MATLAB软件入门.docx
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MATLAB软件入门
MATLAB软件基础
本章介绍MATLAB软件的一般命令,数组操作和运算函数;绘图命令,循环和选择结构;通过实例练习解决一些简单问题.
2.1引言
MATLAB是MATrixLABoratory的缩写,由美国MathWorks公司开发的工程计算软件,迄今已推出了7.1版.当今数学类科技应用软件可分为两类,一类是数值计算型,如MATLAB,Xmath,Gauss等,这类软件擅长数值计算,对处理大批数据效率高;另一类是数学分析型软件,如Mathematica,Maple等,这类软件以符号计算见长,能给出解析解和任意精度解,其缺点是处理大量数据时效率高.
现在,MATLAB已经发展为适合多学科,功能强大的大型软件,成为高级课程的基本教学工具.如MATLAB可以做:
微积分:
微分,积分,求极限,泰勒展开,级数求和;
代数:
求逆,特征值,行列式,代数方程解的简化,数学表达式的指定精度求值;
数值分析:
插值与拟合,数值微分与积分,函数逼近,代数方程和微分方程的数值解和符号解.
统计计算:
均值,方差,概率,参数估计,假设检验,相关性和回归分析,统计绘图,随机数产生器等.
优化问题的求解:
线性规划,非线性规划等问题的求解.
动态系统模拟仿真等.
它已成为大学生,研究生和博士生必须掌握的基本技能.同时,MATLAB也被研究单位和工业部门广泛应用,使科学研究和解决各种具体问题的效率大大提高.
MATLAB集成环境主要包括五部分:
MATLAB语言,MATLAB工作环境,句柄图形,MATLAB数学函数库,MATLABAPI（ApplicationProgramInterface）.
MATLAB主要有以下特点:
1）运算符和库函数极其丰富,语言简洁,编程效率高.MATLAB除了提供和C语言一样的运算符外,还提供广泛的矩阵和向量运算符.
2）图形功能强大.包括对二维和三维数据可视化,图像处理,动画制作等高低层次的绘图命令.
3）功能强大的工具箱.工具箱可分两类:
功能性工具箱和学科性工具箱.前者主要用来扩充其符号计算功能,图示建模仿真,文字处理及与硬件实时交互的功能.而学科性工具箱是专业性较强的,如优化,统计,控制,小波,图像处理和通信工具箱等.
4）易于扩充.除内部函数外,所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件,用户可修改文件和加入自己的文件,可与库文件一样被调用.
2.1.1安装（Windows操作平台）
1.将源光盘插入光驱;
2.在光盘的根目录下找到MATLAB的安装文件setup.exe;
3.鼠标双击该安装文件,按提示逐步完成安装;
4.安装完成后,在程序栏里便有了MATLAB选项.
2.1.2启动
在”开始
程序
Matlab
MATLAB”中单击MATLAB.便会出现MATLABCommandWindow（即命令窗口）.
2.2MATLAB环境
MATLAB既是一种语言,又是一个编程环境.
2.2.1命令窗口
命令编辑区
工具栏
菜单栏
标题栏
命令窗口是用户与Matlab进行交互的主要场所.Matlab语句的一般形式为:
变量=表达式
如:
键入:
x=4.5回车,将显示
x=
4.5
再键入:
y=sin（x*pi）回车,将显示:
y
=1
‘;’‘,’‘...’的作用:
1.表达式后面跟分号‘;’,将不显示结果;
2.跟‘,’或不跟任何符号,将显示表达式的计算结果;
3.当一个表达式没写完就需换行时,应在该行末键入‘...’之后再回车换行.如:
s=1-1/2+1/3+1/4+sin（3*x*y）-cos（x）...
-1/8+1/10+1/20
‘;’‘,’‘...’的作用:
用于命令行编辑的控制键和方向键
1.按’
’键,会显示刚才键入的命令行;
2.反复按’
’键,可以回调以前键入的所有命令行;
3.‘
’键可以移动光标;
4.还有’Home’,’End’,’Esc’键等.’Esc’清除一行.
变量
1.以字母开头,后面可跟字母,数字和下短线;
2.大小写字母有区别,不超过31个字母.
特殊变量名
ans用于结果的缺省变量名;pi圆周率
eps计算机的最小数;inf无穷大;NaN不定量
i或j-1的开方;realmin最小可用正实数realmax最大可用正实数
工作区
接受Matlab命令的内存区域,存储着命令编辑区输入的命令和创建的所有变量值.
查看或保存工作区变量:
who或whos显示当前工作区中的所有变量
clear清除工作区中的所有变量
clear（变量名）清除指定工作区的变量
save（文件名）将当前工作区的变量储存在一个MAT-文件中
load（文件名）调出一个MAT-文件
quit回车或单击右上角的’
’,退出工作区.
2.2.2程序编辑器
M文件:
命令文件和函数文件
1.M文件的建立
1）进入程序编辑器（MATLABEditor/Debug）:
从’File’菜单中选择’New’及’M-file’项.
2）输入程序
3）保存程序:
单击’save’按钮,出现一对话框,在文件名一框中键入一文件名,单击’保存’.
