第1章Matlab概论.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,MATLAB,程序及应用,个人简介：,祝洪杰,zhjsdili.edu,机电楼,A413,学时分配：,总学时：,32,（其中理论课学时：,16,上机学时：,16,）,考试成绩：平时成绩占,30%,，期末考试成绩占,70%,。,第,1,章,MATLAB,概论,1.1 MATLAB,简介,1.2 MATLAB,环境的准备,1.3 MATLAB,操作界面（开发环境）,1.4 MATLAB,帮助系统,1.5 MATLAB,其他管理,教学目标,教学重点,第,1,章,MATLAB,概论,教学目标,介绍,MATLAB,的一些基本情况，让大家对该软件有一个整体的认识。它主要包括,MATLAB,的功能、发展历史以及,MATLAB,组成特点等。,介绍,MATLAB,的安装和操作界面，通过学习，用户将对其开发环境有一个直观的认识并能够熟练掌握操作技巧。,教学重点,了解,MATLAB,语言的基本功能和特点,初步认识,MATLAB,的操作界面,掌握,MATLAB,的路径搜索,掌握,MATLAB,的,M,文件编辑器的使用,1.1 MATLAB,简介,1.1.1 MATLAB,的发展,MATLAB,表示为,Matrix Laboratory,，最初是,1980,年前后,由,Cleve Moler,用,Fortran,语言设计的，有关矩阵的算法来 自,Linpack,和,Eispack,课题的研究成果；现在的,MATLAB,程序是,MathWorks,公司用,C,语言开发的。,是目前国际上最流行、应用最广泛的科学与工程计算软件。,广泛应用于自动控制、数学运算、数字信号分析、计算机技术、图像信号处理、财务分析、航天工业、汽车工业、生物医学工程、语音处理和雷达工程等行业；,国内外高校和研究部门科学研究的重要工具；,1.1 MATLAB,简介,1.1.1 MATLAB,的发展,1984,年，,MATLAB,第,1,版,(DOS,版,)1992,年，,MATLAB4.0,版,(,微机版，在,windows3.X,上使用,)1994,年，,MATLAB 4.2,版,(4.0,的扩充，在图形界面设计方面提供了新的方法,)2019,年，,MATLAB 5.0,版,(,更多的数据结构，,)2019,年，,MATLAB 5.3,版,(,最优化工具箱和,simulink3.0,版,)2000,年，,MATLAB 6.0,版,(,界面更合理,计算性能速度提高,与,C,语言接口及转换的兼容性更强，,simulink4.0)2019,年，,MATLAB 6.1,版,2019,年，,MATLAB 6.5,版,(simulink5.0,在计算方法、图形功能、用户界面设计、编程手段和工具等方面都有重大改进,)2019,年，,MATLAB 7.0,版,1.1 MATLAB,简介,1.1.2 MATLAB,的主要组成部分,1,、开发环境,由一组工具和组件组成,2,、,MATLAB,数学函数库,集成了丰富的数学函数库，其强大的计算能力覆盖了,从基本函数到高级函数的范围。,3,、,MATLAB,语言,它是一种以矩阵运算为基础的高级语言。,4,、图形功能,具有功能强大的图形系统，可以用高级命令和图形句,柄实现对所有图形对象的操作。,1.1 MATLAB,简介,1.1.2 MATLAB,的主要组成部分,5,、应用程序接口（,API,）,提供了应用程序接口库函数，允许用户使用像,C,语言,这样的高级语言与,MATLAB,连接，功能包括与,MATLAB,的动态连接、调用,MATLAB,作为运算引擎、读写,MAT,文,件等。,6,、工具箱,MATLAB,由基本部分和功能各异的工具箱组成。基本部分是,MATLAB,的核心，工具箱是扩展部分。,工具箱是用,MATLAB,的基本语句编成的各种子程序集，用于解决某一方面的专门问题或实现某一类的新算法。