MATLAB实用教程PPT

第一章概述MATLAB将计算、可视化和编程等功能集于一个易于使用的环境，并遇有如下特点：功能强大；简单易学；编程效率高。目录1.1MATLAB简介及安装1.2MATLAB的目录结构1.3MATLAB的工作环境1.4MATLAB的通用命令1.5MATLAB的帮助系统1.6MATLAB示例习题1.1MATLAB简介及安装1．MATLAB的发展历程2．MATLAB的特点3．MATLAB的安装1．MATLAB的发展历程1980年，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve着手编写供学生使用的子程序接口程序，取名为MATLAB；1984年，推出了MATLAB第一个商业版本；1992年，推出MATLAB4.0版；1997年，推出MATLAB5.0版；2000年，推出MATLAB6.0版；2004年，推出MATLAB7.0版；2008年，推出MATLAB7.6版；2．MATLAB的特点开发环境编程数值处理图形化图形用户界面文件I/O和外部应用程序接口3．MATLAB的安装MATLAB对PC系统的要求1.2MATLAB的目录结构安装MATLAB后，在安装目录下将包含如下文件夹。续表1.3MATLAB的工作环境1．菜单和工具栏2．命令窗口3．历史命令窗口4．当前工作目录窗口5．工作空间窗口本节介绍MATLAB的工作界面和基本的操作方法。MATLAB的工作界面主要包括：菜单；工具栏；命令窗口；历史命令窗口；当前工作目录窗口；工作空间窗口。MATLAB工作环境1．菜单和工具栏这里只简单介绍默认情况下的菜单和工具栏。【File】菜单主要用于对文件的处理。【Edit】菜单主要用于复制、粘贴等操作，与一般Windows程序的类似，在此不作详细介绍。【Debug】菜单用于调试程序。【Desktop】菜单用于设置主窗口中需要打开的窗口。【Window】菜单列出当前所有打开的窗口。【Help】菜单用于选择打开不同的帮助系统。当用户单击“CurrentDirectory”窗口时，使得该窗口成为活动窗口，同时增加一个如下图所示的菜单【View】，用于设置如何显示当前目录下的文件。当用户单击“Workspace”窗口时，使得该窗口成为活动窗口，同时增加如下图所示的菜单【View】和【Graphics】。2．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“”为运算提示符，表MATLAB处于准备状态。当在提示符后输入一段程序或一段运算式后【Enter】键，MATLAB会给出计算结果，并再次进入准备状态（所得结果将被保存在工作空间窗口中）。单击命令窗口右上角的“”按钮，可以使命令窗口脱离主窗口而成为一个独立的窗口。3．历史命令窗口主要用于记录所有执行过的命令；保留自安装后所有使用过命令的历史记录，并标明使用时间；可以通过用鼠标双击某一历史命令来重新执行该命令；可以成为一个独立的窗口。通过上下文菜单，可删除或粘贴历史记录；可为选中的表达式或命令创建一个M文件；可为表达式或命令创建快捷按钮。4．当前工作目录窗口当前工作目录是指MATLAB运行文件时的目录。只有在当前工作目录或搜索路径下的文件、函数可以被运行或调用。如下图所示。5．工作空间窗口工作空间窗口将显示目前内存中所有的MATLAB变量的变量名、数据结构、字节数以及类型等信息，如下图所示。1.4MATLAB的通用命令1．常用命令2．输入内容的编辑3．标点4．搜索路径与扩展通用命令是MATLAB中经常使用的一组命令，这些命令可以用来管理目录、函数、变量、工作空间、文件和窗口等。下面对这些命令进行介绍。1．常用命令常用命令的功能2．输入内容的编辑在命令窗口中，MATLAB提供了控制光标位置和进行简单编辑的键盘按键，部分常用的键盘按键及其功能如下表所示。3．标点在MATLAB中，一些标点符号被赋予了特殊的功能，如下表所示。