教材及參考書課件

MATLAB教材及參考書[1]

《Matlab實(shí)用教程》 蘇金明主編電子工業(yè)出版社[2]

《Matlab實(shí)用教程》 徐金明主編清華大學(xué)出版社[3]

《Matlab在數(shù)字信號(hào)處理中的應(yīng)用》 薛年喜主編清華大學(xué)出版社教學(xué)內(nèi)容 本課程包括MATLAB7.0語言基礎(chǔ)、基本應(yīng)用、高級(jí)應(yīng)用三部分內(nèi)容。語言基礎(chǔ)包括語言入門、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和矩陣線性代數(shù)運(yùn)算；基本應(yīng)用包括數(shù)據(jù)處理、符號(hào)運(yùn)算、數(shù)值計(jì)算和基本繪圖；高級(jí)應(yīng)用包括程序設(shè)計(jì)、信號(hào)處理和仿真環(huán)境等。課本其他內(nèi)容會(huì)在相關(guān)章節(jié)中穿插講解，因此講課中并不一定完全遵循課本的編排順序。教學(xué)形式課堂教授課本（文字?jǐn)⑹觯╇娮咏贪福ㄑ菔?、練?xí)）作業(yè)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手實(shí)踐、強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)報(bào)告考核平時(shí)成績20%考勤作業(yè)實(shí)驗(yàn)35%表現(xiàn)報(bào)告期末考試45%

第1章MATLAB語言入門 1.1MATLAB概述

1.2MATLAB的運(yùn)行環(huán)境與安裝

1.3MATLAB集成環(huán)境

1.4MATLAB幫助系統(tǒng)MATLAB最初是在20世紀(jì)70年代中期由CleveMoler用Fortran語言設(shè)計(jì)的，有關(guān)矩陣的算法來自Linpack和Eispack課題的研究成果；現(xiàn)在的MATLAB程序是MathWorks公司用C語言開發(fā)的。1984年，Moler和一批專家成立了MathWorks公司，MATLAB作為美國MathWorks公司開發(fā)的用于概念設(shè)計(jì)、算法開發(fā)、建模仿真、實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的理想的集成環(huán)境。是目前最好的科學(xué)計(jì)算類軟件。MATLAB前后經(jīng)歷了以下版本（Release）： 1984年，MATLAB第1版(DOS版)

1992年，MATLAB4.0版

（第一個(gè)Windows版本為MATLAB3.x版

） 1994年，MATLAB4.2版

1997年，MATLAB5.0版

1999年，MATLAB5.3版（Release12

）

2000年，MATLAB6.0版（Release13

）

2001年，MATLAB6.1版

2002年，MATLAB6.5版

2004年，MATLAB7.0版（Release13）注：經(jīng)?？匆奙ATLABRx，這里的R就是Release的縮寫了。

1.1.2MATLAB的基本特點(diǎn)高級(jí)科學(xué)計(jì)算語言(M語言)；代碼、數(shù)據(jù)文件的集成管理環(huán)境；算法設(shè)計(jì)開發(fā)的交互式工具；用于線性代數(shù)、統(tǒng)計(jì)、傅立葉分析、濾波器設(shè)計(jì)、優(yōu)化和數(shù)值計(jì)算的基本數(shù)學(xué)函數(shù)；2-D和3-D數(shù)據(jù)可視化；創(chuàng)建自定義用戶圖形界面的工具；與第三方算法開發(fā)工具——C/C++、FORTRAN、Java、COM、MicrosoftExcel——集成開發(fā)基于MATLAB的算法；

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(jì)快速傅里葉變換（FFT），相關(guān)與協(xié)方差分析稀疏矩陣運(yùn)算三角及其它初等函數(shù)Bessel、beta及其它特殊函數(shù)線性方程及微分方程求解多維數(shù)組的支持2．繪圖功能

