第一篇基礎演示文稿

第一篇基礎演示文稿當前第1頁\共有44頁\編于星期三\7點優(yōu)選第一篇基礎當前第2頁\共有44頁\編于星期三\7點MATLAB概述MATLAB名字由MATrix和LABoratory兩詞的前三個字母組合而成。20世紀七十年代，時任美國新墨西哥大學計算機科學系主任的CleveMoler設計的一組調(diào)用LINPACK和EISPACK矩陣軟件工具包庫程序的的“通俗易用”的接口，即用FORTRAN編寫的萌芽狀態(tài)的MATLAB。1984年，Moler等人合作成立MathWorks公司，并把MATLAB正式推向市場。從這時起，MATLAB的內(nèi)核采用C語言編寫，而且除原有的數(shù)值計算能力外，新增了數(shù)據(jù)圖視功能。1.1Matlab的發(fā)展歷程當前第3頁\共有44頁\編于星期三\7點MathWorks公司于1993年推出MATLAB4.0，其后又發(fā)行了5.0、6.0、6.5直至7.0等版本。MATLAB成為了最具吸引力、應用最為廣泛的科學計算語言；現(xiàn)今的matlab7.0擁有更豐富的數(shù)據(jù)類型和結(jié)構、更友善的面向?qū)ο蟆⒏涌焖倬嫉膱D形可視、更廣博的數(shù)學和數(shù)據(jù)分析資源、更多的應用開發(fā)工具。MATLAB概述1.1Matlab的發(fā)展歷程當前第4頁\共有44頁\編于星期三\7點1.2Matlab界面命令行>>命令窗口CommandWindows工作窗口Workspace歷史命令CommandHistory

工作路徑窗口CurrentDirectory當前第5頁\共有44頁\編于星期三\7點1、命令行輸入單行命令，回車產(chǎn)生結(jié)果；2、命令窗口顯示結(jié)果，同時也會顯示程序代碼中存在的錯誤，以及錯誤所在的行數(shù)和列數(shù)；3、工作窗口顯示當前M文件或命令行中定義的變量值，以及程序中產(chǎn)生的中間變量，double-click；4、歷史命令窗口顯示本次打開Matlab后所執(zhí)行過的命令；5、路徑及作用

File-SetPath設置Matlab工作路徑；當創(chuàng)建一個新的工作目錄或文件夾時，要把該目錄添加到工作路徑中，否則Matlab無法找到在該目錄中定義的函數(shù)或M文件；1.2Matlab界面當前第6頁\共有44頁\編于星期三\7點1.3Matlab的功能1、數(shù)值計算數(shù)值表達式所用的變量必須先被賦值，然后用于計算；>>a=2;b=3;>>a+b*(b-a)ans=52、符號計算由定義的符號對象來從事符號計算；>>symabc;>>solve('a*x^2+b*x+c')ans=-1/2*(b-(b^2-4*a*c)^(1/2))/a-1/2*(b+(b^2-4*a*c)^(1/2))/a當前第7頁\共有44頁\編于星期三\7點3、解線性、非線性方程、極值，求解微分方程數(shù)值表達式所用的變量必須先被賦值，然后用于計算；functionresults=use_inv(a1,a2,b1,b2,c1,c2)a=[a1,a2;b1,b2];c=[c1;c2];results=a\c;4、圖形輸出二維圖形plot、subplot、三維圖形plot3、圖像imshow；>>[X,Y]=meshgrid([-2:0.05:2]);%定義數(shù)組，XY的取值范圍Z=exp(-X.^2-Y.^2);%定義輸出函數(shù)plot3(X,Y,Z) %顯示圖形gridon %網(wǎng)格線1.3Matlab的功能當前第8頁\共有44頁\編于星期三\7點1.3Matlab的功能當前第9頁\共有44頁\編于星期三\7點matlab繪制各種常用曲線1、阿基米德螺旋線等速設想一個蟲子站在勻速旋轉(zhuǎn)的圓盤之上，從圓心沿某個半徑向外爬行，它的影子會在天花板上繪出一條螺線，這螺線就是阿基米德螺線。

