MATLAB软件使用基础简介.pdf

Experiments in MathematicsMATLAB软件使用基础简介1.1 MATLAB软件使用入门1.2 MATLAB变量表达式与数据格式L3矩阵与数组1.4 M文件与程序设计1.5 MATLAB绘1.6 数据导入导出Harbin University of Science and TechnologyExperiments in MathematicsA MATLAB是Matrix Laboratory的缩写，是一种解释 式语言。简单易学、代码短小高效、计算功能强大、图形绘制和处理容易、可扩展性强。MATLAB是一个功能强大的常用数学软件,数值计算问题，符号演算问题，绘出各种函数图形。适用于W indows操作系统的MATLAB7.0版本Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics1.1 MATLAB软件使用入门1.1.1 MATLAB进入/退出1.1.2 MATLAB操作的注意事项1.1.3 MATLAB的帮助及演示功能Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics1.1.1 MATLAB进入/退出1l Windows Catalog。Windows Update国打开Office文档。设定程序访问和默认值高等数学Adobe Photos.落|新建Office文档iff?!MathType 57.00 MATLAB 7.0.1InternetInternet Explore电子超件Microsoft OfficeIlMFl Microsoft Office 2003|W|Adobe Reader 7 0Microsoft Office PowerPoint 2003Aw画图记事本MATLAB 7.0 1国厨国E国0 E E。&丑曲Mi crosoft 0i cePower Que st Parti ti onMagi c超星数字图书馆附件启动瑞星个人防火墙瑞星杀毒软件游戏Internet ExplorerOutlook ExpressWindows Medi PlayerWindows MessengerWindows Novi Maker远程协助回 UHG0 9.00 AdobeJava Web StartSite Translator 2.3Pj WixJIARy ci所有程序（D劣 Adob Photoshop Album 2.0 Starter Edition DnDu下载加速器Igl注销关闭计算机s图1.1Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics通过更改V i ew菜单选项显示不同的窗口模式。A图1.2的空白区域是MATLAB的工作区图L2Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics1.1.2 MATLAB操作的注意事项 在工作区输入MATLAB命令后，还须按下Enter键；MATLAB是区分字母大小写的；一般，每输入一个命令并按下Enter键，计算机就 会显示此次输入的执行结果；（以下用/表示回车或省略）如果不想显示此次输入的结果，在输入命令的后 面再加上一个分号”即可。如：x=2+3/x=5x=2+3;/不显示结果5Harbin University of Science and TechnologyExperiments in MathematicsA可输入字母，但标点符号必须在英文状态下书写;A不需要专门定义变量的类型，系统可以自动根据 表达式的值或输入的值来确定变量的数据类型；A命令行与M文件中的百分号“”标明注释。在语 句行“犷后面的语句被忽略而不被执行，在M文 件中“犷后面的语句可以用Help命令打印出来Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics1.1.3 MATLAB的帮助及演示功能.Help口回区Eile Edit Mi ew Go Favo rit es Deskt o p Windo w Help0Hel u Havigat orXg f G昌i Cont ent s iIndex Search DemosTit l P-MATLABV,1begin Here4MATLAB8 H Bfl 曾ASi Rel ease Not es ffi Inst al l at ion出 MATLABS1 Excel Link MATUKB Buil der for COM由 0 MATLAB Buil der for Excel&MATLAB Compil er国 0 MATLAB Report Generat or田&MATLAB Web Sen/er(i 多 Bioinformat ics Tool box(i Communicat ions Tool boxffi e Cont rol Syst em Tool box(i Curve Fit t ing Tool box(i Dat a Acquisit ion Tool boxS 0 Dat abase Tool box(i Dat afeed Tool box 田 Fil t er Design Tool box 田 Fil t er Design HDL Coder 囹 Financial Tool box国 Financial Derivat ives Tool boxffi 0 Financial Time Series Tool boxEi Fixed-Income Tool box(0 Fixed-Point Tool boxVFunct ions:Handl e Graphics:t By Cateqory Obiect Properties In Alphabetical OrderDocument at ion Set Gettinq Started Int roduces MATLAB and get s you st art ed using it User GuidesProvides t ut orial s and comprehensive informat ion about MATLAB List of User Guides Poqmminq TipsProvides hel pful t echniques and short cut s for programming in MATLAB Examples in DocumentationList s major exampl es in t he MATLAB document at ionProduct Demos MATLAB DemosPresent s a col l ect ion of demos t hat you can run from t he Hel p browser t o hel p you l earn t he productV|Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics1.1.3 MATLAB的帮助及演示功能 D emos提供了大量的演示文件；A在线帮助功能及网络共享资源； 或www.google,com,cn 等下面介绍一下通过search for来查找sin函 数，进入帮助界面以后选中search进入到如 下界面并在后面的空白处输入sin点击go按钮 就会看到如图L4的结果。