1、MATLAB程序设计与应用,教师：杨桂芹 邮箱：QQ:1261397198,兰州交通大学电子与信息工程学院,教材与参考书,教材：MATLAB语言基础与应用 电子工业出版社、2010年10月 王永龙编著 主要参考书 MATLAB及在电子信息类课程中的应用唐向宏, 岳恒立, 郑雪峰编著 电子工业出版社 MATLAB数字信号处理与应用李正周编著 清华大学出版社 MATLAB仿真在信号处理中的应用徐明远, 刘增力编著 西安电子科技大学出版社 MATLAB程序设计与应用高等教育出版社、2006年7月刘卫国编著 主要参考资料 MATLAB教程网http:/ 是一种科学计算语言，也称为数学软件，也是一门综合
2、的应用技术科程，它充分体现了现代工程分析对工程问题求解的特点。 解决教育资源不足 在计算机软件辅助下解决简单的工程实践问题 ，通过学习,学生们将深入理解实际问题与模型、模型与软件算法、算法与问题数值解的内在联系，使学生对在计算机软件辅助下解决实际工程问题的处理过程，有较为深刻的理解。 本课程注重提高学生解决问题的能力，软件应用能力，培养学生严谨、规范、理论联系实际的科学态度，为他们今后处理工程问题，从事工程应用、科研活动和继续深造打下扎实的基础。,教学定位,讲解基本概念和知识，培养学生的数学思维能力和软件应用能力 。 MATLAB课程的教学目标，在于使学生学会特定的数学事实和软件系统功能，并知
3、道如何应用，教会学生用数学思维在计算机辅助下解决工程应用问题。,学习目的,掌握MATLAB的最基础并也是最重要的核心部分，为MATLAB处理专门技术领域的工作铺垫基础。 利用MATLAB辅助学习，提高认识和处理复杂问题的能力。 掌握利用MATLAB学习现代科学研究和工程设计的方法。 利用高度工具化的软件解决实际工作中的问题。,学习方法,注重基础，注意知识积累。 自学为主，讲授为辅。 实践为主，理论为辅。 不断发现问题，解决问题。我国有提供MATLAB学习和资料查阅的网站有很多（18），可由关键词MATLAB输入进行查询。Mathworks公司的网址：http:/,教学进度安排 总学时：32（1
4、6周）,成绩计算方法,总成绩为100分，由4部分组成：总成绩=作业+出勤操作期末成绩,10 %,10 %,10 %,70%,前言,信息时代的社会，人类对复杂客观世界的认识正在向着一个更高的境界迈进。 在包括生物医学、农学、核学以及IT等高科技的研究领域，迫切需要攻关的科研课题对象具有两个重要特征： 一、对象的系统性； 二、对象所涉及到的学科交叉性。 在高等院校，努力地改变传统的教学模式、更新计算机软件的教学内容，使受教育者能最大限度地利用计算机系统的软件资源去科学、综合地认识复杂问题并在其过程中得到训练已成为教育研究的主题,作为当今全世界最流行的第四代计算机语言-MATLAB系统，由于它在航天
5、航空、生物医学、物理学、通信、DSP、科学计算、网络控制、自动控制、图形图像处理、生命科学、系统建模仿真、财务、电子商务、数据分析等不同领域的广泛应用以及它自身所具备的独特优势，目前MATLAB已经极大地被自然科学、管理科学、工程技术以及教育界所关注。,工程设计的最大难点是什么？,如何设计出稳定可靠的系统,运用什么样的方法可以模拟出真实的系统运行情况？,仿真 仿真的基本思想是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实过程，以寻求对真实过程的认识。它所遵循的基本原则是相似性原理。 计算机仿真的定义 计算机仿真是基于所建立的系统仿真模型，利用计算机对系统进行分析与研究的方法。,第1章 MATLAB操作基
6、础,1.1 MATLAB概述 1.2 MATLAB环境的准备 1.3 MATLAB操作界面 1.4 MATLAB帮助系统,1.1 MATLAB概述,MATLAB的名称源自Matrix Laboratory，它的首创者是在数值线性代数领域颇有影响的Cleve Moler博士，他也是生产经营MATLAB产品的美国Mathworks公司的创始人之一。,Mthworks公司简介,1、创建于1984年 Fortran子程序库 简单矩阵计算 矩阵运算/线性代数 数值分析,Mthworks公司简介,2、公司的现状 总部设在Natick.MA。 在英国、法国、德国、瑞士、西班牙和比荷卢（Benelux）设有办
7、事处。 在全球21个国家驻有分销商。 Mathworks公司产品的正式用户数已经超过500000，分布在全球100多个国家中。,1.1 MATLAB概述,1.1.1 MATLAB的发展 1984年，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
8、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。,1.1.2 MATLAB的主要功能,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。,1.1.2 MATLAB的主要功能,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
