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1、常用工具软件介绍,MATLAB-MATrix LABoratory,第一章 概 论,MATLAB简介1.MATLAB的概况MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）之意。除具备卓越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多.当前流行的MATLAB 5.3/Simulink 3.0包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包(Toolbox).工具包又可以分为功能性工具包和学
2、科工具包.功能工具包用来扩充MATLAB的符号计算,可视化建模仿真,文字处理及实时控制等功能.学科工具包是专业性比较强的工具包,控制工具包,信号处理工具包,通信工具包等都属于此类.开放性使MATLAB广受用户欢迎.除内部函数外,所有MATLAB主包文件和各种工具包都是可读可修改的文件,用户通过对源程序的修改或加入自己编写程序构造新的专用工具包.,2.MATLAB产生的历史背景,最早在70年代中期,Cleve Moler博士和其同事在美国国家科学基金的资助下开发了两个程序库，代表矩阵运算的最高水平.到70年代后期,身为美国New Mexico大学计算机系系主任的Cleve Moler给程序取名为
3、MATLAB,该名为矩阵(matrix)和实验室(labotatory)两个英文单词的前三个字母的组合.在以后的数年里,MATLAB在多所大学里作为教学辅助软件使用,并作为面向大众的免费软件广为流传.1983年春天,Cleve Moler到Standford大学学,MATLAB深深地吸引了工程师John Little.John Little敏锐地觉察到MATLAB在工程领域的广阔前景.同年,他和Cleve Moler,Steve Bangert一起,用C语言开发了第二代专业版.这一代的MATLAB语言同时具备了数值计算和数据图示化的功能.1984年,Cleve Moler和John Littl
4、e成立了Math Works公司,正式把MATLAB推向市场,并继续进行MATLAB的研究和开发.时至今日，经过MathWorks公司的不断完善，MATLAB已经发展成为适合多学科，多种工作平台的功能强大大大型软件。在国外，MATLAB已经经受了多年考验。在欧美等高校，MATLAB已经成为线性代数，自动控制理论，数理统计，数字信号处理，时间序列分析，动态系统仿真等高级课程的基本教学工具；成为攻读学位的大学生，硕士生，博士生必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工业部门，MATLAB被广泛用于科学研究和解决各种具体问题。在国内，特别是工程界，MATLAB一定会盛行起来。可以说，无论你从事工程方面的
5、哪个学科，都能在MATLAB里找到合适的功能。,2MATLAB的语言特点,一种语言之所以能如此迅速地普及，显示出如此旺盛的生命力，是由于它有着不同于其他语言的特点，被称作为第四代计算机语言的MATLAB，利用其丰富的函数资源，使编程人员从繁琐的程序代码中解放出来。MATLAB最突出的特点就是简洁。MATLAB用更直观的，符合人们思维习惯的代码，代替了C和FORTRAN语言的冗长代码。MATLAB给用户带来的是最直观，最简洁的程序开发环境。以下简单介绍一下MATLAB的主要特点。1）。语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。MATLAB程序书写形式自由，利用起丰富的库函数避开繁杂的子程序编程
6、任务，压缩了一切不必要的编程工作。由于库函数都由本领域的专家编写，用户不必担心函数的可靠性。可以说，用MATLAB进行科技开发是站在专家的肩膀上。2）运算符丰富。由于MATLAB是用C语言编写的，MATLAB提供了和C语言几乎一样多的运算符，灵活使用MATLAB的运算符将使程序变得极为简短。3）MATLAB既具有结构化的控制语句（如for循环，while循环，break语句和if语句），又有面向对象编程的特性。4）程序限制不严格，程序设计自由度大。例如，在MATLAB里，用户无需对矩阵预定义就可使用。,5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。6）MATL
7、AB的图形功能强大。在FORTRAN和C语言里，绘图都很不容易，但在MATLAB里，数据的可视化非常简单。MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力。7）MATLAB的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。由于MATLAB的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。8）功能强大的工具箱是MATLAB的另一特色。MATLAB包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。其工具箱又分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能，图示建模仿真功能，文字处理功能以及与硬件实时交互功能。功能性工具箱用于多
8、种学科。而学科性工具箱是专业性比较强的，如control,toolbox,signl proceessing toolbox,commumnication toolbox等。这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的，所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序，而直接进行高，精，尖的研究。9）源程序的开放性。开放性也许是MATLAB最受人们欢迎的特点。除内部函数以外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件，用户可通过对源文件的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱。,MATLAB对软硬件的要求,对硬件的要求CPU：奔腾或更高、AMD Athlon 或更高内存：至少128M