Harbin University of Science and TechnologyExperiments in MathematicsHelpSHEEile Edit Mi ew Go Favo r i t es Deskt o p Windo w HelpHelp HaviRa/torXCont ent s Index Search DemosSearch for:sin|5叵)Tit l e:sin(MATLAB Funct ions)Tit l eI Sect icISine of an argument in radianslsinMATLsindsinintSingl e Different ial Equat ionSine WaveSine WaveMATL Symb Using Simul UsersUsing Cont inuat ion t o Make a G.DiffereCreat ing a Singl e Pol ygonCreat iWIRE，sin(X)Descript ionhe sin funct ion operat es el ement-wise on arraes incl ude compl ex val ues.Al l anql es are in radians二 sin(K)ret urns t he circuitThe funct ions 而mains andr sine of t he el ement s of X.Passing Argument s in St ruct ure.M-Fil e Using Charact er and Numeric V.An not Exampl es:Using Cal l back Prop.Anal o Using fi Object s wit h Simul ink Int ero Using fi Object s wit h Signal Pro.Int ero Line Det ect ion Using t he Hough.Anal yWaveform Generat ion:Time Ve.Discret e Cosine Transform Passing Fixed-Point Dat a Bet w.Creat ing Lookup Tabl es for a Si.Fyamnl A Usinn prrmay wit h UnSigna Speci Get t irTut oriTiJt nri vSearch SiiDDort Dat abase on Web forsinExampl esGraph t he sine funct ion over t he domain-兀x=-pi:0.01:pi;plot(X,sin(x),grid7394 pages cont ain t he word:sin图1.4Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics1.2 MATLAB变量表达式与数据格式1.2.1 MATLAB变量与表达式1.2.2 MATLAB的数据显示格式1.2.3 MATLAB中的常用函数Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics1.2.1 MATLAB变量与表达式客量名是用一个字母打头，后面最多跟19个字母或数字来定 义的。x,y,asdf,d3er45A MATLAB中的变量名是区分大小写字母的。ab与Ab表示两个不同的变量不要用MATLAB中的内部函数或命令名作为变量名。列出当前工作空间中的变量命令为who将内存中的当前变量以简单形式列出；whos列出当前内存变量的名称、大小、类型等信息；clear清除内存中的所有变量与函数。clc清空命令窗口的所有输入和输出，类似于清屏。Harbin University of Science and TechnologyExperiments in MathematicsMATLAB的运算符A数学运算符：+（加号），（减号），*（乘号），（左除），/（右除），八（乘塞）关系运算符：（大于）,=（大于等于）,=（等于）,=（不等于）逻辑运算符：&（逻辑与运算）,1（逻辑或运算）,（逻辑非运算）Harbin University of Science and TechnologyExperiments in MathematicsMATLAB语句的2种最常见的形式为：形式1:表达式A表达式运算后产生的结果如果为数值类型，系统 自动赋值给变量ans,并显示在屏幕上。例1.1用两种形式计算算术运算结果。解：Mat lab命令为形式1：5 6+sin(pi)+exp(3)/ans 二1.5645e+004Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics形式2：变量二表达式形式2：a=5 6+sin(pi)+exp(3)/a 二1.5645e+004如果在表达式的后面加“；”，有 a=5-6+sin(pi)+exp(3)；/执行后不显示运算结果。Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics1.2.2 MATLAB的数据显示格式Format命令的格式和作用如下：Format|format short Format Format Format Formatlong short e long e short g5位定点表示15位定点表示5位浮点表示15位浮点表示系统选择5位定点和5位 浮点中更好的表示Harbin University of Science and TechnologyExperiments in MathematicsFormat命令的格式和作用如下:Format long g Format rat Format hex Format bank Format compact Format loose系统选择15位定点和15位浮点 中更好的表示近似的有理数的表示十六进制的表示用元角分（美制）定点表示变量之间没有空行变量之间有空行Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics1.2.3 MATLAB中的常用函数表LI常用的三角函数函数名称函数功能sinx函数名称函数功能sin(x)正弦函数cosxasin(x)反正弦函数asinxcos(x)余弦函数tanxacos(x)反余弦函数acosxtan(x)正切函数cotxatan(x)反正切函数atanxcot(x)余切函数cotxacot(x)反余切函数acotxsec(x)正割函数secxasec(x)反正割函数asecxsinh(x)双曲函数sinhxasinh(x)反双曲函数 asinhxHarbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics1.3矩阵与数组1.3.1 MATLAB中矩阵的生成1.3.2 MATLAB矩阵操作1.3.3 数组创建与运算Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics1.3.1 MATLAB中矩阵的生成MATLAB的基本单位是矩阵。学好的关键直接输入创建矩阵A整个矩阵以“和作为首尾；A同行的元素用“，”或空格隔开；不同行的元素用“；”或按Enter键来分隔；矩阵的元素可以为数字也可以为表达式；A如果进行的是数值计算，表达式中不可包含未知 的变量。Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics例L4直接输入创建矩阵解：MATLAB命令为A=1,2,3;4,15,60;7,8,9/A=12 34 15 607 8 9Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics例1.5生成3阶单位矩阵。解：Mat lab命令为eye(3)/ans 二1 0 00 1 00 0 1Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics例1.6生成3阶元素全为1的矩阵。解：Mat lab命令为ones(3)/ans 二1 1 11 1 11 1 1Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics例1.7生成3阶元素全为0的矩阵。解：Mat lab命令为zeros(3)/ans 二0 0 00 0 00 0 0Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics操作符”的说明 步长为1的等差数列构成的数组：,kj:i:k 步长为i的等差数列构成的数组：j,j+i,j+29,kA(i:j)表示A，A(i+1),A(j)1:5/%步长为1的等差数列。Ans=1 2 3 4 5Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics1.3.2 MATLAB矩阵操作A(i,j)表示矩阵A的第i行第j列元素。s-A(:,j)表示矩阵A的第j列。_Z产A(i,:)表示矩阵A的第i行。-/心人:数女乘以人I_ _ _Jdet(A):A的行列式：-Jrank(A):A 的秩V_JHarbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics1.3.3数组创建与运算特殊数组的创建：linspace(a,b,n)给出区间a,b的n个等分点数据例L12：利用如上命令给出区间0,1的6个等分点数据.linspace(04,6)/%给出区间0,1的6个等分点数据ans=0 0.2000 0.4000 0.6000 0.8000 1.0000Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics数组的运算：乘法：.*,左除:除了作为1义n的矩阵应遵循矩阵的运 算规则外，还提供了一些特殊的运算:点运算.，右除：./，乘塞：.八例1.13：数组运算a=l:5/%定义数组aa=1 2 3 4 5b=3:2:H/%定义数组b b=3 5 7 9 11Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematicsa.2/%数组a的每一个元素求平方ans 二1 4 9 16 25a.*b/%数组a的每一个元素乘以对应数组b的元素 ans 二3 10 21 36 55Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics1.4 M文件与程序设计 1.4.1文件的操作 1.4.2命令文件 1.4.3 M函数文件 1.4.4程序设计语句Harbin University of Science and TechnologyExperiments in MathematicsM文件有两种形式：命令文件和M函数文件。由若干MATLAB语句或命令组成的文件 两种文件的扩展名都是;I DM文件名以字母开头，不要与内置函数重名表达式后面接分号,其结果仍保存在内存中若程序为命令文件，则 程序执行完以后，中间变量仍予以保留;若程序为函数文件，则 程序执行完以后，中间 变量被全部删除。Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics1.4.1 文件的操作 一（图L5 新建M文件 一在命令窗口中选择File|New|M-File/k，7打开MATLAB自带的“M函数与M文件编辑痕用鼠标单击M-File,可在此编辑窗口编辑新M文件 也可以对已经存在的M文件进 行编辑、存储、修改和读取。Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics图L5Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics图L6Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics1.4.2 命令文件 命令文件的一般形式为：M文件名.m al.m,pp.m M文件有两种运行方式：一是在命令窗口直接写文件名，按Enter键；二是在编辑窗口打开菜单Tools,再单击Run。