9、性工具箱。,1.1.3 MATLAB的系统结构,MATLAB的系统结构分为三个层次，其核心部分是软件主包MATLAB。,MATLAB系统的基础层,是整个系统的基础，该层的核心是MATLAB部分，也是整个系统的最重要的部分。（重点掌握） 1、软件主包MATLAB的构成分为5个内容 MATLAB语言 MATLAB的数学函数 MATLAB的图形处理系统 MATLAB的应用程序接口 MATLAB的工作环境管理,MATLAB系统的基础层,2、MATLAB的工具箱（Toolboxes） 围绕MATLAB这个计算核心，有许多针对不同应用领域开发的应用程序。Mathworks公司所提供的应用工具箱大约有40多
10、个，另外还有一些其他公司提供的专门应用领域的工具箱，目前可用的工具箱几乎上100个，并还在不断增加。目前可用的工具箱所涉及的应用领域大致为： 应用数学类 电子技术类 图形图像技术 通信 财经与金融 类神经网络 自动控制类 信号分析,MATLAB系统的基础层,3、MATLAB的编译器（Compiler） MATLAB是一种高级语言，将这种高级语言高效快速地编译成为C语言，结合MATLAB的矩阵数据结构，使MATLAB具有极快的运行速度。 C/C+代码生成器 终端用户发布独立应用 支持如下标准编译环境： Windows 95/98/NT Microsoft DevStudio C/C+ Compi
11、ler Borland C/C+ Compiler Unix,MATLAB系统的仿真应用层,1、系统仿真应用层的核心部分（Simulink） 建立和分析线性、非线性动态系统模型 具有层次性的交互式模块框图结构设计方法。 支持数字、模拟和混合信号及事件驱动逻辑建模仿真 支持矩阵数据类型及线性代数运算信号可视化 与C代码的协同仿真 与MATLAB平台紧密集成 良好的操作性与可扩展性（模块与库的扩展）,MATLAB系统的仿真应用层,1、系统仿真应用层的核心部分（Simulink） 开发周期加快 精确地建模方法和系统结构可视化 仿真系统严格反映真实时序（非实时） 可重用已有的C和MATLAB源代码,M
12、ATLAB系统的仿真应用层,2、系统仿真应用层的模块集（Blocksets） MATLAB的模块集（Blocksets）是一个个的数学软件包，是系统仿真的关键部件。系统仿真模型是大量的模块组成。,MATLAB系统的仿真应用层,3、MATLAB的系统实时仿真（RTW） 什么是RTW？ 从系统设计到硬件实时的快速直达途径 无需编程将Simulink模型生成嵌入式代码。 不依赖特殊目标硬件 支持多种平台 在线监控及调参,MATLAB系统的仿真应用层,3、MATLAB的系统实时仿真（RTW）,MATLAB系统的仿真应用层,3、MATLAB的系统实时仿真（RTW） RTW主要特点： 开放的、可扩充的结构
13、 支持定点和浮点 通过交互方式下载参数到外部硬件 支持连续系统、离散系统、混合系统和异步系统仿真 单任务、多任务和异步中断,事件驱动逻辑/行为的建模、仿真（Stateflow）,1、Stateflow-状态流程图 对事件驱动系统进行建模和仿真 支持自动代码生成 利用Statecharts的国际标准进行图形化建模 状态流图的描述无二义性 可与Simulink，RTW无缝集成 2、状态代码生成（Corder）,1.1.3 初识MATLAB,例1-1 绘制正弦曲线y=sin(x)和余弦曲线y=cos(x) 。 x=0:0.5:360*pi/180; plot(x,sin(x),x,cos(x); 例
14、1-2 求方程 3x4+7x3 +9x2-23=0的全部根。 p=3,7,9,0,-23; %建立多项式系数向量 x=roots(p) %求根,1.1.3 初识MATLAB,例1-3 求积分 quad(x.*log(1+x),0,1) 例1-4 求解线性方程组a=2,-3,1;8,3,2;45,1,-9; b=4;2;17; x=inv(a)*b,1.2 MATLAB环境的准备,1.2.1 MATLAB的运行环境 硬件环境： (1) CPU (2) 内存 (3) 硬盘 (4) CD-ROM驱动器和鼠标。 软件环境： (1) Windows 98/NT/2000 或Windows XP (2)
15、其他软件根据需要选用,1.2.2 MATLAB的安装,安装MATLAB 7.0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。,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MATLAB系统启动程序matlab.exe。 (3) 利用快捷方式。,1.2.3 启动与退出MATLAB集成环境,1MATLAB系统的启动,启动MATLAB后，将进入MATLAB 7.0集成环境。MATLAB 7.0集成环境包括 MATLAB主窗口 命令窗口(Command Window) 工作
