Matlab軟件入門第一講

1、數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第1頁 Matlab軟件入門（第一講）數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第2頁 應(yīng)用概況MATLAB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)用軟件和開發(fā)環(huán)境。在歐美各高等院校，MATLAB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。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門，MATLAB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。 MATLAB建立在向量、數(shù)組和矩陣的基礎(chǔ)上，使用方便，人機(jī)界面直觀，輸出結(jié)果可視化。 矩陣是MATLAB的核心數(shù)

2、學(xué)建模工作室2022/7/28第3頁 最初MATLAB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LINPACK和EISPACK的接口程序，意思是“矩陣實(shí)驗(yàn)室”。 現(xiàn)在已經(jīng)成為MathWorks Inc.公司的一個(gè)系列產(chǎn)品：主包中有數(shù)百個(gè)高度優(yōu)化的內(nèi)部函數(shù)。 工具包(oolbox），又分為兩類： 功能性工具包和學(xué)科性工具包。數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第4頁 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)科性工具包是專業(yè)性比較強(qiáng)的，如：

3、優(yōu)化工具包(Optimization Toolbox)、生物信息工具包（Bioinformatics Toolbox）曲線擬合工具包（Curve Fitting Toolbox）、經(jīng)濟(jì)學(xué)工具包（Econometrics Toolbox）、遺傳算法工具包（Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具包（Neural Network Toolbox）、小波工具箱（Wavelet Toolbox）、控制工具包(Control Toolbox)、通信工具包(Communication Toolbox)、 圖象處理工具包(Image Proces

4、sing Toolbox)、統(tǒng)計(jì)工具包(Statistic Toolbox)等。數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第5頁 Matlab語言有如下特點(diǎn)：1編程效率高(注意不是程序運(yùn)行高效)2用戶使用方便3擴(kuò)充能力強(qiáng) 4語句簡單，內(nèi)涵豐富5高效方便的矩陣和數(shù)組運(yùn)算6方便的繪圖功能（5和6是最突出的）數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第6頁 MATLAB語言Matlab語言是一種面向科學(xué)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。 Matlab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

5、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)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)試程序的速度， 數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第7頁 最受人歡迎的特點(diǎn)開放性 除內(nèi)部函數(shù)外，所有MATLAB主包文件和各工具包文件都來是可改的源文件。用戶通過對源文件的修改，或加入自己編寫的文件去構(gòu)成新的專用工具包。 高版本的Matlab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，它一定能名符其實(shí)地成為“萬能演算紙式的”科學(xué)算法語言。 數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第8頁 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(W

6、orkspace)工作目錄窗口數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第9頁 在命令窗口敲入helpname，可得到幫助數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第10頁 數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第11頁 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。數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第12頁 數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第13頁 數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第14頁 1、變量 MATLAB中變量的命名規(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、數(shù)字

7、或下劃線，變量名中 不允許使用標(biāo)點(diǎn)符號. 一、變 量 與 函 數(shù)數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第15頁 特殊變量表數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第16頁 2、數(shù)學(xué)運(yùn)算符號及標(biāo)點(diǎn)符號（1）MATLAB的每條命令后，若為逗號或無標(biāo)點(diǎn)符號， 則顯示命令的結(jié)果；若命令后為分號，則禁止顯示結(jié)果. （2）“%” 后面所有文字為注釋. （3） “.”表示續(xù)行.數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第17頁 3、數(shù)學(xué)函數(shù)數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第18頁 在MATLAB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

8、寫成一個(gè)文件，一起執(zhí)行 函數(shù)文件是文件名后綴為M的文件。4、M文件M文件建立方法：1. 在Matlab中，點(diǎn):File-New-M-file 2. 在編輯窗口中輸入程序內(nèi)容數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第19頁 1、創(chuàng)建簡單的數(shù)組二、數(shù) 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

9、，17，7） ) 創(chuàng)建從first開始，到last結(jié)束，有n個(gè)元素的行向量數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第20頁 2、 數(shù)組元素的訪問（3）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)新的數(shù)組x(a) x(b) x(c) x(d). （2）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： x(i)表示訪問數(shù)組x的第i個(gè)元素. 數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第21頁 3、數(shù)組的方向 前面例子中的數(shù)組都是一行數(shù)列，是行方向分布的. 稱之為

