Matlab軟件入門1

1、Matlab軟件入門1應(yīng)用概況MATLAB是當(dāng)今國際上公認(rèn)的在是當(dāng)今國際上公認(rèn)的在科技領(lǐng)域方面最為優(yōu)秀的應(yīng)用科技領(lǐng)域方面最為優(yōu)秀的應(yīng)用軟件和開發(fā)環(huán)境軟件和開發(fā)環(huán)境。在歐美各高等院校，。在歐美各高等院校，MATLAB已經(jīng)成為應(yīng)用已經(jīng)成為應(yīng)用線性代數(shù)、自動控制理論、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號處理、時(shí)間序線性代數(shù)、自動控制理論、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號處理、時(shí)間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真、圖形處理等高級課程的基本數(shù)學(xué)工具，列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真、圖形處理等高級課程的基本數(shù)學(xué)工具，是攻讀學(xué)士的大學(xué)生、碩士生、博士生必須掌握的基本技能。是攻讀學(xué)士的大學(xué)生、碩士生、博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門，在設(shè)計(jì)研

2、究單位和工業(yè)部門，MATLAB已經(jīng)超出實(shí)驗(yàn)室，廣泛已經(jīng)超出實(shí)驗(yàn)室，廣泛用于研究和解決具體的工程問題。用于研究和解決具體的工程問題。國內(nèi)部分重點(diǎn)高校已作為理工學(xué)生的必修或選修課。國內(nèi)部分重點(diǎn)高校已作為理工學(xué)生的必修或選修課。 MATLAB建立在向量向量、數(shù)組數(shù)組和矩陣矩陣的基礎(chǔ)上，使用方便，人機(jī)界面直觀，輸出結(jié)果可視化。 矩陣矩陣是MATLAB的核心最初最初MATLAB是新墨西哥大學(xué)的是新墨西哥大學(xué)的Cleve Moler 70年代給學(xué)生開線性代數(shù)課程時(shí)編寫的年代給學(xué)生開線性代數(shù)課程時(shí)編寫的LINPACK和和EISPACK的接口程序，意思是的接口程序，意思是“矩陣實(shí)驗(yàn)室矩陣實(shí)驗(yàn)室”。 現(xiàn)在已經(jīng)成

3、為現(xiàn)在已經(jīng)成為MathWorks Inc.公司的公司的一個(gè)系列一個(gè)系列產(chǎn)品：產(chǎn)品：主包主包中有數(shù)百個(gè)高度優(yōu)化的中有數(shù)百個(gè)高度優(yōu)化的內(nèi)部函數(shù)內(nèi)部函數(shù)。 工具包工具包(oolbox），又分為兩類：），又分為兩類： 功能性工具包和學(xué)科性工具包。功能性工具包和學(xué)科性工具包。 功能性工具包功能性工具包 主要用來擴(kuò)充MATLAB的數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、數(shù)字信號處理、符號計(jì)算功能、圖形建模仿真功能、文字處理功能、與硬件實(shí)時(shí)交互功能。這種工具包能用于多種學(xué)科。 學(xué)科性工具包學(xué)科性工具包是專業(yè)性比較強(qiáng)的，如： 優(yōu)化工具包(Optimization Toolbox)、 控制工具包(Control Toolbox)、

4、 通信工具包(Communication Toolbox)、 圖象處理工具包(Image Processing Toolbox)、 統(tǒng)計(jì)工具包(Statistic Toolbox)等。Matlab語言有如下特點(diǎn)：1編程效率高編程效率高(注意不是程序運(yùn)行高效)2用戶使用方便用戶使用方便3擴(kuò)充能力強(qiáng)擴(kuò)充能力強(qiáng) 4語句簡單，內(nèi)涵豐富語句簡單，內(nèi)涵豐富5高效方便的矩陣和數(shù)組運(yùn)算高效方便的矩陣和數(shù)組運(yùn)算6方便的繪圖功能方便的繪圖功能（5和6是最突出的）（一）、數(shù)值和符號計(jì)算功能數(shù)值計(jì)算功能建立在矩陣和數(shù)組之上。數(shù)值計(jì)算功能建立在矩陣和數(shù)組之上。主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：矩陣的創(chuàng)建和保存，數(shù)值矩陣代數(shù)、矩陣的創(chuàng)