,l,MATLAB,有以下主要的工具箱：,控制系统工具箱,(Control System Toolbox),系统辨识工具箱,(System Identification Toolbox),信号处理工具箱,(Signal Processing Toolbox),神经网络工具箱,(Neural Network Toolbox),模糊逻辑控制工具箱,(Fuzzy Logic Toolbox),小波工具箱,(Wavelet Toolbox),模型预测控制工具箱,(Model Predictive Control Toolbox),通信工具箱,(Communication Toolbox),图像处理工具箱,(Image Processing Toolbox),频域系统辨识工具箱,(Frequency System Identification Toolbox),优化工具箱,(Optimization Toolbox),偏微分方程工具箱,(Partial Differential Equation Toolbox),财政金融工具箱,(Financial Toolbox),统计工具箱,(Statistics Toolbox),1.1 MATLAB,简介,1.1.3 MATLAB,的特点及功能,1,功能强大,(1),运算功能强大,MATLAB,的数值运算要素不是单个数据，而是矩阵，每个元素都可看作复数，运算包括加、减、乘、除、函数运算等；,通过,MATLAB,的符号工具箱，可以解决在数学、应用科学和工程计算领域中常常遇到的符号计算问题。,(2),功能丰富的工具箱,大量针对各专业应用的工具箱的提供，使,MATLAB,适,用于不同领域。,(3),文字处理功能强大,MATLAB,的,Notebook,为用户提供了强大的文字处理功,能，允许用户从,Word,访问,MATLAB,的数值计算和可视化,结果。,1.1 MATLAB,简介,1.1.3 MATLAB,的特点及功能,2,人机界面友好，编程效率高,语言规则与笔算式相似，命令表达方式与标准的数学表达式非常相近。,解释方式工作的,，键入算式无需编译立即得出结果，若有错误也立即做出反应，便于编程者立即改正。,3,强大而智能化的作图功能,工程计算的结果可视化，使原始数据的关系更加清晰明了；,多种坐标系；,能绘制三维坐标中的曲线和曲面。,1.1 MATLAB,简介,1.1.3 MATLAB,的特点及功能,4,可扩展性强,包括基本部分和工具箱两大部分，具有良好的可扩展,性，工具箱可以任意增减,。,还可以利用应用程序接口函,数与其他高级语言连接处理。,5,Simulink,动态仿真功能,MATLAB,的,Simulink,提供了动态仿真的功能，用户通,过绘制框图来模拟一个线性、非线性、连续或离散的系,统，通过,Simulink,能够仿真并分析该系统。,1.1 MATLAB,简介,1.1.4 MATLAB,功能演示,例,1.1,分别绘制函数曲线。,x=-2*pi:pi/180:2*pi;,plot(x,2.(-abs(x),:,x,sin(x),例,1.2,求方程,2x,5,-3x,3,+71x,2,-9x+13=0,的全部根。,p=2,0,-3,71,-9,13;,x=roots(p),例,1.3,求解线性方程组。,a=2,3,-1;8,2,3;45,3,9;,b=2;4;23;,x=inv(a)*b,例1.4 求积分,quad(x.*log(1+x),0,1),1.1.4 MATLAB,功能演示,1.1 MATLAB,简介,用四种方法描述,cos(x)*sin(y),图形,图像处理：离散余弦压缩,1.2 MATLAB,环境的准备,1.2.1 MATLAB,的安装,安装,MATLAB X.0,系统，需运行系统自带的,安装程序,setup.exe,。运行后，将进入,MATLAB,安装程序的欢迎对话框，用户可以按照安装提示,依次操作。,安装,MATLAB 7,必须具有由,Mathworks,公司提,供的合法个人使用许可，如果没有使用许可，用,户将无法安装,MATLAB,。,1.2.2 MATLAB,的启动与退出,1.2 MATLAB,环境的准备,1,MATLAB,系统的启动,启动,MATLAB,系统有,3,种常见方法：,(1),在,Windows,桌面，单击任务栏上的“开始”按,钮，选择“程序”菜单项，然后选择“,MATLAB,7.0”,程序选项。,(2),运行,MATLAB,系统启动程序,matlab.exe,。,(3),利用快捷方式。,2,MATLAB,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。,1.2 MATLAB,环境的准备,1.2.2 MATLAB,的启动与退出,1.3 MATLAB,操作界面,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。,补充：通用参数设置,1.3.1,主窗口,MATLAB 7.0,主窗口,命令窗口是,MATLAB,的主要交互窗口，可键入各种,MATLAB,的命令、函数和表达式，并显示除图形外的所有运算结果。