张志涌matlab第一讲基础准备入门2015

课程的作用课程的目的课程的特点课程安排课程的作用•在欧美各高等学校，Matlab成为线性代数、自动控制理论、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真、图像处理等诸多课程的基本教学工具，成为本科生、硕士生和博士生的必须掌握的基本技能。•在设计研究单位和工业部门，Matlab已被广泛地用于研究和解决各种具体的工程问题。•可以预见，Matlab将在我国科学研究和工程应用中发挥越来越大的作用。讲授MATLAB语言基础入门知识，介绍MATLAB桌面工具的使用方法，重点介绍MATLAB的数据可视化、数值计算的基本步骤以及如何使用MATLAB语言编写整洁、高效、规范的程序。通过本课程的学习，了解、熟悉、掌握MATLAB的基本编程方法，并具有初步的利用计算机处理、解决实际问题的能力，为进一步学习后续的专业课程做好准备。本课程的目的（ObjectivesofThisCourse）本课程的特点（FeaturesofThisCourse）交叉性课程，是计算机技术、数学理论知识以及诸多工程理论知识的综合。实践性课程。内容多，课时少，要求同学上课认真听讲，要充分利用上机实践消化、理解、掌握课上讲解内容。1.3MATLAB编程语言的特点语法规则简单。尤其内定的编程规则，与其他编程语言（如C、Fortran等）相比更接近于常规数学表示。对于数组变量的使用，不需类型声明，无需事先申请内存空间。扩充能力、可开发能力较强，MATLAB完全成了一个开放的系统用户可以开发自己的工具箱可以方便地与Fortran、C等语言接口MATLAB语言主要有以下几个特点：•MATLAB基本的语言环境提供了数以千计的计算函数，极大的提高了用户的编程效率。如，一个fft函数即可完成对指定数据的快速傅里叶变换，这一任务如果用C语言来编程实现的话，至少要用几十条C语言才能完成。因此，MATLAB是一个简单易用、功能强大的高效编程语言。•平台无关性（可移植性）。MATLAB软件可以运行在很多不同的计算机系统平台上，如WindowsMe/NT/2000/XP、很多不同版本的UNIX以及Linux。无论你在哪一个平台上编写的程序都可以运行在其它平台上，对于MATLAB数据文件也一样，是平台无关的。极大保护了用户的劳动、方便了用户。其绘图功能也是平台无关的。无论任何系统平台，只要MATLAB能够运行，其图形功能命令就能正常运行。•MATLAB是一种脚本式（scripted）的解释型语言，无论是命令、函数或变量，只要在命令窗口的提示符下键入，并“回车（Enter）”，MATLAB都予以解释执行。功能强大数值运算优势符号运算优势(Maple)强大的2D、3D数据可视化功能许多具有算法自适应能力的功能函数课程安排课堂教学：共24学时；（9-14周）（G119，周二，5-6节；G311，周四，1-2节）学习成绩：1)上机实验成绩占30%;2)考勤10%;3)作业60%。主要参考书《Matlab教程—R2011a》张志涌，杨祖樱等编著，北航出版2010《精通MATLAB6.5》张志涌等编著，北航出版，2003年授课宗旨•讲授MATLAB的通用功能。•寓教于例，由浅入深。MATLAB课程介绍目标（inMATLAB）：掌握数学（矩阵）运算掌握简单编程掌握简单的数据处理及基本图形绘制学习内容一、基础准备及入门二、符号计算三、数值数组及向量化运算四、数值计算五、数据和函数的可视化六、M文件和函数句柄第一讲Matlab基础准备及入门前言Matlab软件概述Matlab的桌面环境及入门知识第一章基础准备及入门一.MATLAB简介MATLAB是什么?一个高性能数值计算和可视化工程数学软件。关键词：数值计算可视化工程数学1980年，美国的CleverMoler博士为了解决“线性代数”课程的矩阵运算问题，编写了一套完整的计算机程序，取名MATLAB即MatrixLaboratory矩阵实验室。