《matlab功能简介》PPT课件.ppt

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1、基本使用方法基本使用方法数学实验数学软件数学软件 Matlab1本讲主要内容本讲主要内容n Matlab 介绍介绍n Matlab 的基本用法的基本用法 2数学实验数学实验l 程序设计语言：程序设计语言：BASIC，Pascal，FORTRAN，C，.l 数值计算软件：数值计算软件：Matlab，Scilab，Octave，.l 符号计算软件：符号计算软件：Mathematica，Maple，.l 交互式数学软件：交互式数学软件：MathCAD，Calcwin，.l 统计软件：统计软件：SAS，SPSS，Minitab，.l 数学规划软件：数学规划软件：Lingo，Lindo，.l 工程计算工

2、程计算软件：软件：Ansys，Fluent，Phoenics，.l 其它：其它：几何画板，几何画板，MathLab，.q 数学相关软件数学相关软件Matlab3Matlab 简介简介l 在欧美各高等院校，在欧美各高等院校，Matlab 是线性代数、数值分析、数理统是线性代数、数值分析、数理统计、自动控制、数字信号处理、动态系统仿真、图像处理等课计、自动控制、数字信号处理、动态系统仿真、图像处理等课程的基本教学工具，已成为程的基本教学工具，已成为大学生必须掌握的基本技能之一大学生必须掌握的基本技能之一l Matlab是一种广泛应用于是一种广泛应用于工程计算工程计算及及数值数值分析分析领域的新型高

3、级语言，自领域的新型高级语言，自 1984 年推向年推向市场以来，经过多年的发展与竞争，现已成市场以来，经过多年的发展与竞争，现已成为国际公认的最优秀的工程应用开发环境为国际公认的最优秀的工程应用开发环境Matrix Laboratory 矩阵实验室矩阵实验室Matlab4Matlab 简介简介q Matlab 的发展的发展l 1980年，年，Moler 教授用教授用 Fortran 语言编写了集语言编写了集命令翻译命令翻译、科学计算科学计算于一身的一套交互式软件系统于一身的一套交互式软件系统l 1984年，年，Moler 等成立了等成立了 The MathWorks 的公司，用的公司，用 C

4、 语言语言完全改写完全改写 Matlab，并推出第一个商业版并推出第一个商业版l 到九十年代，在国际上到九十年代，在国际上 30 几个数学类科技应用软件中，几个数学类科技应用软件中，Matlab 在数值计算方面独占鳌头。在数值计算方面独占鳌头。l 目前，目前，Matlab 已成为世界顶尖的数学应用软件就影响而言，已成为世界顶尖的数学应用软件就影响而言，至今仍然没有一个别的计算软件可与至今仍然没有一个别的计算软件可与 Matlab 匹敌匹敌 5q Matlab 的发行版本的发行版本1984年，年，Matlab 1.0（DOS版，版，182K，20多个函数）多个函数）1992年，年，Matlab

5、4.0（93年推出年推出Windows版，加入版，加入 simulink）1994年，年，Matlab 4.2（得到广泛重视和应用）（得到广泛重视和应用）1999年，年，Matlab 5.3（真正实现（真正实现32位运算）位运算）2002年，年，Matlab 6.5（采用（采用JIT加速器）加速器）2004年，年，Matlab 7.0自自2006年起，年起，Matlab每年更新两次每年更新两次目前最新版为目前最新版为 R2010a（2010年年3月发布）月发布）Matlab 简介简介6q 获取获取 Matlab 软件软件Matlab 的安装的安装q 插入光盘，自动运行；插入光盘，自动运行；或点

6、击安装程序或点击安装程序 setup.exen 必须安装的部件必须安装的部件 Matlab Symbolic Math Toolbox Extended Symbolic Math l 这里以这里以 Matlab 7 为例为例l 自自 R2008a 开始增加了激活要求开始增加了激活要求 (安装方法见课程主页；安装方法见课程主页；符号计算工具箱合成了一个符号计算工具箱合成了一个)7Matlab 的功能与特点的功能与特点q Matlab 具有很强的数值计算功能具有很强的数值计算功能l Matlab 以以矩阵矩阵作为数据操作的基本单位，作为数据操作的基本单位，但无需预先指定矩阵维数（但无需预先指定矩

