計算機算法語言matlab簡介

1、MATLAB簡介簡介 數(shù)學軟件四大家 目前在科技和工程界上比較流行和著名的數(shù)學軟件主要有四個，分別是Maple、MATLAB、MathCAD和Mathematica。它們在各自針對的目標都有不同的特色。 數(shù)學軟件四大家之一Maple系統(tǒng) Maple是加拿大滑鐵盧大學(University of Waterloo)和Waterloo Maple Software公司注冊的一套為微積分、線性代數(shù)和微分方程等高等數(shù)學使用的軟件包。它不但具有精確的數(shù)值處理功能，而且具有無以倫比的符號計算功能。 Maple 的符號計算能力還是MathCAD和MATLAB等軟件的符號處理的核心。Maple提供了2000余

2、種數(shù)學函數(shù)，涉及范圍包括：普通數(shù)學、高等數(shù)學、線性代數(shù)、數(shù)論、離散數(shù)學、圖形學。它還提供了一套內(nèi)置的編程語言，用戶可以開發(fā)自己的應(yīng)用程序，而且Maple自身的2000多種函數(shù)，基本上是用此語言開發(fā)的。 Maple采用字符行輸入方式，輸入時需要按照規(guī)定的格式輸入，雖然與一般常見的數(shù)學格式不同，但靈活方便，也很容易理解。輸出則可以選擇字符方式和圖形方式，產(chǎn)生的圖形結(jié)果可以很方便地剪貼到Windows應(yīng)用程序內(nèi)。 數(shù)學軟件四大家之二MATLAB 系統(tǒng) MATLAB原是矩陣實驗室（Matrix Laboratory）在70年代用來提供Linpack和Eispack軟件包的接口程序。從80年代出現(xiàn)3.0

3、的DOS版本，逐漸成為科技計算、視圖交互系統(tǒng)和程序語言。MATLAB可以運行在十幾個操作平臺上，比較常見的有基于Windows 9X/NT、OS/2、Macintosh、Sun、Unix、Linux等平臺的系統(tǒng)。 MATLAB程序主要由主程序和各種工具包組成，其中主程序包含數(shù)百個內(nèi)部核心函數(shù)，工具包則包括復(fù)雜系統(tǒng)仿真、信號處理工具包、系統(tǒng)識別工具包、優(yōu)化工具包、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具包、控制系統(tǒng)工具包、樣條工具包、符號數(shù)學工具包、圖像處理工具包、統(tǒng)計工具包等。而且6.x版本還包含一套幾十個的PDF文件，從MATLAB的使用入門到其他專題應(yīng)用均有詳細的介紹。數(shù)學軟件四大家之二MATLAB 系統(tǒng) MATLA

4、B是數(shù)值計算的先鋒，它以矩陣作為基本數(shù)據(jù)單位，在應(yīng)用線性代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計、自動控制、數(shù)字信號處理、動態(tài)系統(tǒng)仿真方面已經(jīng)成為首選工具，同時也是科研工作人員和大學生、研究生進行科學研究的得力工具。MATLAB在輸入方面也很方便，可以使用內(nèi)部的Editor或者其他任何字符處理器，同時它還可以與Word結(jié)合在一起，在Word的頁面里直接調(diào)用MATLAB的大部分功能，使Word具有特殊的計算能力。 在國際學術(shù)界， MATLAB 已經(jīng)被確認為準確、可靠的科學計算標準軟件。在許多國際一流學術(shù)刊物上，（尤其是信息科學刊物），都可以看到 MATLAB 的應(yīng)用。 在設(shè)計研究單位和工業(yè)部門， MATLAB 被認作進行