2.命令M文件及其运行
命令M文件:
一些命令行的组合,没有输入参数,也不返回输出参数.如:
%文件名exl.m
x=4;y=6;z=2;
items=x+y+z
cost=x*25+y*22+z*99
average_cost=cost/items
1）在程序编辑窗口输入,以名为exl.m的M文件存磁盘.
2）在Matlab命令编辑窗口输入exl,便会顺序执行该文件中的命令.
3.函数M文件及其调用
函数M文件的形式为:
fuction[输出变量列表]=函数名（输入变量列表）
函数体语句;
如:
functionf=f1（x）
f=100*（x
（2）-x
（1）^2）^2-（1-x
（1））^2;
（注意函数M文件的文件名必须与其函数名相同）
调用格式:
x=[23];
f=f1（x）
结果为:
f=
99
2.2.3文件管理
what返回当前目录下的M,MAT,MEX文件的列表
dir列出当前目录下的所有文件
cd显示当前的工作目录
typetest在命令窗口下显示test.m的内容
deletetest删除M文件test.m
whichtest显示M文件test.m所在的目
2.3数组和函数
2.3.1数组的运算
1）数组的简单构造:
数组常采用’:
’和函数’linspace’两种输入方式,如:
x=1:
5（从1到5公差为1的等差数组）
x=0:
0.1:
1（从0到1,公差为0.1）
x=linspace（0,pi,11）（11个从0到pi的等间隔数）
2）数组的运算
设a=[a1a2a3],b=[b1b2b3],c=标量
标量加法a+b=[a1+ca2+ca3+c]
乘法a*c=[a1*ca2*ca3*c]
数组加法a+b=[a1+b1a2+b2a3+b3]
乘法a.*b=[a1*b1a2*b2a3*b3]
数组右除a./b=[a1/b1a2/b2a3/b3]
左除a.\b=[b1/a1b2/a2b3/a3]
数组求幂a.^c=[a1^ca2^ca3^c]
c.^a=[a1^ca2^ca3^c]
a.^b=[a1^b1a2^b2a3^b3]sort（v）按升序排列
max（v）求最大值min（v）求最小值sum（v）求和mean（v）求平均
2.3.2矩阵的创建
1）矩阵的直接定义键入:
A=[123;456]
或键入:
A=[123
456]
2）特殊矩阵
zeros（m,n）ones（m,n）eye（n）rand（m,n）diag（v）triu（x）
3）矩阵的剪裁和拼接
键入:
A=[123;456;789];A（3.:
）%A的第三行
输出:
ans=789
键入:
B=A（2:
3,:
）%A的第二,三行
输出:
B=
456
789
键入:
A（:
1）%A的第一列
输出:
ans=
1
4
7
输入:
C=[B,zeros（2,1）]
输出:
C=
4560
7890
2.3.3矩阵的运算
+矩阵加法–矩阵减法*乘法,转置^乘幂/左除\右除
如:
A是可逆矩阵,AX=B的解是A左除B,即X=A\B;XA=B的解X=B/A.rank（A）矩阵秩inv（A） 矩阵的逆det（A）行列式orth（A）正交化poly（A）特征多项式
2.3.4数学函数
sin（x）cos（x）tan（x）cot（x）exp（x）log（x）log10（x）sqrt（x） 平方根
朝零方向取整fix（x）朝
方向取整floor（x）朝
方向取整ceil（x）四舍五入到最近的整数round（x）符号函数sign（x）
2.4图形功能
2.4.1二维图形
1）基本绘图命令
plot（x,y,‘color-linestyle-marker’）
x,y------转折点;color-linestyle-marker-------连线颜色,线型,数据点图标.
颜色:
y黄r红g绿b蓝w白k黑m紫c灰-实线:
点线--虚线
数据点图标:
.小黑点+加法*星号O小圆圈pentagram五角星
x=1:
8;y=sin（x）;plot（x,y,'k:
O'）
plot（x,y,'O'）
x=0:
0.1:
2*pi;y=sin（x）;plot（x,y,'r:
o'）;
plot（x,y,'r:
'）;
2）坐标系的控制
axis（[xminxmaxyminymax]）[]中分别给出X轴和Y轴的最小,最大值;
axisequalX轴和Y轴的单位长度相同.axissqurare图框呈方形axisoff取消坐标轴
3）图形标注
x=linspace（0,2*pi,30）;y=[sin（x）;cos（x）];plot（x,y）;
grid;xlabel（'x'）;ylabel（'y'）;title（'sineandcosinecurves'）;
text（3*pi/4,sin（3*pi/4）,'\leftarrowsinx'）;text（3*pi/2,cos（3*pi/2）,'cosx\rightarrow',...
'HorizontalAlignment','right'）;
（以上命令行可以形成一个M文件）.holdon把新的图形画在原来图形上.
grid在图形上加网格xlabelylabel对X,Y轴加注title给整个图形加标题
textgtext在图形中特定位置加字符串.若使用gtext（'sinx'）代替命令text,则在图形窗口会出现十字线,其交点是字符串位置.移动鼠标可移动交点,点击鼠标即可将字符串固定.输出结果如下图:
4）多幅图形
在同一画面中的多幅不同坐标系的图形,如何作?
x=linspace（0,2*pi,30）;y=sin（x）;z=cos（x）;u=2*sin（x）.*
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