5、建和保存，數(shù)值矩陣代數(shù)、乘方運(yùn)算和分解，數(shù)組運(yùn)算，矩陣操作，多項(xiàng)式乘方運(yùn)算和分解，數(shù)組運(yùn)算，矩陣操作，多項(xiàng)式和有理分式運(yùn)算，數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析、差分和數(shù)值導(dǎo)和有理分式運(yùn)算，數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析、差分和數(shù)值導(dǎo)數(shù)，用于求積分、優(yōu)化和微分方程的數(shù)值解和功數(shù)，用于求積分、優(yōu)化和微分方程的數(shù)值解和功能函數(shù)等。能函數(shù)等。在此環(huán)境下在此環(huán)境下所解問題的所解問題的Matlab語言表述形式和語言表述形式和其數(shù)學(xué)表達(dá)形式相同，不需要按傳統(tǒng)的方法編程。其數(shù)學(xué)表達(dá)形式相同，不需要按傳統(tǒng)的方法編程。（二）、MATLAB語言Matlab有它自己的編程語言。它是一種面向科學(xué)有它自己的編程語言。它是一種面向科學(xué)與工程計(jì)算的高級語言，允許用

6、數(shù)學(xué)形式的語言編與工程計(jì)算的高級語言，允許用數(shù)學(xué)形式的語言編寫程序。寫程序。 Matlab語言是一種解釋執(zhí)行的語言（在沒被專門語言是一種解釋執(zhí)行的語言（在沒被專門的工具編譯之前），它靈活、方便，其調(diào)試程序手的工具編譯之前），它靈活、方便，其調(diào)試程序手段豐富，調(diào)試速度快，需要學(xué)習(xí)時(shí)間少。段豐富，調(diào)試速度快，需要學(xué)習(xí)時(shí)間少。 把編輯、編譯、連接和執(zhí)行融為一體。它能在同一把編輯、編譯、連接和執(zhí)行融為一體。它能在同一畫面上進(jìn)行靈活操作快速排除輸入程序中的書寫錯(cuò)畫面上進(jìn)行靈活操作快速排除輸入程序中的書寫錯(cuò)誤、語法錯(cuò)誤以至語意錯(cuò)誤，從而加快了用戶編寫、誤、語法錯(cuò)誤以至語意錯(cuò)誤，從而加快了用戶編寫、修改和調(diào)

7、試程序的速度，修改和調(diào)試程序的速度， （三）、圖形和可視化功能利用利用MATLAB可以輕易地繪制二維、三維可以輕易地繪制二維、三維曲線，三維曲面，并可進(jìn)行圖形和坐標(biāo)的曲線，三維曲面，并可進(jìn)行圖形和坐標(biāo)的標(biāo)識、坐標(biāo)控制、圖形的迭繪、視角和光標(biāo)識、坐標(biāo)控制、圖形的迭繪、視角和光照設(shè)計(jì)、色彩精細(xì)控制等及動畫的繪制。照設(shè)計(jì)、色彩精細(xì)控制等及動畫的繪制。 Matlab的繪圖是十分方便的，它有一系列的繪圖是十分方便的，它有一系列繪圖函數(shù)（命令），例如線性坐標(biāo)、對數(shù)繪圖函數(shù)（命令），例如線性坐標(biāo)、對數(shù)坐標(biāo)，半對數(shù)坐標(biāo)及極坐標(biāo)，均只需調(diào)用坐標(biāo)，半對數(shù)坐標(biāo)及極坐標(biāo)，均只需調(diào)用不同的繪圖函數(shù)（命令），在圖上標(biāo)出圖

8、不同的繪圖函數(shù)（命令），在圖上標(biāo)出圖題、題、XY軸標(biāo)注，格（柵）繪制也只需調(diào)用軸標(biāo)注，格（柵）繪制也只需調(diào)用相應(yīng)的命令，簡單易行相應(yīng)的命令，簡單易行。 （四）、最受人歡迎的特點(diǎn)開放性 除內(nèi)部函數(shù)外，所有除內(nèi)部函數(shù)外，所有MATLAB主包文件和各工具主包文件和各工具包文件都來是可改的源文件。用戶通過對源文件包文件都來是可改的源文件。用戶通過對源文件的修改，或加入自己編寫的文件去構(gòu)成新的專用的修改，或加入自己編寫的文件去構(gòu)成新的專用工具包。工具包。 高版本的高版本的Matlab已逐步擴(kuò)展到科學(xué)及工程計(jì)算的已逐步擴(kuò)展到科學(xué)及工程計(jì)算的其它領(lǐng)域。因此，不久的將來，它一定能名符其其它領(lǐng)域。因此，不久的將

