(完整版)Matlab入门教程

第1章MATLAB操作基础1.1MATLAB概述1.1.2MATLAB的主要功能1．数值计算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。2．绘图功能可以绘制二维、三维图形，还可以绘制特殊图形（与统计有关的图，例如：区域图、直方图、饼图、柱状图等）。3．编程语言MATLAB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，而且简单易学、编程效率高。4．MATLAB工具箱MATLAB包含两部分内容：基本部分和各种可选的工具箱。MATLAB工具箱分为两大类：功能性工具箱和学科性工具箱。1.1.3MATLAB语言的特点语言简洁紧凑，使用方便灵活，易学易用。例如：A=[123;456;789]一条语句实现了对3x3矩阵的输入。语句功能强大，一条语句相当于其它语言的一个子程序，例如fft。语句简单，内涵丰富。同一个函数有不同的输入变量和输出变量，分别代表不同的含义。Matlab既具有结构化的控制语句（if、for、while）又支持面向对象的程序设计。方便的绘图功能。包含功能强劲的工具箱。易于扩展。1.1.4初识MATLAB例1-1绘制正弦曲线和余弦曲线。x=[0:0.5:360]*pi/180;plot(x,sin(x),x,cos(x));例1-2求方程3x4+7x3+9x2-23=0的全部根。p=[3,7,9,0,-23];%建立多项式系数向量x=roots(p)%求根例1-3求积分quad('x.*log(1+x)',0,1)例1-4求解线性方程组。a=[2,-3,1;8,3,2;45,1,-9];b=[4;2;17];x=inv(a)*b1.2MATLAB的运行环境与安装1.2.1MATLAB的运行环境硬件环境：(1)CPU(2)内存(3)硬盘(4)CD-ROM驱动器和鼠标软件环境：(1)Windows98/NT/2000或WindowsXP(2)其他软件根据需要选用1.2.2MATLAB的安装运行系统的安装程序setup.exe，可以按照安装提示依次操作。1.3MATLAB集成环境1.3.1启动与退出MATLAB集成环境1．MATLAB系统的启动与一般的Windows程序一样，启动MATLAB系统有3种常见方法：(1)使用Windows“开始”菜单。(2)运行MATLAB系统启动程序matlab.exe。(3)利用快捷方式。当MATLAB安装完毕并首次启动时，展现在屏幕上的界面为MATLAB的默认界面，如上图所示。2．MATLAB系统的退出要退出MATLAB系统，也有3种常见方法：(1)在MATLAB主窗口File菜单中选择ExitMATLAB命令。(2)在MATLAB命令窗口输入Exit或Quit命令。(3)单击MATLAB主窗口的“关闭”按钮1.3.2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MATLAB6.5主窗口的菜单栏，共包含File、Edit、View、Web、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)View菜单项：View菜单项用于设置MATLAB集成环境的显示方式。(4)Web菜单项：Web菜单项用于设置MATLAB的Web操作。(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。1.3.3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xx=5,yy=3xx=5;yy=3多行命令（…）--续行符如果命令语句超过一行或者太长希望分行输入，则可以使用多行命令继续输入。S=1-12+13+4+…9-4-18;3个小黑点称为续行符，即把下面的物理行看作该行的续行。1.3.4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。1.3.5当前目录窗口和搜索路径1．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。将用户目录设置成当前目录也可使用cd命令。例如，将用户目录c:\mydir设置为当前目录，可在命令窗口输入命令：cdc:\mydir2．MATLAB的搜索路径在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。1.3.6命令历史记录窗口在默认设置下，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。1.3.7启动平台窗口和Start按钮MATLAB6.5的启动平台窗口可以帮助用户方便地打开和调用MATLAB的各种程序、函数和帮助文件。MATLAB6.5主窗口左下角还有一个Start按钮，单击该按钮会弹出一个菜单，选择其中的命令可以执行MATLAB产品的各种工具，并且可以查阅MATLAB包含的各种资源。