1、实验一 MATLAB 介绍及其基础操作1.实验目的：（1）熟悉 MATLAB 软件的集成开发环境，学习常用窗口的功能和使用方法。（2）掌握帮助的使用方法以及搜索路径的添加方法。（3）掌握基本的 MATLAB 函数操作及其使用。（4）掌握简单的计算及其绘图操作。（5）了解 M 文件的编写和运行方法。2.实验原理（1）MATLAB 简介MATLAB 是美国 MathWorks 公司开发的高性能的科学与工程计算软件。它在数值计算、自动控制、信号处理、神经网络、优化计算、小波分析、图像处理等领域有着广泛的用途。近年来， MATLAB 在国内高等院校、科研院所的应用逐渐普及，成为广大科研、工程技术人员必
2、备的工具之一。 MATLAB 具有矩阵和数组运算方便、编程效率极高、易学易用、可扩充性强和移植性好等优点，俗称为“草稿纸式的科学计算语言” 。它把工程技术人员从繁琐的程序代码编写工作中解放出来，可以快速地验证自己的模型和算法。 经过几十年的扩充和完善,MATLAB 已经发展成为集科学计算、可视化和编程于一体的高性能的科学计算语言和软件开发环境。MATLAB 的主要特点包括强大的矩阵计算能力、方便的绘图功能及仿真能力。另外，MATLAB 还附带了大量的专用工具箱，用于解决各种特定领域的问题。通过学习软件的基本操作及其编程方法，体会和逐步掌握它在矩阵运算、信号处理等方面的功能及其具体应用。通过本课
3、程实验的学习，要求学生初步掌握 MATLAB 的使用方法，初步掌握 M 文件的编写和运行方法，初步将 MATLAB 运用于信号分析和系统分析中。循序渐进地培养学生运用所学知识分析和解决问题的能力。（2）MATLAB 的工作界面（ Desktop）MATLAB 安装成功后，第一次启动时，主界面如下图（不同版本可能有差异）所示：其中 是命令窗口（Command Window） ，是 MATLAB 的主窗口，默认位于 MATLAB 界面的右侧，用于输入命令、运行命令并显示运行结果。 是历史命令窗（Command History） ，位于 MATLAB 界面的左下侧，默认为前台显示。历史命令窗用于保存
4、用户输入过的所有的命令，为用户下一次使用同一个命令提供方便。 是当前目录浏览器（ Current Directory） ，位于 MATLAB 界面的左上侧，默认为前台显示。该窗口用于显示当前目录和目录中的所有文件。 是工作空间窗（Workspace） ，默认位于 MATLAB 界面左上侧的 后台。可以通过点击左上方的“Workspace”按钮使之在前台展现。（3）MATLAB 的运行方式MATLAB 有两种运行方式：命令行运行方式和 M 文件运行方式。前者是在命令窗的提示符“ ”后直接输入命令或计算表达式，回车后 MATLAB 即执行运算并可以显示运行结果，这种方式适合实现一些简单的功能，如简
5、单计算和绘图等；后一种方式中，M 文件是用MATLAB 语言编写的程序文件，其扩展名为.m，在 MATLAB 的 M 文件编辑器中输入、编辑和调试，生成后在命令窗口中输入文件名即可运行该文件。从功能上来讲，M 文件可以分成 M 脚本（M script）文件和 M 函数（M function）两类。主要区别在于：M 函数文件第一行开头包含有关键字“function” ，关键字后面是函数的名称，所有输入参数包含在函数名称后的小括号内，参数之间用逗号隔开，也可以不包含任何参数；函数可以有输出参数，当有多个输出参数时，所有的参数放在中括号内并用逗号分隔；函数名与文件名相同；函数运行后除了输出变量，其他
6、变量并不保存在变量空间中。而 M 脚本文件运行时产生的变量均保存在变量空间中。以下是 M 脚本文件和 M 函数文件的示例：%This is an M script sample。clear;x = -pi:0.1:pi;y1 = sin(x);y2 = cos(x);plot(x,y1,x,y2);title(cosine and sine functions);xlabel(time);ylabel(Amplitude);legend(y = cos(x),y = sin(x);grid on;%This is an M function sample.function y,pos = fi
7、ndmax(a)% findMax find the max value of matrix a togeter with its position% y = findmax(a):find the max value of matrix a% y,pos = findmax(a):find the max value of matrix a,get its position % as well in posy,p = max(a(:);r,c =ind2sub(size(a),p);pos = r,c;（4）MATLAB 的搜索路径M 文件运行时，MATLAB 利用自身的搜索路径来寻找 M