,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。,1.3 MATLAB,操作界面,1.3.2,命令窗口,Command Window,(1),命令窗口中命令行的编辑,MATLAB,命令窗口不仅可以对输入的命令进行编辑和运行，而且可以对已输入的命令进行回调、编辑和重运行。,常用的键盘操作和快捷键,如表,1-2,所示,1.3 MATLAB,操作界面,1.3.2,命令窗口,Command Window,键盘按钮和快捷键,该操作的功能,键盘按钮和快捷键,该操作的功能,(Ctrl,p),调用上一行,Home(Ctrl,a),光标置于当前行开头,(Ctrl,n),调用下一行,End(Ctrl,e),光标置于当前行结尾,(Ctrl,b),光标左移一个字符,Esc(Ctrl,u),清除当前输入行,(Ctrl,f),光标右移一个字符,Del(Ctrl,d),删除光标处字符,Ctrl,光标左移一个单词,Backspace(Ctrl,h),删除光标前字符,Ctrl,光标右移一个单词,1.3 MATLAB,操作界面,1.3.2,命令窗口,Command Window,命 令,该命令的功能,命 令,该命令的功能,cd,显示或改变工作目录,hold,图形保持命令,clc,清除工作窗口，但不清除工作空间,load,加载指定文件的变量,clear,清除内存变量,pack,整理内存碎片,clf,清除图形窗口,path,显示搜索目录,diary,日志文件命令,quit,退出,MATLAB 7,dir,显示当前目录下文件,save,保存内存变量到指定文件,disp,显示变量或文字内容,type,显示文件内容,echo,工作窗信息显示开关,(2),常用的操作命令,1.3 MATLAB,操作界面,1.3.2,命令窗口,Command Window,(3),命令窗口中的标点符号,名称,符号,功能,空格,用于输入变量之间的分隔符以及数组行元素之间的分隔符。,逗号,用于要显示计算结果的命令之间的分隔符；用于输入变量之间的分隔符；用于数组行元素之间的分隔符。,分号,;,用于不显示计算结果命令行的结尾；用于不显示计算结果命令之间的分隔符；用于数组元素行之间的分隔符。,百分号,%,用于注释的前面，在它后面的命令不需要执行。,单引号,用于括住字符串。,方括号,用于构成向量和矩阵；用于函数输出列表。,续行号,用于把后面的行与该行连接以构成一个较长的命令。,1.3 MATLAB,操作界面,1.3.2,命令窗口,Command Window,【例】在命令窗口中使用不同的标点符号。,a=12.5,b=Hello,%,逗号表示分隔命令,单引号构成字符串,点号为小数点,c=1 2;3 4;5 6,%,表示构成矩阵,分号用来分隔行,空格用来分隔元素,d=a*.,%.,表示续行,注意：,以上的符号一定要在英文状态下输入，因为,MATLAB,不能识别中文标点符号,。,1.3 MATLAB,操作界面,1.3.2,命令窗口,Command Window,(4),数值计算结果的显示格式及设置,默认显示格式为：当数值为整数，以整数显示；当数值为实数，以小数后,4,位的精度近似显示，即以“短,(Short)”,格式显示；如果数值的有效数字超出了这一范围，则以科学计数法显示结果。,显示格式设置：选择菜单“,File”“Preferences”,，则会出现参数设置对话框；见表,1-3,数值的显示格式。,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。同时用不同的图,标表示矩阵、字符数组、单元数组、结构及符号,对象等变量类型。,1.3 MATLAB,操作界面,1.3.3,工作空间窗口,Workspace,1.3 MATLAB,操作界面,1.3.3,工作空间窗口,Workspace,(1),工作空间窗口中变量的操作,选中变量,右键,变量的字符显示,变量的图形显示,全部内存变量保存为,MAT,文,件,部分内存变量保存为,MAT,文件,删除部分内存变量,删除全部内存变量,1.3 MATLAB,操作界面,1.3.3,工作空间窗口,Workspace,(2),通过命令管理变量,save FileName,变量,1,变量,2,参数,load FileName,变量,1,变量,2,Who,:,查阅,MATLAB,内存变量变量名,Whos,：,查阅,MATLAB,内存变量变量名、大小、类型和字节数,clear,变量,1,变量,2,i=exist(X),省略变量表示所有变量,FileName,的文件扩展名为,.mat,1.3 MATLAB,操作界面,1.3.4,当前目录窗口和搜索路径,用来设置当前目录，可以随时显示当前目录下的,M,、,MAT,等文件的信息。