《MATLAB基礎教程》第1章

1、MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社清華大學出版社2022年3月22日第1頁第第1章章 MATLAB R2010a簡介簡介 MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社清華大學出版社教學目標教學目標教學重點教學重點教學內(nèi)容教學內(nèi)容MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社清華大學出版社2022年3月22日第2頁教學目標l了解了解 MATLAB 語言的基本功能和特點語言的基本功能和特點l了解了解 MATLAB 的基本界面的基本界面l了解了解 MATLAB 的路徑搜索的路徑搜索MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社清華

2、大學出版社2022年3月22日第3頁教學重點l了解了解 MATLAB 語言的基本功能語言的基本功能l了解了解 MATLAB 語言的基本特點語言的基本特點l熟悉熟悉 MATLAB 的基本界面的基本界面l了解了解 MATLAB 的路徑搜索的路徑搜索MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社清華大學出版社2022年3月22日第4頁教學內(nèi)容lMATLAB 簡簡 介介lMATLAB R2010a 用戶界面用戶界面lMATLAB R2010a的路徑搜索的路徑搜索 MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社清華大學出版社2022年3月22日第5頁MATLAB 的特點（的特

3、點（1/3）lMATLAB 作為一種高級科學計算軟件，是進行算作為一種高級科學計算軟件，是進行算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的交互式應用開發(fā)環(huán)境。世界上許許多多的科研工交互式應用開發(fā)環(huán)境。世界上許許多多的科研工作者都在使用作者都在使用 MATLAB 產(chǎn)品來加快他們的科研產(chǎn)品來加快他們的科研進程，縮短數(shù)據(jù)分析和算法開發(fā)的時間，研發(fā)出進程，縮短數(shù)據(jù)分析和算法開發(fā)的時間，研發(fā)出更加先進的產(chǎn)品和技術。相對于傳統(tǒng)的更加先進的產(chǎn)品和技術。相對于傳統(tǒng)的 C、C+ 或者或者 FORTRAN 語言，語言，MATLAB 提供了高效快提供了高效快速解決各種科學計

4、算問題的方法。目前，速解決各種科學計算問題的方法。目前，MATLAB 產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛認可為科學計算領域內(nèi)產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛認可為科學計算領域內(nèi)的標準軟件工具之一。的標準軟件工具之一。MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社清華大學出版社2022年3月22日第6頁MATLAB 的特點（的特點（2/3）lMATLAB 可以被廣泛的應用于不同的領域，例如可以被廣泛的應用于不同的領域，例如信號與圖像處理、控制系統(tǒng)設計與仿真、通訊系信號與圖像處理、控制系統(tǒng)設計與仿真、通訊系統(tǒng)設計與仿真、測量測試與數(shù)據(jù)采集、金融數(shù)理統(tǒng)設計與仿真、測量測試與數(shù)據(jù)采集、金融數(shù)理分析以及生物科學等。在分析以及生

5、物科學等。在MATLAB中內(nèi)嵌了豐富中內(nèi)嵌了豐富的數(shù)學、統(tǒng)計和工程計算函數(shù)，使用這些函數(shù)進的數(shù)學、統(tǒng)計和工程計算函數(shù)，使用這些函數(shù)進行問題的分析解答，無論是問題的提出還是結果行問題的分析解答，無論是問題的提出還是結果的表達都采用工程師習慣的數(shù)學描述方法，這一的表達都采用工程師習慣的數(shù)學描述方法，這一特點使特點使 MATLAB 成為了數(shù)學分析、算法開發(fā)及成為了數(shù)學分析、算法開發(fā)及應用程序開發(fā)的良好環(huán)境。應用程序開發(fā)的良好環(huán)境。MATLAB 的特點為：的特點為： MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社清華大學出版社2022年3月22日第7頁MATLAB 的特點（的特點（3/3

6、）l高級科學計算語言；高級科學計算語言；l代碼、數(shù)據(jù)文件的集成管理環(huán)境；代碼、數(shù)據(jù)文件的集成管理環(huán)境；l算法設計開發(fā)的交互式工具；算法設計開發(fā)的交互式工具；l用于線性代數(shù)、統(tǒng)計、傅立葉分析、濾波器設計、用于線性代數(shù)、統(tǒng)計、傅立葉分析、濾波器設計、優(yōu)化和數(shù)值計算的基本數(shù)學函數(shù)；優(yōu)化和數(shù)值計算的基本數(shù)學函數(shù)；l2-D 和和 3-D 數(shù)據(jù)可視化；數(shù)據(jù)可視化；l創(chuàng)建自定義工程師圖形界面的工具；創(chuàng)建自定義工程師圖形界面的工具；l與第三方算法開發(fā)工具與第三方算法開發(fā)工具C/C+、FORTRAN、Java、COM、Microsoft Excel集成開發(fā)基集成開發(fā)基于于 MATLAB 的算法；的算法； MAT