8、文件，如果要执行的文件不在搜索路径中，就无法执行。利用 MATLAB 主界面 File 菜单中的“set path”可以将需要的目录、文件夹添加到 MATLAB 的搜索路径中。（5）MATLAB 的帮助系统MATLAB 提供了强大而完善的帮助系统，包括命令行帮助、联机帮助和演示帮助。要学会使用 MATLAB，必须充分利用其帮助系统，尤其是命令行帮助功能。命令行帮助可以通过help 命令获得，其格式为：help 或 help 目录名目录名函数名主题名数学符号（全英文）第一种格式在命令窗直接输入 help，不带任何参数，此时，将显示 MATLAB 的分类目录和对目录的简要说明；第二种格式可以显示具
9、体目录所包含的命令和函数，或者具体的命令、函数、符号或某个主题的详细信息。例如，在命令窗口键入：help sin，将会显示关于正弦函数 sin 的详细的帮助信息，通常包括函数的输入输出参数的含义、函数的调用格式以及函数使用实例等。3.实验内容及其步骤理解 MATLAB 的基本原理，学习并掌握基本的运算与操作。了解命令窗口的基本操作；了解和掌握基本的数据表示与计算；掌握常用的绘图命令；M 文件的编写与调试。（1） 命令窗口的基本操作、基本的数据表示与运算注意：所有输入在英文输入状态下进行输入简单的矩阵： 1要点：英文标点；矩阵元素放在“”之中，每一行的元素间用逗号或空格隔开，不同的行以分号“;”
10、或回车来分割；， ，并计算 A*B，A.*B，A.B，比较各自结果有何不同。234A= 134B 参考：A = 1,2;3,4; B = 1,3;2,4;A*B; A.*B; A.B。计算下列表达式的结果： 2要点：表达式后加上分号“;”，则计算结果不显示，这种方法可以加速程序运行速度；表达式后无分号，计算结果马上显示在命令窗口中；a= 313584(6)2+-参考：a=(12/3)*5+8-4*(6-3)/2.3复数运算及其表示： 3已知 ， ， ，利用 MATLAB 计算 。12zi=34zi635izep=123z=参考：z1 = 1+2i ；z2 = 3+3i； z3 = 5*exp(
11、i*pi/6) z=z1*z2/z3命令窗口的常用操作 4MATLAB 提供了方便实用的功能键用于编辑、修改命令窗口中当前和以前输入的命令行。这些功能键如下表所示：命令窗口中常用的功能键功能键 功能 功能键 功能 重新调入上一命令行 End 光标移到行尾 重新调入下一命令行 Ctrl+Home 光标移到命令窗顶部 光标左移一个字符 Ctrl+End 光标移到命令窗底部 光标右移一个字符 Esc 清除命令行Ctrl+ 光标左移一个字 Delete 删除光标处字符Ctrl+ 光标右移一个字 Backspace 删除光标处左边字符Home 光标移到行首体会：，命令 clc，clear 等（2） 基本
12、的绘图操作常用的绘图函数有：柱状图（stem函数）绘图函数；plot绘图函数，其函数功能比较强大；函数图形的注释用 xlabel，ylabel，等等。绘制正弦函数的图形，可以通过以下参考代码来实现 ：绘制简单的柱状图：X = -pi : 0. 1 :pi: y = sin(x);stem(y)绘制曲线图：plot(x , y); plot(x, sin(x), x, cos(x);图形的注释： x= -pi : 0.1 :2*pi: axis(0, 6, -1.2, 1.2); xlabel(Input singal); ylabel(Out signal);title(Two trigono
13、metric functions); legend(y=sin(x),y=cos(x); grid on;绘制视窗小图：利用 subplot 命令可同时画出多个小图形在同一个视窗之中：subplot(2,2,1); plot(x, sin(x); subplot(2,2,2); plot(x, cos(x);subplot(2,2,3); plot(x, sinh(x); subplot(2,2,4); plot(x, cosh(x);（3） M 文件的编写、调试及运行M 文件编写及运行：分别用两种方式编写 M 文件实现 1+2+3+50。提示：150 放在数组 x 中，x 的生成语句为：n
14、= 50; x = 1:n;求和用 sum 函数，函数用法请利用 help 命令获得。4. 实验用 MATLAB 函数介绍在实验过程中用到的 MATLAB 指令（函数名）有：函数类：plot, stem, subplot, xlabel, ylabel, title, legend，exp, real, imag, abs, angle,sum 等，具体调用格式参看“help”或者查阅相关书籍。另外，在具体的实验过程中也可以根据实际需要自己定义函数。 命令或运算符类：clc，clear ，who, whos, which，help，figure ，grid on，hold on，axis，*，.*，.，/，: 。5.思考题（1）MATLAB 在处理数据运算过程中与其他高级语言有何不同。（2）熟悉 MATLAB 的常用数学运算符号，比较几种乘法的运算符号有何不同。（3）绘制振荡曲线 及其包络线 的图形，其中 t 的取值范围是4sin3tye-=40tye-=，并进行相应的标注。0,5p（4）已知 ， ，计算 C=A*B，以及其实部，虚部，12345678iiA-=- 12563478iiB+= 模和相角。 （real , imag , abs , angle）
