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1MATLAB软件入门
第1讲MATLAB软件入门
(王积社)
1.1MATLAB概述
1.1.1MATLAB的发展
MATLAB1.0(DOS版)………………………………………………1984
MATALB2 ………………………………………………………………1986
MATLAB3 ………………………………………………………………1987
MATLAB3.5 ……………………………………………………………1990
MATLAB4 ………………………………………………………………1992
MATLAB4.2cR7 ………………………………………………………1994
MATLAB5.0R8…………………………………………………………1996
MATLAB5.1R9…………………………………………………………1997
MATLAB5.1.1R9.1……………………………………………………1997
MATLAB5.2R10 ………………………………………………………1998
MATLAB5.2.1R10.1……………………………………………………1998
MATLAB5.3R11…………………………………………………………1999
MATLAB5.3.1R11.1……………………………………………………1999
MATLAB6.0R12………………………………………………………2000
MATLAB6.1R12.1……………………………………………………2001
MATLAB6.5R13………………………………………………………2002
MATLAB6.5.1R13SP1…………………………………………………2003
MATLAB6.5.2R13SP2…………………………………………………2003
MATLAB7R14…………………………………………………………2004
MATLAB7.0.1R14SP1…………………………………………………2004
MATLAB7.0.4 R14SP2…………………………………………………2005
MATLAB7.1 R14SP3…………………………………………………2005
MATLAB7.2R2006a……………………………………………………2006
MATLAB7.3 R2006b……………………………………………………2006
MATLAB7.4R2007a……………………………………………………2007
MATLAB7.5R2007b……………………………………………………2007
MATLAB7.6R2008a……………………………………………………2008
MATLAB7.7R2008b…………………………………………………2008
MATLAB7.8R2009a…………………………………………………2009.3.6
MATLAB7.9R2009b…………………………………………………2009.9.4
MATLAB7.10R2010a…………………………………………………2010.3.5
MATLAB7.10R2011a…………………………………………………2010.4.9
1.1.2MATLAB的主要功能
①.数值计算和符号计算功能
MATLAB以矩阵作为数据操作的基本单位,还提供了十分丰富的数值计算函数。
MATLAB和著名的符号计算语言Maple相结合,使得MATLAB具有符号计算功能
②.绘图功能
MATLAB提供了两个层次的绘图操作:
一种是对图形句柄进行的低层绘图操作;
另一种是建立在低层绘图操作之上的高层绘图操作。
③编程语言
MATLAB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,而且简单易学、编程效率高。
④MATLAB工具箱
MATLAB包含两部分内容:
基本部分和各种可选的工具箱。
MATLAB工具箱分为两大类:
功能性工具箱和学科性工具箱。
1.2MATLAB集成环境(以MATLAB6.5为例)
1.2.1启动与退出MATLAB集成环境
★MATLAB系统的启动、退出:
与一般的Windows程序一样,启动MATLAB系统有3种常见方法:
(1)使用Windows“开始”菜单。
(2)利用快捷方式。
启动MATLAB后,将进入MATLAB6.5集成环境。
MATLAB6.5集成环境包括MATLAB主窗口、命令窗口(CommandWindow)、工作空间窗口(Workspa-ce)、命令历史窗口(CommandHistory)、当前目录窗口(CurrentDirectory)和启动平台窗口(LaunchPad)。
要退出MATLAB系统,有3种常见方法:
(1)在MATLAB主窗口File菜单中选择ExitMATLAB命令。