7、LAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社清華大學出版社2022年3月22日第8頁MATLAB 的功能（的功能（1/9）lMATLAB 將高性能的數(shù)值計算和可視化功能集成將高性能的數(shù)值計算和可視化功能集成在一起，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而被廣泛在一起，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而被廣泛地應用于科學計算、控制系統(tǒng)和信息處理等領域地應用于科學計算、控制系統(tǒng)和信息處理等領域的分析、仿真和設計工作，而且利用的分析、仿真和設計工作，而且利用 MATLAB 產(chǎn)品的開放式結構，可以很容易地對產(chǎn)品的開放式結構，可以很容易地對 MATLAB 的功能進行擴充，從而在不斷深化問題的認識的的功能進行擴充

8、，從而在不斷深化問題的認識的同時，不斷完善同時，不斷完善 MATLAB 產(chǎn)品以提高產(chǎn)品自身產(chǎn)品以提高產(chǎn)品自身的競爭能力。其功能為：的競爭能力。其功能為：MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社清華大學出版社2022年3月22日第9頁MATLAB 的功能（的功能（2/9）l 數(shù)學計算數(shù)學計算 MATLAB 提供的數(shù)學算法凝聚了世界上諸多科學家的辛提供的數(shù)學算法凝聚了世界上諸多科學家的辛勤勞動，保證了數(shù)學計算精確的結果。勤勞動，保證了數(shù)學計算精確的結果。MATLAB 數(shù)學計數(shù)學計算的內(nèi)容有：算的內(nèi)容有： 線性代數(shù)和矩陣分析與變換線性代數(shù)和矩陣分析與變換 數(shù)據(jù)處理與基本統(tǒng)計數(shù)據(jù)處

9、理與基本統(tǒng)計 快速傅里葉變換（快速傅里葉變換（FFT），相關與協(xié)方差分析），相關與協(xié)方差分析 稀疏矩陣運算稀疏矩陣運算 三角及其它初等函數(shù)三角及其它初等函數(shù) Bessel、beta及其它特殊函數(shù)及其它特殊函數(shù) 線性方程及微分方程求解線性方程及微分方程求解 多維數(shù)組的支持多維數(shù)組的支持 MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社清華大學出版社2022年3月22日第10頁MATLAB 的功能（的功能（3/9）l開發(fā)工具開發(fā)工具 MATLAB Editor 該工具提供了標準的編輯、調(diào)該工具提供了標準的編輯、調(diào)試試 M 語言算法的基本環(huán)境，例如可以在該工具中定義語言算法的基本環(huán)境，例

10、如可以在該工具中定義斷點并且進行單步調(diào)試。斷點并且進行單步調(diào)試。 M-Lint Code Checker 該工具用于分析該工具用于分析 M 語言語言代碼并且向開發(fā)人員提出改善代碼性能和維護性的建代碼并且向開發(fā)人員提出改善代碼性能和維護性的建議。議。 MATLAB Profiler 該工具可以計算每行該工具可以計算每行 M 語言語言代碼執(zhí)行消耗的時間；代碼執(zhí)行消耗的時間； Directory Reports 該工具掃描當前目錄下所有該工具掃描當前目錄下所有的的 M 語言，并且報告文件的代碼效率、文件的相關性語言，并且報告文件的代碼效率、文件的相關性以及代碼覆蓋度等信息以及代碼覆蓋度等信息 MAT

