Matlab基础及其应用.ppt

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1、Matlab基础及其应用主讲教师：李浩刘大刚 物理电子学院 教师简介MATLAB课程介绍 定位：公共基础选修课定位：公共基础选修课 目标：了解目标：了解MATLABMATLAB，能够熟练掌握数学能够熟练掌握数学（矩阵）运算，简单编程，简单的数据处（矩阵）运算，简单编程，简单的数据处理、符号运算及基本图形绘制理、符号运算及基本图形绘制.对对MATLABMATLAB面面向对象编程与向对象编程与simulinksimulink有基本了解。有基本了解。参考教材：参考教材：MATLABMATLAB基础及应用基础及应用参考书目：参考书目：MatlabMatlab程序设计教程程序设计教程，李海涛、邓樱，高等

2、教育出版社，李海涛、邓樱，高等教育出版社/2005.5.1/2005.5.1精通精通MATLAB 6.5MATLAB 6.5版版，张志涌，北京航空航天大学出版社，张志涌，北京航空航天大学出版社/2003.3/2003.3科学运算语言科学运算语言MATLAB5.3MATLAB5.3程序设计及应用程序设计及应用，薛定宇，清华大学出版社，薛定宇，清华大学出版社/2000/2000数值方法和数值方法和MATLABMATLAB实现与应用实现与应用，拉克唐瓦尔德（美），机械工业出版社，拉克唐瓦尔德（美），机械工业出版社/2004.9/2004.9特点：完全不必具备其它语言的基础，各年特点：完全不必具备其它

3、语言的基础，各年级各专业的同学都可选修。级各专业的同学都可选修。MATLAB课程安排JJ学时:32学时（基于matlab6.5版本)JJ安排：讲课16学时，上机16学时JJ考核要求：实验报告必须齐备。JJ考核方式:实验报告上机安排n n从9月21日（也就是下个星期四）起，每个星期四安排为上机时间。n n上机地点：主楼东312（物电机房）n n上机时间：18：0020：00 20：0022：00主要内容1.1.Matlab 概述与入门；2.2.数据类型和运算；3.3.数值计算；4.4.符号运算；5.5.数据和函数的可视化；6.6.Matlab编程；第一章 MATLAB语言概述一、MATLAB产生

4、的历史背景Cleve Moler 博士 Cleve Moler is chairman and chief scientist at The MathWorks.Moler was a professor of math and computer science for almost 20 years at the University of Michigan,Stanford University and the University of New Mexico.在70年代中期,Cleve Moler博士和其同事在美国国家科学基金的资助下开发了调用EISPACK和LINPACK的FORTRA

5、N子程序库.EISPACK是特征值求解的FORTRAN程序库,LINPACK是解线性方程的程序库.在当时,这两个程序库代表矩阵运算的最高水平.一、MATLAB产生的历史背景19831983年春天年春天,Cleve Moler,Cleve Moler到到StandfordStandford大学讲学，大学讲学，MATLABMATLAB深深地吸引了工程师深深地吸引了工程师John LittleJohn Little。John LittleJohn Little敏敏锐地觉察到锐地觉察到MATLABMATLAB在工程领域的广阔前景，同年，他和在工程领域的广阔前景，同年，他和Cleve MolerClev

6、e Moler，Steve Steve BangertBangert一起，用一起，用C C语言开发了第语言开发了第二代专业版。这一代的二代专业版。这一代的MATLABMATLAB语言同时具备了数值计算语言同时具备了数值计算和数据图示化的功能和数据图示化的功能 。Jack Little CEO/Founder Jack Little is president,CEO,and a co-founder of The MathWorks,Inc.He was a co-author and principal architect of early versions of the companys f

7、lagship MATLAB product as well as the Signal Processing Toolbox and the Control Systems Toolbox.n nMATLABMATLAB的第一个商业化的版本是的第一个商业化的版本是19841984年推出的年推出的是是3.03.0的的DOSDOS版本版本n n19921992年年MathWorks MathWorks 公司于推出了公司于推出了4.04.0版本，版本，n n19941994年的年的4.24.2版本扩充了版本扩充了4.04.0版本的功能，尤其在版本的功能，尤其在图形界面设计方面更提供了新的方法。图形