10、行向量. 數(shù)組也可以是列向量，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)果以列形式顯示. 產(chǎn)生列向量有兩種方法： 直接產(chǎn)生 例 c=1；2；3；4 轉(zhuǎn)置產(chǎn)生 例 b=1 2 3 4; c=b 說明：以空格或逗號分隔的元素指定的是不同列的元素，而以分號分隔的元素指定了不同行的元素. 數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第22頁 4、數(shù)組的運(yùn)算 （1）標(biāo)量-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)元素對該標(biāo)量施加相應(yīng)的加、減、乘、除、乘方運(yùn)算. 設(shè)：a=a1,a2,an, c=標(biāo)量則：a+c=a1+c,a2+c,an+c a.*c=a1*c,a2*c,an*c a./c= a1/

11、c,a2/c,an/c(右除） a.c= c/a1,c/a2,c/an (左除） a.c= a1c,a2c,anc c.a= ca1,ca2,can 數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第23頁 （2）數(shù)組-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、冪運(yùn)算可按元素對元素方式進(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. 設(shè)：a=a1,a2,an, b=b1,b2,bn則：a+b= 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

12、數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第24頁 三、 矩 陣 逗號或空格用于分隔某一行的元素，分號用于區(qū)分不同的行. 除了分號，在輸入矩陣時(shí)，按Enter鍵也表示開始一新行. 輸入矩陣時(shí)，嚴(yán)格要求所有行有相同的列. 例 m=1 2 3 4 ；5 6 7 8；9 10 11 12 p=1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 31、矩陣的建立數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第25頁 特殊矩陣的建立：. d=eye(m，n) 產(chǎn)生一個(gè)m行、n列的單位矩陣c=ones(m，n) 產(chǎn)生一個(gè)m行、n列的元素 全為1的矩陣b=zeros(m，n) 產(chǎn)生一個(gè)m行、n列的零矩陣a= 產(chǎn)生一個(gè)空矩陣，當(dāng)對一項(xiàng)操作無

13、結(jié) 果時(shí)，返回空矩陣，空矩陣的大小為零. 數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第26頁 2、矩陣中元素的操作（1）矩陣A的第r行：A（r，：）（2）矩陣A的第r列：A（：，r）（4）取矩陣A的第i1i2行、第j1j2列構(gòu)成新矩陣:A(i1:i2, j1:j2)（5）以逆序提取矩陣A的第i1i2行，構(gòu)成新矩陣:A(i2:-1：i1，：）（6）以逆序提取矩陣A的第j1j2列，構(gòu)成新矩陣:A(:, j2:-1：j1 ）（7）刪除A的第i1i2行，構(gòu)成新矩陣:A(i1:i2，：)= （8）刪除A的第j1j2列，構(gòu)成新矩陣:A(：， j1:j2)= （9）將矩陣A和B拼接成新矩陣：A B；A；B（3）依次提

14、取矩陣A的每一列，將A拉伸為一個(gè)列向量：A（：）數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第27頁 （2）矩陣-矩陣運(yùn)算 1 元素對元素的運(yùn)算，同數(shù)組-數(shù)組運(yùn)算。 3、矩陣的運(yùn)算（1）標(biāo)量-矩陣運(yùn)算 同標(biāo)量-數(shù)組運(yùn)算。 2矩陣運(yùn)算：矩陣加法：A+B矩陣乘法：A*B方陣的行列式：det（A）方陣的逆：inv（A）方陣的特征值與特征向量：V，D=eigA數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第28頁 關(guān)系與邏輯運(yùn)算 1、關(guān)系操作符數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第29頁 2、邏輯運(yùn)算符數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第30頁 1、for循環(huán)：允許一組命令以固定的和預(yù)定的次數(shù)重復(fù) for x=array comma

15、nds end 在for和end語句之間的命令串commands按數(shù)組（array）中的每一列執(zhí)行一次. 在每一次迭代中，x被指定為數(shù)組的下一列，即在第n次循環(huán)中，x=array(：，n)控制流MATLAB提供三種決策或控制流結(jié)構(gòu)： for循環(huán)、while循環(huán)、if-else-end結(jié)構(gòu). 這些結(jié)構(gòu)經(jīng)常包含大量的MATLAB命令，故經(jīng)常出現(xiàn)在MATLAB程序中，而不是直接加在MATLAB提示符下. 例 對n=1,2,10,求xn= 的值數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第31頁 for n=1:10 x(n)=sin(n*pi/10);endx數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第32頁 while expression commands end 只要在表達(dá)式(expression)里的所有元素為真，就執(zhí)行while和end語句之間的命令串commands. 2、While循環(huán) 與for循環(huán)以固定次數(shù)求一組命令相反，while循環(huán)以不定的次數(shù)求一組語句的值. 例 設(shè)銀行年利率為11.25%。將10000元錢存入銀行，問多長時(shí)間會連本帶利翻一番？數(shù)學(xué)建模工作室2022/7/28第33頁 money=10000years=0while money1