Matlab语言与应用 第一章

授课教师:袁帅信息学院自动化教研室Matlab语言及应用讲课内容第1章MATLAB入门与基本运算第2章MATLAB图形与可视化第3章线性系统分析与设计第4章SIMULINK仿真环境第5章MATLAB控制仿真与实例第1章MATLAB入门与基本运算1.1MATLAB环境与文件管理1.2基本数据定义与变量管理1.3变量、数组与函数1.4数据的输入与输出1.5数组与矩阵运算1.6M文件与函数1.7多项式管理1.8控制语句与逻辑管理1.9曲线拟合与插值运算1.10符号运算MATLAB环境与文件管理MATLAB发展1970年代中期，CleveMoler博士开发了：EISPACK（特征值求解的程序库）LINPACK（解线性方程的程序库）1970年代后期，CleveMoler编写接口程序：MATLAB,即矩阵（MATrix）与实验室（LABoratory）前3个字母的组合，是“矩阵实验室”的缩写，它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言。1983年春，CleveMoler和JohnLittle用C语言开发了第二代专业版1984年，两人成立了Mathworks公司,正式把MATLAB推向市场。1988年，推出MATLAB3.x版本(DOS版)。1993年，推出MATLAB4.0版本(Win3.x)。1997年，推出MATLAB5.0版(Windows95)。1999年，推出MATLAB5.3版本(流行较广)。2000年，推出MATLAB6.0版本2006年，推出MATLAB7.2版本2012年，推出MATLAB7.14…………MATLAB环境与文件管理MATLAB发展MATLAB的特点1、起点高2、人机界面友好3、强大而简易的作图功能4、一流的数值计算功能5、智能化程度高6、强劲的工具箱是一个强大的功能演算性草稿纸难点：函数较多，仅基本部分就有700多个。MATLAB环境与文件管理MATLAB环境与文件管理环境与文件管理菜单(Menu)当前路径当前目录窗口历史记录窗口工作区窗口命令窗口第1章MATLAB入门与基本运算1.1MATLAB环境与文件管理1.2基本数据定义与变量管理1.3变量、数组与函数1.4数据的输入与输出1.5数组与矩阵运算1.6M文件与函数1.7多项式管理1.8控制语句与逻辑管理1.9曲线拟合与插值运算1.10符号运算基本数据定义与变量管理建立数据：创建变量，数组创建数据：输入指令x=5;x1=[0.21.11,3];y1=[123;456];显示数据：指令后去掉‘;’号或直接键入变量名有规律的创建数据：等间隔定义数组：x2=1:10(或者为1:1:10)等距离定义数组：x3=linspace(-1,1,10)定义对数坐标的数组：x4=logspace(-1,1,10)基本数据定义与变量管理变量管理变量查看：变量查询：变量删除：who（列出工作区中的内存变量）whos（列出工作区中的内存变量详情）clear（清除工作区中的变量和函数）exist(’变量名’)（查询是否存在一个变量）基本数据定义与变量管理数值显示：Format指令内部只有一种类型为双精度（8个字节，64位），实数为1个双精度数，复数为两个双精度数。但输出显示格式有8种。可用format命令来改变显示格式。例如：formatshort显示5位数(pi:3.1416)formatlong显示15位数(pi:3.14159265358979)formatbank显示货币格式(pi:3.14)Format指令Matlab命令显示形式说明formatlong3.14159265358979316位十进制formatshorte3.1416e+0005位十进制数加指数formatlonge3.141592653589793e+00016位十进制数加指数formathex400921fb54442d1816位十六进制formatbank3.14两位小数format++正、负或零formatrat355/113分数近似formatshort(默认)3.14159二位整数，四位小数基本数据定义与变量管理在线查询：Help命令；寻求帮助的标题lookfor命令；关键词提供帮助变量、数组与函数变量表示变量名,常量名,函数名和文件名的字符串（1）由字母、数字、下划线等符号组成，第一个字母必须是英文字母。（2）变量和常量最长不要超过19个字符，多余截取。（3）函数和文件名通常不超过8个字符。（4）变量名大小写敏感。变量、数组与函数变量：特殊变量ans----默认临时变量pi----πeps----计算机中的最小数inf----无穷大NaN----非数或不定数（如：0/0）i或j----虚数单位变量、数组与函数注释和标点%：注释语句前面添加的符号多条命令语句放在同一行，中间用逗号或分号隔开。逗号要求显示结果，分号不要求显示结果；例如：输入x=4.5;y=5,f=1.9变量、数组与函数复数表示real：复数实部imag：复数虚部abs：复数幅值angle：复数相位例：变量、数组与函数数学函数abs(x)：纯量的绝对值或向量的长度angle(z)：复数z的相角(Phaseangle)sqrt(x)：开平方real(z)：复数z的实部imag(z)：复数z的虚部conj(z)：复数z的共轭复数round(x)：四舍五入至最近整数fix(x)：无论正负，舍去小数至最近整数floor(x)：地板函数，即舍去正小数至最近整数（比此小数小的最近整数）ceil(x)：天花板函数，即加入正小数至最近整数（比此小数大的最近整数）rat(x)：将实数x化为分数表示rats(x)：将实数x化为多项分数展开sign(x)：符号函数(Signumfunction)。当x0时，sign(x)=-1；当x=0时，sign(x)=0;当x0时，sign(x)=1。