1、Matlab基础及其应用,主讲教师：李浩 刘大刚 物理电子学院,教师简介,MATLAB课程介绍,定位：公共基础选修课 目标：了解MATLAB，能够熟练掌握数学（矩阵）运算，简单编程，简单的数据处理、符号运算及基本图形绘制.对MATLAB面向对象编程与simulink有基本了解。,参考教材：MATLAB基础及应用 参考书目： Matlab程序设计教程，李海涛、邓樱，高等教育出版社/2005.5.1 精通MATLAB 6.5版，张志涌，北京航空航天大学出版社/2003.3 科学运算语言MATLAB5.3程序设计及应用，薛定宇，清华大学出版社/2000 数值方法和MATLAB实现与应用，拉克唐瓦尔
2、德（美），机械工业出版社/2004.9 特点：完全不必具备其它语言的基础，各年级各专业的同学都可选修。,MATLAB课程安排,学时: 32学时（基于matlab6.5版本) 安排：讲课16学时，上机16学时 考核要求：实验报告必须齐备。 考核方式: 实验报告,上机安排,从9月21日（也就是下个星期四）起，每个星期四安排为上机时间。 上机地点：主楼东312（物电机房） 上机时间：18：0020：0020：0022：00,主要内容,Matlab 概述与入门； 数据类型和运算； 数值计算； 符号运算； 数据和函数的可视化； Matlab编程；,第一章 MATLAB语言概述,一、MATLAB产生的历史
3、背景,Cleve Moler 博士,Cleve Moler is chairman and chief scientist at The MathWorks. Moler was a professor of math and computer science for almost 20 years at the University of Michigan, Stanford University and the University of New Mexico.,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调用EISPACK和LINPACK的FORTR
4、AN子程序库.EISPACK是特征值求解的FORTRAN程序库,LINPACK是解线性方程的程序库.在当时,这两个程序库代表矩阵运算的最高水平.,一、MATLAB产生的历史背景,1983年春天,Cleve Moler到Standford大学讲学，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 。,Jack LittleCEO / Founder,Jack Little
5、 is president, CEO, and a co-founder of The MathWorks, Inc. He was a co-author and principal architect of early versions of the companys flagship MATLAB product as well as the Signal Processing Toolbox and the Control Systems Toolbox.,MATLAB的第一个商业化的版本是1984年推出的是3.0的DOS版本 1992年MathWorks 公司于推出了4.0版本， 1
6、994年的4.2版本扩充了4.0版本的功能，尤其在图形界面设计方面更提供了新的方法。 1997年推出的5.0版允许了更多的数据结构，如单元数据、多维矩阵、对象与类等，使其成为一种更方便编程的语言。 1999年推出的 MATLAB 5.3版在很多方面又进一步改进了 MATLAB 语言的功能。,2000年10月底推出了其全新的 MATLAB 6.0正式版(Release 12)，在核心数值算法、界面设计、外部接口、应用桌面等诸多方面有了极大的改进。2002年6月发布了其全新的 MATLAB 6.5正式版(Release 13)2004年5月推出Matlab7.0,时至今日，经过MathWorks公
7、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的大型软件。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，特别是工程学术界，MATLAB也逐步盛行起来。可以说，无论你从事工程方面的哪个学科，都能在MATLAB里找到合适的功能。,语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富； 运算符丰富； 兼聚结构化与面向对象
8、编程的特性； 程序设计自由度大； 良好的程序可移植性； 强大的图形功能； 功能性工具箱和学科性工具箱； 源程序的开放性。,二、MATLAB的语言特点,线性方程组求解,当D|A|0，方程组有解，可用Cramer法则求解。,线性方程组求解,N阶行列式的计算需要n！次乘法，求解n阶线性方程组，共需要做(n+1)！次乘法。如n=20,则，需做： 21！5.109091019,16200年！,线性方程组求解,数值求解方法： 直接法 Gauss消去法、Gauss-Jordan消去法、矩阵分解法等。迭代法 Jacobi迭代法、Gauss-Seidel迭代法和超松弛迭代法等。,线性方程组求解,Matlab求解
9、过程：,数据统计与处理,一个工厂生产三种橄榄球用品 ： 防护帽、 垫肩、臀垫。需要不同数量的：硬塑料 、 泡沫塑料 尼龙线 、 劳动力。为监控生产，管理者对它们之间的关系十分关心。为把握这些量的关系，列出下面的表格,原料产品关系表,管理者接到四份订单如上表所示。 问应该如何计算每份订单所需的原材料，以便组织生产？,C =220 146 475 320105 89 300 205125 101 345 225165 114 370 255,输入下面Matlab指令 A=4 2 3;1 3 2;1 3 3;3 2 2; B=35 20 60 45;10 15 50 40; 20 12 45 20;
10、 C=A*B,考虑一个实际编程例子 如何编写一个能求出两个矩阵相乘的计算机通用子程序？,是否正确？,错误，未考虑其一为标量,加入标量判定，是否就是通用程序了？,错误，考虑其一或二者为复数矩阵,MATLAB 实现：C=A*B,例、用简短命令计算并绘制在0x6范围内的sin(2x)、sinx2、sin2x。,x=linspace(0,6) y1=sin(2*x),y2=sin(x.2),y3=(sin(x).2; plot(x,y1,x, y2,x, y3),用四种方法描述cos(x)*sin(y)图形,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。工具箱
11、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。功能性工具箱可用于多种学科。学科性工具箱是专业的，如（control、signal proceessing 、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。,matlab工具箱,MATLAB主工具箱 符号数学工具箱 SIMULINK仿真工具箱 控制系统工具箱 信号处理工具箱 图象处理工具箱 通讯工具箱 系统辨识工具箱 神经元网络工具箱 金融工具箱,Matlab 界面与
12、初步操作,workspace,指令窗口,菜单,工作目录选择栏,快捷工具栏,Command window运行入门,最简单的计算器使用法； 数值、变量和表达式； 指令行中的标点符号； 计算结果的图形表示；,求 的运算结果。, (12+2*(7-4)/32ans =2 ,指令输入提示符,Answer的缩写,简单矩阵的输入步骤：, A=1,2,3;4,5,6;7,8,9A =1 2 34 5 67 8 9,指令续行输入, S=1-1/2+1/3-1/4+. 1/5-1/6+1/7-1/8S =0.6345,续行符号,数值、变量和表达式,数值的记述； 变量命名规则； Matlab默认的预定义变量； 运算
13、符和表达式； 复数和复数矩阵；,Matlab采用习惯的十进制表示： 99 0.001 1.3e-3 4.5e33 数值范围：10e-30810e308,大小写敏感； 首字母为英文 （少于63个字符）； 变量名不包含空格、标点；,画出衰减振荡曲线 及其它的包络线 。的取值范围是 。,t=0:pi/50:4*pi; y0=exp(-t/3); y=exp(-t/3).*sin(3*t); plot(t,y,-r,t,y0,:b,t,-y0,:b) grid,画出 所表示的三维曲面 ,的取值范围是 -8,8,clear;x=-8:0.5:8; y=x; X=ones(size(y)*x; Y=y*ones(size(x); R=sqrt(X.2+Y.2)+eps; Z=sin(R)./R; surf(X,Y,Z); colormap(cool) xlabel(x),ylabel(y),zlabel(z),Matlab 编辑器界面,
