MATLAB编程基础第1讲--基础介绍与变量.ppt

MATLAB编程基础编程基础之MATLAB基础介绍与变量梁丙臣1一、MATLAB的发展历程 oMATLAB MATrix LABoratory o20世纪七十年代后期：时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的Cleve Moler教授用FORTRAN设计了一组程序接口，此即萌芽状态的MATLAB。o1984年成立了MathWorks公司，并把MATLAB正式推向市场。从这时起，MATLAB的内核采用C语言编写，而且除原有的数值计算能力外，还新增了数据图视功能。o进入20世纪九十年代的时候，MATLAB已经成为国际控制界公认的标准计算软件。2主要版本o1993年推出MATLAB4.0版本（1）推出了SIMULINK。这是一个交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境。（2）开发了与外部进行直接数据交换的组件，打通了MATLAB进行实时数据分析、处理和硬件开发的道路。（3）推出了符号计算工具包。（4）Notebook 实现了MATLAB与Word的无缝连接。其升级版本MATLAB4.2c应用较广泛。o1997年，MATLAB5.0版问世，紧接着是5.1、5.2，以及和1999年春的5.3版，真正32位运算，功能强大，数值计算加快，拥有更丰富的数据类型和结构、更友善的面向对象、更加快速精良的图形可视、更广博的数学和数据分析资源、更多的应用开发工具。其中MATLAB5.3应用最广泛。o2001年推出了MATLAB6.0，直到现在广泛使用的MATLAB 6.5，其界面有较大的改观，计算速度有了比较大的改善，增加了与Java的接口。3二、MATLAB语言编程介绍介绍oMATLAB中各种命令可以完成许多单一的任务，对于某些较为复杂命令可以完成许多单一的任务，对于某些较为复杂的问题，的问题，仅靠现有的命令或函数来解决，往往是难以达到目的仅靠现有的命令或函数来解决，往往是难以达到目的。为。为此，要运用此，要运用MATLAB编程语言编制程序，形成编程语言编制程序，形成M-文件文件。o程序是使计算机完成各项运算的命令集，运行一个编制好的程序，程序是使计算机完成各项运算的命令集，运行一个编制好的程序，计算机会从第一条命令行开始，一行接一行地执行相应的命令，直计算机会从第一条命令行开始，一行接一行地执行相应的命令，直到终止。到终止。o程序一般包含：程序一般包含：数据输入，数据处理和结果输出三部分数据输入，数据处理和结果输出三部分，其中数据，其中数据处理是核心。程序编写调试完成后，需要存盘，形成永久性文件，处理是核心。程序编写调试完成后，需要存盘，形成永久性文件，可以随时对它进行调用或修改。可以随时对它进行调用或修改。文件文件 名以字母开头，但不能用专用变量名，如名以字母开头，但不能用专用变量名，如pi等等。oMATLAB中每一个命令命令都是一个都是一个M-文件文件。4MATLAB命令命令简单介绍简单介绍 oMATLAB是是建立在向量、数组和矩阵基础上建立在向量、数组和矩阵基础上的一种的一种分析和仿真工具软件包，包含各种能够进行常规运算分析和仿真工具软件包，包含各种能够进行常规运算的的“工具箱工具箱”，如常用的矩阵代数运算、数组运算、，如常用的矩阵代数运算、数组运算、方程求根、优化计算及函数求导积分符号运算等；同方程求根、优化计算及函数求导积分符号运算等；同时还提供了编程计算的编程特性，通过编程可以解决时还提供了编程计算的编程特性，通过编程可以解决一些复杂的工程问题；也可绘制二维、三维图形，输一些复杂的工程问题；也可绘制二维、三维图形，输出结果可视化。目前，已成为工程领域中较常用的软出结果可视化。目前，已成为工程领域中较常用的软件工具包之一。件工具包之一。5MATLAB应用与网上资源o工具箱 信号处理、神经网络、鲁棒控制、系统辨识、控制系统、图形处理、模糊逻辑、小波分析、金融管理、概率统计、非线性控制等。o网络资源 6MATLAB安装o软件要求 Windows:Linux:Adobe acrobat reader7MATLAB命令窗口o计算机安装好MATLAB之后，双击MATLAB图标，就可以进入命令窗口，此时意味着系统处于准备接受命令的状态，可以在命令窗口中直接输入命令语句。