9、來，它一定能名符其實(shí)地成為實(shí)地成為“萬能演算紙式的萬能演算紙式的”科學(xué)算法語言?？茖W(xué)算法語言。 現(xiàn)在，就實(shí)際的看看Matlab的真實(shí)面目。Matlab命令窗口主要得Matlab命令可以在此鍵入執(zhí)行。相當(dāng)于Dos窗口快捷工具欄工作變量窗口(Workspace)工作目錄窗口在命令窗口敲入helpname，可得到幫助新建M文件的方式所有Matlab的程序都是由*.m的文件存放的，并且可以在命令窗口執(zhí)行。 1、變量、變量 MATLAB中變量的命名規(guī)則命名規(guī)則是：（1）變量名必須是不含空格的單個(gè)詞；（2）變量名區(qū)分大小寫；（3）變量名最多不超過19個(gè)字符；（4）變量名必須以字母打頭，之后可以是 任意字母

10、、數(shù)字或下劃線，變量名中 不允許使用標(biāo)點(diǎn)符號. 一、變一、變 量量 與與 函函 數(shù)數(shù)特殊變量取 值ans用于結(jié)果的缺省變量名pi圓周率eps計(jì)算機(jī)的最小數(shù)，當(dāng)和 1 相加就產(chǎn)生一個(gè)比1大的數(shù)flops浮點(diǎn)運(yùn)算數(shù)inf無窮大，如 1/0NaN不定量，如 0/0i，ji=j=1nargin所用函數(shù)的輸入變量數(shù)目nargout所用函數(shù)的輸出變量數(shù)目realmin最小可用正實(shí)數(shù)realmax最大可用正實(shí)數(shù)特殊變量表特殊變量表2、數(shù)學(xué)運(yùn)算符號及標(biāo)點(diǎn)符號、數(shù)學(xué)運(yùn)算符號及標(biāo)點(diǎn)符號+加法運(yùn)算，適用于兩個(gè)數(shù)或兩個(gè)同階矩陣相加.減法運(yùn)算*乘法運(yùn)算.*點(diǎn)乘運(yùn)算/除法運(yùn)算./點(diǎn)除運(yùn)算乘冪運(yùn)算.點(diǎn)乘冪運(yùn)算反斜杠表示左除

11、.（1）MATLAB的每條命令后，若為逗號逗號或或無標(biāo)點(diǎn)無標(biāo)點(diǎn)符號， 則顯示命令的結(jié)果；若命令后為分號分號，則禁止顯示結(jié)果. （2）“%” 后面所有文字為注釋. （3） “.”表示續(xù)行.函 數(shù)名 稱函 數(shù)名 稱sin(x)正弦函數(shù)asin(x)反正弦函數(shù)cos(x)余弦函數(shù)acos(x)反余弦函數(shù)tan(x)正切函數(shù)atan(x)反正切函數(shù)abs(x) 絕對值max(x) 最大值min(x) 最小值sum(x)元素的總和sqrt(x) 開平方exp(x)以 e為底的指數(shù)log(x)自然對數(shù))(log10 x以 10 為底的對數(shù)sign(x)符號函數(shù)fix(x)取整3、數(shù)學(xué)函數(shù)、數(shù)學(xué)函數(shù) 在MA

12、TLAB的命令窗口輸入命令時(shí)，執(zhí)行過的命的命令窗口輸入命令時(shí)，執(zhí)行過的命令就不能再更改，有時(shí)比較多的命令聯(lián)合起來完成一令就不能再更改，有時(shí)比較多的命令聯(lián)合起來完成一個(gè)任務(wù)，而其中一個(gè)輸入錯(cuò)誤就需要重新輸入，所以個(gè)任務(wù)，而其中一個(gè)輸入錯(cuò)誤就需要重新輸入，所以選擇將多個(gè)命令寫成一個(gè)文件，一起執(zhí)行選擇將多個(gè)命令寫成一個(gè)文件，一起執(zhí)行 函數(shù)文函數(shù)文件是文件名后綴為件是文件名后綴為M的文件。的文件。4、M文件文件M文件建立方法：文件建立方法：1. 在在Matlab中，點(diǎn)中，點(diǎn):File-New-M-file 2. 在編輯窗口中輸入程序內(nèi)容在編輯窗口中輸入程序內(nèi)容1、創(chuàng)建簡單的數(shù)組、創(chuàng)建簡單的數(shù)組二、數(shù)二

