MATLAB程序设计及应用完整版课件全套ppt教学教程电子讲义电子教案(最新).ppt
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1、MATLAB程序设计及应用(第2版)第第1章章 MATLAB入门与基本操作入门与基本操作1.1 MATLAB的发展沿革的发展沿革 MATLAB是美国是美国New Mexico大学的数学和计算机教授大学的数学和计算机教授Cleve Moler在在20世纪世纪70年代中后期讲授线性代数课程时年代中后期讲授线性代数课程时首创的,全名为首创的,全名为MATrix LABoratory(矩阵实验室)。(矩阵实验室)。特点:特点:用用Fortran语言编写的,只能做矩阵运算;语言编写的,只能做矩阵运算;绘图用星号描点的形式画图;绘图用星号描点的形式画图;提供了几十个内部函数。提供了几十个内部函数。第1章
2、MATLAB入门与基本操作入门与基本操作 1984年,年,Cleve Moler等一批数学家和软件专家成立了等一批数学家和软件专家成立了MathWorks软件开发公司,对软件开发公司,对MATLAB进行了大规模的进行了大规模的扩展和改进,并与同年推出了第一个扩展和改进,并与同年推出了第一个MATLAB的商用版的商用版本。本。特点:特点:采用采用C语言进行改写;语言进行改写;具有较多的内部函数。具有较多的内部函数。1.1 MATLAB的发展沿革的发展沿革 1993年年 推推 出出 了了 MATLAB4.0版版,同同 年年 又又 推推 出出 了了MATLAB4.2版。版。特点:特点:基于基于PC的
3、以的以Windows为操作系统平台为操作系统平台;增加了增加了Simulink,Control,Neural Network,Optimization,Signal Processing,Spline,Robust Control等工具箱;等工具箱;4.2版版首次开发了首次开发了Symbolic Math工具箱。工具箱。1.1 MATLAB的发展沿革的发展沿革 1997年推出了年推出了MATLAB5.0版。版。特点:特点:基于基于Windows 95;实现了真正的实现了真正的32位运算,数值计算更快;位运算,数值计算更快;图形表现更丰富有效,编程更简洁直观;图形表现更丰富有效,编程更简洁直观;
4、用户界面十分友好。用户界面十分友好。1.1 MATLAB的发展沿革的发展沿革 2000年推出了年推出了MATLAB6.0版(版(Release 12)。)。特特点点:在在核核心心数数值值算算法法、界界面面设设计计、外外部部接接口口、应应用用桌桌 面等方面有了极大的改进。面等方面有了极大的改进。1.1 MATLAB的发展沿革的发展沿革 2004年推出了年推出了MATLAB7.0版(版(Release 14)。)。特点:特点:集成了集成了MATLAB7.0编译器、编译器、Simulink6.0图形仿真图形仿真器及许多工具箱,在编程环境、代码效率、数据可器及许多工具箱,在编程环境、代码效率、数据可视
5、化、文件视化、文件I/O等方面都进行了全面的升级。等方面都进行了全面的升级。1.1 MATLAB的发展沿革的发展沿革 从从2006年开始年开始,MathWorks公司在产品的发表模式发生公司在产品的发表模式发生了变化。每年的了变化。每年的3月和月和9月进行两次产品发布,版本的命名月进行两次产品发布,版本的命名方式为方式为“R+年份年份+代码代码”,对应于上下半年的代码分别是,对应于上下半年的代码分别是a和和b。MATLAB R2013b(即(即MATLAB8.2版)是版)是2013年年9月推月推出的产品。出的产品。最近一次版本更新是最近一次版本更新是2015年年9月推出的月推出的MATLAB
6、R2015b,对许多工具箱作了相应的升级,使得,对许多工具箱作了相应的升级,使得MATLAB的功能的功能更强,应用更简便。更强,应用更简便。1.1 MATLAB的发展沿革的发展沿革1.2 MATLAB的特点及应用领域的特点及应用领域优点:优点:(1)以复数数组(包括矩阵)作为基本编程单元,每个)以复数数组(包括矩阵)作为基本编程单元,每个变量代表一个数组,其中的每个元素都可以是复数。数组变量代表一个数组,其中的每个元素都可以是复数。数组的维数不需要预先定义即可采用,还可以随时改变数组的的维数不需要预先定义即可采用,还可以随时改变数组的尺寸尺寸。(2)易学易用,函数名和表达式更接近书写计算公式的
