电子书_MATLAB程序设计与应用(第二版)

阅阅阅读读读时时时：：：请请请选选选择择择“““视视视图图图|||文文文档档档结结结构构构图图图”””，，，弹弹弹出出出文文文档档档中中中的的的标标标题题题链链链接接接。。。数学软件MATLAB程序设计与应用1第1章MATLAB系统环境1.1MATLAB概貌1.2MATLAB环境的准备1.3MATLAB操作界面1.4MATLAB帮助系统自上世纪80年代以来，出现了科学计算语言，亦称数学软件。MATLABMathematicaMathcadMapleLINDOLINGO1.1MATLAB概貌p3MATLAB是MATrixLABoratory（矩阵实验室）的缩写。1984年由MathWorks公司推出，现已成为国际公认的优秀的工程应用开发环境，是影响最大，流行最广的科学计算语言。1.1.1MATLAB的发展版本编号建造编号发布时间版本编号建造编号发布时间MATLAB1.01984MATLAB6.5.1R13SP12003MATALB21986MATLAB6.5.2R13SP22003MATLAB31987MATLAB7.0R142004MATLAB3.51990MATLAB7.0.1R14SP12004MATLAB41992MATLAB7.0.4R14SP22005MATLAB4.2cR71994MATLAB7.1R14SP32005MATLAB5.0R81996MATLAB7.2R2006a2006MATLAB5.1R91997MATLAB7.3R2006b2006MATLAB5.1.1R9.11997MATLAB7.4R2007a2007MATLAB5.2R101998MATLAB7.5R2007b2007.10MATLAB5.2.1R10.11998MATLAB7.6R2008a2008.3MATLAB5.3R111999MATLAB7.7R2008b2008.10MATLAB5.3.1R11.11999MATLAB7.8R2009a2009.3MATLAB6.0R122000MATLAB7.9R2009b2009.10MATLAB6.1R12.12001MATLAB7.10R2010a2010.3MATLAB6.5R132002MATLAB7.11R2010b2010.101.从MATLAB4.2c开始，每个版本增加了一个建造编号；2.例如MATLAB7.6的建造编号是R2008a。说明MATLAB7.6与MATLAB2008a是等同的；23.对于建造编号，正规化以后，每年出两个版本。一般来说。a是测试版，b是正式版。a是前半年出，b是后半年出。教材采用MATLAB7.0（R14，2004）实验室采用MATLAB7.8（R2009a，2009.3，汉化）1.1.2MATLAB的主要功能p4数值计算和符号计算功能绘图功能语言体系MATLAB工具箱(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先后和著名的符号计算语言Maple与MuPAD（从MATLAB2008b开始使用MuPAD）相结合，使得MATLAB具有符号计算功能。(2)绘图功能可以绘制二维和三维图形。MATLAB提供了两个层次的绘图操作：对图形句柄进行的低层绘图操作；建立在低层绘图操作之上的高层绘图操作。(3)语言体系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。MATLAB是解释性语言，不能脱离MATLAB环境而独立运行。(4)MATLAB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。基本部分构成MATLAB的核心内容，也是使用和构造工具箱的基础。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能、可视建模仿真功能及文字处理功能等。学科性工具箱ControlSystemToolbox控制系统工具箱SignalProcessingToolbox信号处理工具箱NeuralNetworkToolbox神经网络工具箱OptimizationToolbox最优化工具箱FinancialToolbox金融工具箱StatisticsToolbox统计学工具箱开始→工具箱MATLAB具备很强的开放性除内部函数外，所有MATLAB基本文件和各工具箱文件都是可读、可改的源文件，用户可通过对源文件的修改或加入自己编写的文件去构成新的专用工具箱。31.1.3MATLAB功能演示p5例1.1绘曲线图绘制函数y=2-|x|和y=sinx的曲线。在命令窗口逐条输入以下命令：x=-2*pi:pi/180:2*pi;plot(x,2.^(-abs(x)),':',x,sin(x));例1.2求方程的根求方程2x5-3x3+71x2-9x+13=0的全部根。p=[2,0,-3,71,-9,13];x=roots(p)例1.3解线性方程组2328234453923xyzxyzxyz法1：调用求逆矩阵函数inva=[2,3,-1;8,2,3;45,3,9];%系数矩阵b=[2;4;23];%常数项列向量x=inv(a)*b法2：左除运算a=[2,3,-1;8,2,3;45,3,9];%系数矩阵b=[2;4;23];%常数项列向量x=a\b法3：符号计算symsxyz[x,y,z]=solve(2*x+3*y-z-2,8*x+2*y+3*z-4,45*x+3*y+9*z-23)例1.4求积分10ln(1)xxdx法1：调用quadquad('x.*log(1+x)',0,1)法2：符号计算symsxint(x*log(1+x),0,1)41.2MATLAB环境的准备p71.2.1MATLAB的安装安装MATLAB系统，需运行系统自带的安装程序setup.exe，可以按照安装提示依次操作。