MATLAB的历史及影响•70年代中期，CleveMoler博土及其同事在美国国家基金会的帮助下，开发了LINPACK和EISPACK的FORTRAN语言子程序库，这两个程序库代表了当时矩阵运算的最高水平。•到了70年代后期，身为美国新墨西哥州大学计算机系系主任的CIeveMoler，他将这个程序取名为MATLAB，其名称是由MATrix和LABoratory（矩阵实验室）两个单词的前三个字母所合成。•在1978年，Matlab就面世了。这个程序获得了很大的成功，受到了学生的广泛欢迎。在以后的几年里，Matlab在多所大学里作为教学辅助软件使用，并作为面向大众的免费软件广为流传。CleveMoler•将MATLAB商品化的不是CleveMoler,而是一个名叫JackLittle的人。当免费的MATLAB软件到Stanford大学，JackLittle正在该校主修控制，便接触到了当时MATLAB，直觉告诉他，这是一个具有巨大发展潜力的软件。因此他在毕业沒多久，就开始用C语言重新编写了MATLAB的核心。在Moler的协助下，于1984年成立MathWorks公司，首次推出MATLAB商用版。在其商用版推出的初期，MATLAB就以其优秀的品质（高效的数据计算能力和开放的体系结构）占据了大部分数学计算软件的市场，原来应用于控制领域里的一些封闭式数学计算软件包（如英国的UMIST、瑞典的LUND和SIMNON、德国的KEDDC）就纷纷被淘汰或在MATLAB上重建。JackLittle•CleveMoler至今仍是该公司的首席科学家，他以60多岁的高龄，还常常亲自进行撰写程序的工作，非常令人佩服。如果你有数值运算方面的高水平问题，寄到MathWorks后，大部份还是会由CleveMoler亲自回答。在1994年，Pentium芯片曾发生Fdiv的bug，当时CleveMoler是第一个以软件方式解决此bug的人，曾一时脍炙人口。•在公司初创的五年，JackLittle非常辛苦，常常身兼数职（董事长、总经理、推销、程序开发等），但公司一直稳定发展，从当初的一人公司，到1993年的200人，到2000年的500余人，到2005年公司员工达到了1300人，不但打败其他竞争软件，而且前景一片欣欣向荣。根据JackLittle个人说法，MATLAB早期成功的两大因素是：选用了C语言及选定PC为主要平台，这似乎和微软的成功有相互呼应之妙。•MathWorks公司，目前仍然是私人企业，并未上市，这和JackLittle个人理念有关，他认为MATLAB的设计方向应该一直是以顾客的需求与软件的完整性为首要目标，而不是以盈利为主要目的，因此MATLAB一直是在稳定中求进步，而不会因为上市而遭受股东左右其发展方向。这也是为什么MATLAB新版本总是姗姗来迟的原因，因为他们不会因为市场的需求而推出不成熟的产品。此外，由于JackLittle保守的个性，也使得MathWorks不曾跨足MATLAB/Simulink以外的行业，当前商场上纷纷扰扰的并购或分家，MathWorks完全是绝缘体。•1992年，支持Windows3.x的MATLAB4.0版本推出，增加了Simulink，Control，NeuralNetwork，SignalProcessing等专用工具箱。•1993年11月，MathWorks公司推出了Matlab4.1，其中主要增加了符号运算功能。当升级至Matlab4.2c，这一功能在用户中得到广泛应用。•1997年，Matlab5.0版本问世了,实现了真正的32位运算，加快数值计算，图形表现有效。•2001年初，MathWorks公司推出了Matlab6.0（R12）。•2002年7月，推出了Matlab6.5(R13)，在这一版本中Simulink升级到了5.0，性能有了很大提高，另一大特点是推出了JIT程序加速器，Matlab的计算速度有了明显的提高。