7、)易学易用,函数名和表达式更接近书写计算公式的思维表达方式。使用思维表达方式。使用MATLAB编程犹如在草稿纸上排列编程犹如在草稿纸上排列公式和求解问题。公式和求解问题。第第1章章 MATLAB入门与基本操作入门与基本操作1.2 MATLAB的特点及应用领域的特点及应用领域(3)是一种面向科学和工程计算的高级语言。它以数组)是一种面向科学和工程计算的高级语言。它以数组运算为基础,极少的代码就可以实现复杂的功能。运算为基础,极少的代码就可以实现复杂的功能。(4)具有强大而智能化的图形功能。)具有强大而智能化的图形功能。(5)提供了许多面向应用问题求解的工具箱函数,从而)提供了许多面向应用问题求解
8、的工具箱函数,从而大大方便科研人员的使用。大大方便科研人员的使用。(6)开放性好,易于扩充。)开放性好,易于扩充。(7)与与C语言和语言和Fortran语言有良好的接口,可以实现混语言有良好的接口,可以实现混合编程。合编程。1.2 MATLAB的特点及应用领域的特点及应用领域缺点:缺点:(1)运行效率较低,执行相同功能的代码运行时间较长。)运行效率较低,执行相同功能的代码运行时间较长。(2)用户编制的程序文件为文本文件,可以用文本编辑)用户编制的程序文件为文本文件,可以用文本编辑器直接打开,不利于保密。器直接打开,不利于保密。(3)访问硬件的能力相对较差,图形用户界面功能不够)访问硬件的能力相
9、对较差,图形用户界面功能不够灵活。灵活。1.2 MATLAB的特点及应用领域的特点及应用领域应用领域:应用领域:数据分析;数据分析;数值与符号计算;数值与符号计算;工程与科学绘图;工程与科学绘图;控制系统设计;控制系统设计;电路分析计算;电路分析计算;通信系统设计与仿真;通信系统设计与仿真;航天工业;航天工业;汽车工业;汽车工业;生物医学工业;生物医学工业;语音处理;语音处理;图像与数字信号处理;图像与数字信号处理;财务、金融分析;财务、金融分析;建模、仿真与样机开发;建模、仿真与样机开发;新算法研究开发。新算法研究开发。1.3 MATLAB的安装启动的安装启动 与操作桌面简介与操作桌面简介
10、1.3.1 MATLAB的安装和启动的安装和启动第第1章章 MATLAB入门与基本操作入门与基本操作 MATLAB 可以在可以在Windows环境下直接安装。环境下直接安装。在在MATLAB安装完成后,会在安装完成后,会在Windows桌面上自动生成桌面上自动生成MATLAB的快捷方式图标的快捷方式图标 。1.3.1 MATLAB的安装和启动的安装和启动双击图标双击图标 ,就打开了如图,就打开了如图1.1所示的所示的MATLAB默认窗口默认窗口(Desktop)。)。图图1.11.3 MATLAB的安装启动的安装启动 与默认窗口简介与默认窗口简介 1.3.2 MATLAB默认窗口简介默认窗口简
11、介 图图1.1所示的所示的MATLAB默认窗口分为默认窗口分为5个区域:指令窗、个区域:指令窗、当前目录窗、历史指令窗、工作空间当前目录窗、历史指令窗、工作空间窗窗和和Details窗。窗。另外,在另外,在MATLAB默认窗口的上方,还嵌入了菜单栏和默认窗口的上方,还嵌入了菜单栏和工具栏,如图工具栏,如图1.1所示。它们的使用及选择方式与所示。它们的使用及选择方式与Windows环境中的相同。环境中的相同。1.3.2 MATLAB默认窗口简介默认窗口简介 指令窗(指令窗(Command Window)该窗口是进行各种该窗口是进行各种MATLAB操作的最主要窗口。它位于操作的最主要窗口。它位于M
12、ATLAB默认窗口的正中间。默认窗口的正中间。用户可以在该窗口中提示符用户可以在该窗口中提示符“fx”后直接键入指令,按后直接键入指令,按“Enter”键后,即可运行并键后,即可运行并显示除窗口外的所有运行结果。当指令窗口提示符为显示除窗口外的所有运行结果。当指令窗口提示符为“fx”时,表示系统已经准备好,用户可以输入指令、时,表示系统已经准备好,用户可以输入指令、函数、表达式,按函数、表达式,按“Enter”键后便可执行。键后便可执行。当前目录窗(当前目录窗(Current Directory Browser)该窗口位于该窗口位于MATLAB默认窗口的左上方。它默认窗口的左上方。它显示了当前