11、LAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社清華大學出版社2022年3月22日第11頁MATLAB 的功能（的功能（4/9）l數(shù)據(jù)的可視化數(shù)據(jù)的可視化 MATLAB 提供了功能豐富的數(shù)據(jù)可視化功能函數(shù)，其中包括：提供了功能豐富的數(shù)據(jù)可視化功能函數(shù)，其中包括： 二維、三維繪圖，包括離散數(shù)據(jù)繪圖、直線圖、封閉折線圖二維、三維繪圖，包括離散數(shù)據(jù)繪圖、直線圖、封閉折線圖（polygon）、網(wǎng)格圖、等值線圖、極坐標圖、直方圖等豐富多樣的數(shù)）、網(wǎng)格圖、等值線圖、極坐標圖、直方圖等豐富多樣的數(shù)據(jù)可視化手段；據(jù)可視化手段； 交互的文本注釋編輯能力；交互的文本注釋編輯能力； 提供文件提供文件 I/O

12、，用于顯示繪制圖形，支持多種圖像文件格式例如：，用于顯示繪制圖形，支持多種圖像文件格式例如：EPS，TIFF，JPEG， PNG，BMP，HDF，AVI，PCX等；等； 軟硬件支持的軟硬件支持的 OpenGL 渲染；渲染； 支持動畫和聲音；支持動畫和聲音； 多種光源設置、照相機和透視控制；多種光源設置、照相機和透視控制； 對圖形界面元素提供了交互式可編程的控制方法對圖形界面元素提供了交互式可編程的控制方法句柄圖形；句柄圖形； 能夠打印或者導出數(shù)據(jù)圖形文件到其它的應用程序中，例如能夠打印或者導出數(shù)據(jù)圖形文件到其它的應用程序中，例如 Word 和和 PowerPoint，共享開發(fā)的結果。，共享開發(fā)

13、的結果。MATLAB 繪制的圖形如：繪制的圖形如：MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社清華大學出版社2022年3月22日第12頁MATLAB 的功能（的功能（5/9）l交互式編輯創(chuàng)建圖形交互式編輯創(chuàng)建圖形 MATLAB 提供了交互式工具用于設計、修改圖形窗口，提供了交互式工具用于設計、修改圖形窗口，在在 MATLAB 的圖形窗口中工程師可以完成：的圖形窗口中工程師可以完成： 拖放數(shù)據(jù)集到窗體；拖放數(shù)據(jù)集到窗體； 修改圖形窗體中任意對象的屬性；修改圖形窗體中任意對象的屬性； 放大、旋轉(zhuǎn)、平移、修改攝像機或者光線的位置、角放大、旋轉(zhuǎn)、平移、修改攝像機或者光線的位置、角度等；

14、度等； 增加注釋和數(shù)據(jù)標注；增加注釋和數(shù)據(jù)標注； 將圖形窗口文件轉(zhuǎn)變?yōu)閷D形窗口文件轉(zhuǎn)變?yōu)?M 代碼。代碼。MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社清華大學出版社2022年3月22日第13頁MATLAB 的功能（的功能（6/9）l集成的算法開發(fā)編程語言和環(huán)境集成的算法開發(fā)編程語言和環(huán)境 MATLAB 提供了一種簡便易用的算法開發(fā)語言提供了一種簡便易用的算法開發(fā)語言 M 語言，直接利用語言，直接利用 MATLAB 提供的基本數(shù)學、圖形能力，開發(fā)工程師自定義的算法。幾乎所有提供的基本數(shù)學、圖形能力，開發(fā)工程師自定義的算法。幾乎所有的的 MATLAB 工具箱函數(shù)都是利用工具箱函數(shù)

15、都是利用 M 語言開發(fā)的。語言開發(fā)的。可視化的程序編輯器可視化的程序編輯器/調(diào)試器；調(diào)試器；語法風格類似語法風格類似 C 語言，容易掌握；語言，容易掌握；JIT 加速器加快程序運行速度；加速器加快程序運行速度；多維向量及工程師自定義結構，以及數(shù)組、結構、單元數(shù)組等多種數(shù)據(jù)結構；多維向量及工程師自定義結構，以及數(shù)組、結構、單元數(shù)組等多種數(shù)據(jù)結構；支持面向?qū)ο缶幊蹋ㄖС置嫦驅(qū)ο缶幊蹋∣OP）；）；流程控制（流程控制（for，while，if，switch）；）；字符變換；字符變換；ASCII 及二進制文件輸入輸出；及二進制文件輸入輸出；靈活的開發(fā)性能夠與靈活的開發(fā)性能夠與 C，C+，F(xiàn)ORTRAN

