第1章-MATLAB-R2015b环境

1.1MATLAB简介1.2MATLABR2015b的环境设置1.3常用窗口1.4MATLABR2015b其他管理1.5一个实例MATLAB是MATLAB产品家族的基础，数学运算功能强大，如矩阵运算、数值分析算法。MATLAB集成了二维和三维图形功能，以完成相应数值可视化的工作，并且提供了一种交互式的高级编程语言—M语言，利用M语言可以通过编写脚本或者函数文件实现用户自己的算法。MATLABCompiler是一种编译工具，它能够将那些利用MATLAB提供的编程语言—M语言编写的函数文件编译生成函数库、可执行文件COM组件等，使MATLAB能够同其他高级编程语言，如C/C++语言，进行混合应用，以提高程序的运行效率。MATLAB有以下主要的工具箱。（1）控制系统工具箱（ControlSystemToolbox）：主要应用于连续系统设计和离散系统设计，传递函数和状态空间模型建立，模型转换，方程求解，频域响应，时域响应，根轨迹分析，增益选择，极点分配等。（2）信号处理工具箱（SignalProcessingToolbox）：主要应用于数字和模拟滤波器设计，应用及仿真，参数化模型，谱分析和估计，FFT变换，DCT变换等。（3）神经网络工具箱（NeuralNetworkToolbox）：主要应用于BP网络，Hopfield、Kohonen网络，径向基函数网络，竞争、线性、Sigmoidal等传递函数，前馈、递归等网络结构，性能分析及应用，自组织网络等。（4）模糊逻辑控制工具箱（FuzzyLogicToolbox）：主要应用于友好的交互设计界面，自适应神经—模糊学习、聚类及Sugeno推理，支持Simulink动态仿真，可生成C语言源代码等。（5）图像处理工具箱（ImageProcessingToolbox）：主要应用于二维滤波器设计和滤波输入，图像恢复增强，色彩、集合及形态操作，二维变换，图像分析和统计等。（6）优化工具箱（OptimizationToolbox）：主要应用于线性规划和二次规划，求函数的最大值和最小值，多目标优化，约束条件下的优化，非线性方程求解等。（7）统计工具箱（StatisticsToolbox）：主要应用于概率分布和随机数生成，多变量分析，回归分析，主极分析，假设检验等。（8）符号数学工具箱（SymbolicMathToolbox）：主要实现符号运算，包括极限、微积分、符号方程等。1．功能强大（1）运算功能强大。MATLAB是以复数矩阵为基本编程单元的程序设计语言，其强大的运算功能使其成为世界顶尖的数学应用软件之一。（2）功能丰富的工具箱。大量针对各专业应用的工具箱的提供，使MATLAB适用于不同领域。（3）文字处理功能强大。MATLAB的Notebook为用户提供了强大的文字处理功能，允许用户从Word访问MATLAB的数值计算和可视化结果。通过使用MATLAB的Notebook，用户可以创建MATLAB的程序文档、技术报告、注释文档、手册或教科书。2．人机界面友好，编程效率高MATLAB的语言规则与笔算式相似，矩阵的行列数无须定义，MATLAB的命令表达方式与标准的数学表达式非常相近，易写、易读并易于在科技人员之间交流。3．强大而智能化的作图功能MATLAB可以方便地将工程计算的结果可视化，使原始数据的关系更加清晰明了，并揭示数据间的内在联系。MATLAB能够根据输入数据自动确定最佳坐标，可规定多种坐标系（如极坐标系、对数坐标系等），可设置不同颜色、线型、视角等，并能绘制三维坐标中的曲线和曲面。4．可扩展性强MATLAB软件包括基本部分和工具箱两大部分，具有良好的可扩展性。MATLAB的函数大多为ASCII文件，可以直接编辑和修改。MATLAB的工具箱可以任意增减。5．Simulink动态仿真功能MATLAB的Simulink提供了动态仿真的功能，用户通过绘制框图模拟线性、非线性、连续或离散的系统，通过Simulink能够仿真并分析该系统。1.2.1MATLAB的集成开发环境MATLABR2015b版的界面操作非常方便，提供了多文档管理，是数据分析和算法的交互式开发环境。MATLABR2015b版启动后的运行界面称为MATLAB操作窗口，默认的操作窗口如图1.1所示。1．HOME页工具栏在工具栏中提供了一系列的菜单和工具按钮，工具栏根据不同的功能分了六个区，分别是“FILE”、“VARIABLE”、“CODE”、“SIMULINK”、“ENVIRONMENT”和“RESOURCES”。工具栏如图1.2所示。（1）“FILE”区工具栏“FILE”区用于对文件进行操作，工具栏中各按钮的常用功能如表1.1所示。下拉菜单功能NewScript新建一个M脚本文件，打开M文件编辑/调试器Function新建一个M函数文件，打开M文件编辑/调试器并预先编写函数声明行Example新建一个M脚本文件的例子，并添加单元Class新建一个类，打开M文件编辑/调试器SystemObject新建一个系统对象，包括：Basic、Advanced和SimulinkExtension，打开M文件编辑/调试器Figure新建一个图形，打开图形窗口GraphicalUserInterface新建一个图形用户设计界面（GUI）CommandShortcut新建一个命令快捷方式SimulinkModel新建一个仿真模型StateflowChart新建一个流程表SimulinkProject新建一个Simulink项目NewScript新建一个M脚本文件，打开M文件编辑/调试器Open…打开已有文件FindFiles打开查找文件对话框查找文件Compare比较两个文件的内容（2）“VARIABLE”区工具栏“VARIABLE”区工具栏主要是对变量的操作，各按钮的常用功能如表1.2所示。