MATLAB工具箱分解課件

第9章MATLAB工具箱第9章MATLAB工具箱第9章MATLAB工具箱學(xué)習(xí)目標(biāo)MATLAB工具箱的含義；MATLAB工具箱的作用與功能；MATLAB工具箱所應(yīng)用的主要領(lǐng)域；MATLAB工具箱的使用方法。第9章MATLAB工具箱學(xué)習(xí)目標(biāo)9.1

MATLAB工具箱概述MATLAB工具箱其實(shí)就是一些M文件的集合，用戶可以修改工具箱中的函數(shù)，甚至可以通過編制M文件來任意添加工具箱中原來沒有的工具函數(shù)。此功能充分體現(xiàn)了MATLAB語言的開放性。許多的專業(yè)領(lǐng)域在MATLAB中都有自己的工具箱，假如用戶發(fā)現(xiàn)自己的專業(yè)領(lǐng)域沒有該工具箱的話，也可以自己開發(fā)一個(gè)。9.1MATLAB工具箱概述MATLAB工具箱其實(shí)就是一MATLAB有20多個(gè)工具箱，大致可分為兩類。一類是功能型工具箱，該工具箱主要用來擴(kuò)充MATLAB的符號(hào)計(jì)算功能、圖形建模仿真功能、文字處理功能以及與硬件實(shí)時(shí)交互功能，能用于多種學(xué)科。另一類是領(lǐng)域型工具箱，該工具箱專業(yè)性很強(qiáng)，如控制工具箱（ControlToolbox）、信號(hào)處理工具箱（SignalProcessingToolbox）等。MATLAB有20多個(gè)工具箱，大致可分為兩類。9.2

打開MATLAB工具箱的方式打開MATLAB工具箱的方式通常有兩種。一種方式是打開MATLAB軟件之后，在MATLAB窗口的左下角，單擊“Start”按鈕，選擇其中Toolboxes命令另一種方式是在MATLAB命令提示符下輸入相應(yīng)工具箱的命令，也可以打開相應(yīng)的工具箱。9.2打開MATLAB工具箱的方式打開MATLAB工具箱9.3

MATLAB工具箱簡要介紹1．通信工具箱（CommunicationToolbox）2．控制系統(tǒng)工具箱（ControlSystemToolbox）3．財(cái)政金融工具箱（FinancialTooLbox）4．頻率域系統(tǒng)辨識(shí)工具箱（FrequencyDomainSystemldentificationToolbox）5．模糊邏輯工具箱（FuzzyLogicToolbox）6．高階譜分析工具箱（Higher-OrderSpectralAnalysisToolbox）7．圖像處理工具箱（ImageProcessingToolbox）8．線性矩陣不等式控制工具箱（LMIControlToolbox）9．模型預(yù)測控制工具箱（ModelPredictiveControlToolbox）10．u分析與綜合工具箱（u-AnalysisandSynthesisToolbox）9.3MATLAB工具箱簡要介紹1．通信工具箱（Comm11．神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱（NeurslNetworkToolbox）12．優(yōu)化工具箱（OptimizationToolbox）13．偏微分方程工具箱（PartialDifferentialEquationToolbox）14．魯棒控制工具箱（RobustControlToolbox）15．信號(hào)處理工具箱（SignalProcessingToolbox）16．樣條工具箱（SPlineToolbox）17．?dāng)?shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱（StatisticsToolbox）18．符號(hào)數(shù)學(xué)工具箱（SymbolicMathToolbox）19．系統(tǒng)辨識(shí)工具箱（SystemIdentificationToolbox）20．小波工具箱（WaveletToolbox）11．神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱（NeurslNetworkTool9.4

MATLAB常用工具箱的使用方法在這里選擇模糊邏輯工具箱、數(shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱、符號(hào)數(shù)學(xué)工具箱作為應(yīng)用實(shí)例，通過這3個(gè)工具箱的具體應(yīng)用來說明其他工具箱也有類似的使用方法。以此來引導(dǎo)讀者自學(xué)自己感興趣的其他工具箱。9.4MATLAB常用工具箱的使用方法在這里選擇模糊邏輯9.4.1MATLAB模糊邏輯工具箱應(yīng)用MATLAB模糊邏輯工具箱為模糊控制器的設(shè)計(jì)提供了一種非常便捷的途徑，通過它讀者不需要進(jìn)行復(fù)雜的模糊化、模糊推理及反模糊化運(yùn)算，只需要設(shè)定相應(yīng)參數(shù)，就可以很快得到讀者所需要的控制器，而且修改也非常方便。9.4.1MATLAB模糊邏輯工具箱應(yīng)用MATLAB模糊1．