13、目显示了当前目录下所有文件的文件名、文件类型、最后修改时间和文件录下所有文件的文件名、文件类型、最后修改时间和文件相关描述等信息。相关描述等信息。1.3.2 MATLAB默认窗口默认窗口简介简介 历史指令窗(历史指令窗(Command History)该窗口位于该窗口位于MATLAB默认窗口的右下方。它自动记录自默认窗口的右下方。它自动记录自MATLAB安装起所有已经运行过的指令、函数、表达式,安装起所有已经运行过的指令、函数、表达式,以及它们的运行日期和时间。该窗口中的所有指令、文字以及它们的运行日期和时间。该窗口中的所有指令、文字都允许复制、重新运行及用于产生都允许复制、重新运行及用于产生
14、M文件。文件。工作空间窗(工作空间窗(Workspace Browser)该窗口位于该窗口位于MATLAB默认窗口的右上方默认窗口的右上方。它列出了。它列出了MATLAB工作空间中所有的变量名、大小、字节数和变量工作空间中所有的变量名、大小、字节数和变量类型说明。在该窗口中,可以对变量进行观察、编辑、提类型说明。在该窗口中,可以对变量进行观察、编辑、提取、保存和删除等操作。取、保存和删除等操作。1.3.2 MATLAB默认窗口默认窗口简介简介 Details窗窗 该窗口位于该窗口位于MATLAB默认窗口的右下方,用于显示文件默认窗口的右下方,用于显示文件的细节。的细节。在在MATLAB默认窗口
15、默认窗口上方,还嵌入了菜单栏和工具栏,上方,还嵌入了菜单栏和工具栏,它们的使用及选择方式与它们的使用及选择方式与Windows环境中的相同。环境中的相同。1.3 MATLAB的安装启动的安装启动 与默认窗口简介与默认窗口简介 1.3.3 MATLAB R2013b界面菜单工具栏界面菜单工具栏 MATLAB R2013b的界面相比较与其旧版本有了很大的差的界面相比较与其旧版本有了很大的差别,菜单和工具合为一体,即菜单工具。在别,菜单和工具合为一体,即菜单工具。在MATLAB启动启动后,在默认窗口(见图后,在默认窗口(见图1.1)的上方,用户可以看到如图)的上方,用户可以看到如图1.2所示的菜单工
16、具栏。顶层菜单有所示的菜单工具栏。顶层菜单有HOME(基本菜单和工具)(基本菜单和工具)、PLOTS(绘图工具)和(绘图工具)和APPS(应用程序)共(应用程序)共3项。项。图图1.21.4 MATLAB指令窗操作入门指令窗操作入门 1.4.1 MATLAB指令窗简介指令窗简介 第第1章 MATLAB入门与基本操作入门与基本操作 MATLAB指指令令窗窗位位于于MATLAB默默认认窗窗口口的的正正中中间间,如如图图1.1所示。如果用户希望得到脱离默认窗口的几何独立的指所示。如果用户希望得到脱离默认窗口的几何独立的指令窗,只要单击图令窗,只要单击图1.2中的图标中的图标 ,并在下拉菜单中选择,并
17、在下拉菜单中选择 就可以获得如图就可以获得如图1.3所示的指令窗。所示的指令窗。1.4.1 MATLAB指令窗简介指令窗简介 图图1.3 如果希望让几何独立的指令窗嵌入回如果希望让几何独立的指令窗嵌入回MATLAB默认窗默认窗口中,则只要单击下拉菜单中的图标口中,则只要单击下拉菜单中的图标 即可。即可。1.4 MATLAB指令窗操作入门指令窗操作入门 1.4.2 最简单的计算器使用方法最简单的计算器使用方法【例【例1.1】求求55+5(7.5-0.5)23的运算结果。的运算结果。图图1.31.4.2 最简单的计算器使用方法最简单的计算器使用方法【说明】【说明】MATLAB指令是带有提示符指令是
18、带有提示符“”的,从而可以区分的,从而可以区分是指令还是是指令还是MATLAB给出的结果。给出的结果。MATLAB的运算符(如、等)都是各种计算程序的运算符(如、等)都是各种计算程序中常见的习惯符号。中常见的习惯符号。在键入一条指令后,必须按下在键入一条指令后,必须按下“Enter”键,该条指令键,该条指令才会被执行。才会被执行。计算结果显示中的计算结果显示中的“ans”是英文是英文“answer”的缩写,的缩写,其含义是其含义是“运算答案运算答案”。这是。这是MATLAB中的一个预定义的中的一个预定义的默认变量。默认变量。1.4.2 最简单的计算器使用方法最简单的计算器使用方法【例【例1.2
19、】简单数组简单数组 的输入。的输入。1.4.2 最简单的计算器使用方法最简单的计算器使用方法【说明】【说明】直接输入数组时,数组元素之间用空格或逗号分隔,数直接输入数组时,数组元素之间用空格或逗号分隔,数组行之间用分号分隔,整个数组放在方括号对组行之间用分号分隔,整个数组放在方括号对“”里。里。注意:注意:标点符号必须在英文状态下输入!标点符号必须在英文状态下输入!在在MATLAB中,不必事先对数组的维数进行任何说明,中,不必事先对数组的维数进行任何说明,存储将自动配置。存储将自动配置。指令执行后,数组指令执行后,数组A被保存在被保存在MATLAB的工作空间中。的工作空间中。如果用户不对它进行