下拉菜单功能SaveWorkspace使用二进制的MAT文件保存工作空间的内容NewVariable创建新变量OpenVariable打开工作空间中已经创建的变量，单击下拉箭头选择工作空间的变量ClearVariable清空工作空间的变量，单击下拉箭头选择变量和函数（3）“CODE”区工具栏“CODE”区工具栏主要是对程序代码的操作，各按钮的对应常用功能如表1.3所示。下拉菜单功能ImportData导入其他文件的数据AnalyzeCode代码分析RunandTime程序运行时间，查看每句程序的运行时间ClearCommand清除CommandWindow和CommandHistory窗口（4）“SIMULINK”区工具栏“SIMULINK”区工具栏只有一个“SimulinkLibrary”按钮，打开Simulink界面。（5）“ENVIRONMENT”区工具栏“ENVIRONMENT”区工具栏主要进行界面的环境设置，各按钮的常用功能如表1.4所示。下拉菜单功能Layout设置布局，有两栏，一栏是“SelectLayout”选择不见的格式，另一栏“SHOW”是选择需要打开的窗口Preferences设置MATLAB工作环境外观和操作的相关属性等参数SetPath设置搜索路径Parallel并行运算管理，对分布式运算任务进行设置和管理Add-Ons管理插入的工具和应用（6）“RESOURCES”区工具栏“RESOURCES”区工具栏主要是对MATLAB的资源管理，包括帮助资料“Help”、网上社区资料“Community”和需求支持资料“RequestSupport”。2.绘图面板工具栏在图1.1中选择面板“PLOTS”则切换到绘图面板，当工作空间创建了变量“a”时工具栏如图1.3所示。（1）“SELECTION”区在工作空间中选择需要绘图的变量，可以是一个或多个变量，图中选择变量“a”。（2）“PLOTSa”区根据“SELECTION”区选择的变量，显示不同的绘图类型，在图中根据变量“a”显示的绘图类型包括二维曲线plot，也包括特殊图形bar、area、pie、histogram、semilogx、semilogy、loglog、comet、stem、stairs和barh等，单击向下的箭头还可以打开更多的图形类型选择。（3）“OPTIONS”区“OPTIONS”区有两个选择“ReuseFigure”和“NewFigure”。3.应用软件面板工具栏在图1.1中选择面板“APPS”则切换到应用软件面板，工具栏如图1.4所示，分成两个区，分别是“FILE”和“APPS”。（1）“FILE”区主要是对MATLAB应用软件的操作，有三个按钮分别是“GetMoreApps”、“InstallApp”和“PackageApp”，选择“GetMoreApps”时打开“Add-onExplorer”窗口，可以查找App，窗口如图1.5所示。（2）“APPS”区“APPS”区是常用的App工具，当单击下拉箭头时出现分类的各种App，如图1.6所示。1.3.1命令窗口（CommandWindow）在命令窗口右侧单击下拉箭头，出现对命令窗口操作的快捷菜单，如图1.7所示。从上图的快捷菜单中可以选择菜单“Undock”，或是直接拖曳命令窗口离开操作界面都会出现如图1.8所示单独的命令窗口。单击命令窗口右上角的下拉箭头，选择菜单“Dock”可使单独的命令窗口返回MATLAB界面。其他各窗口都同样具有单独窗口的功能。（1）命令行的显示方式。MATLAB运行时，命令窗口中的每个命令行前会出现提示符“”。命令窗口内显示的字符和数值采用不同的颜色，在默认情况下，输入的命令、表达式及计算结果等采用黑色字体；字符串采用赭红色；“if”、“for”等关键词采用蓝色。【例1.1】在命令窗口中输入不同的数值和语句，并查看其显示方式。a=12.5a=12.5000b='Hello'b=Helloifa0c=5,endc=5（2）命令窗口中命令行的编辑。由于MATLAB把命令窗口中输入的所有命令都记录在内存中专门的“历史命令（CommandHistory）”空间中，因此MATLAB命令窗口不仅可以对输入的命令进行编辑和运行，而且还可以对已输入的命令进行回调、编辑和重运行。命令窗口中行编辑的常用操作键如表1.4所示。键名作用键名作用↑向前调回已输入过的命令行Home使光标移到当前行的开头↓向后调回已输入过的命令行End使光标移到当前行的末尾←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向前翻阅当前窗口中的内容Esc清除当前行的全部内容PageDown向后翻阅当前窗口中的内容Ctrl+C中断MATLAB命令的运行（3）命令窗口中的标点符号。MATLAB常用标点符号的功能如表1.5所示。名称符号功能空格作为输入变量之间的分隔符及数组行元素之间的分隔符逗号,作为要显示计算结果的命令之间的分隔符；作为输入变量之间的分隔符；作为数组行元素之间的分隔符点号.作为数值中的小数点分号;作为不显示计算结果命令行的结尾；作为不显示计算结果命令之间的分隔符；作为数组元素行之间的分隔符冒号:用于生成一维数值数组，表示一维数组的全部元素或多维数组的某一维的全部元素百分号%用于注释的前面，在它后面的命令不需要执行单引号‘’用于括住字符串圆括号()用于引用数组元素；用于函数输入变量列表；用于确定算术运算的先后次序方括号[]用于构成向量和矩阵；用于函数输出列表花括号{}用于构成元胞数组下划线_用于1个变量、函数或文件名中的连字符续行号…用于把后面的行与该行连接以构成一个较长的命令“At”号@用于放在函数名前形成函数句柄；用于放在目录名前形成用户对象类目录【例1.2】在命令窗口中使用不同的标点符号。a=12.5,b='Hello'%逗号表示分隔命令，单引号构成字符串，点号为小数点a=12.5000b=Helloc=[12;34;56]%[]表示构成矩阵，分号用来分隔行，空格用来分隔元素c=123456d=a*…%…表示续行cd=1