MATLAB入門教學(xué)

1、數(shù)學(xué)軟件數(shù)學(xué)軟件第1講 緒論1一、數(shù)學(xué)軟件及其分類1、數(shù)學(xué)軟件：所有的能用于解決數(shù)學(xué)問題的軟件皆可稱為數(shù)學(xué)軟件。因此，數(shù)學(xué)軟件是一個軟件集合，不是單指某個軟件。2、數(shù)學(xué)軟件分類 ：數(shù)學(xué)軟件從功能上分類可分為通用數(shù)學(xué)軟件包和專業(yè)數(shù)學(xué)軟件包。 通用數(shù)學(xué)軟件包功能比較完備，包括各種數(shù)學(xué)、數(shù)值計算、豐富的數(shù)學(xué)函 數(shù)、特殊函數(shù)、繪圖函數(shù)、用戶圖形屆面交互功能，與其他軟件和語 言的接口及龐大的外掛函數(shù)庫機(jī)制(工具箱toolbox)。常見通用數(shù)學(xué)軟件包有Matlab、Mathematica和Maple，其中Matlab以數(shù)值計算見長，Mathematica和Maple以符號運(yùn)算、公式推導(dǎo)見長。2 專用數(shù)學(xué)軟

2、件包有： (1)繪圖類軟件 如MathCAD,Tecplot,IDL,Surfer,Origin, SmartDraw,DSP2000； (2)數(shù)值計算類軟件 如Matcom, IDL, DataFit,S-Spline,Lindo,Lingo,O- Matrix, Scilab,Octave,linpack/lapack/BLAS/GERMS/IMSL/CXML); (3)有限元計算類 如ANSYS, MARC,PARSTRAN, FLUENT, FEMLAB, FlexPDE,Algor,COSMOS, ABAQUS,ADINA； (4)計算化學(xué)類 如Gaussian98,Spartan,

3、ADF2000,ChemOffice； (5)數(shù)理統(tǒng)計類 如GAUSS ,SPSS,SAS, Splus,statistica,minitab； (6) 數(shù)學(xué)公式排版類 如MathType, MikTeX,Scientific Workplace,Scientific Nootbook； 上述分類比較籠統(tǒng)，很多軟件的功能也有交叉，限于經(jīng)驗與篇幅，不能逐一而論。3二、數(shù)學(xué)軟件四大家 目前在科技和工程界比較流行和著名的數(shù)學(xué)軟件主要有Maple、MATLAB、MathCAD和Mathematica四個，被稱為數(shù)學(xué)軟件四大家。它們在各自針對的目標(biāo)上各具特色。41、Maple V 系統(tǒng) Maple是加拿

4、大滑鐵盧大學(xué)(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(xué)使用的軟件包。是當(dāng)今世界上最優(yōu)秀的幾個數(shù)學(xué)軟件之一，它以良好的Map使用環(huán)境、無以倫比的符號計算、高精度的數(shù)值計算、靈活的圖形顯示和高效的編程功能，為越來越多的師生和科研人員所喜愛。其符號計算能力還是MathCAD和MATLAB等軟件的符號處理的核心。Maple提供了2000余種數(shù)學(xué)函數(shù)，涉及普通數(shù)學(xué)、高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、數(shù)論、離散數(shù)學(xué)、圖形學(xué)。還提供了一套內(nèi)置編程語言，用戶可開發(fā)自己的應(yīng)用程序，且Maple自身的2000多種函數(shù)，基本

5、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(xué)格式不同，但靈活方便，也很容易理解。輸出則可選擇字符方式和圖形方式，產(chǎn)生的圖形結(jié)果可方便地剪貼到Windows應(yīng)用程序內(nèi)。 Maple適用于解決微積分、解析幾何、線性代數(shù)、微分方程、計算方法、概率統(tǒng)計等數(shù)學(xué)分支中的常見計算問題。 52、MathCAD 系統(tǒng) MathCAD是美國Mathsoft公司1986年推出的集文本編輯、數(shù)學(xué)計算、程序編輯和仿真于一體的一個交互式數(shù)學(xué)系統(tǒng)軟件。從早期的DOS下1.0和Windows下4.0版，到1999年的8.0版MathCAD8，其主要特點是輸入格式與人們

6、習(xí)慣數(shù)學(xué)書寫格式很近似，采用所見所得界面，適合無須復(fù)雜編程或要求比較特殊的計算。還帶有一個程序編輯器，在比較短小計算速度要求較低時常采用它。其程序編輯器的優(yōu)點是語法特別簡單。功能也從簡單的數(shù)值計算，直至引用Maple強(qiáng)大的符號計算能力，使得它發(fā)生了一個質(zhì)的飛躍。但Mathcad在對待數(shù)值計算、符號分析、文字處理、圖形能力的開發(fā)上，不以專業(yè)水準(zhǔn)為追求，而盡力集各種功能為一體。需講究精度、速度、算法穩(wěn)定性的數(shù)值計算問題和需經(jīng)復(fù)雜推理的符號運(yùn)算問題，都不是Mathcad所致力解決的目標(biāo)。在輸入一個數(shù)學(xué)公式、方程組、矩陣之后，計算機(jī)能直接給出結(jié)果，而無須去考慮中間計算過程。令人激動的是在加入軟件包自帶

