第1章--MATLAB操作基础1.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,*,第,1,章,MATLAB,操作基础,1.1 MATLAB,概述,1.2 MATLAB,的运行环境与安装,1.3 MATLAB,集成环境,1.4 MATLAB,帮助系统,第,1,章,MATLAB,操作基础,1.1 MATLAB,概述,1.2 MATLAB,的运行环境与安装,1.3 MATLAB,集成环境,1.4 MATLAB,帮助系统,1.1 MATLAB,概述,70,年代后期，,Clever Moler,讲授线性代数课程时，编写的接口程序。取名为,MATLAB(,mat,rix,和,lab,oratory),矩阵实验室。作为教学辅助免费软件。,(,用,FORTRAN,编制,),80,年代初，,John Little,和,Clever Moler,等一起，用,C,语言开发了第二代专业版。具备了数值计算和数据图示化的功能。随后，他们成立了,MathWorks,公司，正式把,MATLAB,推向市场。,1.1.1 MATLAB,的发展,1984,年，,MATLAB,第,1,版,(DOS,版,)1992,年，,MATLAB4.0,版,1994,年，,MATLAB 4.2,版,1997,年，,MATLAB 5.0,版,1999,年，,MATLAB 5.3,版,2000,年，,MATLAB 6.0,版,2001,年，,MATLAB 6.1,版,2002,年，,MATLAB 6.5,版,2004,年，,MATLAB 7.0,版,2005,年，,MATLAB 7.1,版,2010,年，,MATLAB 7.11,版,1.1.1 MATLAB,的主要应用领域,1.,航空航天,/,国防工业,2.,汽车工业,3.,电信行业,4.,计算机外设开发,5.,教育,6.,科学研究,7.,金融财务,8.,管理科学,当然也包括我们光学工程中的应用（光栅）,例子：光栅,光栅衍射的公式为：,其中,x,为观察屏上点坐标，,D,为观察屏到光栅的垂直距离，,a,为光栅各缝的宽度，,d,为光栅常数，,d=a+b,，,b,是相邻狭缝的间距；,N,是光栅上狭缝的数目；,是光波波长。,a=0.01e-3;b=0.04e-3;d=a+b;D=1;N=8;,%,为光栅各个参数赋值,lamda=600e-9;%,光的波长,x=-0.2:0.0003:0.2;y=-1:0.03:1;%,屏上观察平面的大小,X,Y=meshgrid(x,y);%,组成数据网格,sinsita=X./(D2+X.2).0.5;%,计算,sin(,),arfa=pi*a*sinsita./lamda;%,计算,beita=pi*d*sinsita./lamda;%,计算,I=(sin(arfa).2./(arfa.2).*.,(sin(N.*beita).2./(sin(beita).2);%,相对光强分布,figure;%,开辟图形窗口,plot(x,I);%,画光强与观察点位置关系图,figure;view(0,90);%,新开图形窗口并在,xy,平面内观察,hold on,%colormap(gray);%,选择灰度色图,mesh(X,Y,I);%,绘制衍射图样,光强与位置的关系,光栅衍射的模拟图样,1.1.2 MATLAB,的主要功能,1,数值计算和符号计算功能,MATLAB,以矩阵作为数据操作的基本单位，还提供了十分丰富的数值计算函数。,MATLAB,和著名的符号计算语言,Maple,相结合，使得,MATLAB,具有符号计算功能。,2,绘图功能,MATLAB,提供了两个层次的绘图操作：一种是对图形句柄进行的低层绘图操作，另一种是建立在低层绘图操作之上的高层绘图操作。,3,编程语言,MATLAB,具有程序结构控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特征，而且简单易学、编程效率高。,4,MATLAB,工具箱,MATLAB,包含两部分内容：基本部分和各种可选的工具箱。,MATLAB,工具箱分为两大类：功能性工具箱和学科性工具箱。,1.1.3 Matlab,的主要特点,优点：,1.,编程容易,语言简洁紧凑，库函数极为丰富,(,被称为第四代计算机语言,),2.,图形功能强大,3.,工具箱,功能极为丰富的工具箱,4.,控制台和图形桌面完美结合,缺点,程序的执行速度较慢,(,不做编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行,),（计算器功能）,小结,MATLAB,不仅是科学家、工程技术人员必备的工具，也是大学生和研究生必须掌握的一门技能。