,MATLAB,总默认地将文件存放在当前目录,.,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。,1.,当前目录窗口,Current Directory,(1),把用户目录设置成当前目录的方法有两种：,在当前目录设置区设置。在上图中或,MATLAB,界面工具栏的右边都有当前目录设置区，可以在“设置栏”中直接填写待设置的目录名。,通过命令设置,cd,%,显示当前目录,cd,目录,%,指定当前目录,cd.,%,指定上一级目录为当前目录,1.3 MATLAB,操作界面,1.3.4,当前目录窗口和搜索路径,1.,当前目录窗口,Current Directory,1.3 MATLAB,操作界面,1.3.4,当前目录窗口和搜索路径,1.,当前目录窗口,Current Directory,(2),文件详细列表区的主要应用功能,:,右键菜单,运行,M,文件,打开,M,文件,把,MAT,文件全部数据输入内存,把,MAT,文件部分数据输入内存,(3),当前目录窗口的属性设置,选择菜单“,File”“preferences”,1.3 MATLAB,操作界面,1.3.4,当前目录窗口和搜索路径,2.,MATLAB,的搜索路径,搜索路径是,MATLAB,定义的一系列文件路径的组合，缺省状态下包括当前路径和已安装的全部工具箱的路径，当程序或命令执行时，,MATLAB,在搜索路径中查找命令或程序运行所需的,M,文件和各种数据文件。以命令窗口为例，当输入一个字符串时，,MATLAB,基本的搜索过程是：,(1),在工作空间中搜索是否有以该字符串为变量名的变量，如果有，返回该变量的值。,(2),搜索是否有同名的,MATLAB,内部函数，如果有，执行该内部函数；,(3),在当前目录中查找与该字符串同名的,M,文件，如果有，执行该文件；,(4),在搜索目录中查找与该字符串同名的,M,文件，如果有，执行该文件；,如果都不是，则,MATLAB,发出错误信息。,注意：,(1),命令,“,exist”,、,“,which”,和,“,load”,执行时也都遵循,MATLAB,搜索步骤的先后次序。,(2),如果在搜索目录中存在多个同名内容，则只执行搜索路径中第一个内容，其他不执行。,1.3 MATLAB,操作界面,1.3.4,当前目录窗口和搜索路径,2.,MATLAB,的搜索路径,MATLAB,搜索路径的扩展和修改,当用户的某些目录不在搜索路径上，必须修改搜索路径。,(1),利用设置路径对话框修改搜索路径,在,MATLAB,界面选择菜单“,File”“Set Path”,命令。,在命令窗口运行“,pathtool”,命令。,(2),利用,path,命令设置搜索路径,path(path,新增目录,),%,在,MATLAB,的搜索路径的末尾添加新目录,path(path,c:MyDir),用来记录并显示已经运行过的命令、函数,和表达式。,历史命令窗口的功能：,复制命令,运行命令,写成,M,文件,1.3 MATLAB,操作界面,1.3.5,命令历史窗口,Command History,1.3 MATLAB,操作界面,1.3.6,M,文件编辑调试器窗口,MATLAB,的命令文件和函数文件都是扩展名为“,.m”,的文件，通常称之为,M,文件。,M,文件是一个文本文件，它可以用任何编辑程序来建立和编辑，而一般常用且最为方便的是使用,MATLAB,提供的,M,文件编辑器,。,1,、启动,MATLAB,文件编辑器的方法,(1),菜单操作。主窗口,File,菜单,-New-M-file,命令。,(2),命令操作。在,MATLAB,命令窗口输入命令,edit,。,(3),命令按钮操作。单击主窗口工具栏上的,New M-File,命令按钮。,(4),打开已有的,M,文件，同时,M,文件编辑器也打开。,1.3 MATLAB,操作界面,1.3.6,M,文件编辑调试器窗口,2,、,M,文件编辑器的编辑和调试功能,(1)Edit,菜单中的特别操作,(2)Debug(,调试,),和,Breakpoints(,断点,),的操作,3,、,M,文件编辑器的参数设置,MATLAB 7.0,的主窗口左下角有一个,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 MATLAB,操作界面,1.3.7 Start,菜单,1.4 MATLAB,帮助系统,进入帮助窗口可以通过以下,3,种方法：,(1),单击,MATLAB,主窗口工具栏中的,Help,按钮。