MATLAB提供了兩個(gè)層次的繪圖操作：一種是對(duì)圖形句柄進(jìn)行的低層繪圖操作，另一種是建立在低層繪圖操作之上的高層繪圖操作。數(shù)據(jù)的可視化:二維、三維繪圖、動(dòng)畫和聲音等

交互式編輯創(chuàng)建圖形：修改圖形窗體對(duì)象的屬性等

圖形用戶界面開發(fā)環(huán)境——GUIDE：簡化控件操作3．編程語言

MATLAB具有程序結(jié)構(gòu)控制、函數(shù)調(diào)用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出、面向?qū)ο蟮瘸绦蛘Z言特征，而且簡單易學(xué)、編程效率高。

MATLAB提供了一種簡便易用的算法開發(fā)語言——M語言，直接利用MATLAB提供的基本數(shù)學(xué)、圖形能力，開發(fā)工程師自定義的算法。幾乎所有的MATLAB工具箱函數(shù)都是利用M語言開發(fā)的。M語言程序舉例：例：輸入x,y的值，并將它們的值互換后輸出。程序如下：x=input('Inputxplease.');y=input('Inputyplease.');z=x;x=y;y=z;disp(x);disp(y);%這段程序?qū)嶋H是將x，y兩數(shù)互換

sprintf(‘交換后x為:%d',x)sprintf(‘交換后y為:%d',y)4．MATLAB工具箱

MATLAB包含兩部分內(nèi)容：基本部分和各種可選的工具箱。其中工具箱又分為兩大類：功能性工具箱（開發(fā)工具）和學(xué)科性工具箱（專業(yè)應(yīng)用工具箱）。開發(fā)工具M(jìn)ATLAB提供了各種用于算法開發(fā)的工具，其中包括：MATLABEditor——該工具提供了標(biāo)準(zhǔn)的編輯、調(diào)試M語言算法的基本環(huán)境，例如可以在該工具中定義斷點(diǎn)并且進(jìn)行單步調(diào)試。M-LintCodeChecker——該工具用于分析M語言代碼并且向開發(fā)人員提出改善代碼性能和維護(hù)性的建議。MATLABProfiler——該工具可以計(jì)算每行M語言代碼執(zhí)行消耗的時(shí)間；DirectoryReports——該工具掃描當(dāng)前目錄下所有的M語言，并且報(bào)告文件的代碼效率、文件的相關(guān)性以及代碼覆蓋度等信息。1.1.4MATLAB的優(yōu)點(diǎn)1.容易使用2.可以由多種操作系統(tǒng)支持3.豐富的內(nèi)部函數(shù)4.強(qiáng)大的圖形和符號(hào)功能5.可以自動(dòng)選擇算法6.與其他軟件和語言有良好的對(duì)接性1.1.5MATLAB的缺點(diǎn)運(yùn)行效率較低由于MATLAB是一種合成語言，因此，與一般的高級(jí)語言相比，用MATLAB編寫的程序運(yùn)行起來時(shí)間往往要長一些。價(jià)格比較貴一般的用戶可能支付不起它的高昂費(fèi)用。但是，購買MATLAB的昂貴費(fèi)用在很大程度上可以由使用它所編寫的程序的價(jià)值抵消。

例1-1繪制正弦曲線和余弦曲線。

x=[0:0.5:360]*pi/180;

plot(x,sin(x),x,cos(x));

例1-2求方程3x4+7x3+9x2-23=0的全部根。

p=[3,7,9,0,-23];%建立多項(xiàng)式系數(shù)向量

x=roots(p)%求根1.1.6初識(shí)MATLAB

1.2MATLAB的運(yùn)行環(huán)境與安裝1.2.1MATLAB的運(yùn)行環(huán)境

硬件環(huán)境：

(1)CPU

(2)內(nèi)存

(3)硬盤

(4)CD-ROM驅(qū)動(dòng)器和鼠標(biāo)。

軟件環(huán)境：

(1)Windows2000或WindowsXP

(2)其他軟件根據(jù)需要選用1.2.2MATLAB的安裝

安裝MATLAB7.0系統(tǒng)，需運(yùn)行系統(tǒng)自帶的安裝程序setup.exe，可以按照安裝提示依次操作。當(dāng)MATLAB安裝完畢并首次啟動(dòng)時(shí)，展現(xiàn)在屏幕上的界面為MATLAB的默認(rèn)界面，如右圖所示。2．MATLAB系統(tǒng)的退出