16、，Java，COM 組件以及組件以及 Excel 集成使集成使用；用； 支持使用底層支持使用底層 I/O 手段獲取數(shù)據(jù)，操作數(shù)據(jù)文件；手段獲取數(shù)據(jù)，操作數(shù)據(jù)文件；MATLAB 數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件MAT 文件支持跨平臺應用。文件支持跨平臺應用。MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社清華大學出版社2022年3月22日第14頁MATLAB 的功能（的功能（7/9）l圖形用戶界面開發(fā)環(huán)境圖形用戶界面開發(fā)環(huán)境GUIDE 應用程序向?qū)Ш喕_發(fā)步驟；應用程序向?qū)Ш喕_發(fā)步驟； 下拉及彈出式菜單；下拉及彈出式菜單； 支持多種界面元素：按鈕（支持多種界面元素：按鈕（PUSH BUTTON），

17、單選），單選按鈕（按鈕（RADIO BUTTON），復選框（），復選框（CHECK BOXES），）， 滑塊（滑塊（SLIDERS）、文本編輯框（）、文本編輯框（EDIT BOX）和）和 ActiveX 控件；控件； 鼠標事件（鼠標事件（Mouse Event）和響應函數(shù)（）和響應函數(shù)（drawback）；）； 利用響應函數(shù)響應工程師的操作。利用響應函數(shù)響應工程師的操作。MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社清華大學出版社2022年3月22日第15頁MATLAB 的功能（的功能（8/9）l 開放性、可擴展性強開放性、可擴展性強 M-語言函數(shù)文件是可見的語言函數(shù)文件是可見的

18、 MATLAB 程序，所以工程師可以查看源代程序，所以工程師可以查看源代碼。開放的系統(tǒng)設計使工程師能夠檢查算法的正確性，修改已存在的碼。開放的系統(tǒng)設計使工程師能夠檢查算法的正確性，修改已存在的函數(shù)，或者加入自己的新函數(shù)，包括：函數(shù)，或者加入自己的新函數(shù)，包括： 使用使用 C 或者或者 FORTRAN MEX 文件集成已有的文件集成已有的 /FORTRAN 算法；算法； 在在 C 或或 FORTRAN 程序中調(diào)用程序中調(diào)用 MATLAB 函數(shù)；函數(shù)； 在在 MATLAB 中使用中使用 Java 語言編程；語言編程； 提供提供 COM 服務和服務和 COM 控制支持；控制支持； 輸入輸出各種輸入輸

19、出各種 MATLAB 及其它標準格式的數(shù)據(jù)文件；及其它標準格式的數(shù)據(jù)文件； 對計算機串口進行輸入輸出操作；對計算機串口進行輸入輸出操作； 加載通用加載通用 DLL 文件；文件； 創(chuàng)建圖文并貌的技術文檔，包括創(chuàng)建圖文并貌的技術文檔，包括 MATLAB 圖形、命令，并可通過圖形、命令，并可通過 Word、HTML 輸出；輸出；MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社清華大學出版社2022年3月22日第16頁MATLAB 的功能（的功能（9/9）l專業(yè)應用工具箱專業(yè)應用工具箱 MATLAB的工具箱加強了對工程及科學中特殊應用的支的工具箱加強了對工程及科學中特殊應用的支持。工具箱也

20、和持。工具箱也和 MATLAB 一樣是完全工程師化的，可擴一樣是完全工程師化的，可擴展性強。將某個或某幾個工具箱與展性強。將某個或某幾個工具箱與 MATLAB 聯(lián)合使用，聯(lián)合使用，可以得到一個功能強大的計算組合包，滿足工程師的特殊可以得到一個功能強大的計算組合包，滿足工程師的特殊要求。于是，要求。于是，MATLAB 產(chǎn)品被廣泛應用于下列領域：產(chǎn)品被廣泛應用于下列領域： 測量測試測量測試數(shù)學建模與分析數(shù)學建模與分析信號處理信號處理財經(jīng)金融建模與分析財經(jīng)金融建模與分析圖像處理與地理信息圖像處理與地理信息MATLAB 應用程序發(fā)布應用程序發(fā)布 MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出

21、版社清華大學出版社2022年3月22日第17頁MATLAB 的優(yōu)點的優(yōu)點l易于學習、使用方便易于學習、使用方便l支持多種操作系統(tǒng)支持多種操作系統(tǒng)l豐富的內(nèi)部函數(shù)豐富的內(nèi)部函數(shù)l強大的圖形和符號功能強大的圖形和符號功能l可以自動選擇算法可以自動選擇算法l與其他軟件和語言有良好的對接性與其他軟件和語言有良好的對接性MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社清華大學出版社2022年3月22日第18頁MATLAB 的主界面的主界面當前路徑窗口歷史命令窗口命令窗口工具欄主菜單欄當前目錄路徑文件詳細信息工作區(qū)窗口快速啟動窗口按鈕MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社