,(2),在命令窗口中输入,helpwin,、,helpdesk,或,doc,。,(3),选择,Help,菜单中的“,MATLAB Help”,选项,。,1.4.1,帮助窗口,1,help,命令,用法：,help,%,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,help,帮助主题,%,列出指定主题下的函数,help,函数名,%,对所选函数的功能、调用格,式及相关函数给出说明,注意：,MATLAB,区分大小写。变量,A,和变量,a,表示的,是不同的变量，所有的命令和函数名都必须用小写。,1.4 MATLAB,帮助系统,1.4.2,帮助命令,2,lookfor,命令,当希望查找具有某种功能的函数但不知道该函数准确,名称时，,help,就无能为力了。为此，设计了,lookfor,命,令，它可以根据用户提供的完整或不完整的关键词，搜,索与该关键词有关的函数或命令。,用法：,lookfor topic,%,把在搜索中发现与关键字相匹配的所有,M,文件的,H1,行,(,第一行注释,),都显示出来,lookfor topic all,%,在所有,M,文件中搜索关键字,例：,lookfor integral,查找积分有关的函数,1.4 MATLAB,帮助系统,1.4.2,帮助命令,模糊查询方法：,用户可以只输入命令的前几个字,母，然后按,Tab,键，系统就会列出全部以这几个,字母开头的函数或文件名。,例：键入,plot,后按,tab,键，则列出所有以,plot,开头的函数。,1.4 MATLAB,帮助系统,1.4.3,模糊查询,1.4 MATLAB,帮助系统,1.4.4,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。,1.5 MATLAB,其他管理,文,1.5.1 MATLAB,用户文件格式,1.,程序文件,程序文件即,M,文件，其文件的,扩展名为,.m,，包括主程序和函数文件，,M,文件通过,M,文件编辑调试器生成。,MATLAB,的各工具箱中的函数大部分是,M,文件。,2.,数据文件,数据文件即,MAT,文件，其文件的,扩展名为,.mat,，用来保存工作空间的数据变量，数据文件可以通过在命令窗口中输入“,save”,命令生成。,3.,可执行文件,可执行文件即,MEX,文件，其文件的,扩展名为,.mex,，由,MATLAB,的编译器对,M,文件进行编译后产生，其运行速度比直接执行,M,文件快得多。,4.,图形文件,图形文件的,扩展名为,.fig,，,可以在“,File”,菜单中创建和打开，也可由,MATLAB,的绘图命令和图形用户界面窗口产生。,5.,模型文件,模型文件,扩展名为,.mdl,，是由,Simulink,工具箱建模生成的。另外，还有仿真文件,.s,文件。,1.5 MATLAB,其他管理,文,1.5.2,文件管理命令,what,：列出当前目录下的,M,、,MAT,、,MEX,文件清单,dir,：列出指定目录下的文件和子目录清单,dir,目录名,%,列出指定目录下的文件和子目录清单,type,文件名：,显示指定,M,文件的内容,which,文件名：,指出,M,文件、,MEX,文件、工作空间变量、内置函数或,Simulink,模型所在的目录,diary,：,把当前命令窗口中的所有内容,(,包括命令、计算结果等,),保存到日志文件中,diary(file)%,使用指定文件名创建日志文件,diary off%,暂停执行,diary,命令,diary on%,恢复执行,diary,命令并使用当前的,文件名,【例】在,MATLAB,的通用操作界面综合地作一个练习。,a=1 2 3;4 5 6;7 8 9;,b=1 1 1;2 2 2;3 3 3;,c=,计算,;,d=a+b*i,一个实例,练习,【,1,】先建立自己的工作目录，再将自己的工作目录设置到,MATLAB,搜索路径下。用,help,命令能查询到自己的工作目录吗？,【,2,】李明设计了一个程序文件,mygram.m,并将其保存到了,f:ppp,中，但在命令窗口中输入文件名,mygram,后，,MATLAB,系统提示：,?Undefined function or variable,mygram,.,试分析产生错误的原因并给出解决办法。,