第一章MATLAB基础知识

1第一章MATLAB基础知识1.1MATLAB开发环境1.MATLAB操作桌面MATLAB4.0以上版本都是在Windows以上环境支持下操作与运行的，因此，这里必须假定读者对Windows有一定的了解和掌握。本书以Windows98环境，MATLAB6.5版本为例介绍。书中绝大多数例子在MATLAB5.3版本中亦能使用.要想进入MATLAB系统，方法有二：（1）在Windows98的桌面上双击MATLAB快捷图标。（2）单击Windows98的“开始”按钮，再依次单击：程序/MATLAB/MATLAB6.5；图1-1MATLAB6.5除保留了传统的命令窗口外，还增加了启动平台窗口、工作空间窗口、命令历史窗口、当前路径窗口等窗口，与新的M文件编辑器和新的在线帮助浏览器等共同构成了MATLAB6.5的开发环境。MATLAB的开发环境是MATLAB语言的基础和核心部分，MATLAB语言的全部功能都是在MATLAB的开发环境中实现的，MATLAB的仿真工具Simulink、MATLAB2的工具箱等其他附加功能的实现也必须使用MATLAB开发环境，因此，掌握MATLAB的开发环境是掌握MATLAB语言的关键。启动MATLAB后，将显示包括命令窗口、启动平台窗口、工作空间窗口、命令历史窗口和当前路径窗口等5个窗口和主菜单组成的操作桌面（图1-1）。本节对操作桌面的各个窗口作简要介绍，部分窗口的功能和使用将在以后的章节中详细介绍。操作桌面缺省状态下显示3个窗口，当前路径和工作空间窗口在同一位置显示，可以通过该窗口下方的箭头或窗口标签来切换，命令历史窗口和当前目录窗口在同一位置显示，可以通过该窗口下方窗口标签来切换。每个窗可以脱离操作桌面独立出来。也可以通过菜单View来选择显示哪些窗口。MATLAB还设定了几种特定的窗口布局方式，在View菜单的DesktopLayout选项中，给定了6种布局方式：Default（缺省方式）CommandWindowOnly（只显示命命令窗口方式）Simple（简单方式，只有命令历史窗口和命令窗口）ShortHistory（低命令历史窗口方式）TallHistory（高命令历史窗口方式）FivePanel（5个窗口平铺方式）2.MATLAB的通用参数设置MATLAB的通用参数和各功能窗口的参数可以通过主菜单中的file/Preferences项设置，这里先介绍通用参数的设置。在主菜单中选择Preferences项，打开Preferences窗口（图1-2），缺省状态为通用参数设置，其选项包括：Display（显示选择）Showtooltips（显示相关信息），当单选框选择后，鼠标放在工具栏的快捷按钮上时显示相关信息。Toolboxcaching（工具箱缓冲区）对于远程使用MATLAB的用户，应选择单选框EnableToolboxcaching（打开工具箱缓冲区），建立一个高速缓冲区，以提高使用速度，对单机用户该选项作用不大。Figurewindowprinting（图形窗口打印）有3个选项，分别为Useprinterdefault（按打印机缺省设置输出）、Alwayssendasblackandwhite（按黑白图形输出）和Alwayssendascolor（按彩色图形输出）。3图1-2在窗口左侧的树状结构中展开General项，可以选择窗口Font&Colors（字体和颜色）的参数设置如图1-3。图1-3Desktopfont（操作桌面字体）该项将改变MATLAB操作桌面的所有窗口的字体设置（包括M文件编辑器等），可以设置字体的名称、形式和大小。Syntaxhighlightingcolors（标示符颜色）可以选择的标示符包括Keywords（关键词）、Comment（注释）、String（字符串）、Systemcommands（系统命令）和Errors（错误信息），如希望恢复系统的缺省颜色，可以按RestoreDefaultcolors（恢复缺省的颜色）按钮。