5、高效研究、開發(fā)的首選軟件工具。如美國 National Instruments 公司信號測量、分析軟件 LabVIEW ， Cadence 公司信號和通信分析設(shè)計軟件 SPW 等，或者直接建筑在 MATLAB 之上，或者以 MATLAB 為主要支撐。又如 HP 公司的 VXI 硬件， TM 公司的 DSP ， Gage 公司的各種硬卡、儀器等都接受 MATLAB 的支持。 數(shù)學軟件四大家之三MathCAD 系統(tǒng) MathCAD是美國Mathsoft公司推出的一個交互式的數(shù)學系統(tǒng)軟件。從早期的DOS下的1.0和Windows下的4.0版本，到今日的8.0版本，功能也從簡單的數(shù)值計算，直至引用Ma

6、ple強大的符號計算能力，使得它發(fā)生了一個質(zhì)的飛躍。 MathCAD是集文本編輯、數(shù)學計算、程序編輯和仿真于一體的軟件。MathCAD7.0 Professional（專業(yè)版）運行在Win9X/NT下，它的主要特點是輸入格式與人們習慣的數(shù)學書寫格式很近似，采用WYSWYG（所見所得）界面，特別適合一般無須進行復(fù)雜編程或要求比較特殊的計算。MathCAD 7.0 Professional 還帶有一個程序編輯器，對于一般比較短小，或者要求計算速度比較低時，采用它也是可以的。這個程序編輯器的優(yōu)點是語法特別簡單。 MathCAD可以看作是一個功能強大的計算器，沒有很復(fù)雜的規(guī)則；同時它也可以和Word、

7、Lotus、WPS2000等字處理軟件很好地配合使用，可以把它當作一個出色的全屏幕數(shù)學公式編輯器。 數(shù)學軟件四大家之四Mathematica 系統(tǒng) Mathematica是由美國物理學家Stephen Wolfram領(lǐng)導(dǎo)的Wolfram Research開發(fā)的數(shù)學系統(tǒng)軟件。它擁有強大的數(shù)值計算和符號計算能力，在這一方面與Maple類似，但它的符號計算不是基于Maple上的，而是自己開發(fā)的。 Mathematica的基本系統(tǒng)主要是用C語言開發(fā)的，因而可以比較容易地移植到各種平臺上，Mathematica是一個交互式的計算系統(tǒng)，計算是在用戶和Mathematica互相交換、傳遞信息數(shù)據(jù)的過程中完成

8、的。Mathematica系統(tǒng)所接受的命令都被稱作表達式，系統(tǒng)在接受了一個表達式之后就對它進行處理，然后再把計算結(jié)果返回。Mathematica對于輸入形式有比較嚴格的規(guī)定，用戶必須按照系統(tǒng)規(guī)定的數(shù)學格式輸入，系統(tǒng)才能正確地處理，不過由于3.0版本引入輸入面板，并且可以修改、重組輸入面板，因此以前版本輸入指令時需要不斷切換大小寫字符的繁瑣方式得到很好的改善。3.0版本可以用各種格式保存文件和剪貼內(nèi)容，包括RTF、HTML、BMP等格式。 則選擇MATLAB，它的矩陣計算和圖形處理方面則是它的強項，同時利用MATLAB的NoteBook功能，結(jié)合Word的編輯功能，可以很方便地處理科技文章。數(shù)學

9、軟件四大家之適用范圍如何選用數(shù)學軟件? 一般按照以下情況分別選用。1) 如果僅僅是要求一般的計算或者是普通用戶日常使用：2)如果要求計算精度、符號計算和編程方面使用： 3）如果要求進行矩陣方面或圖形方面的處理： 最好同時使用Maple和Mathematica，它們在符號處理方面各具特色，有些Maple不能處理的，Mathematica卻能處理，諸如某些積分、求極限等方面，這些都是比較特殊的。首選的是MathCAD，它在高等數(shù)學方面所具有的能力，足夠一般客戶的要求，而且它的輸入界面也特別友好。MATLAB應(yīng)用概況w MATLAB是當今國際上公認的在科技領(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