7、的Maple插件后能直接支持符號運(yùn)算，可以在計算機(jī)上輸入數(shù)學(xué)公式、符號和等式等，很容易地算出代數(shù)、積分、三角以及很多科技領(lǐng)域中的復(fù)雜表達(dá)式的值，并可顯示數(shù)學(xué)表格和圖形,通過對圖形結(jié)果的分析，使我們對問題的理解更加形象。MathCAD可看作一個功能強(qiáng)大的計算器，沒有很復(fù)雜的規(guī)則。它可和Word、Lotus、WPS2000等字處理軟件很好配合使用，而把它當(dāng)作一個出色的全屏幕數(shù)學(xué)公式編輯器。63、Mathematica 系統(tǒng) Mathematica是由美國物理學(xué)家Stephen Wolfram領(lǐng)導(dǎo)的Wolfram Research開發(fā)的數(shù)學(xué)系統(tǒng)軟件，擁有強(qiáng)大的數(shù)值和符號計算能力，在這方面與Maple

8、類似，但不是基于Maple的，而是自己開發(fā)的。 Mathematica基本系統(tǒng)主要是用C語言開發(fā)的，因而可容易地移植到各種平臺上。它是一個交互式計算系統(tǒng)，在用戶和Mathematica互相交換、傳遞信息數(shù)據(jù)的過程中完成的。Mathematica系統(tǒng)所接受的命令都被稱作表達(dá)式，系統(tǒng)在接受一個表達(dá)式后就對它進(jìn)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(yán)格規(guī)定，用戶必須按照系統(tǒng)規(guī)定數(shù)學(xué)格式輸入，系統(tǒng)才能正確處理，不過由于3.0版本引入輸入面板，并且可修改、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改善?？梢杂酶鞣N格式保存文件和剪貼內(nèi)容，包

9、括RTF、HTML、BMP等格式。 它是目前比較流行的符號運(yùn)算軟件之一，它不僅可以完成微積分、線性代數(shù)及數(shù)學(xué)各個分支公式推演中的符號演算，而且可以數(shù)值求解非線性方程、優(yōu)化等問題。它不僅是數(shù)學(xué)建模的得力助手，也是大學(xué)數(shù)學(xué)教育和科學(xué)研究不可或缺的工具。 74、MATLAB 系統(tǒng) MATLAB是英文Matrix Laboratory(矩陣實驗室)的縮寫，最早由C.Moler在70年代用Fortran語言編寫，從80年代3.0DOS版，現(xiàn)在已更新至7.x版，所提供的工具箱覆蓋信號處理、系統(tǒng)控制、統(tǒng)計計算、優(yōu)化計算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、偏微分方程、模糊邏輯、動態(tài)系統(tǒng)模擬和符號運(yùn)算等領(lǐng)域，成為科技計算、視

10、圖交互系統(tǒng)和程序語言。并可運(yùn)行在Windows 9X/NT、OS/2、Sun、Unix、Linux等十幾個操作平臺。 MATLAB程序主要由主程序和各工具包組成，其主程序含數(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、系統(tǒng)識別、優(yōu)化、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、控制系統(tǒng)、樣條、符號數(shù)學(xué)、圖像處理、統(tǒng)計等工具包。且5.x版本還包含一套PDF文件，從MATLAB使用入門到專題應(yīng)用均有詳細(xì)介紹。 它是數(shù)值計算先鋒，以矩陣為基本數(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)仿真方面已成為首選工具，是科研人員和師生進(jìn)行科學(xué)研究的得力工具。它在輸入方面也很方便，可使用內(nèi)部Editor或者其他

11、任何字符處理器，同時Word還可與其結(jié)合而直接調(diào)用大部分功能，使Word具有特殊的計算能力。 8三、本課程教學(xué)軟件鑒于以下原因，我們選擇Matlab系統(tǒng)為本課程教學(xué)內(nèi)容：1、 Matlab功能強(qiáng)大。它幾乎能解決一切數(shù)學(xué)問題，其它軟件能作的工作它幾乎都能作。2、 Matlab操作簡單。許多指令及其語法都與自然語言具有一定相關(guān)性，因而易學(xué)易記。3、 Matlab普及面廣。目前在歐美各國，MATLAB的使用十分普及。在大學(xué)的數(shù)學(xué)、工程和科學(xué)系科，它被用作許多課程輔助教學(xué)手段；在科研機(jī)構(gòu)和工業(yè)界，更是高質(zhì)量新產(chǎn)品研究、開發(fā)和分析的主要工具之一。我國近幾年也開始重視該系統(tǒng)并被一些有條件的高校引入了課堂。

12、 9四、課程內(nèi)容簡介1、MATLAB基礎(chǔ)2、基于matlab的數(shù)值與數(shù)組分析3、二、三維數(shù)據(jù)可視4、符號計算5、程序設(shè)計6、筆記本功能10五. Matlab的學(xué)習(xí)方法1)必須做大量的上機(jī)練習(xí)，熟悉有關(guān)函數(shù)、命令及其語法格式；2)認(rèn)真體會實例并多看幫助文件，它是一本很好的參考書3)多思考，多參與討論以尋求大家?guī)椭?1六、教材及參考書教材：Matlab教程 張志涌等 北京航空航天大學(xué)出版社（2001）參考文獻(xiàn)：1、Maple計算機(jī)代數(shù)系統(tǒng)應(yīng)用及程序設(shè)計 李世奇等 重慶大學(xué)出版社（1999）2、Matlab工程數(shù)學(xué)應(yīng)用許波 劉征編著 清華大學(xué)出版社（2000）3數(shù)學(xué)實驗 宋世德主編 高等教育出版社（2002）4、精通Matlab6.5版 張志涌等 北京航空航天大學(xué)出版社（2003）5、Matlab程序設(shè)計與實例應(yīng)用 張錚 楊文平等 中國鐵道出版社 （2003） 相關(guān)資料還很多，包括網(wǎng)上資料。要注意的是，以上所列教材只是主要參考對象而已。為了使大家獲得既簡明又系統(tǒng)的知識，我在講課中對有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了比較大的整合，而不囿于一本資料。所以，大家手里有什么版本的