4．搜索路径与扩展用户自己书写的函数有可能并没有保存在搜索路径下。要解决这个问题，只需把程序所在的目录扩展成MATLAB的搜索路径即可。（1）查看MATLAB的搜索路径选择MATLAB主窗口中的【File】|【SetPath】菜单，进入【设置搜索路径】对话框。通过该对话框可为MATLAB添加或删除搜索路径。在命令窗口中输入path或genpath可得到MATLAB的所有搜索路径，具体代码如下：（2）设置MATLAB的搜索路径方法一：在MATLAB命令窗口中输入editpath或pathtool命令或通过【File】|【SetPath】菜单，进入“设置搜索路径”对话框，通过该对话框编辑搜索路径。方法二：在命令窗口执行“path(path,‘D:\Study’)”，然后通过“设置搜索路径”对话框查看“D:\Study”是否在搜索路径中。方法三：在命令窗口执行“addpathD:\Study-end”，将新的目录加到整个搜索路径的末尾。如果将end改为begin，可以将新的目录加到整个搜索路径的开始。1.5MATLAB的帮助系统1．命令窗口查询帮助系统2．联机帮助系统3．联机演示系统MATLAB为用户提供了非常完善的帮助系统。下面分别介绍MATLAB的三类帮助系统。1．命令窗口查询帮助系统常见的帮助命令2．联机帮助系统用户可以通过下述方法进入MATLAB的联机帮助系统。直接单击MATLAB主窗口中的“”按钮；选中Help菜单的前4项中的任意一项；在命令窗口中执行helpwin、helpdesk或doc。3．联机演示系统可以通过以下方式打开联机演示统。选择MATLAB主窗口菜单的【Help】|【Demos】选项；在命令窗口输入demos；直接在帮助页面上选择Demos页。020406080100-40-2002040Magnitude(dB)Frequency(Hertz)00.20.40.60.81-1-0.500.51WaveformTime(Seconds)Clickanddragwaveformtochangefundamentalfrequencyandamplitude1.6MATLAB示例下面以一个简单的例子展示如何使用MATLAB进行简单的数值计算。习题1．简述MATLAB的主要功能。2．在命令窗口输入“w=3+2”，然后依次使用clear和clc命令，分别观察命令窗口、工作空间窗口和历史命令窗口的变化。3．将硬盘上一已有目录，加入到搜索路径，并将其设置为当前工作目录。4．通过命令窗口，查询函数sin()的用法。5．通过联机帮助系统，查询函数inv()的用法。6．通过联机演示系统，查询并运行“ControlSystemsToolboxes”下的“CaseStudies”中的“YawDamperfora747Aircraft”演示程序。7．在命令窗口依次执行“w=5;”、“p=2*w”和“q=p+w”。8．在命令窗口同时执行下述代码：w=5；p=2*wq=p+w第二章基础知识本章着重介绍的MATLAB基础知识包括：数据类型；基本矩阵操作；运算符；字符串处理函数。目录2.1数据类型2.2基本矩阵操作2.3运算符和特殊符号2.4字符串处理函数习题2.1数据类型1．数值类型2．逻辑类型3．字符和字符串类型4．结构体类型MATLAB中定义了很多种数据类型。本节讨论MATLAB中主要的数据类型及其使用方法。在MATLAB中有15种基本数据类型，每种基本数据类型均以数组/矩阵的形式出现。1．数值类型数值类型包含整数；浮点数；复数；Inf；NaN（1）整数类型MATLAB支持1、2、4和8字节的有符号整数和无符号整数。数据类型的名称、表示范围和转换函数如下表所示。（2）浮点数类型MATLAB有单精度和双精度两种浮点数。其名称、存储空间、表示范围和转换函数如下表所示。（3）复数类型复数包含实部和虚部。在MATLAB中可以用i或者j来表示虚部。