要退出MATLAB系統(tǒng)，也有4種常見方法：

(1)在MATLAB主窗口File菜單中選擇ExitMATLAB命令。

(2)在MATLAB命令窗口輸入Exit或Quit命令。

(3)單擊MATLAB主窗口的“關(guān)閉”按鈕。 (4)使用快捷鍵Ctrl+Q。1.3.2主窗口

MATLAB主窗口是MATLAB的主要工作界面。主窗口除了嵌入一些子窗口外，還主要包括菜單欄和工具欄。

1．菜單欄

在MATLAB7.0主窗口的菜單欄，共包含、View、Web、Window和Help6個(gè)菜單項(xiàng)。(1)File菜單項(xiàng)：File菜單項(xiàng)實(shí)現(xiàn)有關(guān)文件的操作。

(2)Edit菜單項(xiàng)：Edit菜單項(xiàng)用于命令窗口的編輯操作。

(3)View菜單項(xiàng)：View菜單項(xiàng)用于設(shè)置MATLAB集成環(huán)境的顯示方式。(4)Web菜單項(xiàng)：Web菜單項(xiàng)用于設(shè)置MATLAB的Web操作。

(5)Window菜單項(xiàng)：主窗口菜單欄上的Window菜單，只包含一個(gè)子菜單Closeall，用于關(guān)閉所有打開的編輯器窗口，包括M-、Model和GUI窗口。

(6)Help菜單項(xiàng)：Help菜單項(xiàng)用于提供幫助信息。2．工具欄

MATLAB7.0主窗口的工具欄共提供了10個(gè)命令按鈕。這些命令按鈕均有對(duì)應(yīng)的菜單命令，但比菜單命令使用起來更快捷、方便。1.3.3命令窗口

命令窗口是MATLAB的主要交互窗口，用于輸入命令并顯示除圖形以外的所有執(zhí)行結(jié)果。

MATLAB命令窗口中的“>>”為命令提示符，表示MATLAB正在處于準(zhǔn)備狀態(tài)。在命令提示符后鍵入命令并按下回車鍵后，MATLAB就會(huì)解釋執(zhí)行所輸入的命令，并在命令后面給出計(jì)算結(jié)果。一般來說，一個(gè)命令行輸入一條命令，命令行以回車結(jié)束。但一個(gè)命令行也可以輸入若干條命令，各命令之間以逗號(hào)分隔，若前一命令后帶有分號(hào)，則逗號(hào)可以省略。例如

p=15,m=35

p=15;m=35

如果一個(gè)命令行很長，一個(gè)物理行之內(nèi)寫不下，可以在第一個(gè)物理行之后加上3個(gè)小黑點(diǎn)并按下回車鍵，然后接著下一個(gè)物理行繼續(xù)寫命令的其他部分。3個(gè)小黑點(diǎn)稱為續(xù)行符，即把下面的物理行看作該行的邏輯繼續(xù)。

在MATLAB里，有很多的控制鍵和方向鍵可用于命令行的編輯。1.3.4工作空間窗口

工作空間是MATLAB用于存儲(chǔ)各種變量和結(jié)果的內(nèi)存空間。在該窗口中顯示工作空間中所有變量的名稱、大小、字節(jié)數(shù)和變量類型說明，可對(duì)變量進(jìn)行觀察、編輯、保存和刪除。1.3.5當(dāng)前目錄窗口和搜索路徑

1．當(dāng)前目錄窗口

當(dāng)前目錄是指MATLAB運(yùn)行文件時(shí)的工作目錄，只有在當(dāng)前目錄或搜索路徑下的文件、函數(shù)可以被運(yùn)行或調(diào)用。

