、括号提前。例例1：6+4*32ans=42x=(5+cos(47*pi/180)/(1+sqrt(7)-2i)例例2：计算表达式的值计算表达式的值并将结果赋给变量并将结果赋给变量x例例9：演示内带程序：演示内带程序 ballode%自由下落小球与地面非弹性碰撞的运动轨迹自由下落小球与地面非弹性碰撞的运动轨迹 demo%演示演示Matlab的基本功能的基本功能Matlab功能展示功能展示例例1：求解线性方程组：求解线性方程组在在Matlab指令窗口输入命令：指令窗口输入命令：a=2,3,-1;8,2,3;45,3,9;a=2,3,-1;8,2,3;45,3,9;b=2;4;23;b=2;4;23;x=inv(a)*bx=inv(a)*bx1=ab x1=ab 例例2：绘制正弦曲线和余弦曲线，：绘制正弦曲线和余弦曲线，在指令窗口输入命令：在指令窗口输入命令：x=0:0.5:360*pi/180;x=0:0.5:360*pi/180;%x%x从从0 00 0到到3603600 0并转换为弧度并转换为弧度plot(x,sin(x),x,cos(x)plot(x,sin(x),x,cos(x)%绘制正弦曲线和余弦曲线绘制正弦曲线和余弦曲线例例3：输入：输入10个学生的成绩并对成绩按升序排序。个学生的成绩并对成绩按升序排序。在指令窗口输入命令：在指令窗口输入命令：g=input(请输入学生成绩请输入学生成绩:)sort(g)sort(g)请输入学生成绩请输入学生成绩:65 78 96 98 91 84 79 83 74 81:65 78 96 98 91 84 79 83 74 811.2数据格式与算符数据格式与算符数据分类：标量（数据分类：标量（scalar）、矢量（）、矢量（vector）、）、矩阵（矩阵（matrix）、列阵（）、列阵（array）数据网格（数据网格（meshgrid）、基元列阵（）、基元列阵（cellarray）结构列阵（结构列阵（structurearray）1.2.1向量的输入向量的输入1.2.2矩阵矩阵1.2.2.1矩阵的生成、标识与修改矩阵的生成、标识与修改1.2.2.1矩阵的生成、标识与修改矩阵的生成、标识与修改1、矩阵的输入、矩阵的输入直接输入法，用空格或逗号分割同一行的元素，用分号直接输入法，用空格或逗号分割同一行的元素，用分号结束一行元素，用方括号括起整个矩阵。结束一行元素，用方括号括起整个矩阵。B=163213;510118;96712;415141B=16321351011896712415141A=12,698A=12698使用矩阵编辑器！使用矩阵编辑器！2、矩阵的标识方式、矩阵的标识方式标识元素是指标识某个、某行或某列元素标识元素是指标识某个、某行或某列元素例：例：A=16321351011896712415141怎样标识怎样标识 11？A(2,3)或或A(10)B1B4B7B2B5B8B3B6B9B(k)注意：按列排列！注意：按列排列！A1,1A1,2A1,3A2,1A2,2A2,3A3,1A3,2A3,3A(i,j)行标与列标行标与列标注意注意：a.在在查找查找矩阵元素矩阵元素A(i,j)时，若时，若i,j超出了矩阵行数和列数，则显超出了矩阵行数和列数，则显示出错信息。示出错信息。b.储存储存元素元素A(i,j)时，若时，若i,j超出超出了矩阵行数和列数，则矩阵自动了矩阵行数和列数，则矩阵自动扩充并以零填补没有输入的元素。扩充并以零填补没有输入的元素。1.2.2矩阵矩阵冒号算符冒号算符用法用法1：生成矢量、矩阵：生成矢量、矩阵M=1:10%步长为步长为1的行矢量的行矢量M=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10B=0:pi/4:pi%步长为步长为/4的行矢量的行矢量B=0 0.7854 1.5708 2.3562 3.1416用法用法2：表示矩阵的一部分或者一行或一列的全部元素：表示矩阵的一部分或者一行或一列的全部元素如：如：A(:,j)矩阵矩阵A的第的第j列列A(i,:)矩阵矩阵A的第的第I行行A(1:k,j)矩阵矩阵A的第的第j列的前列的前k个元素个元素小知识：小知识：end表示最后一个元素表示最后一个元素如：如：A(end,j)矩阵矩阵A的第的第j列的列的最后一个元素最后一个元素A(i,end)矩阵矩阵A的第的第I行的最后一个元素行的最后一个元素M(10:-1:4)%M的第十个元素和第四个元素的倒排的第十个元素和第四个元素的倒排ans=10987654？A(end,:)w3、指令函数生成矩阵、指令函数生成矩阵zeros零矩阵零矩阵ones全部元素为全部元素为1的矩阵的矩阵eye单位矩阵单位矩阵rand均匀分布的随机数矩阵均匀分布的随机数矩阵magic幻方阵幻方阵randnn维正态分布的随机数矩阵维正态分布的随机数矩阵cell空矩阵空矩阵diag对角矩阵或提取对角元对角矩阵或提取对角元linspace等间距的矢量等间距的矢量logspace对数等分的行矢量对数等分的行矢量Diag(a,k)k=o是主对角线，是主对角线，k0在主对角线上，在主对角线上，kZ=zeros(2,4)Z=00000000F=5*ones(3,3)F=555555555R=randn(4,4)R=-0.4326-1.14650.3273-0.5883-1.66561.19090.17462.18320.12531.1892-0.1867-0.13640.2877-0.03760.72580.1139 a=1,3,5;diag(a)ans=1 0 0 0 3 0 0 0 5diag(a,-1)ans=0000100003000050diag(a,1)ans=0100003000050000 magic(3)ans=8 1 6 3 5 7 4 9 2 eye(3)ans=1 0 0 0 1 0 0 0 1LINSPACE(x1,x2,N)在在x1,x2产生产生N个等间距的点个等间距的点linspace等间距的矢量等间距的矢量 linspace(2,5,6)ans=2.0000 2.6000 3.2000 3.8000 4.4000 5.00000Logspace(x1,x2,n)生成从10 x1到10 x2包含n 个数据的矢量 logspace(1,3,3)ans=10 100 1000logspace对数等分的行矢量对数等分的行矢量 cell(3)ans=Magic(n)为元素为元素1到到n2之间，行、列、对角线之间，行、列、对角线的和都相等的的和都相等的n维矩阵维矩阵4、修改矩阵、修改矩阵合并合并用一些小矩阵建造大矩阵用一些小矩阵建造大矩阵A=123;456;789A=123456789B=AA+10;A+20A+30B=123111213456141516789171819212223313233242526343536272829373839删除行或列删除行或列A(:,2)=删去第删去第2列列A=134679注意：注意：如果从矩阵中删去一个如果从矩阵中删去一个元素，则其不成为一个矩阵元素，则其不成为一个矩阵A(1,2)=可以用一个指标的表达式提取、可以用一个指标的表达式提取、删去一个元素或一个元素序列，剩去一个元素或一个元素序列，剩余元素将构成一个列矢量余元素将构成一个列矢量.A(2:2:6)ans=439A(2:2:6)=A=176？B1=B(1:2:end,:)作业作业P94：1、2、3、5