7、阵维数（动态定维动态定维）l 按照按照 IEEE 的数值计算标准进行计算的数值计算标准进行计算l 提供十分丰富的数值计算函数，方便计算，提高效率提供十分丰富的数值计算函数，方便计算，提高效率l Matlab 命令与数学中的符号、公式非常接近，命令与数学中的符号、公式非常接近，可读性强，容易掌握可读性强，容易掌握q Matlab 是一个交互式软件系统是一个交互式软件系统l 输入一条命令，立即就可以得到该命令的运行结果输入一条命令，立即就可以得到该命令的运行结果8Matlab 的特点与功能的特点与功能q Matlab 的符号计算功能的符号计算功能Matlab 和著名的符号计算语言和著名的符号计算语

8、言 Maple 相结合相结合q Matlab 的编程功能的编程功能Matlab具有程序结构控制、函数调用、数据结构、输入输具有程序结构控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特征，且出、面向对象等程序语言特征，且简单易学、编程效率高简单易学、编程效率高q Matlab 的绘图功能的绘图功能Matlab提供丰富的绘图命令，提供丰富的绘图命令，很方便实现数据的可视化很方便实现数据的可视化9q Matlab 丰富的工具箱（丰富的工具箱（toolbox）Matlab 的特点与功能的特点与功能根据专门领域中的特殊需要而设计的各种可选工具箱根据专门领域中的特殊需要而设计的各种可选工具箱q M

9、atlab 的的 Simulink 动态仿真集成环境动态仿真集成环境提供建立系统模型、选择仿真参数和数值算法、启动仿提供建立系统模型、选择仿真参数和数值算法、启动仿真程序对该系统进行仿真、设置不同的输出方式来观察真程序对该系统进行仿真、设置不同的输出方式来观察仿真结果等功能仿真结果等功能Symbolic Math PDEOptimizationSignal processImage ProcessStatisticsControl SystemSystem Identification 10本讲主要内容本讲主要内容n Matlab 的基本用法的基本用法 11Matlab 的基本用法的基本用法q

10、 Matlab 系统的启动系统的启动l 使用使用 Windows“开始开始”菜单菜单l 运行运行 Matlab 系统启动程序系统启动程序 matlabl 双击双击 Matlab 快捷图标快捷图标q Matlab 系统的退出系统的退出l 在在 Matlab 主窗口主窗口 File 菜单中选择菜单中选择 Exit Matlabl 在在 Matlab 命令窗口输入命令窗口输入 exit 或或 quitl 单击单击 Matlab 主窗口的主窗口的“关闭关闭”按钮按钮12Matlab 的工作界面的工作界面命令窗口命令窗口当前工当前工作目录作目录当前工当前工作空间作空间输入命令的输入命令的历史记录历史记录

11、命令命令提示符提示符13q Matlab 变量的命名规则变量的命名规则Matlab 变量变量l 以以字母开头字母开头 l 后面可以跟后面可以跟 字母字母、数字数字 和和 下划线下划线l 长度不超过长度不超过 63 个字符（个字符（6.5 版本以前为版本以前为 19 个）个）l 区分字母的区分字母的 大小大小 写写q Matlab 语句的通常形式语句的通常形式变量变量=表达式表达式表达式是用运算符将有关运算量连接起来的式子，表达式是用运算符将有关运算量连接起来的式子，其结果被赋给赋值号其结果被赋给赋值号“=”左边的变量左边的变量14l who 显示工作空间中的所有变量显示工作空间中的所有变量l

12、whos 显示变量的详细属性显示变量的详细属性q 查看已定义的变量查看已定义的变量变量的查看变量的查看15u pi：圆周率圆周率 ，其值为，其值为 imag(log(-1)u inf，Inf：无穷大无穷大 u nan，NaN：Not-a-Number，一个不定值，如，一个不定值，如 0/0u eps：浮点运算相对精度浮点运算相对精度 q 特殊变量特殊变量 ansu i，j：虚部单位，即虚部单位，即注：应尽量避免给系统预定义变量重新赋值！注：应尽量避免给系统预定义变量重新赋值！q 系统预定义的变量系统预定义的变量系统预定义系统预定义变量变量16Matlab 数值运算数值运算l Matlab 中的

13、数默认是中的数默认是双精度实数双精度实数，表示方法，表示方法同同 C 语言语言3,-9,0.4,1.603e-12,3.23e+20l 浮点运算的浮点运算的相对误差为相对误差为 epsl 浮点数表示范围为浮点数表示范围为：10-308 10308l 复数的输入复数的输入 z=3+4i (4 与与 i 之间不能有空格之间不能有空格)q 数与算术表达式数与算术表达式注：复数作为矩阵元素输入时，加号两边不能有空格注：复数作为矩阵元素输入时，加号两边不能有空格!17l+加法加法l-减法减法l*乘法乘法l/和和 除法除法（右除和左除右除和左除）l 幂运算幂运算q 命令分隔符：命令分隔符：逗号逗号和和分号

