MATLAB自学课件(完整)

中北大学信息与通信工程学院MATLAB程序设计与应用第一篇基本概述1MATLAB传记与外观2初探MATLAB第二篇绘图功能3二维平面绘图4三维立体绘图5特殊图形6图像显示与读写7动画制作8句柄图形与GUI设计9GUIDE：GUI设计环境第三篇变量与数据结构10矩阵的处理与运算11字符与字符串12多维数组13单元数组14结构数组15稀疏矩阵第四篇程序设计16MATLAB的运算符17M文件18程序流程控制19程序调试20文件输出及输入21程序计时22程序代码与内存的优化23应用程序接口第五篇数值运算与其它应用24线性代数25多项式的处理与分析26一般数学函数的处理与分析27内插方法28曲线拟合与回归分析29常微分方程30GUI应用举例31数据与函数的可视化中北大学信息与通信工程学院1MATLAB传记与外观1.1MATLAB传记1.2MATLAB第五版外观1.3MATLAB第六版外观本章介绍MATLAB与MathWorks公司的背景和历史，并说明MATLAB第五版和第六版的外观。中北大学信息与通信工程学院1.1MATLAB传记MATLAB是由MathWorks软件公司于1984年推出的数学软件。其名称是由矩阵实验室（MATrixLABoratory）合成的。由此可知最早的开发理念是提供一套完善的矩阵计算命令。但是，随着数值运算需求的发展，MATLAB已经成为各种系统仿真、科学计算可视化为一体的交互式软件系统。MATLAB虽然在1984年首次推出商业版，但其前身早在1978年就已出现。作者是任教于美国新墨西哥大学的CleveMoler教授。事实上MATLAB的许多核心计算技术来源于LINPACK和EISPACK。这是两个美国国科会计划所开发的数值计算软件。CleveMoler教授也是计划负责人之一。虽然CleveMoler教授是MATLAB的原作者，但是第一个将MATLAB商品化的人不是他，而是JackLittle,他在Stanford大学主修控制，当他接触到MATLAB时，直觉告诉他这是一个潜力很大的软件。因此，他在毕业后没有多久，既决定将MATLAB用C语言重写，并于1984年成立MathWorks软件公司，首次推出MATLAB商用版。中北大学信息与通信工程学院1.1MATLAB传记MathWorks虽然已经是超过500人的大公司，但是至今还是私人企业，没有上市。这与JackLittle的个人理念有关，他认为MATLAB的发展方向应该与顾客的需求与软件的完整性为首要目标，而不是以获利为主。因此MATLAB一直在稳定中求进步。由于JackLittle保守的个性，也使MathWorks不涉及MATLAB和SimuLink以外的事业。MATLAB早期以矩阵运算为主(第1,2,3版)。但随着科学计算可视化需求的日增，MATLAB第4版推出句柄图形，这是一个里程碑。另一个里程碑则是MATLAB第5版，允许用户建立自己的数据类型，而不再只是局限于二维的矩阵。MATLAB语言比较好学，它的语法规则简单，更适合于专业科技人员的思维方式和书写习惯。它用解释方式工作，因此更加简洁和智能化，人机交互性能好。中北大学信息与通信工程学院1.1MATLAB传记MATLAB是一个计算核心，围绕这个核心，有许多针对不同应用所开发的应用程序，称为工具箱（ToolBoxes）例如ControlToolBox，SignalprocessingToolBox，WaveletToolBox，OptimizationToolBox，SplineToolBox，SymbolicToolBox。工具箱实际上是用MATLAB的基本语句编写成的程序的集合，用以解决某一方面的专门问题。任何人都可以自己生成工具箱，因此，很多研究成果被直接做成MATLAB的工具箱直接发布。在互联网上有大量的免费的MATLAB工具箱可以使用。除了MATLAB以外，MathWorks还有两项主要产品SimuLink和Stateflow。