（4）Inf和NaNInf和-Inf分别表示正无穷大和负无穷大。除法运算中除数为0或者运算结果溢出都会导致inf或-inf的运行结果。在MATLAB中用NaN（NotaNumber）来表示一个既不是实数也不是复数的数值。2．逻辑类型在MATLAB中逻辑类型包含true和false，分别由1和0表示。在MATLAB中用函数logical()将任何非零的数值转换为true（即1），将数值0转换为false（即0）。3．字符和字符串类型在MATLAB中，数据类型（char）表示一个字符。一个char类型的1n数组称为字符串string。4．结构体类型结构体类型是一种由若干属性（field）组成的MATLAB数组，其中的每个属性可以是任意数据类型。下图表示了一个结构体（Personel），它包括3个属性（Name、Score和Salary），其中Name是一个字符串，Score是一个数值，Salary是一个15的向量。（1）结构体数组的构造构造一个结构体（数组）有两种方法。利用赋值语句通过赋值语句为结构体中的每个指定属性赋值，从而构造结构体。利用函数struct()在MATLAB中，函数struct()的具体用法如下：其中，strArray、'field'和val分别表示结构体名、属性名和相应的属性值。（2）结构体数组的访问通过结构体数组的下标引用，可以访问任意元素的所有属性，同时可以对属性进行赋值。2.2基本矩阵操作2.2.1矩阵的构造2.2.2矩阵大小的改变2.2.3矩阵下标引用2.2.4矩阵信息的获取2.2.5矩阵结构的改变2.2.6稀疏矩阵在MATLAB中，所有的数据均以二维、三维或高维矩阵的形式存储，每个矩阵的单元可以是数值类型、逻辑类型、字符类型或者其他任何数据类型。对于标量，可以用11矩阵来表示；对于一组n个数据，可以用1n矩阵来表示；对于多维数组，可以用多维矩阵来表示。在MATLAB中，用命令whos来显示数据的类型、存储空间等信息。2.2.1矩阵的构造1．简单矩阵构造2．特殊矩阵构造3．向量构造1．简单矩阵构造最简单的方法是采用矩阵构造符“[]”。构造1n矩阵（行向量）时，可以将各元素依次放入矩阵构造符[]内，并且以空格或者逗号分隔；构造mn矩阵时，每行如上处理，并且行与行之间用分号分隔。2．特殊矩阵构造在MATLAB中还提供一些函数用来构造特殊矩阵，这些函数如下表所示。续表3．向量构造最简单的方法是采用向量构造符“：”，其常用的用法如下。（1）a:b返回以a为起点，以1为步长，且所有取值在a与b之间的向量。（2）a:s:b返回以a为起点，以s为步长，且所有取值在a与b之间的向量。2.2.2矩阵大小的改变1．矩阵的合并2．矩阵行列的删除1．矩阵的合并矩阵的合并就是把两个或者两个以上的矩阵连接成一个新矩阵。矩阵构造符[]可用于构造矩阵，并可以作为一个矩阵合并操作符。表达式C=[AB]在水平方向合并矩阵A和B；表达式C=[A;B]在竖直方向合并矩阵A和B。具有相同行数的两个矩阵，合并为一个新矩阵不具有相同行数的两个矩阵，不允许合并为一个新矩阵123456457810116912+=1234564578101169123×23×33×5123456457869+≠1234564578693×22×3除了矩阵合并符“[]”外，还可以使用矩阵合并函数。矩阵合并函数的描述和基本调用格式如下表所示。2．矩阵行列的删除要删除矩阵的某一行或者是某一列，只需将该行或者该列赋予一个空矩阵[]即可。2.2.3矩阵下标引用1．访问单个元素2．线性引用元素3．访问多个元素本小节将介绍通过矩阵下标来存取元素值的方法，包括访问单个元素、线性引用元素和访问多个元素等。1．访问单个元素2．线性引用元素对于矩阵A，线性引用元素的格式为A(k)。通常这样的引用用于行向量或列向量，但也可用于二维矩阵。MATLAB按列优先排列的一个长列向量格式（线性引用元素）来存储矩阵元素。3．访问