MATLAB应用第1章第2版

MATLAB应用第1章MATLAB系统环境1．1MATLAB概貌一、什么是MATLAB？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．语言简洁由于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。利用起丰富的库函数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=sinycosx5．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。1．3MATLAB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。而且可以显示出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。表达式的例子求23)]47(212[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变量＝表达式的例子例1，将表达式i27147cos5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987654321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=[1,2,34,5,67,8,9]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+1/7-1/8S=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。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i27147cos5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MATLAB及其工具箱所提供的功能同样可以用来分析仿真结果，将其可视化，并进一步做整个完整系统的建摸，仿真和优化设计。信号处理工具箱（SignalProcessingToolbox）、图像处理工具箱（ImageProcessingToolbox）、通信工具箱（CommunicationToolbox）、定点运算工具箱（Fixed－PointBlockset）、小波分析工具箱（WaeletToolbox）、高阶谱分析工具箱（High-OrderSpectralAnlvsisToolbox）及地理信息处理工具箱（MappingToolBox）1.平面操作工具箱~leon/planman.html2.SimMechanics工具箱(这个好像不是免费的)工具箱(遗传算法工具箱)=11&ID=2634.OptimizationToolbox2.2=257825.VibrationToolbox机器视觉工具箱://://crttsn.univ-nantes.fr/~auger/tftb.html9.Uvi_WaveWaveletToolbox~wavelets/10.THENNSYSIDTOOLBOX-Version2://~jth/calibr/12.VirtualControlLab有限元工具箱=11&ID=26414.最速梯度法=11&ID=265