13、、數(shù) 組組x=a b c d e f 創(chuàng)建包含指定元素的行向量x=first：last （x=3:6) 創(chuàng)建從first開始，加1計(jì)數(shù)，到last結(jié)束的行向量x=first：increment：last (x=2:2:8) 創(chuàng)建從first開始，加increment計(jì)數(shù)，last結(jié)束的行向量x=linspace(first，last，n） (x=linspace(1，17，7） ) 創(chuàng)建從first開始，到last結(jié)束，有n個(gè)元素的行向量 2、 數(shù)組元素的訪問數(shù)組元素的訪問（3）直接使用元素編址序號直接使用元素編址序號. x(a b c d) 表示提取數(shù)組x的第a、b、c、d個(gè)元素構(gòu)成一個(gè)新的

14、數(shù)組x(a) x(b) x(c) x(d). （2）訪問一塊元素訪問一塊元素： x(a ：b ：c)表示訪問數(shù)組x的從第a個(gè)元素開始，以步長為b到第c個(gè)元素（但不超過c），b可以為負(fù)數(shù)，b缺損時(shí)為1. （1）訪問一個(gè)元素訪問一個(gè)元素： x(i)表示訪問數(shù)組x的第i個(gè)元素. 3 3、數(shù)組的方向、數(shù)組的方向 前面例子中的數(shù)組都是一行數(shù)列，是行方向分布前面例子中的數(shù)組都是一行數(shù)列，是行方向分布的的. 稱之為稱之為行向量行向量. 數(shù)組也可以是數(shù)組也可以是列向量列向量，它的數(shù)組操，它的數(shù)組操作和運(yùn)算與行向量是一樣的，唯一的區(qū)別是結(jié)果以列作和運(yùn)算與行向量是一樣的，唯一的區(qū)別是結(jié)果以列形式顯示形式顯示. 產(chǎn)

15、生列向量有兩種方法：產(chǎn)生列向量有兩種方法： 直接產(chǎn)生直接產(chǎn)生 例例 c=1；2；3；4 轉(zhuǎn)置產(chǎn)生轉(zhuǎn)置產(chǎn)生 例例 b=1 2 3 4; c=b 說明：以說明：以空格空格或或逗號逗號分隔的元素指定的是不同列分隔的元素指定的是不同列的元素，而以的元素，而以分號分號分隔的元素指定了不同行的元素分隔的元素指定了不同行的元素. 4、數(shù)組的運(yùn)算、數(shù)組的運(yùn)算 （1）標(biāo)量）標(biāo)量-數(shù)組運(yùn)算數(shù)組運(yùn)算 數(shù)組對標(biāo)量的加、減、乘、除、乘方是數(shù)組的每個(gè)數(shù)組對標(biāo)量的加、減、乘、除、乘方是數(shù)組的每個(gè)元素對該標(biāo)量施加相應(yīng)的加、減、乘、除、乘方運(yùn)算元素對該標(biāo)量施加相應(yīng)的加、減、乘、除、乘方運(yùn)算. 設(shè)：設(shè)：a=a1,a2,an, c

16、=標(biāo)量標(biāo)量則：則：a+c=a1+c,a2+c,an+c a.*c=a1*c,a2*c,an*c a./c= a1/c,a2/c,an/c(右除）右除） a.c= c/a1,c/a2,c/an (左除）左除） a.c= a1c,a2c,anc c.a= ca1,ca2,can （2）數(shù)組）數(shù)組-數(shù)組運(yùn)算數(shù)組運(yùn)算 當(dāng)兩個(gè)數(shù)組有相同維數(shù)時(shí)，加、減、乘、除、當(dāng)兩個(gè)數(shù)組有相同維數(shù)時(shí)，加、減、乘、除、冪運(yùn)算可按冪運(yùn)算可按元素對元素元素對元素方式進(jìn)行的，不同大小或維方式進(jìn)行的，不同大小或維數(shù)的數(shù)組是不能進(jìn)行運(yùn)算的數(shù)的數(shù)組是不能進(jìn)行運(yùn)算的. 設(shè)：設(shè)：a=a1,a2,an, b=b1,b2,bn則：則：a+b=

17、 a1+b1,a2+b2,an+bn a.*b= a1*b1,a2*b2,an*bn a./b= a1/b1,a2/b2,an/bn a.b=b1/a1,b2/a2,bn/an a.b=a1b1,a2b2,anbn三、三、 矩矩 陣陣 逗號逗號或或空格空格用于分隔某一行的元素，用于分隔某一行的元素，分號分號用于區(qū)分用于區(qū)分不同的行不同的行. 除了分號，在輸入矩陣時(shí)，按除了分號，在輸入矩陣時(shí)，按Enter鍵也表鍵也表示開始一新行示開始一新行. 輸入矩陣時(shí)，嚴(yán)格要求所有行有相同的輸入矩陣時(shí)，嚴(yán)格要求所有行有相同的列列. 例例 m=1 2 3 4 ；5 6 7 8；9 10 11 12 p=1 1