10、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、數(shù)字信號處理、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真、圖形處理等高級課程的基本數(shù)學工具，是攻讀學士的大學生、碩士生、博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計研究單位和工業(yè)部門，MATLAB已經(jīng)超出實驗室，廣泛用于研究和解決具體的工程問題。w 國內(nèi)部分重點高校中，MATLAB已作為理工學生的必修或選修課。 功能性工具包功能性工具包 主要用來擴充MATLAB的數(shù)值分析、矩陣運算、數(shù)字信號處理、符號計算功能、圖形建模仿真功能、文字處理功能、與硬件實時交互功能。這種工具包能用于多種學科。 學科性工具包學科性工具包是專業(yè)性比較強的，如： 優(yōu)化工具包(Op

11、timization Toolbox)、 控制工具包(Control Toolbox)、 通信工具包(Communication Toolbox)、 圖象處理工具包(Image Processing Toolbox)、 統(tǒng)計工具包(Statistic Toolbox)等。 現(xiàn)在Matlab軟件包含：主包中有數(shù)百個高度優(yōu)化的內(nèi)部函數(shù)。 工具包(oolbox），又分為兩類：功能性工具包和學科性工具包。 Matlab軟件的組成：Matlab語言有如下特點：w 1高效方便的矩陣和數(shù)組運算w 2語句簡單，內(nèi)涵豐富用戶使用方便w 3強大的繪圖功能w 4擴充能力強 （一）、數(shù)值和符號計算功能w 數(shù)值計算功能

12、建立在矩陣和數(shù)組之上。w 主要內(nèi)容：矩陣的創(chuàng)建和保存，數(shù)值矩陣代數(shù)、乘方運算和分解，數(shù)組運算，矩陣操作，多項式和有理分式運算，數(shù)理統(tǒng)計分析、差分和數(shù)值導(dǎo)數(shù)，用于求積分、優(yōu)化和微分方程的數(shù)值解和功能函數(shù)等。w 在此環(huán)境下所解問題的Matlab語言表述形式和其數(shù)學表達形式相同，不需要按傳統(tǒng)的方法編程。（二）、MATLAB語言w MATLAB有它自己的編程語言。它是一種面向科學與工程計算的高級語言，允許用數(shù)學形式的語言編寫程序。 w 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，需要學習時間少。 w 把編輯、編譯、連接和執(zhí)行融為一體。

13、它能在同一畫面上進行靈活操作快速排除輸入程序中的書寫錯誤、語法錯誤以至語意錯誤，從而加快了用戶編寫、修改和調(diào)試程序的速度， （三）、圖形和可視化功能w 利用MATLAB可以輕易地繪制二維、三維曲線，三維曲面，并可進行圖形和坐標的標識、坐標控制、圖形的迭繪、視角和光照設(shè)計、色彩精細控制等及動畫的繪制。 w Matlab的繪圖是十分方便的，它有一系列繪圖函數(shù)（命令），例如線性坐標、對數(shù)坐標，半對數(shù)坐標及極坐標，均只需調(diào)用不同的繪圖函數(shù)（命令），在圖上標出圖題、XY軸標注，格（柵）繪制也只需調(diào)用相應(yīng)的命令，簡單易行。 （四）、最受人歡迎的特點開放性 w 除內(nèi)部函數(shù)外，所有MATLAB主包文件和各工具

14、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。 w 高版本的Matlab已逐步擴展到科學及工程計算的其它領(lǐng)域。因此，不久的將來，它一定能名符其實地成為“萬能演算紙式的”科學算法語言。 MATLAB的運行環(huán)境w MATLAB 4.0以上要求在WINDOWS下運行。原則上講386、486的機器，4MB以上內(nèi)存，VGA顯示，16MB硬盤都可以了。當然，配置高些運行順利些。w MATLAB現(xiàn)在流行的版本為5.x和6.0要求WINDOWS 9x的操作系統(tǒng)。w 4.2以下的版本可以采用復(fù)制方式安裝。 設(shè)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：22) 15 . 0() 110( 1 . 0)(ssssG 試繪制系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線和開環(huán)幅相特性曲線。 解： 繪制開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線：-40-20-60開環(huán)幅相特性曲線：0j-10 :)j (G1j5 .01lg202)1j10(lg20)(j1lg201 .0lg20)j (lg2