43.MATLAB命令窗口参数设置命令窗口保留了MATLAB传统的交互式操作功能，即在命令窗口中直接输入命令或函数，系统自动反馈信息或结果。命令窗口的参数设置如图1-4所示。图1-4Textdisplay（文本显示）命令窗口中文本显示格式的设置。其中Numericformat（数据格式）设置命令窗口数据的显示格式；Numericdisplay（数据显示方式）可以在loose和compact之间选择，选择loose，命令窗口中命令和结果都隔行显示，而选择compact则以紧凑方式显示。Dsiplay（显示参数）显示参数设置，其中Echoon（文件命令显示控制）控制M文件的运行过程中，M文件的内部命令是否在命令窗口中显示；wrapline（自动换行）；如果选择刻选项，输入输出行根据命令窗口的宽度自动换行，否则，无论输入输出行的长度是多少都显示在一行，宽度不够时出现滚动条；Limitmatrixdisplaywidthtoeightycolumns（80列显示限制）控制矩阵的显示列数是否为80；Commandsessionscrollbuffersize（回调命令缓冲区）控制命令窗口中回调命令缓冲区的大小。在树状结构中展开CommandWindow项，可以设置Font&Colors（字体和颜色）（图1-5）。缺省状态为使用操作桌面的字体和颜色，也可以单独设置命令窗口的字体和颜色。5图1-54.启动平台在MATLAB6.5新增加的启动平台(Launchpad)窗口中包括了系统中已安装了的全部MATLAB程序和帮助文件的管理和启动功能（图1-6）。启动平台采用了树型菜单的形式，列出了MATLAB及各工具箱中可以执行的程序、说明书和网页等资源，用户可以直接从启动平台进入所选定的项目。图1-6启动平台实际上是由文本写成的M文件，扩展名为.xml，包括了标题、调用程序、图标等信息，用户也可以自行编辑（如将标题改为中文等）。65.工作空间工作空间Workspace窗口是MATLAB的一个变量管理中心。MATLAB6.5改进了工作空间中变量信息的表现方式，可以显示变量的名称、尺寸、字节和类别等信息，同时用不同的图标表示矩阵、字符数组、单元数组、结构及符号对象等变量类型（图1-7）图1-7除了表现变量的信息外，工作空间窗口还提供了丰富的处理功能。在某一变量上单击鼠标右键会弹出菜单，选择Open（打开）选项打开数组编辑器（图1-8），使用数组编辑器可以对一些类型变量的格式、尺寸及元素进行修改；选择Graph（图形选择）选项，可以使用不同的方法绘制当前变量的图形。图1-8工作空间的参数设置如图1-9所示。窗口的上部为字体和颜色设置，缺省状态为使用操作桌面的字体和颜色，也可以单独设置工作空间窗口的字体和颜色。下部为Confirm7deletionofvariables（确认删除变量），勾选该项则在删除工作空间变量时会弹出一个对话框，要求确认是否删除。图1-9MATLAB6.5提供了丰富的工作空间变量管理功能，但很多老用户可能更习惯于以前版本的命令行方式，因此，MATLAB6.5保留了查看变量的命令who和whos。who命令在命令窗口列出变量的简明列表，whos则类似工作空间窗口，列出每一变量的大小、数据类型等信息。6.命令历史窗口图1-10MATLAB6.5的命令历史CommandHistory窗口显示执行过的命令（图1-10），在该窗口的某一命令上单击鼠标右键会弹出菜单，可选择指行某一功能。87.当前路径窗口MATLAB6的当前路径CurrentDirectory窗口提供了当前路径下文件的操作（图1-11），在该窗口的某一文件上单击鼠标右键会弹出菜单并可指行对应选项的功能。图1-111.2MATLAB命令窗口MATLAB的命令窗口屏幕显示如图1-12。它是MATLAB命令执行的主要场所，也是输入命令和输出结果的地方。