(2)在MATLAB命令窗口输入Exit或Quit命令。
(3)单击MATLAB主窗口的“关闭”按钮。
★MATLAB主窗口
MATLAB主窗口是MATLAB的主要工作界面。
主窗口除了嵌入一些子窗口外,还主要包括菜单栏和工具栏。
★命令窗口
命令窗口是MATLAB的主要交互窗口,用于输入命令并显示除图形以外的所有执行结果。
MATLAB命令窗口中的“>>”为命令提示符,表示MATLAB正在处于准备状态。
在命令提示符后键入命令并按下回车键后,MATLAB就会解释执行所输入的命令,并在命令后面给出计算结果。
一般来说,一个命令行输入一条命令,命令行以回车结束。
但一个命令行也可以输入若干条命令,各命令之间以逗号分隔,若前一命令后带有分号,则逗号可以省略。
例如
p=15,m=35
p=15;m=35
如果一个命令行很长,一个物理行之内写不下,可以在第一个物理行之后加上3个小黑点并按下回车键,然后接着下一个物理行继续写命令的其他部分。
3个小黑点称为续行符,即把下面的物理行看作该行的逻辑继续。
★工作空间窗口
工作空间是MATLAB用于存储各种变量和结果的内存空间。
在该窗口中显示工作空间中所有变量的名称、大小、字节数和变量类型说明,可对变量进行观察、编辑、保存和删除。
★当前目录窗口
当前目录是指MATLAB运行文件时的工作目录,只有在当前目录或搜索路径下的文件、函数可以被运行或调用。
在当前目录窗口中可以显示或改变当前目录,还可以显示当前目录下的文件并提供搜索功能。
将用户目录设置成当前目录也可使用cd命令。
例如,将用户目录c:
\mydir设置为当前目录,可在命令窗口输入命令:
cdc:
\mydir
★搜索路径
当用户在MATLAB命令窗口输入一条命令后,MATLAB按照一定次序寻找相关的文件。
基本的搜索过程是:
(1)检查该命令是不是一个变量。
(2)检查该命令是不是一个内部函数。
(3)检查该命令是否当前目录下的M文件。
(4)检查该命令是否MATLAB搜索路径中其他目录下的M文件。
用户可以将自己的工作目录列入MATLAB搜索路径,从而将用户目录纳入MATLAB系统统一管理。
设置搜索路径的方法有:
(1)用path命令设置搜索路径。
例如,将用户目录c:
\mydir加到搜索路径下,可在命令窗口输入命令:
path(path,’c:
\mydir’)
(2)用对话框设置搜索路径
在MATLAB的File菜单中选SetPath命令或在命令窗口执行pathtool命令,将出现搜索路径设置对话框。
通过AddFolder或AddwithSubfolder命令按钮将指定路径添加到搜索路径列表中。
在修改完搜索路径后,则需要保存搜索路径。
★命令历史记录窗口
在默认设置下,历史记录窗口中会自动保留自安装起所有用过的命令的历史记录,并且还标明了使用时间,从而方便用户查询。
而且,通过双击命令可进行历史命令的再运行。
如果要清除这些历史记录,可以选择Edit菜单中的ClearCommandHistory命令。
★启动平台窗口和Start按钮
MATLAB6.5的启动平台窗口可以帮助用户方便地打开和调用MATLAB的各种程序、函数和帮助文件。
MATLAB6.5主窗口左下角还有一个Start按钮,单击该按钮会弹出一个菜单,选择其中的命令可以执行MATLAB产品的各种工具,并且可以查阅MATLAB包含的各种资源。
★帮助窗口
进入帮助窗口可以通过以下3种方法:
(1)单击MATLAB主窗口工具栏中的Help按钮。
(2)在命令窗口中输入helpwin、helpdesk或doc。
(3)选择Help菜单中的“MATLABHelp”选项。
MATLAB帮助命令包括help、lookfor以及模糊查询。
①、help命令
在MATLAB6.5命令窗口中直接输入help命令将会显示当前帮助系统中所包含的所有项目,即搜索路径中所有的目录名称。
同样,可以通过help加函数名来显示该函数的帮助说明。
②、lookfor命令
help命令只搜索出那些关键字完全匹配的结果,lookfor命令对搜索范围内的M文件进行关键字搜索,条件比较宽松。
lookfor命令只对M文件的第一行进行关键字搜索。
若在lookfor命令加上-all选项,则可对M文件进行全文搜索。
③、模糊查询
MATLAB6.0以上的版本提供了一种类似模糊查询的命令查询方法,用户只需要输入命令的前几个字母,然后按Tab键,系统就会列出所有以这几个字母开头的命令。
④、演示系统
在帮助窗口中选择演示系统(Demos)选项卡,然后在其中选择相应的演示模块,或者在命令窗口输入Demos,或者选择主窗口Help菜单中的Demos子菜单,打开演示系统。
⑤、远程帮助系统
在MathWorks公司的主页()上可以找到很多有用的信息,国内的一些网站也有丰富的信息资源。
1.3MATLAB数据类型
MATLAB的数据类型主要包括:
数字、字符串、矩阵、单元型数据及结构型数据等,限于篇幅我们将重点介绍其中几个常用类型。
1.3.1变量与常量
变量是任何程序设计语言的基本要素之一,MATLAB语言当然也不例外。
与常规的程序设计语言不同的MATLAB并不要求事先对所使用的变量进行声明,也不需要指定变量类型,MATLAB语言会自动依据所赋予变量的值或对变量所进行的操作来识别变量的类型。
在赋值过程中如果赋值变量已存在时,MATLAB语言将使用新值代替旧值,并以新值类型代替旧值类型。
在MATLAB语言中变量的命名应遵循如下规则:
(1)变量名区分大小写。
(2)变量名长度不超31位,第31个字符之后的字符将被MATLAB语言所忽略。
(3)变量名以字母开头,可以是字母、数字、下划线组成,但不能使用标点。
MATLAB语言本身也具有一些预定义的变量,这些特殊的变量称为常量。
表4-1给出了MATLAB语言中经常使用的一些常量值。
常量
表示数值
pi
圆周率
eps
浮点运算的相对精度
inf
正无穷大
NaN
表示不定值
realmax
最大的浮点数
i,j
虚数单位
在MATLAB语言中,定义变量时应避免与常量名重复,以防改变这些常量的值,如果已改变了某外常量的值,可以通过“clear+常量名”命令恢复该常量的初始设定值(当然,也可通过重新启动MATLAB系统来恢复这些常量值)。
1.3.2数字变量的运算及显示格式
MALAB是以矩阵为基本运算单元的,而构成数值矩阵的基本单元是数字。
对于简单的数字运算,可以直接在命令窗口中以平常惯用的形式输入,如计算2和3的乘积再加1时,可以直接输入:
>>1+2*3
ans=
7
这里“ans”是指当前的计算结果,若计算时用户没有对表达式设定变量,系统就自动赋当前结果给“ans”变量。
用户也可以输入:
>>a=1+2*3
a=
7
此时系统就把计算结果赋给指定的变量a了。
MATLAB语言中数值有多种显示形式,在缺省情况下,若数据为整数,则就以整数表示;若数据为实数,则以保留小数点后4位的精度近似表示。
MATLAB语言提供了10种数据显示格式,常用的有下述几种格式:
short小数点后4位(系统默认值)
long小数点后14位
shorte5位指数形式
longe15位指数形式
MATLAB语言还提供了复数的表达和运算功能。
在MATLAB语言中,复数的基本单位表示为i或j。
在表达简单数数值时虚部的数值与i、j之间可以不使用乘号,但是如果是表达式,则必须使用乘号以识别虚部符号。
1.3.3字符串
字符和字符串运算是各种高级语言必不可少的部分,MATLAB中的字符串是其进行符号运算表达式的基本构成单元。
在MATLAB中,字符串和字符数组基本上是等价的;所有的字符串都用单引号进行输入或赋值(当然也可以用函数char来生成)。
字符串的每个字符(包括空格)都是字符数组的一个元素。
例如:
>>s='matrixlaboratory';
s=
matrixlaboratory
>>size(s)%size查看数组的维数
ans=
119
另外,由于MATLAB对字符串的操作与C语言几乎完全相同这里不在赘述。
1.3.4逻辑关系运算
逻辑运算是MATLAB中数组运算所特有的一种运算形式,也是几乎所有的高级语言普遍适用的一种运算。
它们的具体符号、功能及用法见表4-2。
符号运算符
功能
函数名
==
等于
eq
~=
不等于
ne
<
小于
lt
>
大于
gt
<=
小于等于
le
>=
大于等于
ge
&
逻辑与
and
|
逻辑或
or
~
逻辑非
not
说明:
●在关系比较中,若比较的双方为同维数组,则比较的结果也是同维数组。
它的元素值由0和1组成。
当比较双方对应位置上的元素值满足比较关系时,它的对应值为1,否则为0。
●当比较的双方中一方为常数,另一方为一数组,则比较的结果与数组同维。
●在算术运算、比较运算和逻辑与、或、非运算中,它们的优先级关系先后为:
比较运算、算术运算、逻辑与或非运算。
例如,输入:
a=[123;456;789];
x=5;
y=ones(3)*5;
xa=x<=a
xa=
000
011
111
输入:
b=[010;101;001];
ab=a&b
ab=
010
101
001
1.4几个例子
例1绘制正弦曲线和余弦曲线。
x=[0:
0.5:
360]*pi/180;
plot(x,sin(x),x,cos(x));
例2求方程3x4+7x3+9x2-23=0的全部根。
p=[3,7,9,0,-23];%建立多项式系数向量
x=roots(p)%求根
计算结果:
例3求积分
quad('x.*log(1+x)',0,1)
计算结果:
例4求解线性方程组。
a=[2,-3,1;8,3,2;45,1,-9];
b=[4;2;17];
x=inv(a)*b
计算结果:
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