1.4MATLAB帮助系统1.4.1帮助窗口进入帮助窗口可以通过以下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。1.4.2帮助命令MATLAB帮助命令包括help、lookfor以及模糊查询。1．help命令（1）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；（2）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。1.4.3演示系统在帮助窗口中选择演示系统(Demos)选项卡，然后在其中选择相应的演示模块，或者在命令窗口输入Demos，或者选择主窗口Help菜单中的Demos子菜单，打开演示系统。第2章Matlab及其应用2.1、MATLAB的基本矩阵运算2.1.1简单矩阵输入1、命令行简单键盘输入用于很少数据输入矩阵的方向：,;NaNInf2、文件形式输入文本文件：从文本文件中读入数据mat文件：matlab自有的数据格式2.1.2语句生成矩阵1、线性等间距格式矩阵（1）X=起始值：增加值：结束值（2）linspace命令a=linspace(1,10,5);（3）logspace命令b=logspace(0,2,10)2、矩阵连接c=[ab];生成矩阵的函数zerosoneseyerandn2.1.3矩阵运算1、矩阵的运算符＋：加法－：減法*：乘法；点乘：.*/：右除；右除：./\：左除；左除：.\^：乘方2、矩阵的转置等运算’共轭转置；.’转置inv：矩阵求逆det：求行列式值eig：求特征值与特征向量运算规则：从左到右；先乘除后加减；乘方运算符最高（1）两矩阵加减，前提是维数相同，进行加减运算时，对应的元素进行加减；（2）矩阵与标量加减，用矩阵中的每个元素都与标量进行加减运算；（3）两矩阵相乘，前提是前一矩阵的列等于后一矩阵的行，与数学约定一样；（4）矩阵与标量相乘，用矩阵中的每个元素都与标量进行相乘；（5）矩阵中的元素对元素的相乘：.*矩阵中的元素对元素的相除：./.\z=x.^yx,y均为向量：z(i)=x(i)^y(i)x为向量,y为标量：z(i)=x(i)^yx为标量,y为向量：z(i)=x^y(i)2.1.4矩阵的超越函数函数名含义abs绝对值或者复数模sqrt平方根real实部imag虚部conj复数共轭round4舍5入到整数fix舍入到最接近0的整数floor舍入到最接近-∞的整数ceil舍入到最接近∞的整数函数名含义sign符号函数rem留数sin正弦cos余弦tan正切asin反正弦acos反余弦atan反正切atan2第四象限反正切函数名含义sinh双曲正弦除法左除法對矩陣1/();\():()*;\abababbaAxbxAbInvAbxAbcosh双曲余弦tanh双曲正切exp自然指数log自然对数log10以10为底的对数2.2关系和逻辑运算1、关系操作符(1)MATLAB常用的关系操作符有：(小于)、=(小于或等于)、(大于)、=(大于或等于)、==(等于)、~=(不等于)。(2)MATLAB的关系操作符可以用来比较两个大小相同的数组，或者比较一个数组和一个标量。在与标量比较时，结果和数组大小一样。(3)如果满足指定的关系，返回1，否则返回0。»a=1:9;b=a4b=000011111»c=a(a4)c=567892、逻辑操作符(1)逻辑操作符定义了一种与或非的关系表达式。MATLAB的逻辑操作符有&(与)、|(或)、~(非)(2)所有逻辑运算符连接的两个操作数或者同维、同大小，或者其中一个为标量。(3)逻辑运算符都是对元素的操作，每个非零元素都当作“1”处理，逻辑运算的结果是由1和0构成的矩阵。例如：»c=~(a4)c=111100000»c=(a4)&(a7)c=000011000与逻辑运算有关的函数函数：（1）all(A)：c=all(x)，则c=1，向量x中全为非零元素；c=0，向量x中含有零元素（2）any(A)：c=any(x)，则c=1，向量x中含有非零元素；c=0，向量x中全为零元素2.3、矩阵操作2.3.1矩阵下标1、MATLAB通过确认下标，可以对矩阵进行插入子块、提取子块、删除子块（删除某些行列）和重排子块的操作。B=[123;456;789];B(2,:)=[]B=1237892、为了提取矩阵a的第n行、第m列的元素值，使用a(n,m)可以得到。同样，将矩阵a的第n行、第m列的元素值赋为r，使用a(n,m)=r这样的命令。注意:在提取矩阵值时，行或列的值大于矩阵的大小，则出错；在给矩阵赋值时，如果行或者列超出矩阵的大小，则MATLAB自动扩充矩阵的规模，使得可以赋值，扩充部分以零填充。3、利用矩阵下标，MATLAB还提供了子矩阵功能。同样是上面的a(n,m)，如果n和m是向量，而不是标量，则将获得指定矩阵的子块.4、同样，矩阵的子块还可以被赋值。如果在取子块时，n或m是“:”，则返回指定的所有行或列。5、矩阵的序号编址：按列计数。2.3.2矩阵大小1、在MATLAB命令行中，使用whos命令可以查看到所有变量的大小。2、为了获得矩阵或者向量的大小，MATLAB还提供了两个有用的函数size和l