1-1.m2、漸開線直線在圓上純滾動時，直線上一點的軌跡稱為該圓的漸開線。該圓稱為漸開線的基圓，直線稱為漸開線的發(fā)生線。漸開線的形狀僅取決于基圓的大小，基圓越小，漸開線越彎曲，基圓越大，漸開線越平直。1-2.m當前第10頁\共有44頁\編于星期三\7點語言簡潔緊湊，使用方便靈活，庫函數(shù)豐富；運算符豐富（C語言）；MATLAB既具有結(jié)構化的控制語句；程序限制不嚴格，設計自由度大；程序可移植性好；圖形功能強大；MATLAB語言的特點1.4Matlab的語言特點當前第11頁\共有44頁\編于星期三\7點功能強大的工具箱。MATLAB包含數(shù)百個核心內(nèi)部函數(shù)及各種可選的工具箱，工具箱又分為兩類：功能性工具箱、學科性工具箱；

功能性工具箱主要用來擴充其符號計算功能、圖示建模仿真功能、文字處理功能以及與硬件實時交互功能，功能性工具箱用于多種學科。

學科性工具箱是專業(yè)性比較強的，面向?qū)ｉT的學科領域。如controltoolbox、signalprocessingtoolbox、communicationtoolbox等。這些工具箱都是由該領域內(nèi)學術水平很高的專家編寫的，用戶可直接使用。MATLAB語言的特點1.4Matlab的語言特點當前第12頁\共有44頁\編于星期三\7點MATLAB工具箱符號數(shù)學工具箱SIMULINK仿真工具箱控制系統(tǒng)工具箱信號處理工具箱圖像處理工具箱通訊工具箱系統(tǒng)辨識工具箱小波分析工具箱神經(jīng)元網(wǎng)絡工具箱金融工具箱MATLAB語言的特點1.4Matlab的語言特點當前第13頁\共有44頁\編于星期三\7點開放的源程序；除內(nèi)部函數(shù)以外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可讀可改的源文件，用戶可通過對源文件的修改以及加入自己的文件構成新的工具箱。9.MATLAB的程序不用編譯等預處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序為解釋執(zhí)行，所以速度較慢。缺點：速度慢---解釋語言---混合編程MATLAB語言的特點1.4Matlab的語言特點當前第14頁\共有44頁\編于星期三\7點強大的數(shù)值（矩陣）運算功能廣泛的符號運算功能計算結(jié)果的可視化功能可靠的容錯功能應用靈活的兼容與接口功能信息量豐富的聯(lián)機檢索功能MATLAB語言功能1.4Matlab的語言特點當前第15頁\共有44頁\編于星期三\7點運算符號運算符號加+減-乘*數(shù)組相乘.*左除\數(shù)組左除.\右除/數(shù)組右除./冪次方^數(shù)組冪次方.^1、基本算術運算符1.5Matlab的算術運算符當前第16頁\共有44頁\編于星期三\7點>>a=5;>>b=4;>>c=sqrt(a^2-b^2);>>y=2*a+sqrt(b*c^2/10)y=11.8974注意：“；”的作用1.5Matlab的算術運算符當前第17頁\共有44頁\編于星期三\7點數(shù)據(jù)格式命令MATLAB命令含義范例formatshort短格式3.1416formatshorte短格式科學格式3.1416e+000formatlong長格式3.14159265358979formatlonge長格式科學格式3.141592653589793e+000formatrat有理格式355/113formathex十六進制格式400921fb54442d18formatbank 銀行格式3.141.5Matlab的算術運算符當前第18頁\共有44頁\編于星期三\7點2、關系運算符用于比較、判斷運算符號運算符號大于>小于<等于==不等于~=大于等于>=小于等于<=1.6Matlab的關系運算符當前第19頁\共有44頁\編于星期三\7點3、邏輯運算符