M文件保存的路径一定要在搜索路径上,否则M文件不能运行。Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics例1.15用M命令文件回出衰减振荡曲线y=e 3 sm3%及其它的包络线t的取值范围是0,4%解：1.打开MATLAB命令窗口，单击File|N ew|Mf ile（见图1.5）打开编辑窗口；Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics2.在编辑窗口逐行写下列语句；t=0:pi/50:4*pi;yO=exp(-t/3);y=exp(-t/3).*sin(3*t);plot(t,y,r,t,yO,:b,t,yO,:b)3.保存M文件，并保存在搜索路径上，文件名为al.m;4.运行M文件，在命令窗口写al,并按Enter键，或者 在编辑窗口打开菜单Tools,在选择Run。Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics图L7衰减振荡曲线与包络Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics1.4.3 M函数文件M函数文件的一般形式为：function v因变量=v函数名（v自变量,）M函数文件可以有多个因变量和多个自变 量，当有多个因变量时用口括起来。例1.16：设可逆方阵为A,编写同时求,&的M函数文件。Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics解：L打开MATLAB命令窗口单击Fi le|N ew|Mf i le打开编辑窗口；2.在编辑窗口逐行写下列语句；function da,a2,inva,traa=comp4(x)涮函数文件comp4.m同时求矩阵x的四个值da=det(x)a2=x2 inva=inv(x)traa=x%da为矩阵x的行列式%a2为矩阵x的平方%inva为矩阵x的逆矩阵 机raa为矩阵x的转置3.保存M函数文件在搜索路径上,文件名为comp4.m;Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics4.命令窗口执行下列语句：A=l,2;5,8；/%输入矩阵A。comp4(A)/%调用comp4.m函数计算矩阵A的。da=-2a2=11 1845 74inva=-4.0000 1.00002.5000-0.5000traa=1 52 8Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics练习：编写函数M文件，实现两个同阶方阵 A*B以及A.*B,并调用此函数.Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics1.4.4程序设计语句for循环for循环的语句为：for i=表达式可执行语句1表达式是一个向量，m:n,m:s:n,字符串、字符串矩阵等可执行语句n endfor循环的循环体中，可 多次嵌套for和其它的 结构体Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics例1.17利用for循环求1100的整数之和。解：1.建立命令文件examlU.mo%利用for循环求rioo的整数之和 sum=0;for i=l:100 sum=sum+i;endsum2.执行命令文件examlU.mo examll7/sum=5050Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematicswhile循环while循环的语句为:while表达式循环体语句 end表达式一般是由逻辑运算 和关系运算及一般的运算 组成的表达式，以判断循 环要继续进行还是停止。只要表达式的值非零,即为逻辑为“真“，程序就继续循环；只要表达式的值为零 就停止循环。Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematicsi f-e I se-end 分支此分支结构有3种形式:if表达式执行语句end如果表达式的值为真,就执行语 句,否则执行end后面的语句。Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematicsi f-e I se-end 分支if表达式执行语句1else执行语句2 end功能:如果表达式的值为真,就执行语句1,否则执行语句2。Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematicsi f-e I se-end分支Harbin University of Science and TechnologyExperiments in MathematicsX X 1例1.20(学生练习)编一函数 2%-1 1%10计算函数值 3x-11 10 x3解：1.建立M函数文件yx.mo function y=yx(x)if x=l&x10&x x,y都是长度为n的数值向量,直线段连接顶点(x(i),y(i)画出一条折线图;Ax是长度为n的数值向量且y是nxm的数值矩阵，在同 一坐标系中绘出m条不同颜色的折线图.Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics例1.23画出函数y=sinX2在一5 x 5的图形。解：x=-5：.1:5;/%取绘图横坐标向量点xy=sin(x.2);/plot(x,y),grid on/%图1.9曲线y二sinx 2Harbin University of Science and TechnologyExperiments in MathematicsHarbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics1.5.3 plot(xl,yl,x2,y2,x3,y3)功能:在同一图形窗口画出多条不同颜色曲线，曲线 关系为.=皿2=x2),y3=/(x3),(例1.25在同一图形窗口画出三个函数 y=cos2x,y=x2,y=x的图形，-2V x 2 o解:Mat lab命令：x=-21:2;/plot(x,cos(2*x),x,x.八2,x,x)/legend(，cos(2x)，,xN,，x，)/Harbin University of Science and TechnologyExperiments in MathematicsHarbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics1.5.4 ezplot(FJxmin,xmax)功能:画出符号函数F在区间xmin,xmax内的图像 说明：F是只含有一个变量的函数。