8、界面设计方面更提供了新的方法。n n19971997年推出的年推出的5.05.0版允许了更多的数据结构，如单版允许了更多的数据结构，如单元数据、多维矩阵、对象与类等，使其成为一种更元数据、多维矩阵、对象与类等，使其成为一种更方便编程的语言。方便编程的语言。n n19991999年推出的年推出的 MATLAB 5.3MATLAB 5.3版在很多方面又进一版在很多方面又进一步改进了步改进了 MATLAB MATLAB 语言的功能。语言的功能。20002000年年1010月底推出了其全新的月底推出了其全新的 MATLAB 6.0MATLAB 6.0正式版正式版(Release 12)(Release

9、 12)，在核心数值算法、界面设计、外部接，在核心数值算法、界面设计、外部接口、应用桌面等诸多方面有了极大的改进。口、应用桌面等诸多方面有了极大的改进。n n20022002年年6 6月发布了其全新的月发布了其全新的 MATLAB 6.5MATLAB 6.5正式版正式版(Release 13)(Release 13)n n20042004年年5 5月推出月推出Matlab7.0Matlab7.0时至今日，经过时至今日，经过MathWorksMathWorks公司的不断完善，公司的不断完善，MATLABMATLAB已经发展成为适合多学科，多种工作平台已经发展成为适合多学科，多种工作平台的功能强大

10、的大型软件。在国外，的功能强大的大型软件。在国外，MATLABMATLAB已经经已经经受了多年考验。在欧美等高校，受了多年考验。在欧美等高校，MATLABMATLAB已经成为已经成为线性代数，自动控制理论，数理统计，数字信号处线性代数，自动控制理论，数理统计，数字信号处理，时间序列分析，动态系统仿真等高级课程的基理，时间序列分析，动态系统仿真等高级课程的基本教学工具；本教学工具；成为攻读学位的大学生，硕士生，博成为攻读学位的大学生，硕士生，博士生必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工业士生必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工业部门，部门，MATLABMATLAB被广泛用于科学研究和解决各种具

11、被广泛用于科学研究和解决各种具体问题。在国内，特别是工程学术界，体问题。在国内，特别是工程学术界，MATLABMATLAB也也逐步盛行起来。可以说，无论你从事工程方面的哪逐步盛行起来。可以说，无论你从事工程方面的哪个学科，都能在个学科，都能在MATLABMATLAB里找到合适的功能。里找到合适的功能。1.语言简洁紧凑语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极，使用方便灵活，库函数极其丰富；其丰富；2.运算符丰富；运算符丰富；3.兼聚结构化与面向对象编程的特性；兼聚结构化与面向对象编程的特性；4.程序设计自由度大；程序设计自由度大；5.良好的程序可移植性；良好的程序可移植性；6.强大的强大的图形图形功

12、能；功能；7.功能性功能性工具箱工具箱和学科性工具箱；和学科性工具箱；8.源程序的开放性。源程序的开放性。二、MATLAB的语言特点线性方程组求解当D|A|0，方程组有解，可用Cramer法则求解。线性方程组求解N阶行列式的计算需要n！次乘法，求解n阶线性方程组，共需要做(n+1)！次乘法。如n=20,则，需做：21！5.109091019线性方程组求解数值求解方法：1.1.直接法Gauss消去法、Gauss-Jordan消去法、矩阵分解法等。2.2.迭代法Jacobi迭代法、Gauss-Seidel迭代法和超松弛迭代法等。线性方程组求解Matlab求解过程：数据统计与处理 一个工厂生产三种橄

