MATLAB简介

课程参考书目《精通Matlab6.5》张志涌编北京航空航天大学出版社《Matlab7.0从入门到精通》刘保柱等编人民邮电出版社《Matlab7.0实用教程》张圣勤编机械工业出版社第一章系统简介1.1Matlab概述Matlab是MATrixLABoratory的缩写。最早是为了进行线性代数计算而设计的计算软件。1984年MathWorks公司正式推出第一版的Matlab，引入了图形处理功能。1992年推出的Matlab4.0进而应用到windows操作系统下，具有划时代的意义。Matlab目前的最高版本为7.X。其中集成了最新的编译器、Simulink6.0仿真工具。在Matlab的产品体系演化过程中最重要的是引入了Simulink。这是在Matlab平台下仿真的一种图形仿真工具，是一个进行动态系统建模、仿真、和综合分析的的集成软件包，它可以与Matlab进行无缝连接。在科研与应用领域，MATLAB已经广泛应用于科学研究与解决各种具体实际问题。MATLAB已经成为线性代数、自动控制原理、信号处理、动态系统仿真，图像处理等课程的基本教学工具。1.2MATLAB的主要特点计算功能非常强大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和著名的符号计算语言Maple相结合，使得Matlab具有符号计算功能。先进的数据可视化功能利用Matlab可以绘制各种图形，包括二维、三维图形，还可以对图像进行修改和控制。提供了两个层次的绘图操作：一种是对图形句柄进行的低层绘图操作，另一种是建立在低层绘图操作之上的高层绘图操作。直译式的编程语言Matlab是一门编程语言，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，简单易学。既可以在命令窗口直接进行计算，也可以在M文件窗口中进行编程计算，无需编译和链接。简单易学，代码短小高效Matlab的语法规则与一般的结构化高级编程语言大同小异，有编程基础的用户可以很快上手。基于Matlab本身包含的1000多种函数，通过调用函数很快就可以解决问题，节省了大量的时间。丰富的工具箱Matlab包含两部分内容：基本部分和各种可选的工具箱。为了解决各个技术领域的应用，目前Matlab设置了30多个相关工具箱，与电子专业相关的有通信、滤波器设计、工程控制等工具箱。可扩展性强用户可以自己编写M文件，用M文件的集合组成自己的工具箱，方便解决本领域内的计算问题。同样，可以利用Matlab自带的编译器生成独立可执行的可执行程序，也可以通过编译器转换成C语言程序，摆脱对Matlab平台的依赖。1.3初识MATLAB例1-1绘制正弦曲线和余弦曲线。解：x=[0:0.5:360]*pi/180;(或x=0:pi/180:2*pi;)plot(x,sin(x),x,cos(x));例1-2求方程3x4+7x3+9x2-23=0的全部根。解：p=[3,7,9,0,-23];%建立多项式系数向量x=roots(p)%求根x=-1.8857-0.7604+1.7916i-0.7604-1.7916i1.0732例1-3求积分解：quad('x.*log(1+x)',0,1)ans=0.2500例1-4求解线性方程组解：a=[2,-3,1;8,3,2;45,1,-9];b=[4;2;17];x=inv(a)*bx=0.4784-0.87930.405410)1ln(dxxx179452238432zyxzyxzyx1.4MATLAB的运行环境与安装硬件环境CPU：奔腾4以上内存：1G以上硬盘空间：2.5G软件环境Windows2000/xp/NT4.0以上1.5MATLAB的默认运行界面启动MATLAB后，将进入MATLAB7.X集成环境。MATLAB7.X集成环境包括MATLAB主窗口、命令窗口(CommandWindow)、工作空间窗口(Workspace)、命令历史窗口(CommandHistory)、当前目录窗口(CurrentDirectory)1.5.1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。1.菜单栏在Matlab7.X主窗口的菜单栏，共包含File、Edit、Debug、Desktop、Window和Help6个菜单项(1)File菜单项：File菜单项实现有关文件的操作。(2)Edit菜单项：Edit菜单项用于命令窗口的编辑操作。(3)Debug菜单项：Debug菜单项用于调试Matlab的程序运行，是程序调试工具。(4)Desktop菜单项：Desktop菜单项用于设置Matlab的窗口显示的形式。(5)Window菜单项：主窗口菜单栏上的Window菜单，只包含一个子菜单Closeall，用于关闭所有打开的编辑器窗口，包括M-file、Figure、Model和GUI窗口。(6)Help菜单项：Help菜单项用于提供帮助信息。2．工具栏Matlab7.X主窗口的工具栏共提供了10个命令按钮。这些命令按钮均有对应的菜单命令，但比菜单命令使用起来更快捷、方便。1.5.2当前目录窗口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。1.5.3工作空间窗口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变量的名称、大小、字节数和变量类型说明，可对变量进行观察、编辑、保存和删除。1.5.4历史命令窗口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。而且，通过双击命令可进行历史命令的再运行。