SimuLink用于连续和离散时间的动态系统仿真。Stateflow用于仿真有限状态机（FiniteStateMachines）和事件驱动系统（Event-drivenSystems）。中北大学信息与通信工程学院1.2MATLAB第五版外观进入MATLAB第五版界面后，可以看到标准的下拉式菜单（Pull-downMenu），File，Edit，Window，Help。其中File|Preference是比较重要的。使用这个界面，可以设置MATLAB的数值显示方式、文本编辑器、命令窗口的字体和背景、拷贝图形的选项等。MATLAB主界面中还有其它窗口，其中四个是直接和MATLAB的操作相关。工作空间浏览器（WorkspaceBrowser）当前目录浏览器（CurrentDirectoryBrowser）SIMULINK库浏览器（SIMULINKLibraryBrowser）在线帮助（On-lineHelp）中北大学信息与通信工程学院1.2MATLAB第五版外观工作空间浏览器：MATLAB用来储存变量的空间，称为工作空间。工作空间浏览器用来浏览工作空间中的变量，包括其名称、数据类型、字节大小等。路径浏览器：MATLAB在执行每个命令时，会根据一个搜寻路径寻找命令的位置。路径浏览器的功能是对搜寻路径进行修改。SIMULINK库浏览器：SIMULINK是一个仿真工具，它不是MATLAB的一个部分，所有如果您没有安装SIMULINK，就不会有此图标。在线帮助：此图标打开MATLAB的在线帮助窗口，您可以一路单击所要的类别或命令，直到得到所需要的帮助信息。中北大学信息与通信工程学院1.3MATLAB第六版外观MATLAB第六版中有更多的窗口，可以有用View菜单控制它们，这些窗口分别是View|CommandWindow命令窗口View|CommandHistory命令历史窗口View|HelpBrowser在线帮助浏览器View|WorkspaceBrowser工作空间浏览器View|LaunchPad交互界面分类目录窗口View|Profiler程序性能解析窗口中北大学信息与通信工程学院1.3MATLAB第六版外观1.CommandWindow命令窗口是MATLAB操作最主要的窗口。在这个窗口中可以键入各种MATLAB的命令、函数、表达式，并显示除图形以外的所有结果。命令窗口的每一行前有提示符。命令窗口内显示的字符和数值采用不同的颜色。输入的命令、表达式和计算结果采用黑色字体，字符串用红色，if，for等关键词采用蓝色。MATLAB把命令窗口中输入的命令都记录在CommandHistory中，因此MATLAB的命令窗口不仅可以对输入的命令编辑和运行，而且可以对已输入的命令进行回调、编辑、重新运行。2.CommandHistory历史命令窗口出现在MATLAB界面的左下方，用来记录并显示已运行的命令、函数、表达式，并允许用户对它们进行选择、复制和重运行。用户可以方便地输入和修改长命令，选择多行命令产生M文件。中北大学信息与通信工程学院1.3MATLAB第六版外观3.CurrentDirectoryBrowser当前目录浏览器窗口默认地出现在MATLAB界面左上方后台，用来设置当前目录，可以随时显示当前目录下的MATLAB文件的信息，包括文件名、文件类型、最后修改时间和文件说明等。并可以复制、编辑和运行M文件，以及加载MAT类型的数据文件。4.WorkspaceBrowser工作空间浏览器窗口在MATLAB界面左上方后台，用来显示MATLAB工作空间中的变量名、数据结构、类型、大小和在内存中的字节数。在该窗口中，还可以对工作空间中的变量进行观察、编辑、提取和保存。中北大学信息与通信工程学院1.3MATLAB第六版外观5.ArrayEditor在默认情况下，数组编辑窗口不随MATLAB界面出现，只有在工作空间窗口中选择数值、字符变量，单击鼠标右键出现选单，选择Open或双击该变量时才会出现数组编辑器窗口，并且相应的变量会出现在窗口中。