1.2.2MATLAB的启动与退出p8启动有3种常见方法：(1)使用Windows“开始”菜单。(2)运行MATLAB（文件夹）系统启动程序matlab.exe。(3)利用（桌面）快捷方式。退出也有3种常见方法：(1)在主窗口File菜单中选择ExitMATLAB。(2)在命令窗口中键入Exit或Quit命令。(3)单击主窗口右上角的关闭按钮。1.3MATLAB操作界面p91.3.1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。•MATLAB的菜单栏包括6个菜单项:File实现有关文件的操作Edit用于命令窗口的编辑操作Debug用于程序调试Desktop用于设置MATLAB集成环境的显示方式（桌面）Window用于关闭所有打开的编辑器窗口或选择活动窗口Help用于提供帮助信息。•MATLAB的工具栏提供了一些命令按钮和一个当前路径列表框。这些命令按钮有对应的菜单命令，但比菜单命令使用起来更快捷、方便。1.3.2命令窗口(CommandWindow)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。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回车后，MATLAB就会解释执行所输入的命令，并在命令后面给出计5算结果。该窗口既可以内嵌在工作界面内，也可以浮动到工作界面之外。（右上角的按钮）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p=15,m=35p=15;m=35...为续行符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续行符并按下回车键，然后接着下一个物理行继续写命令的其他部分。即把续行符下面的物理行看作该行的逻辑继续。表1.1命令行编辑中常用的控制及其功能p10键名功能↑↓←→PgUpPgDnHomeEndDelBackSpaceEsc前寻式调回已输入过的命令后寻式调回已输入过的命令左移光标右移光标前寻式翻滚一页后寻式翻滚一页光标移到行首光标移到行尾删除光标右边字符（删除键）删除光标左边字符（返消键）删除当前行（取消键）1.3.3工作空间窗口(Workspace)p10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的变量，可对变量进行观察、编辑、保存和删除。1.3.4当前目录窗口和搜索路径(CuurentDirectory)p11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6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。cd命令：将用户目录设置成当前目录。例将用户目录e:\matlab7\work设置为当前目录。在命令窗口输入：cde:\matlab7\workMATLAB的搜索路径当用户在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。例将用户目录e:\matlab7\work加到搜索路径下。在命令窗口输入：path(path'e:\matlab7\work')(2)用对话框设置搜索路径文件→设置路径（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“添加文件夹”或添加包含子文件夹“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。pathdef.m保存搜索路径的信息，通过修改该文件也可以修改搜索路径。1.3.5命令历史窗口(CommandHistory)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。通过双击命令可以再次运行历史命令。要清除这些历史记录，可选择编辑菜单中的ClearCommandHistory命令。1.3.6Start菜单p13在MATLAB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快速访问MATLAB的各种工具和查阅MATLAB包含的各种资源。71.4MATLAB帮助系统p131.4.1帮助命令p14MATLAB帮助命令包括help、lookfor以及模糊查询。1．help命令在命令窗口中直接输入：help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。help加函数名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。（列出的内容很长，可用Ctrl+C终止）3．模糊查询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。1.4.2帮助窗口p15进入帮助窗口可通过3种方法：(1)单击MATLAB主窗口工具栏中的○?按钮。(2)在命令窗口中输入helpwin、helpdesk或doc。(3)选择Help菜单中MATLABHelp命令。1.4.3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。在命令窗口输入Demos。选择主窗口Help菜单中的Demos子菜单，打开演示系统。8第2章MATLAB数据及其运算2.1MATLAB数据的特点2.2变量及其操作2.3MATLAB矩阵的表示2.4MATLAB数据的运算2.5字符串2.6结构数据和单元数据2.1MATLAB数据的特点p17矩阵矩阵是MATLAB最基本、最重要的数据对象