14、分号q 数学运算符数学运算符Matlab 数值运算数值运算18l 若不想在屏幕上输出结果，可以在语句最后加若不想在屏幕上输出结果，可以在语句最后加分号分号 l 如果语句很长，可用如果语句很长，可用续行符续行符“”（三个点）续行（三个点）续行 续行符续行符的前面最好留一个空格的前面最好留一个空格例：例：q 分号和续行符的作用分号和续行符的作用分号和续行符分号和续行符19q 定义矩阵：直接输入法定义矩阵：直接输入法l 矩阵用方括号矩阵用方括号“”括起括起l 矩阵同一行中的元素之间用矩阵同一行中的元素之间用 空格空格 或或 逗号逗号 分隔分隔l 矩阵行与行之间用矩阵行与行之间用 分号分号 分开分开l

15、 直接输入法中，分号可以用直接输入法中，分号可以用 回车回车 代替代替例：例：A=1 2 3;4 5 6;7 8 9矩阵的输入矩阵的输入q Matlab 的的操作对象操作对象 矩阵矩阵l 是命令提示符，不用输入是命令提示符，不用输入是命令提示符，不用输入是命令提示符，不用输入l l 回车回车回车回车 运行所输入的命令运行所输入的命令运行所输入的命令运行所输入的命令20q 矩阵元素可以是任何数值表达式矩阵元素可以是任何数值表达式例：例：x=-1.3,sqrt(3),(1+2+3)*4/5矩阵元素赋值矩阵元素赋值q 矩阵元素的单独赋值矩阵元素的单独赋值例：例：x(5)=abs(x(1)例：例：x(

16、5)=abs(x(6)?动态定维功能：动态定维功能：MatlabMatlab 会会会会自动扩展向量的长度，自动扩展向量的长度，并将未赋值部分置零并将未赋值部分置零 21q 大矩阵可以把小矩阵作为其元素大矩阵可以把小矩阵作为其元素矩阵元素赋值矩阵元素赋值例：例：A=A;11 12 13在原矩阵的下方加一行在原矩阵的下方加一行如何在原矩阵的右边添加一列？如何在原矩阵的右边添加一列？22q 单个元素的引用单个元素的引用例：例：A(2,3)矩阵元素的引用矩阵元素的引用l 利用小括弧和元素所在的位置利用小括弧和元素所在的位置(下标下标)x(i)：向量向量 x 中的第中的第 i 个元素个元素A(i,j)：

17、矩阵矩阵 A 中的第中的第 i 行，第行，第 j 列元素列元素23矩阵元素的引用矩阵元素的引用q 多个元素的引用：冒号的特殊用法多个元素的引用：冒号的特殊用法例：例：x=1:2:5 y=1:2:6例：例：x=2:1:5 y=2:5例：例：x=3:2:1a:b:c产生一个由等差序列组成的向量：产生一个由等差序列组成的向量：l a 是首项，是首项，b 是公差，是公差，c 确定最后一项；确定最后一项；l 若若 b=1，则则 b 和其前面的冒号可以省略和其前面的冒号可以省略24例：例：x(1:3)A(3,1:3)矩阵元素的引用矩阵元素的引用例：例：A(1,:)A(:,1:3)A(:,:)l A(i:j

18、,m:n)表示由矩阵表示由矩阵 A 的第的第 i 到第到第 j 行和第行和第 m 到到 第第 n 列交叉线上的元素组成的列交叉线上的元素组成的子矩阵子矩阵l 可利用冒号提取矩阵可利用冒号提取矩阵 的整行或整列的整行或整列25矩阵操作矩阵操作q 提取矩阵的部分元素：提取矩阵的部分元素：冒号运算符冒号运算符u A(:)A 的所有元素的所有元素u A(:,:)矩阵矩阵A 的所有元素的所有元素u A(:,k)A 的第的第 k 列列，A(k,:)A 的第的第 k 行行 u A(k:m)A 的第的第 k 到第到第 m 个元素个元素u A(:,k:m)A 的第的第 k 到第到第 m 列组成的子矩阵列组成的子