,1.1.4,初识,MATLAB,例,1-1,计算器功能计算,:,在主命令窗口中输入,(15+10)/30.5+72,ans=,2.048845726811990e+002,例,1-2,学生成绩统计（平均分，成绩分布）在主窗口中输入：,a=70 65 80 59 87 92 76 84 60 88 55 95,len=length(a)%,矩阵长度（学生数）,ave=sum(a)/len%,总分,/,学生数,c=length(find(aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaabc=2,Warning:aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaabc exceeds MATLABs maximum name length of 63 characters and has been truncated to aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa.,(Type warning off MATLAB:namelengthmaxexceeded to suppress this warning.),aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa=,2,aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaef,Warning:aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaef exceeds MATLABs maximum name length of 63 characters and has been truncated to aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa.,(Type warning off MATLAB:namelengthmaxexceeded to suppress this warning.),aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa=,2,MATLAB,有一些预定义的变量，这些特殊的变量称为常量。,常用的常量,i,j,含义：虚数单位；,pi,含义：圆周率，,NaN,或,nan,含义：,Not-a-Number,，表示不是一个数,inf,含义：无穷大,realmax,含义：最大正实数,realmin,含义：最小正实数,例,1,：常量,pi,ans=,3.141592653589793e+000,例,2:,虚数单位,1+2i,ans=,1.0000+2.0000i,1+i2,?Undefined function or variable ia.,a=3,a=,3,1+2a,?1+2a,|,Error:Missing operator,comma,or semicolon.,例,3:,变量,ans,13*15,ans=,195,b=13*15,b=,195,常量的值被改变后怎么办？,定义变量时，应避免与常量名相同，以免改变这些常量的值，如果已改变了某个常量的值，可以通过“,clear+,常量名”命令恢复该常量的初始设定值。当然，重新启动,MATLAB,也可以恢复这些常量值。,例,4:,常量的改变与恢复,例：,pi=1,pi=,1,clear pi,pi,ans=,3.141592653589793e+000,clear all,命令可将工作空间中所有的变量清除。,2.1.2,数字变量,MATLAB,是以矩阵为基本运算单元的，而构成数值矩阵的基本单元是数字。,1.,数字变量的运算,对于简单的数字运算，可以直接在命令窗口中以平常惯用的形式输入，如：,258*369,ans=,95202,当表达式比较复杂或重复量出现次数较多时，更好的办法是,先定义变量,，再由变量表达式计算得到结果。,例,5,要求计算水在温度为,0,20,40,60,80,时的粘度，已知水的粘度随温度的变化公式为,:,其中 为水的粘度，值为：,1.78510,-3,muw0=1.785e-3;%,定义摄氏零度时的粘度值,a=0.03368;%,定义两常数,b=0.000221;,t=20;%,定义摄氏温度变量,muw=muw0/(1+a*t+b*t2)%,计算摄氏温度对应粘度值,muw=,1.0131e-003,说明,在例中,同一行为,%,以后的内容只起到注示的作用，对最终结果不产生任何影响。,当用户不想显示中间的计算结果时，可用“；”来结束一行的输入，则此时中间结果将不显示在屏幕上；当用户想再次查询此变量时，只需输入变量名。,在,MATLAB,中，一般代数表达式的输入就如同在纸上进行演算一样，如四则运算符就直接用,+,、,-,、*和,/,即可，所以，还有人称其为演算纸式的科学计算语言。,例如：,124+456,ans=,580,124*456,ans=,56544,MATLAB,中的乘方、开方运算可能和其他一些语言中有所不同，分别由,符号和函数来,sqrt,实现。,122,ans=,144,sqrt(ans),ans=,12,也可用,符号来计算开方，及其它非平方根的情况。,122,ans=,144,ans0.5,ans=,12,注意：,用,符号计算，返回的只是第一象限的结果。,(8)(1/3),ans=,2,ans=,1.0000+1.7321i,说明,由于单纯数字的运算在用,MATLAB,解决计算问题时很少用到，且很多功能函数已融入矩阵运算和数组运算当中，因此，将在以后详细介绍相关内容。这里只提醒大家一点，,注意计算中的顺序和优先级问题,，一般说来，,和,sqrt,的优先级最高，*、,/,次之，,+,、,-,的优先级最低。,例,:,1+2*34,ans=,163,1.1.6,计算结果的图形表示例,1,：画出衰减振荡曲线 及其它的包络线,。