13、榄球用品一个工厂生产三种橄榄球用品：防护帽、防护帽、垫垫肩、臀垫。需要不同数量的：硬塑料肩、臀垫。需要不同数量的：硬塑料、泡沫泡沫塑料塑料 尼龙线尼龙线、劳动力。劳动力。为监控生产，管理者对它们之间的关系十分关为监控生产，管理者对它们之间的关系十分关心。为把握这些量的关系，列出下面的表格心。为把握这些量的关系，列出下面的表格 原料产品关系表原料产品关系表n n管理者接到四份订单如上表所示。管理者接到四份订单如上表所示。n n问应该如何计算每份订单所需的原材料，问应该如何计算每份订单所需的原材料，以便组织生产？以便组织生产？C=220 146 475 320 105 89 300 205 125

14、 101 345 225 165 114 370 255输入下面Matlab指令A=4 2 3;1 3 2;1 3 3;3 2 2;B=35 20 60 45;10 15 50 40;20 12 45 20;C=A*B考虑一个实际编程例子考虑一个实际编程例子如何编写一个能求出两个矩阵相乘的计算机通如何编写一个能求出两个矩阵相乘的计算机通用子程序？用子程序？是否正确？错误，未考虑其一为标量加入标量判定，是否就是通用程序了？错误，考虑其一或二者为复数矩阵MATLAB 实现：C=A*B例、用简短命令计算并绘制在0 x6范围内的sin(2x)、sinx2、sin2x。x=linspace(0,6)y1

15、=sin(2*x),y2=sin(x.2),y3=(sin(x).2;plot(x,y1,x,y2,x,y3)用四种方法描述cos(x)*sin(y)图形MATLABMATLAB包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。核心部分中有数百个核心内部函数。工具箱又分为两类：工具箱又分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能，图示建模仿真功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能，图示建模仿真功能，文字处理功能以及与硬件实时交互功能。功能性工具功能，文字处理功能以及与硬件

16、实时交互功能。功能性工具箱可用于多种学科。箱可用于多种学科。学科性工具箱是专业的，如（学科性工具箱是专业的，如（controlcontrol、signal signal proceessingproceessing 、commumnicationcommumnication）toolboxtoolbox等。这等。这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的，所以些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的，所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序。用户无需编写自己学科范围内的基础程序。matlab工具箱nMATLAB主工具箱主工具箱n符号数学工具箱符号数学工具箱nSIMULINK仿真工具

17、箱仿真工具箱n控制系统工具箱控制系统工具箱n信号处理工具箱信号处理工具箱n图象处理工具箱图象处理工具箱n通讯工具箱通讯工具箱n系统辨识工具箱系统辨识工具箱n神经元网络工具箱神经元网络工具箱n金融工具箱金融工具箱3Matlab 界面与初步操作workspace指令窗口指令窗口菜单菜单工作目录选择栏工作目录选择栏快捷工具栏快捷工具栏Command window运行入门n n最简单的计算器使用法；n n数值、变量和表达式；n n指令行中的标点符号；n n计算结果的图形表示；求求的运算结果。的运算结果。(12+2*(7-4)/32ans=2 指令输入提示符Answer的缩写简单矩阵的输入步骤：A=1,

18、2,3;4,5,6;7,8,9A=1 2 3 4 5 6 7 8 9 指令续行输入 S=1-1/2+1/3-1/4+.1/5-1/6+1/7-1/8S=0.6345 续行符号续行符号数值、变量和表达式n数值的记述；数值的记述；n变量命名规则；变量命名规则；nMatlab默认的预定义默认的预定义变量；变量；n运算符和表达式；运算符和表达式；n复数和复数矩阵；复数和复数矩阵；Matlab采用习惯的十进制表示：990.0011.3e-34.5e33数值范围：10e-30810e308大小写敏感；首字母为英文（少于63个字符）；变量名不包含空格、标点；n n画出衰减振荡曲线及其它的包络线。的取值范围是。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)grid 051015-1-0.500.51画出所表示的三维曲面,的取值范围是-8,8clear;x=-8:0.5:8;y=x;X=ones(size(y)*x;Y=y*ones(size(x);R=sqrt(X.2+Y.2)+eps;Z=sin(R)./R;surf(X,Y,Z);colormap(cool)xlabel(x),ylabel(y),zlabel(z)Matlab 编辑器界面