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并涉及到一些具体的专业应用工具箱(如:
信号处理工具箱、图像处理工具箱等)。
通过本课程的学习,了解、熟悉、掌握MATLAB的基本编程方法,并具有初步的利用计算机处理、解决实际问题的能力,为进一步学习后续的专业课程做好准备。
本课程的目的(ObjectivesofThisCourse),本课程的特点(FeaturesofThisCourse)交叉性课程,是计算机技术、数学理论知识以及诸多工程理论知识的综合。
实践性课程。
内容多,课时少,要求同学上课认真听讲,要充分利用上机实践消化、理解、掌握课上讲解内容。
2022/10/22,ApplicationofMatlabLanguage,5,课程安排,课堂教学:
共24学时;
(1-12周)上机试验:
共24学时。
(2-13周,周二7-8节,九实401、402、403)学习成绩:
1)上机实验成绩占30%;
2)考勤10%;
3)考试60%(随堂考试)。
主要参考书精通MATLAB6.5张志涌等编著,北航出版,2003年高等应用数学问题的Matlab求解薛定宇等著,清华大学出版社,2004年Matlab程序设计与应用刘卫国主编,高等教育出版社,2022/10/22,ApplicationofMatlabLanguage,6,授课宗旨,讲授MATLAB的通用功能。
寓教于例,由浅入深。
关于科学计算,着重强调理论概念、算法和实际计算三者之间的关系。
2022/10/22,ApplicationofMatlabLanguage,7,第一讲Matlab概述,前言Matlab软件概述Matlab的桌面环境及入门知识,2022/10/22,ApplicationofMatlabLanguage,8,1Matlab概述,内容Matlab发展历史Matlab产品家族(Matlabfamilyofproducts)体系Matlab语言的特点。
目的全面了解Matlab软件包激发对Matlab软件的学习兴趣。
2022/10/22,ApplicationofMatlabLanguage,9,1.1MATLAB的历史及影响,70年代中期,CleveMoler博土及其同事在美国国家基金会的帮助下,开发了LINPACK和EISPACK的FORTRAN语言子程序库,这两个程序库代表了当时矩阵运算的最高水平。
到了70年代后期,身为美国新墨西哥州大学计算机系系主任的CIeveMoler,在给学生上线性代数课时,为了让学生能使用这两个子程序库,同时又不用在编程上花费过多的时间,开始着手用FORTRAN语言为学生编写使用LINPACK和EISPACK的接口程序,他将这个程序取名为MATLAB,其名称是由MATrix和LABoratory(矩阵实验室)两个单词的前三个字母所合成。
在1978年,Malab就面世了。
这个程序获得了很大的成功,受到了学生的广泛欢迎。
在以后的几年里,Matlab在多所大学里作为教学辅助软件使用,并作为面向大众的免费软件广为流传。
CleveMoler,2022/10/22,ApplicationofMatlabLanguage,10,将MATLAB商品化的不是CleveMoler,而是一个名叫JackLittle的人。
当免费的MATLAB软件到Stanford大学,JackLittle正在该校主修控制,便接触到了当时MATLAB,直觉告诉他,这是一个具有巨大发展潜力的软件。
因此他在毕业沒多久,就开始用C语言重新编写了MATLAB的核心。
在Moler的协助下,于1984年成立MathWorks公司,首次推出MATLAB商用版。
在其商用版推出的初期,MATLAB就以其优秀的品质(高效的数据计算能力和开放的体系结构)占据了大部分数学计算软件的市场,原来应用于控制领域里的一些封闭式数学计算软件包(如英国的UMIST、瑞典的LUND和SIMNON、德国的KEDDC)就纷纷被淘汰或在MATLAB上重建。
JackLittle,2022/10/22,ApplicationofMatlabLanguage,11,CleveMoler至今仍是该公司的首席科学家,他以60多岁的高龄,还常常亲自进行撰写程序的工作,非常令人佩服。
如果你有数值运算方面的高水平问题,寄到MathWorks后,大部份还是会由CleveMoler亲自回答。
在1994年,Pentium芯片曾发生Fdiv的bug,当时CleveMoler是第一个以软件方式解决此bug的人,曾一时脍炙人口。
在公司初创的五年,JackLittle非常辛苦,常常身兼数职(董事长、总经理、推销、程序开发等),但公司一直稳定发展,从当初的一人公司,到1993年的200人,到2000年的500余人,到2005年公司员工达到了1300人,不但打败其他竞争软件,而且前景一片欣欣向荣。
根据JackLittle个人说法,MATLAB早期成功的两大因素是:
选用了C语言及选定PC为主要平台,这似乎和微软的成功有相互呼应之妙。
MathWorks公司,目前仍然是私人企业,并未上市,这和JackLittle个人理念有关,他认为MATLAB的设计方向应该一直是以顾客的需求与软件的完整性为首要目标,而不是以盈利为主要目的,因此MATLAB一直是在稳定中求进步,而不会因为上市而遭受股东左右其发展方向。