小整理：MATLAB常用的三角函数sin(x)：正弦函数cos(x)：馀弦函数tan(x)：正切函数asin(x)：反正弦函数acos(x)：反馀弦函数atan(x)：反正切函数atan2(x,y)：四象限的反正切函数sinh(x)：超越正弦函数cosh(x)：超越馀弦函数tanh(x)：超越正切函数asinh(x)：反超越正弦函数acosh(x)：反超越馀弦函数atanh(x)：反超越正切函数数据的输入与输出利用M文件生成数据在当前子目录Work中:新建abc.m文件;键入a=1;b=-2;c=10;保存文件;在命令窗口中直接键入abc，运行该程序；获得结果：a=1b=-2c=10;数据的输入与输出利用M文件生成数据在当前子目录Work中:新建abc.m文件;键入a=1;b=-2;c=10;保存文件;在命令窗口中直接键入abc，运行该程序；获得结果：a=1b=-2c=10;数据的输入与输出save与load指令使用save与load指令保存与加载已有的数据。例如：save;以二进制的形式将所有变量存入到matlab.mat文件中；savedata;以二进制的形式将所有变量存入到data.mat中；savedataxyz;以二进制的格式将xyz存入到data.mat中；load;将matlab.mat文件中的所有变量加载到工作空间中；loaddata;将data.mat文件中的所有变量加载到工作空间中；loaddataxyz;将data.mat文件中变量xyz加载到工作空间中数据的输入与输出MATLAB低级文件I/O函数MATLAB低级文件I/O函数fclose关闭文件Feof测试文件结束ferror查询文件I/O的错误状态fgetl读文件的行，忽略回行符fgets读文件的行，包括回行符fopen打开文件fprintf把格式化数据写到文件或屏幕上fread从文件中读二进制数据frewind返回到文件开始fscanf从文件中读格式化数据fseek设置文件位置指示符ftell获取文件位置指示符fwrite把二进制数据写到文件里数据的输入与输出FOPEN函数:fopen函数打开一个文件并返回这个文件的文件句柄值。它的基本调用形式如下：fid=fopen(filename,permission)说明：其中fid用于存储文件句柄值，如果返回的句柄值大于0，则说明文件打开成功。文件名filename用字符串形式，表示待打开的数据文件。Permission表示打开方式，常见的打开方式如表所示。FOPEN函数打开方式打开方式描述‘r’只读方式打开文件（默认的打开方式），该文件必须已存在‘r+’读写方式打开文件，打开后先读后写，该文件必须已存在‘w’打开后写入数据。若该文件存在则更新；不存在则创建‘w+’读写方式打开文件，先读后写。若该文件存在则更新；不存在则创建‘a’在打开的文件末端添加数据。若文件不存在则创建‘a+’打开文件后，先读入数据再添加数据。文件不存在则创建数据的输入与输出FSCANF函数:fscanf函数可以读取文本文件的内容，并按指定格式存入矩阵。其调用格式为：[A,count]=fscanf(fid,format,size)说明：其中A用来存放读取的数据，COUNT返回所读取的数据元素个数，fid为文件句柄，format用来控制读取的数据格式，由%加上格式符组成，常见的格式符有：d（整型）、f（浮点型）、s（字符串型）、c（字符型）等，在%与格式符之间还可以插入附加格式说明符，如%12f。size为可选项，决定矩阵A中数据的大小，它可以取下列值：N（读取N个元素到一个列向量）、inf（读取整个文件）、[M，N]（读数据到M×N的矩阵中，数据按列存放）。数据的输入与输出FPRINTF函数:fprintf函数可以将数据按指定格式写入到文本文件中。其调用格式为：count=fprintf(fid,format,A,...)说明：fid为文件句柄，指定要写入数据的文件，format是用来控制所写数据格式的格式符，与fscanf函数相同，A是用来存放数据的矩阵。低级文件读/写数据的过程设已有Test.txt，内容如右：a_d_13.00.6-2.00.05372.00707-.02525-1.00.09308.04892.01294运行文件inout.m内容如下：%inputandoutputadatafilef1=fopen(‘test.txt’,’r’)p=fscanf(f1,’%c’)f2=fopen(‘name.txt’,’w’)fprintf(f2,’%s15\n,%9.5f\n,%9.5f\n,%4(9.5f)\n’,p)fclose(‘all’)数组与矩阵运算矩阵表达式，用[]表示（1）基本赋值1）使用[]2）同一行元素用空格或‘，’隔开3）不同行用‘；’隔开例如：a=[123;456]（2）复数的赋值：例如:z=1+2i或1+2jz=[1+2i3+4i]z=[13]+[24]*i数组与矩阵运算矩阵的变换（1）抽取：由原矩阵中的部分元素构成新矩阵。如：b=a([2,4],[1,3])表示第2，4行与第1、3列交叉元素组成新矩阵。（2）抽去：使用空矩阵[]（无元素），将矩阵整行/列删除。如：a([2,4],：)=[]将2、4行删除a(：,[2])=[]将第2列删除数组与矩阵运算矩阵的变换（3）组合：由多个矩阵组成一个新矩阵，但行列应正好。如：a=[123;456];b=[789;101112];c=[ab];d=[a;b];（4）转置：b=a‘（行变列）A=[123456]A'ans=142536B=[1+2i3+4i5-6i7-8i]B‘ans=1.0000-2.0000i5.0000+6.0000i3.0000-4.0000i7.0000+8.0000i数组与矩阵运算矩阵信息查询函数功能Whos显示工作空间中存在的变量及其大小Sizes(A)返回A矩阵的行数与列数Length(A)返回数组A的维数find(A)给出特殊要