MATLAB模糊邏輯工具箱打開方式在MATLAB窗口的左下角單擊Start按鈕選擇Toolboxes→FuzzyLogic→FISEditorViewer命令，打開MATLAB模糊邏輯工具箱，如圖1．MATLAB模糊邏輯工具箱打開方式2．模糊控制器的設(shè)計(jì)在模糊邏輯工具箱中File→NewFIS→Mamdani命令，打開如圖9-3所示的模糊控制系統(tǒng)編輯器。2．模糊控制器的設(shè)計(jì)3．確定模糊控制器結(jié)構(gòu)確定模糊控制器結(jié)構(gòu)即根據(jù)具體的系統(tǒng)確定輸入、輸出量。這里根據(jù)需要選取標(biāo)準(zhǔn)的二維控制結(jié)構(gòu)，即輸入為誤差I(lǐng)和誤差變化IC，輸出為控制量O。在模糊控制系統(tǒng)編輯器中的Name文本框中輸入I，因?yàn)橐玫氖莾蓚€(gè)輸入，所以選擇Edit→Addvariable→input命令，添加一個(gè)輸入量，然后修改input2為IC。在模糊控制系統(tǒng)編輯器中單擊右邊的output1圖形，在Name文本框中將output1修改為O。應(yīng)該注意這里的變量都是精確量。相應(yīng)的模糊量I、IC和為O，結(jié)果如圖9-4所示。3．確定模糊控制器結(jié)構(gòu)第9章-MATLAB工具箱分解課件4．輸入/輸出變量的模糊化雙擊模糊控制系統(tǒng)編輯器右上角的I圖形，打開一個(gè)新界面，在Range和DisplayRange文本框中，可以輸入取值范圍。在Name文本框中填寫隸屬函數(shù)的名稱。在Type下拉列表框中選擇trimf選項(xiàng)（三角形隸屬函數(shù)曲線），當(dāng)然也可選其他形狀。在Params（參數(shù)）下拉列表框中選擇三角形涵蓋的區(qū)間，并填寫3個(gè)值，分別為三角形底邊的左端點(diǎn)、中點(diǎn)和右端點(diǎn)在橫坐標(biāo)上的值。這些值可以由讀者自己確定。4．輸入/輸出變量的模糊化5．模糊推理決策算法設(shè)計(jì)首先要確定模糊規(guī)則。對于這個(gè)二維控制結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的輸入模糊集，可以制定36條模糊控制規(guī)則。選擇View→Rules命令，再選擇Edit→Rules命令，單擊Addrule按鈕。6．對輸出模糊量的解模糊選擇File→Exporttodisk命令，即可得到一個(gè).fis文件，這個(gè)文件就是讀者所設(shè)計(jì)的模糊控制器。5．模糊推理決策算法設(shè)計(jì)9.4.2MATLAB數(shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱應(yīng)用MATLAB的數(shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱主要功能是概率分布和隨機(jī)數(shù)生成、多變量分析、回歸分析、主元分析、假設(shè)檢驗(yàn)。MATLAB的數(shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱是MATLAB工具箱中較為簡單的一個(gè)。9.4.2MATLAB數(shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱應(yīng)用MATLAB的數(shù)1．打開數(shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱在MATLAB窗口的左下角單擊Start按鈕選擇Toolboxes→Statistics命令，如圖9-7所示。其中有4個(gè)功能窗口，可以根據(jù)需要打開相應(yīng)的內(nèi)容。1．打開數(shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱2．?dāng)?shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱的參數(shù)估計(jì)函數(shù)函數(shù)說明betafitβ分布數(shù)據(jù)的參數(shù)估計(jì)和置信區(qū)間betalikeβ對數(shù)似然函數(shù)binofit二項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)估計(jì)和置信區(qū)間expfit指數(shù)數(shù)據(jù)參數(shù)估計(jì)和置信區(qū)間gamfitγ分布數(shù)據(jù)的參數(shù)估計(jì)和置信區(qū)間gamlikeγ對數(shù)似然函數(shù)mle最大似然估計(jì)normlike正態(tài)對數(shù)似然函數(shù)normfit正態(tài)數(shù)據(jù)參數(shù)估計(jì)和置信區(qū)間poissfit泊松數(shù)據(jù)參數(shù)估計(jì)和置信區(qū)間unifit均勻分布數(shù)據(jù)參數(shù)估計(jì)weibfitWeibull數(shù