•2005年9月，推出了MAILAB7.1(Release14SP3)，在这一版本中Simulink升级到了6.3，软件性能有了新的提高，用户界面更加友好。值得说明的是，MatlabV7.1版采用了更先进的数学程序库，即“LAPACK”和“BLAS”。目前，Matlab软件支持多种系统平台，如常见的WindowsNT/XP、UNIX、Linux等。Matlab版本的发展MATLAB就是这样经过了近30年的专门打造、20多年的千锤百炼，它以高性能的数组运算（包括矩阵运算）为基础，不仅实现了大多数数学算法的高效运行函数和数据可视化，而且提供了非常高效的计算机高级编程语言，在用户可参与的情况下，各种专业领域的工具箱不断开发和完善，MATLAB取得了巨大的成功，已广泛应用于科学研究、工程应用，用于数值计算分析、系统建模与仿真。早在20世纪90年代初，欧美等发达国家的大学就将MATLAB列为一种必须掌握的编程语言。近几年来，国内的很多大学也将MATLAB列为了本科生必修课程。与Maple、Mathematica数学计算软件相比，MATLAB以数值计算见长，而Maple等以符号运算见长，能给出解析解和任意精度解，而处理大量数据的能力远不如MATLAB。MATLAB软件功能之强大、应用之广泛，已成为为21世纪最为重要的科学计算语言。可见学习掌握这一工具的重要性。Matlab的几大特点：数值计算可视化工程应用在数值计算方面，可以进行基本加减乘除，微积分，方程组求解，函数拉格朗日展开，矩阵求解，求特征值，概率分布，插值函数等。数值计算(3).丰富的绘图功能与计算结果的可视化具有高层绘图功能——两维、三维绘图具有底层绘图功能——句柄绘图使用plot函数可随时将计算结果可视化1、基础准备及入门本章有三个目的：1、讲述Matlab正常运行所必备的基础条件；2、简明地介绍Matlab及其操作桌面Desktop的基本使用方法。3、介绍Matlab的帮助系统。1.1MATLAB的桌面环境及入门知识Matlab的安装和工具包的选择Desktop操作桌面的启动CommandWindow运行入门CommandWindow操作要旨CommandHistory历史指令窗CurrentDirectory路径设置器和文件管理工作空间浏览器和变量可视化Editor/Debugger和脚本编写初步帮助系统及其使用MATLAB的安装安装选项：Typical：用到光盘上MATLAB的所有功能及工具包，要求硬盘的自由空间大于3G。Custom：可根据需要，在“Selectproductstoinstall”栏中勾选相应的组件。对一般用户来说，完全不必采取全部安装，而应根据需要有所选择。1.2Matlab的安装和工具包的选择1、Matlab软件所在的目录2、Matlab自动生成的供用户使用的目录Matlab软件所在的目录：该目录位置及目录名，都是用户在安装过程中指定的。比如，C:\matlabR2012a.改目录包含Matlab运行所需的所有文件，如启动文件、各种工具包等。Matlab自动生成的供用户使用的工作子目录。该子目录是安装matlab时由软件自动生成的。用户在matlab指令窗中，运行path指令后，所显示的matlab完整搜索路径列表的最上方就是该工作目录的全部路径。例如：C：\Users\zyzhang\Documents\matlab.该工作子目录的名称是matlab.它一方面可以存放用户操作matlab所产生的M,Mat等文件另一方面该子目录上的文件，又都可以被在matlab环境中运行的指令所调用。1.2启动与退出MATLAB启动MATLAB直接用鼠标双击桌面上MATLAB图标或Windows桌面的“开始”—〉“所有程序”—〉“MATLAB”。退出MATLAB关闭MATLAB桌面在命令窗口执行quit或exit命令MATLAB缺省桌面（见下页）菜单栏工具栏文件编辑窗口工作空间历史命令窗口Start菜单命令窗口命令提示符1.