邏輯運算符用于將關系表達式或邏輯量連接起來，構成較復雜的邏輯表達式。邏輯表達式的值也是邏輯量。（TRUE/FALSE）運算符號運算符號與&或|非~異或xor1.7Matlab的邏輯運算符當前第20頁\共有44頁\編于星期三\7點MATLAB數(shù)據(jù)類型數(shù)值邏輯字符串元胞結(jié)構類1.8Matlab的數(shù)據(jù)類型當前第21頁\共有44頁\編于星期三\7點分類方法一雙精度型（系統(tǒng)默認類型）單精度型帶符號整數(shù)無符號整數(shù)分類方法二標量數(shù)組矩陣分類方法三實數(shù)復數(shù)>>z1=1+2iz1=1.0000+2.0000i>>z2=3+4jz2=3.0000+4.0000i1.8Matlab的數(shù)據(jù)類型當前第22頁\共有44頁\編于星期三\7點字符串類型包含在一對單引號中的字符集合。>>s='hello,MATLAB' %定義字符串變量ss=hello,MATLAB變量的命名方式變量名由字母、數(shù)字和下劃線組成；變量名中的英文字母大小寫是有區(qū)別的；變量名的最大長度是有規(guī)定的；不同版本的系統(tǒng)規(guī)定不同：19個字符、31或63個字符等，可調(diào)用namelengthmax函數(shù)得到系統(tǒng)規(guī)定長度；>>namelengthmaxans=631.8Matlab的數(shù)據(jù)類型當前第23頁\共有44頁\編于星期三\7點特殊變量意義ans未定義變量名，系統(tǒng)用于計算結(jié)果存儲的默認變量名pi圓周率π（=3.1415926...）inf或Inf無窮大∞值，如1/0eps浮點運算的相對精度2^(-52)realmax最大的正浮點數(shù)，2^(1024)-1realmin最小的正浮點數(shù)，2^(-1022)NaN或nan不定量，如0/0或inf/infi或j虛數(shù)單位nargin函數(shù)輸入?yún)?shù)個數(shù)nargout函數(shù)輸出參數(shù)個數(shù)lasterr存放最新的錯誤信息lastwarn存放最新的警告信息1.8Matlab的數(shù)據(jù)類型當前第24頁\共有44頁\編于星期三\7點類型函數(shù)含義三角函數(shù)sin(x)正弦值asin(x)反正弦值cos(x)余弦值acos(x)反余弦值tan(x)正切指數(shù)函數(shù)exp(x)指數(shù)運算log(x)自然對數(shù)sqrt(x)求平方根復數(shù)函數(shù)abs(x)求絕對值imag(x)取出復數(shù)的虛部real(x)取出復數(shù)的實部conj(x)復數(shù)共軛1.8Matlab常用函數(shù)當前第25頁\共有44頁\編于星期三\7點類型函數(shù)含義求余、模rem(X,Y)取余數(shù)X-fix(X./Y).*Ymod(X,Y)取模X-floor(X./Y).*Y取整函數(shù)fix向零方向取整floor向下取整ceil向上取整數(shù)論函數(shù)round(x)四舍五入，最近方向取整mod(x,y)求余數(shù)lcm(x,y)整數(shù)x和y的最小公倍數(shù)gcd(x,y)整數(shù)x和y的最大公約數(shù)1.8Matlab常用函數(shù)當前第26頁\共有44頁\編于星期三\7點三角函數(shù)以弧度為單位>>sin(30)ans=-0.988031624092862>>sin(30*pi()/180)ans=0.5>>a=-12;b=8;>>mod(a,b)ans=4>>rem(a,b)ans=-41.8Matlab常用函數(shù)當前第27頁\共有44頁\編于星期三\7點>>a=[1.92.3-1.9-2.3];>>fix(a) %向零方向取整ans=12-1-2>>floor(a)

%向下取整ans=12-2-3>>ceil(a) %向上取整ans=23-1-2>>round(a)

%向最近方向取整ans=22-2-21.8Matlab常用函數(shù)當前第28頁\共有44頁\編于星期三\7點MATLAB是基于矩陣運算的處理工具；矩陣由數(shù)字行列構成，一行或一列的矩陣指代向量。MATLAB將一切變量或數(shù)據(jù)都當做矩陣(向量)看待；例如C=A+B，A,B,C都是矩陣,是矩陣的加運算；即使一個常數(shù)，Y=5，MATLAB也看做是一個11的矩陣；MATLAB和矩陣運算1.9矩陣和Matlab當前第29頁\共有44頁\編于星期三\7點>>a=[12]>>b=[32]>>a.*b %a*b’=[12]ans=34>>a./b %a/b’ans=0.33331.00001.9矩陣和Matlab當前第30頁\共有44頁\編于星期三\7點1.9矩陣和Matlab函數(shù)名意義min(X)向量X的元素的最小值max(X)向量X的元素的最大值mean(X)向量X的元素的平均值median(X)向量X的元素的中位數(shù)std(X)向量X的元素的標準差diff(X)向量X的相鄰元素的差sort(X)對向量X的元素進行排序當前第31頁\共有44頁\編于星期三\7點函數(shù)名意義length(X)向量X的元素個數(shù)norm(X)向量X的歐氏（Euclidean）長度sum(X)向量X的元素總和prod(X)向量X的元素總乘積cumsum(X)向量X的累計元素總和cumprod(X)向量X的累計元素總乘積dot(X,