9、B，推荐256MB以上硬盘：至少预留260MB的磁盘空间（根据需要安装的内容而定）显卡 256色以上光驱：安装时使用对软件的要求Microsoft Windows Me/98/NT/2000/XP,1.2 MATLAB的基本组成及特点,MATLAB开发环境桌面和命令窗口命令的历史记录浏览器工作间文件和搜索路径MATLAB数学函数库MATLAB语言MATLAB图形处理系统MATLAB应用程序接口（API）,学习内容安排,MATLAB语言概述数组及其运算MATLAB控制流数据和函数的可视化M文件编程及数值计算方法及实现（一）数值计算方法及实现（二）符号计算初步SIMULINK交互式仿真集成环境初探
10、MATLAB应用举例,成绩评定方法,总成绩平日成绩实验成绩考试成绩平日成绩（点名次数缺勤次数）/点名次数k1+课堂回答问题成绩k2实验成绩（实验操作成绩回答问题成绩）9实验报告成绩实验必须参加，不参加为0分实验时不可做与实验无关的操作，否则取消实验资格，成绩以0分计实验时应对课堂内容充分复习，并准备回答问题实验内容完成后，经教师检查，给出成绩后，方可结束实验报告应完整，并认真回答问题,MATLAB基本运算与函数,1.在MATLAB下进行基本数学运算，只需将运算式直接打入提示号（）之後，并按入Enter键即可。例如：(5*2+1.3-0.8)*10/25 ans=4.2000 MATLAB会将运
11、算结果直接存入一变数ans，代表MATLAB运算後的答案（Answer）并显示其数值於萤幕上。,2.我们也可将上述运算式的结果设定给另一个变数x：x=(5*2+1.3-0.8)*102/25 x=42 此时MATLAB会直接显示x的值。由上例可知，MATLAB认识所有一般常用到的加（+）、减（-）、乘（*）、除（/）的数学运算符号，以及幂次运算（）。若不想让MATLAB每次都显示运算结果，只需在运算式最後加上分号（；）即可，如下例：y=sin(10)*exp(-0.3*42);若要显示变数y的值，直接键入y即可：y y=-0.0045,MATLAB常用的基本数学函数,小整理：MATLAB常用的
12、基本数学函数 abs(x)：纯量的绝对值或向量的长度 angle(z)：复 数z的相角(Phase angle)sqrt(x)：开平方 real(z)：复数z的实部 imag(z)：复数z的虚 部 conj(z)：复数z的共轭复数：,round(x)：四舍五入至最近整数 fix(x)：无论正负，舍去小数至最近整数 floor(x)：地板函数，即舍去正小数至最近整数 ceil(x)：天花板函数，即加入正小数至最近整数 rat(x)：将实数x化为分数表示 rats(x)：将实数x化为多项分数展开 sign(x)：符号函数(Signum function)。当x0时，sign(x)=1。,MATLA
13、B常用的三角函数,sin(x)：正弦函数 cos(x)：馀弦函数 tan(x)：正切函数 asin(x)：反正弦函数 acos(x)：反馀弦函数 atan(x)：反正切函数 atan2(x,y)：四象限的反正切函数,sinh(x)：超越正弦函数 cosh(x)：超越馀弦函数 tanh(x)：超越正切函数 asinh(x)：反超越正弦函数 acosh(x)：反超越馀弦函数 atanh(x)：反超越正切函数,数组的相关运算,变数也可用来存放向量或矩阵，并进行各种运算，如下例的列向量（Row vector）运算：x=1 3 5 2;y=2*x+1 y=3 7 11 5 小提示：变数命名的规则 1.第
14、一个字母必须是英文字母 2.字母间不可留空格 3.最多只能有19个字母，MATLAB会忽略多馀字母 我们可以随意更改、增加或删除向量的元素：y(3)=2%更改第三个元素 y=3 7 2 5 y(6)=10%加入第六个元素 y=3 7 2 5 0 10 y(4)=%删除第四个元素，y=3 7 2 0 10,作业一,1 MATLAB 对软硬件的要求2 MATLAB环境的启动方法3 MATLAB 的主窗口中6个下拉菜单的功能有哪些？4 在命令窗进行 矩阵的直接输入时，空格、逗号和分号的作用是什么？,在上例中，MATLAB会忽略所有在百分比符号（%）之後的文字，因此百分比之後的文字均可视为程式的注解（
15、Comments）。MATLAB亦可取出向量的一个元素或一部份来做运算：x(2)*3+y(4)%取出x的第二个元素和y的第四个元素来做运算 ans=9 y(2:4)-1%取出y的第二至第四个元素来做运算 ans=6 1-1 在上例中，2:4代表一个由2、3、4组成的向量,若要输入矩阵，则必须在每一列结尾加上分号（；），如下例：A=1 2 3 4;5 6 7 8;9 10 11 12;A=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12,同样地，我们可以对矩阵进行各种处理：A(2,3)=5%改变位於第二行，第三列的元素值 A=1 2 3 4 5 6 5 8 9 10 11 12,B=A(2,
16、1:3)%取出部份矩阵B B=5 6 5 A=A B%将B转置後以行向量并入A A=1 2 3 4 5 5 6 5 8 6 9 10 11 12 5,A(:,2)=%删除第二行（：代表所有列）A=1 3 4 5 5 5 8 6 9 11 12 5 A=A;4 3 2 1%加入第四列 A=1 3 4 5 5 5 8 6 9 11 12 5 4 3 2 1 A(1 4,:)=%删除第一和第四列（：代表所有行）A=5 5 8 6,试验任务,1、计算：x=(5*2+1.3-0.8)*102/25 y=sin(10)*exp(-0.3*42);2、已知：x=1 3 5 2;y=2*x+1 对y：更改第三个元素为3 加入第六个元素为10 删除第四个元素，取出x的第二个元素和y的第四个元素来做运算x*3+y取出y的第二至第四个元素来做运算,输入矩阵A=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12改变位於第二行，第三列的元素值为9取出A中的第二行123元素做部份矩阵B求B的转置阵C,
