Matlab初步教程課件

1、第一章 Matlab6.5概述 Matlab名字的產(chǎn)生應(yīng)該追溯到兩個美文單詞：Matrix和Laboratory。20世紀70年代后期，美國新墨西哥大學計算機主任Cleve Moler教授為了便于教學，為Linpack和Eispack兩個軟件包編寫了接口程序，從而為學生編寫FORTRAN程序減輕負擔，此即MATLAB的萌芽。 1984年，成立MATH WORKS公司，并把MATLAB正式推向市場。MATHEMATICAMATHCAD第1頁，共39頁。Matlab6.5概述 在當前30多個教學類科技應(yīng)用軟件中，就數(shù)學處理功能而言，可分為兩個大類：1）數(shù)值計算型軟件 ： 如MATLAB、XMATH

2、、GAUSS等 2）數(shù)學分析型軟件 ： MATHEMATICA、MAPLE 第2頁，共39頁。Matlab6.5概述該軟件的缺點： 由于Matlab的程序不用編譯等預(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件。程序?qū)儆诮忉寛?zhí)行，所以程序的執(zhí)行速度較慢，另外由于該軟件運行過程中對賦值后的變量未作處理前，變量常駐內(nèi)存，因而程序運行到一定程度會消耗很大的內(nèi)存空間。在圖形界面編程能力方向該軟件和Visual C +和Visual Basic等可視化編程軟件相比功能相對較差。第3頁，共39頁。MATLAB的安裝和內(nèi)容選擇組件名稱功用1、必須選擇的本原性組件MATLAB這是最核心的部分。2、最常選的通用性工具包組件Symb

3、olic Math符號類數(shù)據(jù)的操作和計算3、其他通用性工具包組件SimulinkOptimizationMatlab CompilerMatlab C/C+ Math libraryMatlab C/C+ Graphic Library建模和仿真求函數(shù)零點、極值、等優(yōu)化編輯與Matlab Compiler配合與Matlab Compiler配合4、常用專業(yè)性工具包組件Control SystemSignal ProcessingSplineStatistics控制問題信號處理樣條和插值函數(shù)統(tǒng)計分析5、其它專業(yè)性工具包組件StateflowSystem Identification與Simuli

4、nk配合使用，動態(tài)系統(tǒng)識別第4頁，共39頁。第二章 Matlab6.5初步知識2.1Matlab的啟動1點擊桌面上的Matlab6.5快捷圖標2通過打開開始菜單的程序選項選擇Matlab6.5的程序選項3在Matlab6.5binwin32文件類中的Matlab.exe.建議優(yōu)先采用方法一。 第5頁，共39頁。Matlab6.5初步知識2.2Desktop工具界面簡介 默認情況下，Matlab6.5工作界面包括6個窗口：主窗口、命令窗口、命令歷史記錄窗口、當前目錄窗口、工作空間窗口和發(fā)行說明窗口。 該界面的上層鋪放著3個最常用的界面：指令窗（命令窗口Command window） 歷史指令窗（

5、command History）,工作空間瀏覽器（Workspace Browser）。還有一個當前目錄窗口（current Directory）鋪放在桌面下層。 第6頁，共39頁。Matlab6.5初步知識1、command window2、command history3、current directory4、workspace browser和array editor5、lunch pad6、editor/debugger7、Help Navigator/Browser第7頁，共39頁。Matlab6.5初步知識2.2.2Command Window入門1、簡介2、計算器功能3、數(shù)值、變

6、量、表達式（與其它語言類似，特別留意復數(shù)表示，自學）4、數(shù)值計算結(jié)果的顯示格式5、指令行的標點符號(，。；：（）_.)第8頁，共39頁。Matlab6.5初步知識2.2.4其它操作界面Command History, Current directory, Workspace Browser, Array Editor, Launch Pad,Editor/Debugger和教本編寫初步第9頁，共39頁。Matlab6.5初步知識2.3Matlab6.5的幫助系統(tǒng)1、純文本幫助（help help）2、導航/瀏覽器交互界面幫助(navigator)3、PDF幫助(documentation)第1

