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1、MATLAB程序设计与应用,武 斌,邮箱：,第一节 MATLAB概貌,1.1 MATLAB的发展1.2 MATLAB的主要功能1.3 MATLAB功能演示,语言的发展matlab语言是由美国的Clever Moler博士于1980年开发的设计者的初衷是为解决“线性代数”课程的矩阵运算问题取名MATLAB即Matrix Laboratory 矩阵实验室的意思MATLAB将一个优秀软件的易用性与可靠性、通用性与专业性、一般目的的应用与高深的科学技术应用有机的相结合。MATLAB已经成为各种系统仿真、数字信号处理、科学可视化等领域的标准语言。,Cleve Moler,MATLAB的发展 1984年，
2、MATLAB第1版(DOS版)1992年，MATLAB4.0版 1994年，MATLAB 4.2版 1997年，MATLAB 5.0版 1999年，MATLAB 5.3版 2000年，MATLAB 6.0版 2001年，MATLAB 6.1版 2002年，MATLAB 6.5版 2004年，MATLAB 7.0版,1.1.2 MATLAB的主要功能1数值计算和符号计算功能 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。MATLAB和著名的符号计算语言Maple相结合，使得MATLAB具有符号计算功能。2绘图功能 MATLAB提供了两个层次的绘图操作：一种是对图形句柄
3、进行的低层绘图操作，另一种是建立在低层绘图操作之上的高层绘图操作。,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。4MATLAB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。,1.1.3 MATLAB功能演示,在MATLAB命令窗口中输入命令：x=-2*pi:pi/180:2*pi;plot(x,2.(-abs(x),:,x,sin(x),第一条命令建立x向量，第二条命令绘制曲线。命令执行后，将打开一个图形窗口，并在其中显示两个函数的曲线，虚线
4、为y=2-|x|,实线为y=sinx。,在MATLAB命令窗口输入命令：p=2,0,-3,71,-9,13;x=roots(p),其中第一条命令建立多项式系数向量，第二条命令调用roots函数求根。,x=-3.4914 1.6863+2.6947i 0.0594+0.4251i,在命令窗口输入命令：a=2,3,-1;8,2,3;45,3,9;b=2;4;23;x=inv(a)*b,得到结果：x=0.5531 0.2051-0.2784,前两条命令建立系数矩阵a和列向量b,第三条命令求根。inv(a)为a的逆矩阵，也可用x=ab求根。,也可以通过符号计算解此方程。在MATLAB命令窗口输入命令：
5、syms x y zx,y,z=solve(2*x+3*y-z-2,8*x+2*y+3*z-4,45*x+3*y+9*z-23),得到的结果为：x=151/273y=8/39z=-76/273,在MATLAB命令窗口输入命令：quad(x.*log(1+x),0,1)得到的结果是:ans=0.2500,在MATLAB命令窗口输入命令：syms x int(x*log(1+x),0,1)得到的结果是：ans=1/4,1.2 MATLAB的环境的准备,1.2.1 MATLAB的运行环境硬件环境：(1)CPU 最好是Penyium 或更高;(2)内存 至少128MB,推荐在256MB;(3)硬盘 1
6、20MB,若安装其他工具箱需要260MB(4)CD-ROM驱动器和鼠标。软件环境：(1)Windows 98/NT/2000 或Windows XP(2)其他软件根据需要选用office 2000,1.2.2 MATLAB的安装安装MATLAB 6.5系统，需运行系统自带的安装程序setup.exe，可以按照安装提示依次操作。,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，如右图所示。,1.2.3 MATLAB的启动与退出1MATLAB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
7、MATLAB系统启动程序matlab.exe。(3)利用快捷方式。,2MATLAB系统的退出要退出MATLAB系统，也有3种常见方法：在MATLAB主窗口File菜单中选择Exit命令在MATLAB命令窗口输入Exit或Quit命令单击MATLAB主窗口的“关闭”按钮。,1.3 MATLAB操作界面启动MATLAB后，将进入MATLAB 6.5集成环境。MATLAB 6.5集成环境包括:MATLAB主窗口命令窗口(Command Window)工作空间窗口(Workspace)命令历史窗口(Command History)当前目录窗口(Current Directory)启动平台窗口(Laun
8、ch Pad)。,1.3.1 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MATLAB 6.5主窗口的菜单栏，共包含File、Edit、View、Web、Window和Help 6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
9、Close all，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。,1.3.2 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命令窗口不仅可以内嵌在MATLAB的工作界面，也可以以独立窗口的形式浮动在界面上。（1）选中命令窗口，再选择Desktop菜单中的Undock Command Window命令，就可以浮动窗口。（2）如需将命令窗口嵌入MATLAB的工作界面中，可以使用浮动命令窗口Desktop菜单中的dock Command Windo