8MATLAB程序执行方式o立即执行 3.5*6.2ans=21.7000 exp(j*3*pi/4)ans=-0.7071+0.7071i 9MATLAB程序执行方式o立即执行x=-2*pi:0.1:2*pi y=sin(x)plot(x,y,r-d)10o通用命令 cd 显示或改变工作目录 hold 图形保持开关 dir 显示目录下的文件disp 显示变量或文字内容 type 显示文件内容path 显示搜索目录 clear 清理内存变量save 保存内存变量到指定文件 clf 清除图形窗口load 加载指定文件的变量 pack 收集内存碎片diary 日志文件 clc 清除工作窗quit 退出MATLAB echo 工作窗信息显示开关！调用dos命令11oclear xo%清除变量x，如果指令为clear x*，则为清除所有以x首字符的变量owhooclearo%清除所有的变量12命令行键盘技巧o命令行键盘技巧 调用上一行home 光标置于当前行开头 调用下一行end 光标置于当前行末尾 光标左移一个字符esc 清除当前输入行 光标右移一个字符del 删除光标处的字符 Ctrl 光标左移一个单词backspace 删除光标前的字符 Ctrl 光标右移一个单词altbackspace 恢复上一次的删除 CtrlC终止正在运行的程序（运行内部函数和MEX文件除外）13oy1=sqrt(10)*sin(0.6*pi)/(2+sqrt(7)o%用“”调回上面输入的指令oy2=sqrt(10)*cos(0.6*pi)/(2+sqrt(7)14o标点 ：具有多种应用功能.小数点及域访问符 ；区分行，取消运行显示等 续行符 ，区分列，函数参数分隔符%注释标记 ()指定运算先后次序!调用操作系统运算 矩阵定义标志 赋值标记 用于构成单元数组 字符串标示符15MATLAB搜索路径oMATLAB的一切操作都是在其搜索路径中进行的，如果调用的函数在搜索路径之外，系统将认为该函数不存在。o路径设置方法l1、通过对话框设置 在MATLAB主窗口菜单中【file】【set Path】选项。l2、path命令16MATLAB帮助oMATLAB Help 完善的HTML格式联机帮助系统，非常全面。使用方法：1.从help菜单中选取；2.在命令窗口中执行helpdesk或doc。oPDF文档 用Adobe acrobat reader阅读。17oLookfor 根据用户提供的关键字搜索相关的函数。?lookfor diffSETDIFF Set difference.DIFF Difference and approximate derivative.POLYDER Differentiate polynomial.ODE113 Solve non-stiff differential equations,variable order method.ODE15S Solve stiff differential equations,variable order method.ODE23 Solve non-stiff differential equations,low order method.ODE23S Solve stiff differential equations,low order method.18o帮助机理lHelp命令显示相应M文件的注释区lLookfor命令搜索路径中每个M文件的第一行，扫描是否包含所要查询的字符串。?help exa1 This is an example.19ohelp eyeo%显示eye函数帮助信息o olookfor inverseo%搜索inverse显示结果o 20o其他帮助命令lExist 变量检验函数lWhat 目录中文件列表lWho 内存变量列表lWhos 内存变量详细信息lWhich 确定文件位置21owhoo%who查询的结果oWhoso%whos查询的结果o o%这里大家直接在命令窗中试一下指令o 22Matlab的数据类型o变量 变量不需要事先声明，也不需要指定变量类型，它会自动根据所赋予变量的值或对变量的操作来确定变量的类型；赋值过程中，如果变量已存在，则用新值代替旧值，以新的类型代替旧的类型。变量的命名规则：l变量名区分大小写区分大小写；l变量名长度不超过63位位，第63位之后的字符被忽略；l变量名以英文字母开头英文字母开头，变量名中可以包含字母、数字、下划线，但不能使用标点。但不能使用标点。变量一般为局部变量，即仅在其调用的M文件内部有效；若要定义全局变量，须在变量前加关键字global。23o常量 matlab中预定义的一些特殊的量。