19、矩阵A(:)与与 A(:,:)的区别的区别?如何获得由如何获得由 A 的第一的第一、三行和第一三行和第一、二列组成的子矩阵二列组成的子矩阵？自己动手26矩阵操作矩阵操作q 从大矩阵中提取一个子矩阵从大矩阵中提取一个子矩阵A(I,J)其中其中 I=i1,i2,im,J=j1,j2,jm表示由表示由 A 的第的第 i1,i2,im 行和第行和第 j1,j2,jm 列组成的子矩阵。列组成的子矩阵。例：例：A(1,3,4,2,3)q 删除指定的行或列删除指定的行或列例：例：A(3,:)=例：例：A(:,1,2,4)=27特殊矩阵特殊矩阵l Matlab 提供了一些函数，用于生成一些常见的特殊矩阵提供了

20、一些函数，用于生成一些常见的特殊矩阵例例：C=magic(3)D=hilb(4)E=rand(4)q 一些特殊矩阵的生成一些特殊矩阵的生成28常见矩阵生成函数常见矩阵生成函数zeros(m,n)生成一个生成一个 m 行行 n 列的零矩阵，列的零矩阵，m=n 时可简写为时可简写为 zeros(n)ones(m,n)生成一个生成一个 m 行行 n 列的元素全为列的元素全为 1 的矩阵的矩阵,m=n 时可写为时可写为 ones(n)eye(m,n)生成一个主对角线全为生成一个主对角线全为 1 的的 m 行行 n 列矩阵列矩阵,m=n 时可简写为时可简写为 eye(n)，即为即为 n 维单位矩阵维单位

21、矩阵diag(X)若若 X 是矩阵，则是矩阵，则 diag(X)为为 X 的主对角线向量的主对角线向量若若 X 是向量，是向量，diag(X)产生以产生以 X 为主对角线的对角矩阵为主对角线的对角矩阵tril(A)提取一个矩阵的下三角部分提取一个矩阵的下三角部分triu(A)提取一个矩阵的上三角部分提取一个矩阵的上三角部分rand(m,n)产生产生 01 间均匀分布的随机矩阵间均匀分布的随机矩阵 m=n 时简写为时简写为 rand(n)randn(m,n)产生均值为产生均值为0，方差为，方差为1的标准正态分布随机矩阵的标准正态分布随机矩阵m=n 时简写为时简写为 randn(n)其它特殊矩阵生

22、成函数：其它特殊矩阵生成函数：magic、hilb、pascal 等等29矩阵基本运算矩阵基本运算q 矩阵的加减矩阵的加减：对应分量进行运算对应分量进行运算q 矩阵的普通乘法矩阵的普通乘法参与加减运算的矩阵具有参与加减运算的矩阵具有 相同的维数！相同的维数！A=1,2;3,4;B=5,6;7,8 C=A+B D=B-A例例：参与运算的矩阵须满足线性代数中矩阵相乘的原则！参与运算的矩阵须满足线性代数中矩阵相乘的原则！A=1,2,3;4,5,6;B=2,1;4,3 C=B*A例例：30矩阵基本运算矩阵基本运算q 矩阵的矩阵的除法除法：/、右除和左除右除和左除 若若 A 可逆方阵，则可逆方阵，则AB

23、 A 的逆左乘的逆左乘 B =inv(A)*BB/A A 的逆右乘的逆右乘 B B*inv(A)X=AB A*X=BX=B/A X*A=B 通常，矩阵除法可以理解为通常，矩阵除法可以理解为 当当 A 和和 B 行数相等行数相等时可进行时可进行左除左除 当当 A 和和 B 列数相等列数相等时可进行时可进行右除右除31矩阵的乘方矩阵的乘方u A 是方阵，是方阵，p 是正整数是正整数Ap 表示表示 A 的的 p 次幂，即次幂，即 p 个个 A 相乘。相乘。u 若若 a 是标量，是标量，则则32矩阵转置矩阵转置q 矩阵的转置与共轭转置矩阵的转置与共轭转置u 共轭转置共轭转置u .转置，矩阵元素不取共轭

24、转置，矩阵元素不取共轭点与单引号之间不能有空格点与单引号之间不能有空格！A=1,2;3i,4i B=A C=A.例例：33矩阵的旋转矩阵的旋转q 矩阵的旋转矩阵的旋转u fliplr(A)左右旋转左右旋转u flipud(A)上下旋转上下旋转u rot90(A)逆时针旋转逆时针旋转 90 度度；rot90(A,k)逆时针旋转逆时针旋转 k90 度度 A=1 2 3;4 5 6 B=fliplr(A)C=flipud(A)D=rot90(A)E=rot90(A,-1)例例：注意矩阵旋转与转置的区别注意矩阵旋转与转置的区别！34改变矩阵的形状改变矩阵的形状q 改变矩阵的形状：改变矩阵的形状：res