,t,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,例,1.3.4-2】,画出,所表示的三维曲面（图,1.3-4,）。,其中,x,，,y,的取值范围是,-8,，,8,clear;,x=-8:0.5:8;%,定义自变量,x,y=x;%,定义自变量,y,X=ones(size(y)*x;%,计算自变量平面上取值点,x,坐标的二维数组,Y=y*ones(size(x);%,计算自变量平面上取值点,y,坐标的二维数组,R=sqrt(X.2+Y.2)+eps;%,计算中间变量,Z=sin(R)./R;%,计算与自变量二维数组相应的函数值,surf(X,Y,Z);%,绘制三维网络图,colormap(cool)%,指定网络图用,cool,色图绘制,xlabel(x),ylabel(y),zlabel(z),1.2 MATLAB,的运行环境与安装,1.2.1 MATLAB,的运行环境,硬件环境：,(1)CPU(2),内存,(3),硬盘,(4)CD-ROM,驱动器和鼠标。软件环境：,(1)Windows 98/NT/2000,或,Windows XP(2),其他软件根据需要选用,1.2.2 MATLAB,的安装,安装,MATLAB 6.5,系统，需运行系统自带的安装程序,setup.exe,，可以按照安装提示依次操作。,1.3 MATLAB,集成环境,1.3.1,启动与退出,MATLAB,集成环境,1,MATLAB,系统的启动与一般的,Windows,程序一样，启动,MATLAB,系统有,3,种常见方法：,(1),使用,Windows“,开始”菜单。,(2),运行,MATLAB,系统启动程序,matlab.exe,。,(3),利用快捷方式。,启动,MATLAB,后，将进入,MATLAB 6.5,集成环境。,MATLAB 6.5,集成环境包括,MATLAB,主窗口、命令窗口,(Command Window),、工作空间窗口,(Workspace),、命令历史窗口,(Command History),、当前目录窗口,(Current Directory),和启动平台窗口,(Launch Pad),。,当,MATLAB,安装完毕并首次启动时，展现在屏幕上的界面为,MATLAB,的默认界面，如右图所示。,主命令窗口,编辑窗口,编辑窗口,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。,1.3.2,主窗口,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。,1,菜单栏在,MATLAB 6.5,主窗口的菜单栏，共包含,File,、,Edit,、,View,、,Web,、,Window,和,Help 6,个菜单项。,(1)File,菜单项：,File,菜单项实现有关文件的操作。,(2)Edit,菜单项：,Edit,菜单项用于命令窗口的编辑操作。,(3)View,菜单项：,View,菜单项用于设置,MATLAB,集成环境的显示方式。,(4)Web,菜单项：,Web,菜单项用于设置,MATLAB,的,Web,操作。,(5)Window,菜单项：主窗口菜单栏上的,Window,菜单，只包含一个子菜单,Close all,，用于关闭所有打开的编辑器窗口，包括,M-file,、,Figure,、,Model,和,GUI,窗口。,(6)Help,菜单项：,Help,菜单项用于提供帮助信息。,2,工具栏,MATLAB 6.5,主窗口的工具栏共提供了,10,个命令按钮。这些命令按钮均有对应的菜单命令，但比菜单命令使用起来更快捷、方便。,1.3.3,命令窗口,命令窗口是,MATLAB,的主要交互窗口，用于输入命令并显示除图形以外的所有执行结果。,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。,一般来说，一个命令行输入一条命令，命令行以回车结束。但一个命令行也可以输入若干条命令，各命令之间以逗号分隔，若前一命令后带有分号，则逗号可以省略。例如,p=15,m=35p=15;m=35,表达式后带分号的，结果将不输出,如果一个命令行很长，一个物理行之内写不下，可以在第一个物理行之后加上,3,个小黑点并按下回车键，然后接着下一个物理行继续写命令的其他部分。,3,个小黑点称为续行符，即把下面的物理行看作该行的逻辑继续。,按方向键中的上下键，可调出已输入的命令,举例,1+2+3,.,+4,ans=,10,1+2+3+,.,4,ans=,10,命令窗口的操作要旨,1.3.3.4,缺省显示方式,6.0,版本所有字符和数码都是同一颜色（黑色）,6.5,版本对字符和数码分类采用不同的颜色，更为醒目。,缺省时：,if,，,for,：蓝色,指令，表达式和计算结果：黑色,字符串：赭红色,计算结果以短（,short,）格式显示，,注意：不要认为计算结果的精度就是显示结果的精度，实际的存储和运行都是以双精度进行,sqrt(2),ans=,1.4142,MATLAB,语言中数值有多种显示形式。在缺省情况下，若数据为整数，则就以整型表示；若为实数，则以保留小数点后,4,位的浮点数表示。