MATLAB应用MATLAB系统环境.docx

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MATLAB应用MATLAB系统环境

MATLAB应用

第1章MATLAB系统环境

1．1MATLAB概貌

一、MATLAB的由来

MATLAB这个名字是由MATrix（矩阵）和LABoratory（实验室）这两个单词的前3个字母组合而成的。

它是一种数学计算软件。

它的核心是由C语言编写的。

是由美国TheMathWorks公司开发的。

二、MATLAB的功能

1．语言简洁

MATLAB是用C语言编写的，它提供了和C语言几乎一样多的运算符，库函数极其丰富，还提供广泛的矩阵和向量运算符。

利用其丰富的库函数可以避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。

因此MATLAB程序设计语言集成度高，语句简洁。

用C/C++等程序设计语言编写的数百条语句，常常用一条MATLAB语句就能解决问题。

提高了解决问题的效率。

2．具有结构化的控制语句

如for循环、while循环、break语句、if语句和switch语句。

3．科学计算功能

MATLAB以矩阵为基本单元，因此可直接用于矩阵计算。

此外，用MATLAB还能直接求解数值微积分问题、微分方程数值解问题、最优化问题和数据处理问题。

它还具有符号计算功能。

这样除了数值计算外，它还可以使一些问题得到解析解。

4．绘图功能

如果用FORTRAN或C语言去编写程序，当涉及矩阵运算和画图时，编程会很麻烦。

而MATLAB可以用比较直观的语句将计算结果或数据用图形的方式表示出来。

而且还可以将难以显示的隐函数直接用曲线绘制出来。

它可以绘制2维和3维图形，还可以对图形进行修饰。

z=sinycosx

5．庞大的工具箱

所谓的工具箱就是一些已经编好的、可直接运行的程序集。

使用这些工具箱可以使用户省去复杂而又重复的劳动。

MATLAB工具箱可分为两类：

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、文字处理功能以及与硬件实时交互的功能。

学科性工具箱专业性比较强。

目前，MATLAB在应用数学和控制领域几乎所有方向都有相应的工具箱。

如，优化工具箱、统计工具箱、定点运算工具箱、控制工具箱、小波工具箱、信号处理工具箱、图象处理工具箱、通信工具箱等。

随着MATLAB的普及，在其它学科领域出现了工具箱。

如，地理信息处理工具箱、机器视觉工具箱、高阶谱分析工具箱、金融工具箱等。

6．具有面向对象的编程特性，开放性很强、易于扩充。

除内部函数外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件，用户可修改源文件和加入自己的文件去构成新的专用工具箱。

7．强大的动态系统仿真功能

在20世纪90年代初，TheMathWorks公司开发了一种称为Simulink的软件包。

它是在MATLAB环境下对动态系统进行建模、仿真和综合分析的集成软件包。

它可以处理的动态系统包括：

线性、非线性系统；离散、连续及混合系统；单任务、多任务离散事件系统。

它功能强大、使用方便

三、MATLAB的缺点

MATLAB是解释性语言，因此与FORTRAN或C语言程序相比，程序的执行速度较慢。

1．2MATLAB操作界面

一、MATLAB窗口

打开MATLAB后，出现下面的窗口，称为主窗口。

主窗口包括菜单栏和工具栏

在主窗口的下面还包括一些子窗口。

其中有3个最常用的窗口：

命令窗口（CommandWindow）、工作空间（Workspace）、命令历史记录窗口（CommandHistory）。

命令窗口是进行MATLAB操作的最主要窗口。

在这个窗口，可以输入各种命令、函数、表达式。

而且可以显示除图形以外的所有运算结果。

工作空间窗口是存储各种变量和结果的内存空间，在这个窗口，可以对变量进行观察、编辑、保存、提取和删除。

命令历史记录窗口记录了已经运作过的指令、函数、表达式。

在MATLAB桌面的左下方的后台还有一个当前目录窗口（CurrentDictionary）。

它显示了当前目录下的文件夹和文件。

文件和函数的运行和调用都在当前目录下进行。

如果不特殊指明，数据文件也存放在当前目录下。

按“…”可以改变当前目录。

以上这些子窗口都可以脱离主窗口成为独立窗口。

如，鼠标点在命令窗口时，在主窗口，选菜单View→UndockCommandWindow，命令窗口脱离主窗口成为独立窗口。

在命令窗口，选菜单View→DockCommandWindow，命令窗口又回到主窗口，成为子窗口。

二、MATLAB的简单使用

MATLAB采用表达式语言，最常用的语句有两种表达形式：

1．表达式

2．变量＝表达式。

1．表达式的例子

求

的算术运算结果。

（1）用键盘在MATLAB指令窗中输入以下内容

（12+2*（7-4））/3^2

（2）然后按【Enter】键，该就指令被执行。

注意：

>>是命令输入提示符

“ans”是“answer”缩写，是“运算答案”的意思。

所有的数据和符号都是在状态下输入的

2．变量＝表达式的例子

例1，将表达式

的值赋给变量x

用键盘在MATLAB指令窗中输入以下内容

x=（5+cos（47*pi/180））/（1+sqrt（7）-2*i）

例2，将矩阵表达式

的值赋给变量A

用键盘在MATLAB指令窗中输入以下内容

A=[1,2,3;4,5,6;7,8,9]