)據(jù)參數(shù)估計(jì)和置信區(qū)間2．?dāng)?shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱的參數(shù)估計(jì)函數(shù)函3．?dāng)?shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱的累積分布函數(shù)函數(shù)說明betacdfβ累積分布函數(shù)binocdf二項(xiàng)累積分布函數(shù)cdf計(jì)算選定的累積分布函數(shù)chi2cdf累積分布函數(shù)2χexpcdf指數(shù)累積分布函數(shù)fcdfF累積分布函數(shù)gamcdfγ累積分布函數(shù)geocdf幾何累積分布函數(shù)hygecdf超幾何累積分布函數(shù)logncdf對數(shù)正態(tài)累積分布函數(shù)nbincdf負(fù)二項(xiàng)累積分布函數(shù)ncfcdf偏F累積分布函數(shù)nctcdf偏t累積分布函數(shù)3．?dāng)?shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱的累積分布函數(shù)函數(shù)說ncx2cdf偏累積分布函數(shù)2χnormcdf正態(tài)累積分布函數(shù)poisscdf泊松累積分布函數(shù)aylcdfReyleighr累積分布函數(shù)tcdft累積分布函數(shù)unidcdf離散均勻分布累積分布函數(shù)unifcdf連續(xù)均勻分布累積分布函數(shù)weibcdfWeibull累積分布函數(shù)ncx2cdf偏累積分布函數(shù)2χnormcdf正態(tài)累積分布函4．?dāng)?shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱的概率密度函數(shù)函數(shù)說明betapdfβ概率密度函數(shù)binopdf二項(xiàng)概率密度函數(shù)chi2pdf概率密度函數(shù)2χexppdf指數(shù)概率密度函數(shù)fpdfF概率密度函數(shù)gampdfγ概率密度函數(shù)geopdf幾何概率密度函數(shù)hygepdf超幾何概率密度函數(shù)lognpdf對數(shù)正態(tài)概率密度函數(shù)nbinpdf負(fù)二項(xiàng)概率密度函數(shù)ncfpdf偏F概率密度函數(shù)nctpdf偏t概率密度函數(shù)4．?dāng)?shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱的概率密度函數(shù)函數(shù)說ncx2pdf偏概率密度函數(shù)2χnormpdf正態(tài)分布概率密度函數(shù)pdf指定分布的概率密度函數(shù)poisspdf泊松分布的概率密度函數(shù)aylpdfRayleighr概率密度函數(shù)tpdft概率密度函數(shù)unidpdf離散均勻分布概率密度函數(shù)unifpdf連續(xù)均勻分布概率密度函數(shù)weibpdfWeibull概率密度函數(shù)ncx2pdf偏概率密度函數(shù)2χnormpdf正態(tài)分布概率5．?dāng)?shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱的逆累積分布函數(shù)函數(shù)說明betainv逆β累積分布函數(shù)binoinv逆二項(xiàng)累積分布函數(shù)chi2inv逆累積分布函數(shù)2χexpinv逆指數(shù)累積分布函數(shù)finv逆F累積分布函數(shù)gaminv逆γ累積分布函數(shù)geoinv逆幾何累積分布函數(shù)hygeinv逆超幾何累積分布函數(shù)logninv逆對數(shù)正態(tài)累積分布函數(shù)5．?dāng)?shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱的逆累積分布函數(shù)函數(shù)6．?dāng)?shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱的分布矩函數(shù)函數(shù)說明betastat計(jì)算β分布的均值和方差binostat二項(xiàng)分布的均值和方差chi2stat計(jì)算分布的均值和方差2χexpstat計(jì)算指數(shù)分布的均值和方差fstat計(jì)算F分布的均值和方差gemstat計(jì)算γ分布的均值和方差geostat計(jì)算幾何分布的均值和方差hygestat計(jì)算超幾何分布的均值和方差lognstat計(jì)算對數(shù)正態(tài)分布的均值和方差nbinstat計(jì)算負(fù)二項(xiàng)分布的均值和方差ncfstat計(jì)算偏F分布的均值和方差6．?dāng)?shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱的分布矩函數(shù)函數(shù)說7．?dāng)?shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱的統(tǒng)計(jì)特征函數(shù)