,在,MATLAB,语言中所有的数据均按由,IEEE,浮点标准规定的长型格式存储，数值的有效范围为,10,-308,10,308,(realminrealmax),1.3.4,工作空间窗口,(),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。,1.3.5,当前目录窗口和搜索路径,1,当前目录窗口当前目录是指,MATLAB,运行文件时的工作目录，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。在当前目录窗口中可以显示或改变当前目录，还可以显示当前目录下的文件并提供搜索功能。将用户目录设置成当前目录也可使用,cd,命令。例如，将用户目录,c:mydir,设置为当前目录，可在命令窗口输入命令：,cd c:mydir,2,MATLAB,的搜索路径当用户在,MATLAB,命令窗口输入一条命令后，,MATLAB,按照一定次序寻找相关的文件。基本的搜索过程是：,(1),检查该命令是不是一个变量。,(2),检查该命令是不是一个内部函数。,(3),检查该命令是否当前目录下的,M,文件。,(4),检查该命令是否,MATLAB,搜索路径中其他目录下的,M,文件。,用户可以将自己的工作目录列入,MATLAB,搜索路径，从而将用户目录纳入,MATLAB,系统统一管理。设置搜索路径的方法有：,(1),用,path,命令设置搜索路径。例如，将用户目录,c:mydir,加到搜索路径下，可在命令窗口输入命令：,path(path,c:mydir),(2),用对话框设置搜索路径 在,MATLAB,的,File,菜单中选,Set Path,命令或在命令窗口执行,pathtool,命令，将出现搜索路径设置对话框。通过,Add Folder,或,Add with Subfolder,命令按钮将指定路径添加到搜索路径列表中。在修改完搜索路径后，则需要保存搜索路径,。,1.3.6,命令历史记录窗口,在默认设置下，历史记录窗口中会自动保留自安装起所有用过的命令的历史记录，并且还标明了使用时间，从而方便用户查询。而且，通过双击命令可进行历史命令的再运行。如果要清除这些历史记录，可以选择,Edit,菜单中的,Clear Command History,命令。,1.3.7,主命令窗口,主命令窗口可以帮助用户方便地打开和调用,MATLAB,的各种程序、函数和帮助文件。主窗口左下角还有一个,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。,1.4 MATLAB,帮助系统,1.4.1,帮助窗口,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。,Helpdesk,窗口,帮助系统提供关于,MATLAB,操作、函数等详尽的介绍。,其中，对函数的介绍非常全面,(,包括原理、使用,),，并且给出例子。,部分函数及功能有,演示。,1.4.2,简单帮助命令,MATLAB,帮助命令包括,help,、,lookfor,以及模糊查询。,1,help,命令在命令窗口中输入”,help,空格 函数名”,显示该函数的帮助说明。,只输入,help,命令将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。,例,1,：,help sin,SIN Sine.,SIN(X)is the sine of the elements of X.,Overloaded methods,help sym/sin.m,例,2:,help log,LOG Natural logarithm.,LOG(X)is the natural logarithm of the elements of X.,Complex results are produced if X is not positive.,See also LOG2,LOG10,EXP,LOGM.,Overloaded methods,help sym/log.m,2,lookfor,命令,lookfor,命令对搜索范围内的,M,文件进行关键字搜索，条件比较宽松。,lookfor,命令只对,M,文件的第一行进行关键字搜索。若在,lookfor,命令加上,-all,选项，则可对,M,文件进行全文搜索。,3,模糊查询,MATLAB 6.0,以上的版本提供了一种类似模糊查询的命令查询方法，用户只需要,输入命令的前几个字母，然后按,Tab,键,，系统就会列出所有以这几个字母开头的命令。,1.4.3,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。,1.4.4,远程帮助系统,在,MathWorks,公司的主页,(),上可以找到很多有用的信息，国内的一些网站也有丰富的信息资源。,MATLAB,的终止,1.,菜单,2.,在主窗口中输入,:,exit,或,quit,上机练习,1.,熟悉,MATLAB,环境及基本命令,(,用,help lookfor,命令查找对数函数用法,),2.,简单计算,:,2.,试解方程：,x,2,+2x+1=0(,提示：用,roots,函数,),3.,计算积分,:,其中,a,分别取值为：,pi/4,，,pi/2,，,pi,，,2*pi,。,（提示：,quad(,积分表达式，积分区间,),4.,验证本次课程的例子,