16、空间窗口(Workspace) 命令历史窗口(Command History) 当前目录窗口(Current Directory),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，如下图所示。,2MATLAB系统的退出 要退出MATLAB系统，也有3种常见方法： (1) 在MATLAB主窗口File菜单中选择Exit MATLAB命令。 (2) 在MATLAB命令窗口输入Exit或Quit命令。 (3) 单击MATLAB主窗口的“关闭”按钮。,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
17、。,1.3 MATLAB操作界面,1.3.1 主窗口,1菜单栏 当选择不同的子窗口时，MATLAB 主窗口的菜单栏包含不同的菜单项。,1.3.1 主窗口,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。,1.3.2 命令窗口,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。,
18、1.3.2 命令窗口,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 % 显示p和m的值 p=15;m=35 % 显示m的值,1.3.2 命令窗口,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 并按下回车键，然后接着下一个物理行继续写命令的其他部分。称为续行符，即把下面的物理行看作该行的逻辑继续。 在MATLAB里，有很多的控制键和方向键可用于命令行的编辑。,1.3.2 命令窗口,命令行编辑中常用的控制键及其功能,1.3.3 工作空间窗口,1.3.
19、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,1.3.4 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，只有在当前目录或搜索路径下的文件、函数可以被运行或调用。 在当前目录窗口中可以显示或改变当前目录，还可以显示当前目录下的文件并提供搜索功能。 将用户目录设置成当前目录也可使用cd命令。例如，将用户目录c:mydir设置为当前目录，可在命令窗口输入命令： cd c:mydir,1.3.4
20、 当前目录窗口和搜索路径,2MATLAB的搜索路径 当用户在MATLAB命令窗口输入一条命令后，MATLAB按照一定次序寻找相关的文件。基本的搜索过程是： (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。,1.3.4 当前目录窗口和搜索路径,用户可以将自己的工作目录列入MATLAB搜索路径，从而将用户目录纳入MATLAB系统统一管理。设置搜索路径的方法有： (1) 用path命令设置搜索路径。例如，将用户目录c:mydir加到搜索路径下，可在命令窗口输入命令：
21、 path(path,c:mydir),1.3.4 当前目录窗口和搜索路径,(2) 用对话框设置搜索路径 在MATLAB的File菜单中选Set Path命令或在命令窗口执行pathtool命令，将出现搜索路径设置对话框。通过Add Folder或Add with Subfolder命令按钮将指定路径添加到搜索路径列表中。 在修改完搜索路径后，则需要保存搜索路径。,1.3.5 命令历史记录窗口,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
22、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,1.3.6 启动平台窗口和Start按钮,MATLAB 7.0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 7.0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。,1.3.6 启动平台窗口和Start按钮,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： 单击MATLAB主窗口工具栏
23、中的Help按钮。 在命令窗口中输入helpwin、helpdesk或doc。 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MATLAB7.0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。,1.4.2 帮助命令,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
24、第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。,1.4.2 帮助命令,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(http:/)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。,谢 谢！,