函數(shù)說明corrcoef計(jì)算互相關(guān)系數(shù)cov計(jì)算協(xié)方差矩陣geomean計(jì)算樣本的幾何平均值harmmean計(jì)算樣本數(shù)據(jù)的調(diào)和平均值iqr計(jì)算樣本的四分位差kurtosis計(jì)算樣本的峭度mad計(jì)算樣本數(shù)據(jù)平均絕對偏差mean計(jì)算樣本的均值median計(jì)算樣本的中位數(shù)moment計(jì)算任意階的中心矩prctile計(jì)算樣本的百份位數(shù)range計(jì)算樣本的范圍7．?dāng)?shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱的統(tǒng)計(jì)特征函數(shù)

函數(shù)8．?dāng)?shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱的統(tǒng)計(jì)繪圖函數(shù)函數(shù)說明boxplot在矩形框內(nèi)畫樣本數(shù)據(jù)errorbar在曲線上畫誤差條fsurfht畫函數(shù)的交互輪廓線gline在圖中交互式畫線gname用指定的標(biāo)志畫點(diǎn)lsline畫最小二乘擬合線normplot畫正態(tài)檢驗(yàn)的正態(tài)概率圖pareto畫統(tǒng)計(jì)過程控制的Pareto圖qqplot畫兩樣本的分位數(shù)-分位數(shù)圖refcurve在當(dāng)前圖中加一多項(xiàng)式曲線refline在當(dāng)前坐標(biāo)中畫參考線surfht畫交互輪廓線weibplot畫Weibull概率圖8．?dāng)?shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱的統(tǒng)計(jì)繪圖函數(shù)函數(shù)9．?dāng)?shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱的統(tǒng)計(jì)處理控制函數(shù)函數(shù)說明capable處理能力索引capaplot畫處理能力圖ewmaplot畫指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均圖histfit疊加正態(tài)密度直方圖normspec在規(guī)定的極限內(nèi)畫正態(tài)密度圖schart畫標(biāo)準(zhǔn)偏差圖xbarplot畫水平條圖9．?dāng)?shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱的統(tǒng)計(jì)處理控制函數(shù)函10．?dāng)?shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱的假設(shè)檢驗(yàn)函數(shù)函數(shù)說明ranksum計(jì)算母體產(chǎn)生的兩獨(dú)立樣本的顯著性概率和假設(shè)檢驗(yàn)的結(jié)果signrank計(jì)算兩匹配樣本中位數(shù)相等的顯著性概率和假設(shè)檢驗(yàn)的結(jié)果signtest計(jì)算兩匹配樣本的顯著性概率和假設(shè)檢驗(yàn)的結(jié)果ttest對單個(gè)樣本均值進(jìn)行t檢驗(yàn)ttest2對兩樣本均值差進(jìn)行t檢驗(yàn)ztest對已知方差的單個(gè)樣本均值進(jìn)行z檢驗(yàn)10．?dāng)?shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱的假設(shè)檢驗(yàn)函數(shù)函數(shù)說11．?dāng)?shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱的試驗(yàn)設(shè)計(jì)函數(shù)函數(shù)說明cordexch配位交叉算法D—優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)daugmentD—優(yōu)化增強(qiáng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)dcovary使用指定協(xié)變數(shù)的D—優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)ff2n兩水平全因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)fullfact全因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)hadamardHadamard正交試驗(yàn)rowexch行交換算法D—優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)11．?dāng)?shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱的試驗(yàn)設(shè)計(jì)函數(shù)函9.4.3MATLAB符號(hào)數(shù)學(xué)工具箱應(yīng)用MATLAB符號(hào)數(shù)學(xué)工具箱主要功能是表達(dá)式和符號(hào)矩陣的創(chuàng)建，符號(hào)微積分、線性代數(shù)、方程求解，因式分解、展開和簡化，符號(hào)函數(shù)的二維圖形及圖形化函數(shù)計(jì)算器等。MATLAB符號(hào)運(yùn)算是通過集成在MATLAB中的符號(hào)數(shù)學(xué)工具箱（SymbolicMathToolbox）來實(shí)現(xiàn)的。和其他的工具箱有所不同，該工具箱不是基于矩陣的數(shù)值分析，而是使用字符串來進(jìn)行符號(hào)分析與運(yùn)算。MATLAB的符號(hào)數(shù)學(xué)工具箱可以完成幾乎所有的符號(hào)運(yùn)算功能。9.4.3MATLAB符號(hào)數(shù)學(xué)工具箱應(yīng)用MATLAB符號(hào)1．符號(hào)表達(dá)式的運(yùn)算函數(shù)函數(shù)說明[n,d]=numden(a)提取符號(hào)表達(dá)式a的分子和分母，并將其存放在n和d中n=numden(a)提取符號(hào)表達(dá)式a的分子和分母，只將分子存放在n中symadd(a,b)返回符號(hào)表達(dá)式a和b的和，也可直接用a+bsymsub(a,b)返回符號(hào)表達(dá)式a和b的差，也可直接用a-bsymmul(a,b)返回符號(hào)表達(dá)式a和b的積，也可直接用a×bsymdiv(a,b)返回符號(hào)表達(dá)式a和b的商，也可直接用a/bsympow(a,b)返回符號(hào)表達(dá)式a的b次冪，也可直接用a^bcompose(f,g)返回復(fù)合函數(shù)f(g(y))compose(f,g,z)返回自變量為z的復(fù)合函數(shù)f(g(z))compose(f,g,x,z)返回復(fù)合函數(shù)f(g(z))，并使x成為f函數(shù)的獨(dú)立變量1．符號(hào)表達(dá)式的運(yùn)算函數(shù)函數(shù)說2．符號(hào)與數(shù)值間的轉(zhuǎn)換以及符號(hào)的可變精度計(jì)算函數(shù)函數(shù)說明numeric(p)將符號(hào)表達(dá)式p轉(zhuǎn)化為數(shù)值表達(dá)式eval(p)將符號(hào)表達(dá)式p轉(zhuǎn)化為數(shù)值表達(dá)式sym2poly(p)將符號(hào)多項(xiàng)式p轉(zhuǎn)換成它的MATLAB等價(jià)系數(shù)向量digit察看現(xiàn)在系統(tǒng)中的算術(shù)運(yùn)算精度digit(n)將系統(tǒng)的運(yùn)算精度調(diào)整為小數(shù)點(diǎn)后n位2．符號(hào)與數(shù)值間的轉(zhuǎn)換以及符號(hào)的可變精度計(jì)算函數(shù)函3．符號(hào)表達(dá)式的化簡函數(shù)函數(shù)說明pretty(f)將符號(hào)表達(dá)式化簡成與高等數(shù)學(xué)課本上顯示符號(hào)表達(dá)式形式類似collect(f)合并符號(hào)表達(dá)式的同類項(xiàng)horner(f)將一般的符號(hào)表達(dá)式轉(zhuǎn)換成嵌套形式的符號(hào)表達(dá)式factor(f)對符號(hào)表達(dá)式進(jìn)行因式分解expand(f)對符號(hào)表達(dá)式進(jìn)行展開3．符號(hào)表達(dá)式的化簡函數(shù)函數(shù)說4．符號(hào)矩陣函數(shù)函數(shù)說明transpose(A)符號(hào)矩陣的轉(zhuǎn)置determ(A)符號(hào)矩陣的行列式det(A)符號(hào)矩陣的行列式inv(A)符號(hào)矩陣求逆rank(A)符號(hào)矩陣求秩[B,C]=eig(A)B為A的特征向量，C為A特征值svd(A)返回A的奇異值singvals(A)返回A的奇異值[B,C]=jordan(A)B為轉(zhuǎn)換矩陣，其列是特征向量，C為約當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)型，它是特征值的對角矩陣，即其對角線元素是特征值4．符號(hào)矩陣函數(shù)函數(shù)說5．符號(hào)微積分函數(shù)函數(shù)說明

Limit(f,x,a)返回符號(hào)表達(dá)式f當(dāng)x趨向于a時(shí)的極限Limit(f,a)返回符號(hào)表達(dá)式f由findsym(f)返回獨(dú)立變量趨向于a時(shí)的極限Limit(