如果要清除这些历史记录，可以选择Edit菜单中的ClearCommandHistory命令。1.5.5命令窗口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。Matlab命令窗口中的“”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按下回车键后，Matlab就会解释执行所输入的命令，并在命令后面给出计算结果。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。例如p=15,m=35p=15;m=35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3个小黑点并按下回车键，然后接着下一个物理行继续写命令的其他部分。3个小黑点称为续行符，即把下面的物理行看作该行的逻辑继续。1.6其他应用窗口除了运行Matlab打开的默认界面，根据编程和程序运行的需要，Matlab还提供了一些相关的应用窗口。1.6.1M文件编辑窗口M文件编辑窗口用来编辑函数和文本M文件，它是Matlab的程序编制窗口，也就是通过编程来从事科学计算。通过点击file/new/m-file打开编辑窗口，或者在命令窗口输入edit来打开。1.6.2图像编辑窗口通过点击file/new/Figure打开编辑窗口，或者在命令窗口输入figure来打开。图像编辑窗口用来编辑由程序画出的图形或者来自图形文件fig的图形，它是Matlab的程序画图窗口。1.6.3内存数组编辑窗口用来显示或编辑数组的窗口，数组编辑器可以对数据进行剪切、复制、粘贴和删除的操作，方便编程中对结果的检查和修改。数据编辑器通过双击工作空间的数组变量打开，或者在命令空间使用打开变量命令来激活。1.6.4Start按键位于主窗口左下角的Start按键，具有多个子菜单，其功能与Windows的开始按键功能类似，集成了Matlab所以功能的子目录。1.7搜索路径与设置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。例如，将用户目录c:\mydir加到搜索路径下，可在命令窗口输入命令：path(path,’c:\mydir’)(2)用对话框设置搜索路径在Matlab的File菜单中选SetPath命令或在命令窗口执行pathtool命令，将出现搜索路径设置对话框。通过AddFolder或AddwithSubfolder命令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。1.8Matlab帮助系统完善的帮助系统是一个成熟的软件体系必不可少的内容，它有助于用户自学、进行在线咨询和答疑解惑。Matlab本身提供了强大的帮助系统，通过相关的帮助命令以及帮助浏览器窗口都可以提供软件的帮助服务。1.8.1Matlab帮助命令Matlab帮助命令包括help、lookfor以及模糊查询。1．help命令在Matlab7.X命令窗口中直接输入help命令将会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。同样，可以通过help加函数名来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命令对搜索范围内的M文件进行关键字搜索，条件比较宽松。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。3．模糊查询Matlab6.0以上的版本提供了一种类似模糊查询的命令查询方法，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。1.8.2Matlab帮助浏览器进入帮助浏览器可以通过以下3种方法：(1)单击Matlab主窗口工具栏中的Help按钮。(2)在命令窗口中输入helpwin、helpdesk或doc。(3)选择Help菜单中的“MATLABHelp”选项。帮助浏览器主要由左右两个面板组成，一个是树形目录结构面板，用于查找信息；一个是显示面板，在这里显示和查看信息。树形结构面板有4个选项卡：Contents：察看文档内容的标题和目录Index：根据指定关键词在文档中查找Search：在文档中查找关键词Demos：察看和运行产品演示程序1.8.3Matlab的演示帮助Matlab主包和各个工具包都有设计好的演示程序。该组演示程序由帮助浏览器引导，操作非常方便。运行这组程序，对照屏幕上的显示仔细研究实现演示的有关M文件，无论是对新用户还是老用户都是十分有益的。Demos的示范作用是其他帮助所不能替代的。运行演示程序主要方法：1.在命令窗口，运行指令demos2.在帮助浏览器窗口选择demos选项卡，从而打开对应的演示系统1.8.4Matlab的Web帮助在MathWorks公司的主页()上可以找到很多有用的信息，国内的一些网站也有丰富的信息资源。1.9Matlab的常用控制指令在Matlab里，有很多的控制键和方向键可用于命令行的编辑。1.10Matlab的文件类型M文件将Matlab语句按照特定的顺序组合在一起就得到了Matlab程序，把程序以文件的形式保存下来就得到了后缀名为M的文本文件，故称为M文件。数据文件数据文件就是把工作空间的变量以文件的形式保存下来，得到后缀名为mat的文件。图像文件把运行程序得到的图像以文件的形式保存下来，得到后缀名为fig的图像文件，这个文件是Matlab的专用图像文件，其他图像软件是打不开的。同时，Matlab也提供了把fig文件转换成