i,j 虚数单位Realmin 最小的正浮点数，pi 圆周率Realmax 最大的浮点数，eps 浮点运算的相对精度Inf 无穷大 NaN not a number，不定值不定值 例如：?pians=3.141624矩阵输入o；，空格等用法T=1 2 3;4 5 6;7 8 9T=1,2,3;4,5,6;7,8,9T=1 2 3;4 5 6;7 8 925?1/0Warning:Divide by zero.ans=Inf?0/0Warning:Divide by zero.ans=NaN26o定义变量时应避免与常量名相同，如果改变了某个常量的值，可以用clear命令来恢复。?pi=1pi=1?clear pi?pians=3.141627变量名判断oisvarname 8th_column%变量名第一个字母为数字，不正确Ans=028MATLAB中中基本代数运算符基本代数运算符 运算运算 符号符号 举例举例加法，加法，a+b +5+3减法，减法，a-b -5-3乘法，乘法，ab *5*3 除法，除法，ab /or 48/4=448=12乘幂，乘幂，ab 52=2529o数字变量l数字变量的运算?258*369ans=95202?x=258*369x=95202?1233ans=1860867?sqrt(ans)ans=1.3641e+00330l数字的输入输出格式 缺省为实数保留小数点后4位浮点数表示。其输入格式与C语言一致：如：9-73 0.1999 1.475e6 输出格式由format命令控制，只是影响屏幕显示效果，不影响内部存储和计算。?format long;pians=3.14159265358979?format long e;pians=3.141592653589793e+000?format long g;pians=3.1415926535897931MATLAB中中数组、矩阵基本运算符数组、矩阵基本运算符 运算运算 符号符号 举例举例加法，加法，a+b +1 2+3 4 1,2+3减法，减法，a-b -1 2-3 4 1,2-3乘法，乘法，a*b *1,2*3 1,2*3,4 a.*b .*1,2.*3,4=3,8逆乘，左乘逆乘，左乘 ax=b x=ab=inv(a)*b 右乘右乘 /xa=b x=b/a=b*inv(a)乘幂，方阵的幂乘幂，方阵的幂 a2=a*a 元素的幂元素的幂 .a.2 x.332变量及数组输入变量及数组输入 oMATLAB的变量及数组均是以向量或矩阵方式存储的的变量及数组均是以向量或矩阵方式存储的 o1：向量方式输入：向量方式输入x=1,2,3,4,5%以向量（数组）方式给以向量（数组）方式给x赋值赋值y=(x(3)+x(5)/2*x(4)%调用调用x中的元素中的元素z=sqrt(x)%每个元素开方每个元素开方t=x%向量向量x的转置赋给的转置赋给tu=x*t%向量的内积（向量的内积（u为向量为向量x的模的平方）的模的平方）33变量及数组输入变量及数组输入 o2：矩阵方式输入：矩阵方式输入a=1,2,3;4,5,6;7,8,0%矩阵输入矩阵输入（a为为3阶方阵）阶方阵）b=366;804;351%列矩阵输入列矩阵输入det(a)%方阵行列式方阵行列式inv(a)%方阵的逆方阵的逆x=ab%ax=b方程组的解方程组的解y=inv(a)*b%与与x相同相同disp(a,b,x)%显示矩阵显示矩阵34绘图o t=(1/16:1/8:1)*2*pi;ox=sin(t);oy=cos(t);o%八边形顶点osubplot(211)ofill(x,y,m)o%绘制添色多边形otitle 二维填充图示例oaxis offotext(-0.75,0,fontname隶书 fontsize32 八边形)o%文字标注osubplot(212)o%创建4个三角形ox=0 1 1 2;1 1 2 2;0 0 1 1;oy=1 1 1 1;1 0 1 0;0 0 0 0;oz=1 1 1 1;1 0 1 0;0 0 0 0;oc=0.5000 1.0000 1.0000 0.5000;o 1.0000 0.5000 0.5000 0.1667;o 0.3330 0.3330 0.5000 0.5000;o%色图定义ofill3(x,y,z,c)o%绘制三维着色填充图otitle 三维填充图示例35M-文件中输入、输出命令命令 o直接赋值输入：提示对话输入(input命令)x=2;x=input(请输入参数 x=);a=1,2;3,4;a=input(请输入矩阵 a=);s=any string!;s=input(Please input s=);o直接输出：格式控制输出(fprintf命令)x fprintf(x=%.0f,y=%.5fn,pi,pi);disp(a,b);fprintf(x=%5g,y=%10.5gn,N,pi);36