A=[123;456;789]

A=[1,2,3

4,5,6

7,8,9]

注意：

矩阵的每一行元素之间用逗号“,”或空格分开

行与行之间用分号“;”或回车分开

整个矩阵放在方括号“[]”里面

例3，求S=1-1/2+1/3-1/4+1/5-1/6+1/7-1/8的算术运算结果。

输入以下内容可以得到所要的结果：

S=1-1/2+1/3-1/4+1/5-1/6+1/7-1/8

S=1-1/2+1/3-1/4+...

1/5-1/6+1/7-1/8

注意

...表示续行，表示下一行是上一行的继续

点数可以超过3

例4，在同一行将15和35分别赋给变量p和m

用键盘在MATLAB指令窗中输入以下内容

p=15,m=35

注意

逗号“,”可以用作输入量和输入量之间的分隔符。

三、命令行的编辑

用键盘在MATLAB指令窗中输入以下内容

x=5+cos（47*pi/180））/（1+sqrt（7）-2*i）

Error:

Missingoperator（算符）,comma（逗点）,orsemicolon（分号）

用↑键可以找回输入过的命令。

键名

作用

键名

作用

↑

前寻式调回已输入过的命令

Home

使光标移到当前行的首端

↓

后寻式调回已输入过的命令

End

使光标移到当前行的尾端

←

在当前行中左移光标

Delete

删去光标右边的字符

→

在当前行中右移光标

Backspace

删去光标左边的字符

PageUp

前寻式翻阅当前窗中的内容

Esc

清除当前行的全部内容

PageDown

后寻式翻阅当前窗中的内容

四、其它子窗口的变化

工作空间的变化

在工作空间显示了变量的属性，包括变量的名字、变量维数、变量所占字节数和变量类型。

将鼠标右击某个变量，选“open”，打开“arrayeditor”，显示了矩阵元素数据。

双击某个数据，可以对它进行复制、删除或修改。

在工作空间显示的变量是内存变量。

当关闭MATLAB时，这些变量会消失。

选菜单File→SaveWorkspaceAs可以将工作空间的所有变量保存在扩展名为mat的数据文件中。

如果保存某个变量，将鼠标右击那个变量，选SaveSelectionAs

在工作空间，ans虽然没有被定义，但仍然是变量，是MATLAB的默认变量。

当一个表达式没有赋给变量名时，ans就是这个表达式的默认变量

从工作空间看到，ans、x、S所赋的值是纯数值，但也看成是矩阵。

这时因为，MATLAB是以矩阵为基本单元的，单个的数据可以看成是一行一列的矩阵。

如果保存某个变量，将鼠标右击那个变量，选SaveSelectionAs

在工作空间，ans虽然没有被定义，但仍然是变量，是MATLAB的默认变量。

当一个表达式没有赋给变量名时，ans就是这个表达式的默认变量

从工作空间看到，ans、x、S所赋的值是纯数值，但也看成是矩阵。

这时因为，MATLAB是以矩阵为基本单元的，单个的数据可以看成是一行一列的矩阵。

另外，用who和whos命令也可以显示工作空间的变量

who和whos区别在于，who只显示变量名；而whos还显示变量其它属性。

例1，将表达式

的值赋给变量x1

用键盘在MATLAB指令窗中输入以下内容

x1=（5+cos（47*pi/180））/（1+sqrt（7）-2*i）;

例2，在同一行将15和35分别赋给变量p1和m1

用键盘在MATLAB指令窗中输入以下内容

P1=15;m1=35

注意

分号放在赋值语句后，在命令窗口中不显示计算结果，但赋值变量是存在的

命令历史记录窗口变化

这时命令历史记录窗口记录了输入的命令。

如果不人为删除，这些记录将长期保存。

可以对记录的命令进行复制。

五、子窗口内容的删除

选菜单Edit→ClearCommandWindow删除命令窗口的内容

选菜单Edit→ClearCommandHistory删除命令窗口的内容

选菜单Edit→ClearWorkspace工作空间的内容