如果区间xmin,xmax缺省，默认区间为-2肛2%.9-L Q例1.26绘制 y=e 5 cost 在0,4间的图形.短.斛.syms t/Ezplot(2/3*exp(-t/2)*cos(3/2*t”，0,4*pi)/Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics图L12符号函数的图形Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics1.5.6三维网格命令mesh函数mesh用来生成函数的网格曲面。函数mesh有如下三种形式：mesh(X,Y,Z)X,Y,Z是同维数的矩阵mesh(x,y,Z)x,y是向量，而Z是矩阵。等价于 y=meshgrid x.y)mesh(XHarbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematicsmesh(Z)若提供参数x,y,等价于mesh(x,y,Z),否则默认;x=l:n,y=l:m,其中工瓶例1.28 画出函数 z=sin(x+sin y)在-3 x,y 3及z=%2-2y2在-10 x,y r t-i-i 102:/.A I r l 八0 1 2 3 4 5 6 7自变量XHarbin University of Science and TechnologyExperiments in MathematicsH(3)gtext(Astringf)命令gtext(string，)用鼠标放置标注在现有的图上.运行命令gtxt(string，)时，屏幕上出现当前图形，在 图形上出现一个交叉的十字，该十字随鼠标的移动移动，当按下鼠标左键时，该标注string放在当前十交叉的位 置.例 在区间0,2*pi画sin(x),并分别标注“sin(x)cos(x)”.解 x=linspace(0,2*pi,30);y=sin(x);z=cos(x);plot(x,y,x,z)gtxt(sin(x)，)；gtxt(f cos(x)A)Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics2、定制坐标Axis(xmin xmax ymin ymax zmin zmax)定制图形坐标x、y、z的最大、最小值Axis aut o 将坐标轴返回到自动缺省值例 在区间0.005,0.01显示sin(1/x)的图形。解 x=linspace(0.0001,0.01,1000);y=sin(1./x);plot(x,y)axis(0.005 0.01-1 1)Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics3、图形保持（1）hold on保持当前图形，以便继续画图到当前图上 hold of 释放当前图形窗口例将丫=3：111（X）、Z=COS（X）分别用点和线画出在同一屏幕上。解 x=1inspac(0,2*pi,30);y=sin(x);z=cos(x)plot(x,z)hold on plot(x,y)Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics(2)figure(h)新建h窗口，激活图形使其可见，并把它置 于其它图形之上例 区间0,2*pi新建两个窗口分别画出丫=5g(x)；z=cos(x)o解 x=linspace(0,2*pi,100);y=sin(x);z=cos(x);plot(x,y);title(f sin(x)f;pausefigur(2);plot(x,z);title(f cos(x)f;Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematicsh=subplo t(mro ws?nc o ls,t hisplo t)划分整个作图区域为mro ws*nc o ls块(逐行对块访问)并 激活第t hisplo t块，其后的作图语句将图形画在该块上。subplo t(mro ws,nc o ls,t hisplo t)激活已划分为mro ws*nc o ls块的屏幕中的第t hisplo t块，其后 的作图语句将图形画在该块上。subplo t(l,14)命令Subplo t(1,1)返回非分割状态。Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics例 将1屏幕分害！1为四块，并分另11回出丫=6：111(X),z=cos(X),a=sin(x)*cos(x),b=sin(x)/cos(x)。解x=linspac(0,2*pi,100);y=sin(x);z=cos(x);a=sin(x).*cos(x);b=sin(x)./(cos(x)+eps)subplot(2,2,1);plot(x,y)sin(x)subplot(2,2,2);plot(x,z),titl(cos(x)subplot(2,2,3);plot(xA a)A title(xsin(x)cos(x)subplot(2,2r 4);plot(x,b)A title(xsin(x)/cos(x)Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics1.6数据的导入 一、导入文本文件1.lo ad 函数、dlmread 函数文本文件需要具备统一的行列模式，使用分隔符作为数 据项间隔，这些分隔符包括空格、逗号、t ab、分号或其它 O数据文件可能附带标题行和行列头标签。数值数据对于数值数据可以直接使用lo ad函数装载，例如 my_dat a.t xt中数据如下：1 234567 8 9 10命令A=lo adCmy_dat a.t xt）装载该文本文件数据。Harbin University of Science and TechnologyExperiments in Mathematics如果数值数据使用其它分隔符，可以使用 dhnread读入，假设my_dat a.t xt中数据如下：7.2;8.5;6.2;6.65.4;9.2;8.1;7.2命令 A=dlmreadCmy_dat a.t xt1）读入该数据.2.数据向导file-impo rt dat aHarbin University of Science and Technology