25、hape(A,m,n)将矩阵元素按将矩阵元素按 列方向列方向 进行重新排列成一个进行重新排列成一个 mn 的新矩阵的新矩阵新矩阵的元素个数必须与原矩阵元素个数相等！新矩阵的元素个数必须与原矩阵元素个数相等！A=1,2,3;4,5,6;7,8,9;10,11,12 B=reshape(A,4,3)例例：C=reshape(A,2,6)C=reshape(A,5,2)35查看矩阵的大小查看矩阵的大小q 查看矩阵的大小：查看矩阵的大小：size、lengthu size(A)返回返回矩阵矩阵 A 的的行数和列数行数和列数u size(A,1)返回矩阵返回矩阵 A 的的行数行数u size(A,2)返

26、回矩阵返回矩阵 A 的的列列数数u length(x)返回返回向量向量 X 的的长度长度u length(A)等价于等价于 max(size(A)A=1,2,3;4,5,6 size(A)size(A,1)size(A,2)例例：length(A)x=5:2:10;length(x)36Matlab帮助系统帮助系统q 联机帮助联机帮助l help 显示指定命令的简短使用说明显示指定命令的简短使用说明例：例：help eig help help q 详细使用帮助详细使用帮助l doc 以网页形式以网页形式显示指定命令的帮助页显示指定命令的帮助页例：例：doc eig 37Matlab 查找命令查

27、找命令l lookfor 按指定的关键词查询与之相关的命令按指定的关键词查询与之相关的命令例：例：lookfor inverse l which 显示指定函数所在的目录显示指定函数所在的目录例：例：which eig q 其它相关命令其它相关命令cd、dir、moreq 查找命令查找命令38几个小技巧几个小技巧q Matlab 的命令记忆功能：的命令记忆功能：上下箭头键上下箭头键q 命令补全功能：命令补全功能：Tab 键键 q 用用 Esc 键键 删除命令行删除命令行q 命令命令 home、clc可以先输入命令的前几个字符，再按上下键缩小搜索范围可以先输入命令的前几个字符，再按上下键缩小搜索范

28、围39上机要求上机要求l将完成每题所用的命令写入一个文件，取名为将完成每题所用的命令写入一个文件，取名为 m01.ml然后将该文件作为附件，通过然后将该文件作为附件，通过 foxmail 以邮件形式发给以邮件形式发给 mhjssystem.maill邮件主题为：邮件主题为：机号机号-学号学号-姓名姓名l其中机号为其中机号为 两位数两位数l三个字段之间用英文状态下的减号链接三个字段之间用英文状态下的减号链接q 上机要求上机要求q 上机上机安排安排见机房门口的通知见机房门口的通知401、写出可以完成下列任务的、写出可以完成下列任务的Matlab命令命令(函数函数)：（1）Matlab中的圆周率中的

29、圆周率 约等于多少？约等于多少？（2）Matlab中的中的浮点浮点运算相对精度是多少？运算相对精度是多少？（3）如何知道命令）如何知道命令 realmax，realmin 的具体用法？的具体用法？（4）如何知道函数）如何知道函数 max 的作用？并举例加以说明。的作用？并举例加以说明。2、回答以下问题：、回答以下问题：（1）Matlab 是什么含义？是什么含义？（2）Matlab 命令命令 who 与与 whos 有什么区别？有什么区别？（3）如何使用）如何使用 Matlab 命令补全功能？命令补全功能？（4）Matlab 命令命令 clear、clc 与与 home 有什么区别？有什么区别？

30、上机作业上机作业413、写出可以完成下列任务的、写出可以完成下列任务的Matlab命令命令：（1）生成）生成 5 阶的单位阵和阶的单位阵和 8 阶均匀分布的随机矩阵阶均匀分布的随机矩阵（2）生成一个列向量）生成一个列向量 x=1,3,5,7,9,99（3）生成以）生成以 x 的前的前 8 个元素为对角线的矩阵个元素为对角线的矩阵 A（4）生成一个与）生成一个与 A 同阶的正态分布的随机矩阵同阶的正态分布的随机矩阵 B（5）计算计算 A 的转置的转置 与与 B 的下三角部分的乘积的下三角部分的乘积 C（6）删除删除 C 的第三行和第二列的第三行和第二列（7）生成由生成由 B 的第的第 2、4、5 行和第行和第4、1 列组成的子矩阵列组成的子矩阵 D（8）教材第教材第 53 页，第页，第 5 题题 (提示：提示：5(7)需用到需用到diag的特殊用法的特殊用法)上机作业上机作业42