7、0頁，共39頁。Matlab6.5初步知識2.4引導【例2.1-1】繪制函數(shù) 在 時的曲線。x=0:0.1:1y=x.*exp(-x)plot(x,y,xlabel(x),ylabel(y),title(y=x*exp(-x) 第11頁，共39頁。Matlab6.5初步知識2.5一維數(shù)組的創(chuàng)建和尋訪1）逐個元素輸入法 x=2 3 4 52）冒號生成法 x=1:1:103）定數(shù)線性采樣法 x=linspace(a,b,n)4）定數(shù)對數(shù)采樣法 x=logspace(a,b,n)第12頁，共39頁。Matlab6.5初步知識2.6二維數(shù)組的創(chuàng)建和標識1）直接輸入法 a=1 2 3; 4 5 6;7

8、8 92）利用M文件創(chuàng)建和保存數(shù)組 MyMatrix.m Creation and preservation of matrix AMAM=101,102,103,104,105,106,107,108,109;. 201,202,203,204,205,206,207,208,209;. 301,302,303,304,305,306,307,308,309;3）“全下標”標識a(1,2)=2a(m,n)表示第m行第n列的元素第13頁，共39頁。Matlab6.5初步知識2.7執(zhí)行數(shù)組運算的常用函數(shù)(p46)2.8數(shù)組運算和矩陣運算(p48)自學第14頁，共39頁。第三章 Matlab6.5

9、程序設(shè)計語言 用Matlab編程語言編寫的可以在Matlab工作空間中運行的程序，稱為M文件。 M文件根據(jù)調(diào)用方式的不同分為兩類：命令文件和函數(shù)文件。第15頁，共39頁。Matlab6.5程序設(shè)計語言例如：用Matlab語言來定義一個函數(shù)， 并計算x = 1時，y的值。 1）采用命令文件直接計算函數(shù)值建立文件f.mX=1;Y= x2 2 * x + 3 第16頁，共39頁。Matlab6.5程序設(shè)計語言2)采用函數(shù)文件定義函數(shù)f(x)a.建立函數(shù)文件f.m function y = f(x) y = x2 2 * x + 3 b.在命令窗口鍵入x=1;y=f(x)第17頁，共39頁。Matla

10、b6.5程序設(shè)計語言兩者的區(qū)別 ： 命令文件不需要輸入?yún)?shù)，也不返回輸出參數(shù)，它是命令的疊加 。命令文件對空間中的變量進行操作 。 函數(shù)文件通常包含輸入?yún)?shù)，也可以返回輸出參數(shù)，它還能解決參數(shù)傳遞和出數(shù)調(diào)用的問題，第一句必須以function的引導。函數(shù)文件的變量為局域變量 第18頁，共39頁。Matlab6.5程序設(shè)計語言函數(shù)文件的格式：function a,b,c = funexm (x,y,z) 輸出參數(shù) 函數(shù)名 輸入?yún)?shù) ( 若沒有輸出參數(shù)時，輸出參數(shù)為空，或用空的中括號表示)function funexm (x)function = funexm (x)*注意：不識別漢字文件名第19

11、頁，共39頁。第四章 數(shù)值計算一、插值和樣條 Matlab6.5提供的插值指令有6條，這里只介紹一維插值。命令：Method 具體取名有：linear：線性插值，作為缺省設(shè)置cubic：三次多項式插值spline：三次樣條插值nearst：最近鄰插值（同最近鄰點的值相等）x,y已知的基準數(shù)據(jù)x1待插值點Method插值方法第20頁，共39頁。 例1：p62例題5 (p62exp5.m) 已知丙苯粘度隨溫度變化的四點數(shù)據(jù) T 40 45 55 75 0.68 0.64 0.56 0.45求70度的粘度。x=40 45 55 75;y=0.68 0.64 0.56 0.45;x1=70y1=int

12、erp1(x,y,x1,cubic)plot(x,y,b,x,y,o,x1,y1,*)第21頁，共39頁。第四章 數(shù)值計算二、多項式擬合和非線性最小二乘法1、多項式的表示： 例如：p=1 -5 6 8poly2sym(p) % (將多項式向量表示為符號表達式形式)第22頁，共39頁。第四章 數(shù)值計算2、多項式的值p=1 2 3 4 5;b=2 2; 3 3polyval(p,b) (對每個元素進行計算，把x=2,2,3,3分別代入計算)polyvalm(p,b)（按矩陣計算，把x=b矩陣代入計算）第23頁，共39頁。第四章 數(shù)值計算3、多項式的擬合 （exp3.m）例如：x=1 2 3 4 5