10、w命令。,2工具栏 MATLAB 6.5主窗口的工具栏共提供了10个命令按钮。这些命令按钮均有对应的菜单命令，但比菜单命令使用起来更快捷、方便。,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：p=15,m=35 p=15;m=35 如果一个命令行很长，一个物理行之内写不下,可以在第一个物理行之后加上3个小黑点并按下
11、回车键，然后接着下一个物理行继续写命令的其他部分。3个小黑点称为续行符，即把下面的物理行看作该行的逻辑继续。,例如：s=1-1/2+1/3-1/4+1/5-1/6+1/7-1/8+1/9-1/10+1/11-1/12;是一个命令行，但占用两个物理行，第一个物理行以续行符结束，第二个物理行是上一行的继续。在MATLAB里，有很多的控制键和方向键可用于命令行的编辑。例如，当将命令x1=(log(3)+sqrt(5)/2中的函数名sqrt输入成srt时，由于MATLAB中不存在srt函数，MATLAB将会给出错误信息：?Undefined command/function srt重新输入命令时，用户
12、不需要输入整行命令，而只需要按向上方向（）调出刚才输入的命令行。,1.3.3 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。1.3.4 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，只有在当前目录的文件、函数可以被运行或调用。,当前目录窗口也称为路径浏览器。它可以内嵌在MATLAB主窗口，也可以浮动在主窗口上。在当前目录窗口中可以显示或改变当前目录，还可以显示目录下的文件并提供搜索功能。将用户目录设施成当前目录也可使用cd命令。
13、例如：cd c:mydir2、MATLAB搜索路径基本的搜索过程如下：（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。,假定建立了一个变量examp，同时在当前目录下建立了一个M文件examp.m，如果在命令窗口输examp，按照上面介绍的搜索过程，应是在屏幕上显示变量examp的值。如果没有建立examp变量，则执行examp.m文件。设置搜索路径的方法有：（1）用path命令设置搜索路径 使用path命令可以把用户目录临时纳入搜索路径。例如将用户目录c:mydir加到搜
14、索路径中，可在命令窗口输入命令：path(path,c:mydir),（2）用对话框设置搜索路径 在MATLAB的File菜单中选择Set Path命令或在命令窗口中输入pathtool命令，将出现搜索路径设置（Set Path）对话框。单击Add Folder或Add with Subfolders命令按钮可以将指定路径添加到搜索路径列表中。Move to Top等命令按钮修改该路径在搜索路径中的顺序。Remove可以将不需要的搜索路径删除。系统将搜索路径的信息保存在文件pathdef.m中。,1.3.5 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
15、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Clear Command History命令。,1.3.6 启动平台窗口和Start按钮 MATLAB 6.5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。MATLAB 6.5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。,1.4 MATLAB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MA
16、TLAB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“MATLAB Help”选项。,1.4.2 帮助命令MATLAB帮助命令包括help、lookfor以及模糊查询1help命令 在MATLAB 6.5命令窗口中直接输入help命令将会显示当前帮助系统中所包含的所有项目，即搜索路径中所有的目录名称。同样，可以通过help加函数名来显示该函数的帮助说明。2lookfor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
17、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 MATLAB 6.0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。1.4.4 远程帮助系统 在MathWorks公司的主页()上可以找到很多有用的信息，国内的一些网站也有丰富的信息资源。,假设第n个月兔子的数目是f(n)
18、,则显然有f(1)=1,f(2)=2,而且f(n)=f(n-1)+f(n-3),例1.（Fabonacci数）：于1202提出了如下的问题：A man put a pair of rabbits in a place surrounded on all sides by a wall.How many pairs of rabbits can be produced from that pair in a year if it is supposed that every month each begets a new pair,which from the second month on becomes productive?,function f=fibonacci(n)%f=FIBONACCI(n)generates the first n Fibonacci numbersf=zeros(n,1);f(1)=1;f(2)=2;for k=3:n f(k)=f(k-1)+f(k-2);end回答Fibonacci提出的问题，兔子在一年中的数量是：fibonacci(12),运行的结果是：1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233,
