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（Matrix Laboratory）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
2、包和学科工具包.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
3、序取名为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
4、 Little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
5、事工程方面的哪个学科，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
6、繁杂的子程序编程任务，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
7、上运行。 6）MATLAB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
8、互功能。功能性工具箱用于多种学科。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 Ath
9、lon 或更高 内存：至少128MB，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
10、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 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
11、键即可。例如： (5*2+1.3-0.8)*10/25 ans =4.2000 MATLAB会将运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
12、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
13、x化为多项分数展开 sign(x)：符号函数 (Signum function)。 当x0时，sign(x)=1。,MATLAB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
14、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
15、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（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;
16、 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(2,1:3) % 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
17、 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)*102/25y = 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,