13、 6;y=1 4 9 16 24 35; p=polyfit(x,y,2)x1=1:0.1:6;y1=polyval(p,x1);plot(x,y,*,x1,y1,r)第24頁，共39頁。第四章 數(shù)值計算4、非線性參數(shù)擬合（非線性最小二乘估計）有兩種方法：fminsearch，lsqnonlin (marquadst麥夸托算法)1)假設(shè)被估參數(shù)不太多（比如，不超過5，6個），且對最小值點有較好的初試估計，fminsearch是優(yōu)先推薦使用的Matlab指令） 第25頁，共39頁。第四章 數(shù)值計算例如：x=0:0.2:4;y=15.135 9.0162 5.9249 4.115 3.2235 2

14、.5787 2.10121.7052 1.7500 1.4815 1.4026 1.3424 1.2808 1.1347 0.88330.8761 0.96520.8953 0.6840 0.7743 0.4731;a0=1 1 1 1options=optimset(fminsearch)a=fminsearch(exps,a0,options,x,y)function E=exps(a,x,y)Y=a(1)*exp(-a(3)*x)+a(2)*exp(-a(4)*x)E=sum(y-Y).2); X的列表數(shù)據(jù)y的列表數(shù)據(jù)第26頁，共39頁。第四章 數(shù)值計算2)Marquadst算法相關(guān)指令

15、：function E=lsqnonlinfun(a,x,y)Y=a(1)*exp(-a(3)*x)+a(2)*exp(-a(4)*x)E=Y-y;x=0:0.2:4y0=3*exp(-0.4*x)+12*exp(-3.2*x)y=y0+0.3*(rand(size(x)-0.5)a0=1 10 0.2 1options=optimset(lsqnonlin)a=lsqnonlin(lsqnonlinfun,a0,options,x,y)第27頁，共39頁。第四章 數(shù)值計算三、LU分解和恰定方程組的解1、LU分解 LU=PA （可理解為按列選主元） L，U，P=lu(A) P為倒置推導，為了保

16、證主元消去策略的實施，一般說來，必須對 被分解矩陣實施行置換。P含有行轉(zhuǎn)置信息。 當L,U=lu(a),L、U一般不是上三角和下三角矩陣 當L,U,P=lu(a)，L、U為三角矩陣2、AX=b 恰定方程組的解 X=Ab第28頁，共39頁。第四章 數(shù)值計算四、函數(shù)的零點1、多項式的根 對于 的多項式 p= roots(p)第29頁，共39頁。第四章 數(shù)值計算2、一元函數(shù)的零點 （非線性方程的根） 1）利用作圖指令獲取初步近似植。 2）求一元函數(shù)零點的精確指令 Z=fzero(fun,x0) 完整指令：z,f_z,exitflag,output=fzero(fun,x0,option,p1,p2,

17、)*注意：fzero只能求取一元連續(xù)函數(shù)穿越橫軸的零點，不會確定與x軸接觸而不穿越的零點，如sinx=0,(x-1)2=0第30頁，共39頁。第四章 數(shù)值計算例1：求 以 t為自變量的f(t)=0的根function y=fzeroexp(t,a,b) y=sin(t)2*exp(-a*t)-b*abs(t);a=0.1；b=0.5；t=-10:0.01:10；y = fzeroexp(t,a,b)plot(t,y,r); hold onplot(t , zeros(size(t) , k , xlabel(t) ; ylabel(y(t);hold offzoom ontt,yy=ginpu

18、t(5);zoom offt4,y4,exitflag = fzero (fzeroexp , tt(4) , , a , b )第31頁，共39頁。例2：教材P109例8。D=0:0.02:0.5y=fp109exp8(D)plot(D,y,r)hold onplot(D,zeros(size(D),k)tt,yy=ginput(1);D=fzero(fp109exp8,tt)function y=f(D)y=8820*D.5-2.31*D-0.6465;第32頁，共39頁。第四章 數(shù)值計算3、多元函數(shù)的零點 （非線性方程組求根） 有了初始零點后，求零點的精確解，可以借助fsolve進行，指令格式如下： x= fsolve (fun, x0) x , fval ,exitflag , output , Jacob = fsolve(fun,x0,options ，p1 , p2 , )第33頁，共39頁。第四章 數(shù)值計算例： 解二元方程組的零點 f1(x,y) =sin(x-y) = 0 f2(x,y)=cos(x+y) = 0function y=fsolveexp(x)y(1)=sin(x(1)-x(2) );