这也是为什么MATLAB新版本总是姗姗来迟的原因,因为他们不会因为市场的需求而推出不成熟的产品。
此外,由于JackLittle保守的个性,也使得MathWorks不曾跨足MATLAB/Simulink以外的行业,当前商场上纷纷扰扰的并购或分家,MathWorks完全是绝缘体。
2022/10/22,ApplicationofMatlabLanguage,12,1992年,支持Windows3.x的MATLAB4.0版本推出,增加了Simulink,Control,NeuralNetwork,SignalProcessing等专用工具箱。
1993年11月,MathWorks公司推出了Matlab4.1,其中主要增加了符号运算功能。
当升级至Matlab4.2c,这一功能在用户中得到广泛应用。
1997年,Matlab5.0版本问世了,实现了真正的32位运算,加快数值计算,图形表现有效。
2001年初,MathWorks公司推出了Matlab6.0(R12)。
2002年7月,推出了Matlab6.5(R13),在这一版本中Simulink升级到了5.0,性能有了很大提高,另一大特点是推出了JIT程序加速器,Matlab的计算速度有了明显的提高。
2005年9月,推出了MAILAB7.1(Release14SP3),在这一版本中Simulink升级到了6.3,软件性能有了新的提高,用户界面更加友好。
值得说明的是,MatlabV7.1版采用了更先进的数学程序库,即“LAPACK”和“BLAS”。
目前,Matlab软件支持多种系统平台,如常见的WindowsNT/XP、UNIX、Linux等。
Matlab版本的发展,2022/10/22,ApplicationofMatlabLanguage,13,MATLAB就是这样经过了近30年的专门打造、20多年的千锤百炼,它以高性能的数组运算(包括矩阵运算)为基础,不仅实现了大多数数学算法的高效运行函数和数据可视化,而且提供了非常高效的计算机高级编程语言,在用户可参与的情况下,各种专业领域的工具箱不断开发和完善,MATLAB取得了巨大的成功,已广泛应用于科学研究、工程应用,用于数值计算分析、系统建模与仿真。
早在20世纪90年代初,欧美等发达国家的大学就将MATLAB列为一种必须掌握的编程语言。
近几年来,国内的很多大学也将MATLAB列为了本科生必修课程。
与Maple、Mathematica数学计算软件相比,MATLAB以数值计算见长,而Maple等以符号运算见长,能给出解析解和任意精度解,而处理大量数据的能力远不如MATLAB。
MATLAB软件功能之强大、应用之广泛,已成为为21世纪最为重要的科学计算语言。
可见学习掌握这一工具的重要性。
2022/10/22,ApplicationofMatlabLanguage,14,MATLAB产品由若干模块组成,不同的模块完成不同的功能,其中有:
实际上MATLAB本身就是一个极其丰富的资源库,那么应该从哪一部分开始着手、学习使用MATLAB呢?
这就有必要了解这一软件产品的体系结构。
MATLABCompiler这种编译器可以将MATLAB程序文件编译生成标准的C/C+语言文件,而生成的标准的C/C+文件可以被任何一种C/C+编译器编译生成函数库或可执行文件,以提高程序的运行效率。
1.2MATLAB产品的体系结构,MATLAB,MATLABToolboxes,MATLABCompiler,Simulink,SimulinkBlocksets,Real-TimeWorkshop(RTW),Stateflow,StateflowCoder,由这些模块产品之间的关系可以图1.1表示。
图1.1MATLAB产品体系结构,围绕着MATLAB这个计算核心,形成了诸多针对不同应用领域的算法程序包,被称为专用工具箱(Toolbox),这些工具箱的列表以及每个工具箱的使用详见MATLAB在线帮助文档。
MATLAB本身所提供的工具箱大概有40多个,另外还有其他公司或研究单位开发提供的工具箱,这些工具箱的总数已有100多个,而且新的工具箱还在不断增加。
如果你有特别的应用领域,可以首先到网上查找是否已有相关的工具箱,很可能已有人将你要做的应用程序作成工具箱了。
Simulink是窗口图形方式的、专门用于连续时间或离散时间的动态系统建模、分析和仿真的核心。
Real-TimeWorkshop是一种实时代码生成工具,它能够根据Simulink模型生成程序源代码,并打包、编译所生成的源代码生成实时应用程序。
从现有的Simulink和Stateflow自动生成C语言程序代码的功能、定点运算模块集(Fixed-pointBlockset)与C语言程序代码到VHDL(VeryHighSpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage,一种标准的硬件电路设计语言)的自动转换功能,可以看出,高级的系統仿真或低级的芯片算法设计,都可用MATLAB、Simulink、Stateflow及相关的工具箱来完成。
Stateflow是基于有限状态机理论针对复杂的事件驱动系统进行建模、仿真的工具。
StateflowCoder是基于Stateflo
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