18、1 1 2 2 2 2 3 3 3 31、矩陣的建立、矩陣的建立特殊矩陣特殊矩陣的建立：. d=eye(m，n) 產(chǎn)生一個(gè)產(chǎn)生一個(gè)m行、行、n列的單位矩陣列的單位矩陣c=ones(m，n) 產(chǎn)生一個(gè)產(chǎn)生一個(gè)m行、行、n列的元素列的元素 全為全為1的矩陣的矩陣b=zeros(m，n) 產(chǎn)生一個(gè)產(chǎn)生一個(gè)m行、行、n列的零矩陣列的零矩陣 a= 產(chǎn)生一個(gè)空矩陣，當(dāng)對一項(xiàng)操作無結(jié)產(chǎn)生一個(gè)空矩陣，當(dāng)對一項(xiàng)操作無結(jié) 果時(shí)，返回空矩陣，空矩陣的大小為零果時(shí)，返回空矩陣，空矩陣的大小為零. 2、矩陣中元素的操作、矩陣中元素的操作（1）矩陣）矩陣A的第的第r行：行：A（r，：），：）（2）矩陣）矩陣A的第的第r列

19、：列：A（：，（：，r）（4）取矩陣）取矩陣A的第的第i1i2行、第行、第j1j2列構(gòu)成新矩陣列構(gòu)成新矩陣:A(i1:i2, j1:j2)（5）以逆序提取矩陣）以逆序提取矩陣A的第的第i1i2行，構(gòu)成新矩陣行，構(gòu)成新矩陣:A(i2:-1：i1，：），：）（6）以逆序提取矩陣）以逆序提取矩陣A的第的第j1j2列，構(gòu)成新矩陣列，構(gòu)成新矩陣:A(:, j2:-1：j1 ）（7）刪除）刪除A的第的第i1i2行，構(gòu)成新矩陣行，構(gòu)成新矩陣:A(i1:i2，：，：)= （8）刪除）刪除A的第的第j1j2列，構(gòu)成新矩陣列，構(gòu)成新矩陣:A(：，：， j1:j2)= （9）將矩陣）將矩陣A和和B拼接成新矩陣：拼接

20、成新矩陣：A B；A；B（3）依次提取矩陣）依次提取矩陣A的每一列，將的每一列，將A拉伸為一個(gè)列向量：拉伸為一個(gè)列向量：A（：）（：） （2）矩陣）矩陣-矩陣運(yùn)算矩陣運(yùn)算 1 元素對元素元素對元素的運(yùn)算，同數(shù)組的運(yùn)算，同數(shù)組-數(shù)組運(yùn)算。數(shù)組運(yùn)算。 3、矩陣的運(yùn)算、矩陣的運(yùn)算（1）標(biāo)量）標(biāo)量-矩陣運(yùn)算矩陣運(yùn)算 同標(biāo)量同標(biāo)量-數(shù)組運(yùn)算。數(shù)組運(yùn)算。 2矩陣運(yùn)算：矩陣運(yùn)算：矩陣加法：矩陣加法：A+B矩陣乘法：矩陣乘法：A*B方陣的行列式：方陣的行列式：det（A）方陣的逆：方陣的逆：inv（A）方陣的特征值與特征向量：方陣的特征值與特征向量：V，D=eigA關(guān)系與邏輯運(yùn)算關(guān)系與邏輯運(yùn)算 1、關(guān)系操作符

21、、關(guān)系操作符關(guān)關(guān)系系操操作作符符說說明明小小于于大大于于=大大于于或或等等于于= =等等于于=不不等等于于2、邏輯運(yùn)算符邏輯運(yùn)算符邏邏輯輯操操作作符符說說明明與與或或非非1、for循環(huán)：循環(huán)：允許一組命令以固定的和預(yù)定的次數(shù)重復(fù)允許一組命令以固定的和預(yù)定的次數(shù)重復(fù) for x=array commands end 在在for和和end語句之間的命令串語句之間的命令串commands按數(shù)組（按數(shù)組（array）中的每一列執(zhí)行一次中的每一列執(zhí)行一次. 在每一次迭代中，在每一次迭代中，x被指定為數(shù)組的下一列被指定為數(shù)組的下一列，即在第，即在第n次循環(huán)中，次循環(huán)中，x=array(：，：，n)控制流控制流MATLAB提供三種決策或控制流結(jié)構(gòu)：提供三種決策或控制流結(jié)構(gòu)： for循環(huán)、