在这儿输入的命令将会立即得到执行，并及时将结果表达式输出。因此特别适合一些短小程序的编写与运行，对于比较复杂的程序，则应采用建立M文件的编写方法。窗口依次为标题栏，菜单栏，工具栏、工作空间、状态栏。命令窗口中第三行开头不断闪烁的光标“|”：是中文Windows平台等候输入命令的提示符（英文Windows平台等候输入命令的提示符是“”），用户可以在光标的右侧开始输入各种命令。图1-129先从MATLAB的数学运算开始说明。就像你的计算器一样，数学式的计算是直接了当。如果我们要算1+2+3及1×10+2×20+3×30这二个式子，以下例子接着提示符号之后的是要键入的算式，MATLAB将计算的结果以ans显示。如果算式是x=1+2+3，MATLAB将计算的结果以x显示。1+2+3ans=61*10+2*20+3*30ans=140x=1+2+3x=6如果在上述的例子结尾加上“；”号，则计算结果不会显示在指令视窗上，要得知计算值只须键入该变数值即可x=1+2+3;xx=6要计算面积Area=,半径r=2，则可键入r=2;area=pi*r^2;area=12.5664我们也可以将上述指令打在同一行，以,或是;分开，例如r=2,area=pi*r^2r=2;area=pi*r^2;请注意上述二式的差异，前者有计算值显示，而后者则无。如果一个指令过长可以在结尾加上...（代表此行指令与下一行连续），例如r=2;area=pi...*r^2另外一个符号注解是由%起头，也就是说在%之后的任何文字都被视为程序的注解。注解的功能是简要的说明程序的内容，过多的注解在程序中或许没有必要，但是我们写10程序时往往用了太少的注解。任何可能产生混淆的地方都应该使用注解，适量的注解可在以后想了解程序时能节省一些不必要的时间，例如：r=2;%键入半径area=pi*r^2;%计算面积以下为常见错误信息：Missingoperator,comma,semi-colon.错误操作、冒号、分号。Undefinedfunctionvariable.未定义函数或变量。Warning:dividebyzero.被零除。例如输入1/0回车后，屏幕显示：Warning:Dividebyzero.ans=Inf输入a回车后，屏幕显示：???Undefinedfunctionorvariable'a'.输入a=3;b=2;a'b回车后，屏幕显示：???a=3;b=2;a'bMissingoperator,comma,orsemi-colon.退出系统当工作完毕以后，想要退出系统时，方法可有多种，下面给出了较常用的三种：1、单击命令窗口右上角的“×”图标；2、双击命令窗口左上角的MATLAB图标；3、从键盘上敲入“Ctrl+Q”。1.3MATLAB的M文件窗口对于比较复杂的、需要多次修改的程序，一般采用建立文件的方式来实现。所谓M文件，就是用MATLAB语言编写的，可以在MATLAB环境中运行的程序。把原本要在MATLAB环境下直接输入的语句，放在一个以.m为后缀的文件中，通过运行这个文件11来完成原先拟定的功能。这些后缀（扩展名）为.m的文件就是M文件。建立了M文件以后，对于程序的修改、调用、运行、保存和今后的访问都将十分方便。如果函数中的参数需要多次改动，同时自变量的值也要不断变动，这时倘若再采用命令窗口输入并直接运行的方式，势必要多次地输入，反复地改动，而且当函数表达式很长、很复杂时，不仅输入十分麻烦，同时还易出错。因此很有必要采用建立文件的方式来处理它。1．M文件的建立与保存（1）双击Windows98桌面上MATLAB快捷图标，屏幕显示MATLAB命令窗口（如图1-1）（2）单击命令窗口中File/New/M-file，屏幕显示一个新的窗口MATLABEditorDebug－[Untitled1]，叫做MATLAB的编辑窗口(如图1-13)，它是输入、编辑、调试M文件的地方。【例1－１】已知)sin(,21cbxyeyax