用户可以直接在数组编辑器窗口中修改打开的数组，甚至可以更改数据结构和显示方式。6.LaunchPad交互界面分类目录窗口不随MATLAB界面出现，可以从MATLAB菜单View中打开，在这个窗口中，以展开的树状结构显示当前安装的MATLAB交互界面，便于用户迅速查阅。7.Editor/Debugger在默认情况下，M文件编辑、调试窗口不随MATLAB启动出现。只有需要编写M文件时，才启动该窗口，可以编辑M文件，对M文件进行交互式调试。中北大学信息与通信工程学院1.3MATLAB第六版外观8.HelpNavigator/Browser帮助导航、浏览器窗口在默认情况下不随MATLAM启动出现，当单击工具栏上的？图标，或选择View-Help时出现。主要作用是显示MATLAB的帮助信息。9.Profiler程序性能解析窗口用来对MATLAB中各命令的耗时进行分析，是MATLAB6.5新增的窗口，选择View-Profiler或在命令窗口中输入ProfileViewer命令都可激活这个窗口。中北大学信息与通信工程学院2初探MATLAB2.1使用变量与基本运算2.5M文件2.2向量与矩阵的处理2.6搜索路径2.3常用数学函数2.7工作空间与变量2.4程序流程控制本章介绍MATLAB的基本环境和操作，如果您是MATLAB的初学者，建议您先熟悉本章各节的内容，能够帮助您很快进入状态。当然，如果您是MATLAB老手，可以直接跳到后面各章节。中北大学信息与通信工程学院2.1使用变量与基本运算基本运算在CommandWindow下进行。基本运算符号+-*/^(5*2+3.5)/5ans=2.7000%其中ans是存计算结果的默认变量x=3^2x=3^2;%表达式式后加;表示结果不在屏幕上显示x=5*sin(pi/3),y=cos(pi/2)%在一行中的多条语句用，或；隔开x=5*sin(pi/3)+cos(pi/4)...+exp(2)%如果一个语句过长，可以用...将其延伸到下一行MATLAB变量名第一个字符必须是英文字母，字母间不能有空格，最多只能有31个字母或数字。变量不需要预先声明，变量以默认的double数据类型保存。中北大学信息与通信工程学院2.2向量与矩阵的处理MATLAB的特色在于可以方便的使用向量和矩阵进行存储和运算，用到[],;():1、矩阵的表示A=[12;34]或A=[1,2;3,4]B=[123]或B=[1,2,3]%行向量C=[1;2;3]%列向量行向量看作只有一行的矩阵，列向量看作只有一列的矩阵。2、矩阵的处理A=[123;456;789]输入一个33的矩阵A=123456789对矩阵中的单个元素处理，A(1,2)=5表示将矩阵A中第1行，第2列的元素改为5。B=A(2,1:3)%取出A的第2行的元素B=456中北大学信息与通信工程学院2.2向量与矩阵的处理[A;11]%在A中加入第4行ans=13467911%取出矩阵的一部分形成一个新矩阵B=A(1:2,1:2)B=1245A(1,:)=[]%删除A的第1行：表示所有行A=%[]表示空矩阵456789A(:,[13])=[]%删除A的第1，3列A=58A=[A,B]%将B合并到A中A=512845中北大学信息与通信工程学院2.3常用的数学函数MATLAB是一个科学计算软件，所以它支持很多数学函数abs(-4)ans=4sin(pi/4)ans=0.7071exp(2)ans=7.3891log(2)ans=0.6931log10(2)ans=0.3010MATLAB也支持复数运算，用i或j表示单位虚数z=5+6jz=5.0000+6.0000ireal(z)ans=5imag(z)ans=6angle(z)ans=0.8761conj(z)ans=5.0000-6.0000i中北大学信息与通信工程学院2.3常用的数学函数这些基本的数学函数，也可以用于向量或矩阵，例如x=[