在當(dāng)前目錄窗口中可以顯示或改變當(dāng)前目錄，還可以顯示當(dāng)前目錄下的文件并提供搜索功能。

將用戶目錄設(shè)置成當(dāng)前目錄也可使用cd命令。例如，將用戶目錄c:\mydir設(shè)置為當(dāng)前目錄，可在命令窗口輸入命令：

cdc:\mydir2．MATLAB的搜索路徑

當(dāng)用戶在MATLAB命令窗口輸入一條命令后，MATLAB按照一定次序?qū)ふ蚁嚓P(guān)的文件?；镜乃阉鬟^程是：

(1)檢查該命令是不是一個(gè)變量。

(2)檢查該命令是不是一個(gè)內(nèi)部函數(shù)。

(3)檢查該命令是否當(dāng)前目錄下的M文件。

(4)檢查該命令是否MATLAB搜索路徑中其他目錄下的M文件。用戶可以將自己的工作目錄列入MATLAB搜索路徑，從而將用戶目錄納入MATLAB系統(tǒng)統(tǒng)一管理。設(shè)置搜索路徑的方法有：

(1)用path命令設(shè)置搜索路徑。例如，將用戶目錄c:\mydir加到搜索路徑下，可在命令窗口輸入命令：

path(path,’c:\mydir’)(2)用對(duì)話框設(shè)置搜索路徑

在MATLAB的File菜單中選SetPath命令或在命令窗口執(zhí)行pathtool命令，將出現(xiàn)搜索路徑設(shè)置對(duì)話框。通過AddFolder或AddwithSubfolder命令按鈕將指定路徑添加到搜索路徑列表中。

在修改完搜索路徑后，則需要保存搜索路徑。1.3.6命令歷史記錄窗口

在默認(rèn)設(shè)置下，歷史記錄窗口中會(huì)自動(dòng)保留自安裝起所有用過的命令的歷史記錄，并且還標(biāo)明了使用時(shí)間，從而方便用戶查詢。而且，通過雙擊命令可進(jìn)行歷史命令的再運(yùn)行。如果要清除這些歷史記錄，可以選擇Edit菜單中的ClearCommandHistory命令。1.3.7啟動(dòng)平臺(tái)窗口和Start按鈕

MATLAB7.0的啟動(dòng)平臺(tái)窗口可以幫助用戶方便地打開和調(diào)用MATLAB的各種程序、函數(shù)和幫助文件。

MATLAB7.0主窗口左下角還有一個(gè)Start按鈕，單擊該按鈕會(huì)彈出一個(gè)菜單，選擇其中的命令可以執(zhí)行MATLAB產(chǎn)品的各種工具，并且可以查閱MATLAB包含的各種資源。

1.4MATLAB幫助系統(tǒng)1.4.1幫助窗口

進(jìn)入幫助窗口可以通過以下3種方法：

(1)單擊MATLAB主窗口工具欄中的Help按鈕。

(2)在命令窗口中輸入helpwin、helpdesk或doc。

(3)選擇Help菜單中的“MATLABHelp”選項(xiàng)。1.4.2幫助命令

MATLAB幫助命令包括help、lookfor以及模糊查詢。

1．help命令

在MATLAB7.0命令窗口中直接輸入help命令將會(huì)顯示當(dāng)前幫助系統(tǒng)中所包含的所有項(xiàng)目，即搜索路徑中所有的目錄名稱。同樣，可以通過help加函數(shù)名來顯示該函數(shù)的幫助說明。2．lookfor命令

help命令只搜索出那些關(guān)鍵字完全匹配的結(jié)果，lookfor命令對(duì)搜索范圍內(nèi)的M文件進(jìn)行關(guān)鍵字搜索，條件比較寬松。

lookfor命令只對(duì)M文件的第一行進(jìn)行關(guān)鍵字搜