20、重新赋值,或用如果用户不对它进行重新赋值,或用clearclear指令清除它,该指令清除它,该数组将会一直保存在工作空间中,直到本次数组将会一直保存在工作空间中,直到本次MATLAB指令指令窗被关闭为止。窗被关闭为止。MATLAB对字母的大小写是敏感的。在本例中,数组赋对字母的大小写是敏感的。在本例中,数组赋给了变量给了变量A,而不是小写的,而不是小写的a。1.4.2 最简单的计算器使用方法最简单的计算器使用方法 按按照照MATLAB的变量定义规则,将所有变量都定义为的变量定义规则,将所有变量都定义为数组。标量被看作(数组。标量被看作(11)的数组,向量认为是()的数组,向量认为是(1n)或)
21、或(m1)的数组)的数组,矩阵认为是(矩阵认为是(mn)的数组。)的数组。1.4.2 最简单的计算器使用方法最简单的计算器使用方法【例【例1.3】数组的分行输入数组的分行输入【说明】【说明】在这种输入在这种输入法中法中,“Enter”键用来分隔数组键用来分隔数组中的行。中的行。1.4.2 最简单的计算器使用方法最简单的计算器使用方法【例【例1.4】指令的续行输入指令的续行输入【说明】【说明】MATLAB用用3个或个或3个以上个以上的连续黑点表示的连续黑点表示“续行续行”,即下,即下一行是上一行的一行是上一行的继续。继续。1.4 MATLAB指令窗操作入门指令窗操作入门 1.4.3 数值、变量和
22、表达式数值、变量和表达式1.数值的记述数值的记述 MATLAB的数值采用习惯的十进制表示,可以带小数点的数值采用习惯的十进制表示,可以带小数点或负号。以下记述都合法或负号。以下记述都合法 4 100 0.0001 6.789 8.7e6 1.8e56 在采用在采用IEEE浮点算法的计算机上,数值通常采用浮点算法的计算机上,数值通常采用“占用占用64位内存的双精度位内存的双精度”表示。其相对精度是表示。其相对精度是 eps(MATLAB的一个预定义变量),大约保持有效数字的一个预定义变量),大约保持有效数字 16位。数值范围位。数值范围大致从大致从10-308 到到10308。除了一般实数数据之
23、外,除了一般实数数据之外,MATLAB还支持复数数组和字还支持复数数组和字符串型数组。符串型数组。1.4.3 数值、变量和表达式数值、变量和表达式2.变量命名规则变量命名规则 MATLAB 中变量名应该由一个英文字母打头,后面可以中变量名应该由一个英文字母打头,后面可以跟字母、数字、下划线等,变量名最多不超过跟字母、数字、下划线等,变量名最多不超过63个字符。个字符。MATLAB中变量名是区分大小的。中变量名是区分大小的。有些变量名不能用有些变量名不能用。例如,。例如,sin(它是(它是MATLAB中定义的中定义的正弦函数名正弦函数名)。但)。但SIN和和Sin可以用。可以用。1.4.3 数值
24、、变量和表达式数值、变量和表达式3.预定义变量预定义变量 MATLAB中有一些所谓的中有一些所谓的“预定义变量预定义变量”(Predefined Variable),如表),如表1.1(p.8)所示。每当)所示。每当MATLAB启动时,启动时,这些变量就自动产生并取表中的预定义值。这些变量都有这些变量就自动产生并取表中的预定义值。这些变量都有特殊的含义和用途。如果用户对表中任何一个预定义变量特殊的含义和用途。如果用户对表中任何一个预定义变量进行赋值,则那个变量的默认值将被用户新赋的值进行赋值,则那个变量的默认值将被用户新赋的值“临时临时”覆盖,原始的特殊取值将会丢失。覆盖,原始的特殊取值将会丢
25、失。习惯于其他程序设计语言编程的读者最有可能将习惯于其他程序设计语言编程的读者最有可能将预定义预定义变量变量“i”和和“j”作为循环变量使用,而破坏其默认值。作为循环变量使用,而破坏其默认值。建议:建议:在编写指令和程序时,尽量不对表在编写指令和程序时,尽量不对表1.1中所列预定中所列预定义变量重新赋值,以免产生混淆。义变量重新赋值,以免产生混淆。1.4.3 数值、变量和表达式数值、变量和表达式4.运算符和运算符和表达式表达式 MATLAB中的算术运算符和其他程序设计语言的表现形中的算术运算符和其他程序设计语言的表现形式相同。但由于式相同。但由于MATLAB是面向矩阵是面向矩阵/数组运算设计的
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