22、清華大學出版社2022年3月22日第19頁MATLAB 的工具欄的工具欄新建打開剪切 復制 粘貼 撤銷恢復Simulink：打開 Simulink，Simulink 是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持具有多種采樣頻率的系統(tǒng)。 Guide：快速啟動 Guide，Guide 全稱為 Graphical User Interface development environment，用于輔助設計圖形用戶接口，使用該工具可以簡化 GUI 編程。Profiler：快速啟動 Profiler 工具，Profiler 工具能夠分析出程序運行時

23、間消耗情況，用于幫助分析、改進 M 文件 Help：打開 MATLAB 幫助； Current Directory：設置當前目錄MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社清華大學出版社2022年3月22日第20頁MATLAB 的窗口的窗口命令窗口命令窗口MATLAB 命令窗口。打開 MATLAB 時，命令窗口自動顯示于 MATLAB 界面中。 運算提示符，表示 MATLAB 處于準備狀態(tài)，用戶可以輸入命令，按下回車鍵執(zhí)行，并在命令窗口中顯示運行結果 MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社清華大學出版社2022年3月22日第21頁MATLAB 的窗口的窗口

24、歷史命令窗口歷史命令窗口l默認情況下歷史命令窗口位于左下角，顯示用戶曾經(jīng)默認情況下歷史命令窗口位于左下角，顯示用戶曾經(jīng)輸入過的命令，并顯示輸入的時間，方便用戶查詢。輸入過的命令，并顯示輸入的時間，方便用戶查詢。l對于歷史命令窗口中的命令，用戶可以點擊右鍵進行對于歷史命令窗口中的命令，用戶可以點擊右鍵進行相應的操作。相應的操作。l用戶可以雙擊再次執(zhí)行命令窗口中的命令。用戶可以雙擊再次執(zhí)行命令窗口中的命令。 MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社清華大學出版社2022年3月22日第22頁MATLAB 的窗口的窗口工作區(qū)窗口工作區(qū)窗口 l工作區(qū)窗口與當前路徑窗口共享一塊空間，可

25、以通過標簽工作區(qū)窗口與當前路徑窗口共享一塊空間，可以通過標簽顯示或隱藏。工作區(qū)窗口中顯示當前工作區(qū)中的所有變量顯示或隱藏。工作區(qū)窗口中顯示當前工作區(qū)中的所有變量及其大小和類型等。通過工作區(qū)可以對這些變量進行管理。及其大小和類型等。通過工作區(qū)可以對這些變量進行管理。其中包含了工作區(qū)工具欄和顯示窗口。通過工具欄可以新其中包含了工作區(qū)工具欄和顯示窗口。通過工具欄可以新建或刪除變量、導入導出數(shù)據(jù)、繪制變量的圖形等。另外建或刪除變量、導入導出數(shù)據(jù)、繪制變量的圖形等。另外右鍵單擊變量名可以對該變量進行操作。右鍵單擊變量名可以對該變量進行操作。工作區(qū)窗口MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學

26、出版社清華大學出版社2022年3月22日第23頁MATLAB 的窗口的窗口當前路徑窗口當前路徑窗口 l當前路徑窗口顯示當當前路徑窗口顯示當前路徑下的所有文件前路徑下的所有文件和文件夾及其相關信和文件夾及其相關信息，并且可以通過當息，并且可以通過當前路徑工具欄或右鍵前路徑工具欄或右鍵菜單對這些文件進行菜單對這些文件進行操作操作 。當前路徑窗口MATLAB R2010a 基礎教程基礎教程 清華大學出版社清華大學出版社2022年3月22日第24頁MATLAB 的路徑搜索（的路徑搜索（1/3）l路徑設置路徑設置 除除 MATLAB 默認的搜索默認的搜索路徑外，用戶可以設置搜路徑外，用戶可以設置搜索路徑。設置方法為：選索路徑。設置方法為：選擇擇 MATLAB 窗口中的窗口中的 File | Set Path 命令，進命令，進入路徑搜索