y)向量X和y的內(nèi)積cross(X,

y)向量X和y的外積1.9矩陣和Matlab當前第32頁\共有44頁\編于星期三\7點>>a=[14532];>>sort(a)ans=12345>>cumsum(a) %累計和，依次向后累加ans=15101315>>sum(a) %求和，所有元素的和ans=15通過實例來理解各個函數(shù)的具體含義1.9矩陣和Matlab當前第33頁\共有44頁\編于星期三\7點1、輸入法矩陣的元素用方括號括起來，按矩陣行的順序輸入各元素，同一行的各元素之間用空格或逗號分隔，不同行的元素之間用分號分隔。>>a=[123;321;213]a=123321213>>b=[1,2,3;3,2,1;2,1,3]b=1233212131.10建立矩陣或向量當前第34頁\共有44頁\編于星期三\7點2．用M文件建立矩陣

對于比較大且比較復雜的矩陣，可以通過M文件來創(chuàng)建矩陣或向量。1.10建立矩陣或向量函數(shù)名意義ones(m,n,p,...)ones([mnp...])返回一個m*n*p…的矩陣，元素均為1ones(size(A))返回與矩陣A同維數(shù)的矩陣，元素為1ones(m,n,…,classname)Classname為矩陣元素類型zeros(m,n,p,...)zeros([mnp...])返回一個m*n*p…的矩陣，元素均為0zeros(size(A))返回與矩陣A同維數(shù)的矩陣，元素為0zeros(m,n,…,classname)Classname為矩陣元素類型eye(m,n)、eye(n)返回一個m*n的單位矩陣，二維eye(size(A))返回與矩陣A同維數(shù)的單位矩陣當前第35頁\共有44頁\編于星期三\7點>>ones(2,2)ans=1111>>zeros(2,2)ans=0000>>eye(2,2)ans=10011.10建立矩陣或向量當前第36頁\共有44頁\編于星期三\7點3．利用冒號表達式建立一個向量

冒號表達式可以產(chǎn)生一個行向量：a1:step:a2其中a1為初始值，a2為終止值，step為步長。>>a=1:0.2:2a=1.00001.20001.40001.6000 1.80002.00001.10建立矩陣或向量當前第37頁\共有44頁\編于星期三\7點4、利用linspace函數(shù)產(chǎn)生行向量linspace(a,b,n)

其中a和b是生成向量的第一個和最后一個元素，n是元素總數(shù)。等價于a:(b-a)/(n-1):b>>a=linspace(1,2,6)a=1.00001.20001.40001.60001.80002.00001.10建立矩陣或向量當前第38頁\共有44頁\編于星期三\7點1.10建立矩陣或向量5、利用小矩陣組合形成大矩陣一個矩陣可以有其他多個矩陣組合而成，注意行、列維數(shù)要統(tǒng)一。>>a=[1,2,3;4,5,6];>>b=[7,8,9];>>c=[a;b]c=123456789當前第39頁\共有44頁\編于星期三\7點6、生成對角矩陣

diag([kkkk…])diag([k,k,k,k…])>>a=diag([3,3,3,3])a=3000030000300003>>a=diag([1,2,3,4])a=1000020000300004

也可以用于抽取矩陣的主對角線元素；>>b=(diag(a))'b=12341.10建立矩陣或向量當前第40頁\共有44頁\編于星期三\7點1.10建立矩陣或向量7、生成范德蒙矩陣vander([k1k2k3])vander([k1,k2,k3])vander([k1:k2:k3])>>a=vander([123])>>a=vander([1:0.5:2])a=a=1