第1章 MATLAB R2015b环境.ppt

第1章MATLABR2015b环境,MATLAB简介,MATLABR2015b的环境设置,常用窗口,MATLABR2015b其他管理,一个实例,1.1MATLAB简介,MATLAB是MATLAB产品家族的基础，数学运算功能强大，如矩阵运算、数值分析算法。MATLAB集成了二维和三维图形功能，以完成相应数值可视化的工作，并且提供了一种交互式的高级编程语言M语言，利用M语言可以通过编写脚本或者函数文件实现用户自己的算法。MATLABCompiler是一种编译工具，它能够将那些利用MATLAB提供的编程语言M语言编写的函数文件编译生成函数库、可执行文件COM组件等，使MATLAB能够同其他高级编程语言，如C/C+语言，进行混合应用，以提高程序的运行效率。,1.1.1MATLAB工具箱,MATLAB有以下主要的工具箱。（1）控制系统工具箱（ControlSystemToolbox）：主要应用于连续系统设计和离散系统设计，传递函数和状态空间模型建立，模型转换，方程求解，频域响应，时域响应，根轨迹分析，增益选择，极点分配等。（2）信号处理工具箱（SignalProcessingToolbox）：主要应用于数字和模拟滤波器设计，应用及仿真，参数化模型，谱分析和估计，FFT变换，DCT变换等。（3）神经网络工具箱（NeuralNetworkToolbox）：主要应用于BP网络，Hopfield、Kohonen网络，径向基函数网络，竞争、线性、Sigmoidal等传递函数，前馈、递归等网络结构，性能分析及应用，自组织网络等。（4）模糊逻辑控制工具箱（FuzzyLogicToolbox）：主要应用于友好的交互设计界面，自适应神经模糊学习、聚类及Sugeno推理，支持Simulink动态仿真，可生成C语言源代码等。,1.1.1MATLAB工具箱,（5）图像处理工具箱（ImageProcessingToolbox）：主要应用于二维滤波器设计和滤波输入，图像恢复增强，色彩、集合及形态操作，二维变换，图像分析和统计等。（6）优化工具箱（OptimizationToolbox）：主要应用于线性规划和二次规划，求函数的最大值和最小值，多目标优化，约束条件下的优化，非线性方程求解等。（7）统计工具箱（StatisticsToolbox）：主要应用于概率分布和随机数生成，多变量分析，回归分析，主极分析，假设检验等。（8）符号数学工具箱（SymbolicMathToolbox）：主要实现符号运算，包括极限、微积分、符号方程等。,1.1.2MATLAB功能和特点,1功能强大（1）运算功能强大。MATLAB是以复数矩阵为基本编程单元的程序设计语言，其强大的运算功能使其成为世界顶尖的数学应用软件之一。（2）功能丰富的工具箱。大量针对各专业应用的工具箱的提供，使MATLAB适用于不同领域。（3）文字处理功能强大。MATLAB的Notebook为用户提供了强大的文字处理功能，允许用户从Word访问MATLAB的数值计算和可视化结果。通过使用MATLAB的Notebook，用户可以创建MATLAB的程序文档、技术报告、注释文档、手册或教科书。,1.1.2MATLAB功能和特点,2人机界面友好，编程效率高MATLAB的语言规则与笔算式相似，矩阵的行列数无须定义，MATLAB的命令表达方式与标准的数学表达式非常相近，易写、易读并易于在科技人员之间交流。3强大而智能化的作图功能MATLAB可以方便地将工程计算的结果可视化，使原始数据的关系更加清晰明了，并揭示数据间的内在联系。MATLAB能够根据输入数据自动确定最佳坐标，可规定多种坐标系（如极坐标系、对数坐标系等），可设置不同颜色、线型、视角等，并能绘制三维坐标中的曲线和曲面。4可扩展性强MATLAB软件包括基本部分和工具箱两大部分，具有良好的可扩展性。MATLAB的函数大多为ASCII文件，可以直接编辑和修改。MATLAB的工具箱可以任意增减。5Simulink动态仿真功能MATLAB的Simulink提供了动态仿真的功能，用户通过绘制框图模拟线性、非线性、连续或离散的系统，通过Simulink能够仿真并分析该系统。,1.2MATLABR2015b的环境设置,1.2.1MATLAB的集成开发环境MATLABR2015b版的界面操作非常方便，提供了多文档管理，是数据分析和算法的交互式开发环境。MATLABR2015b版启动后的运行界面称为MATLAB操作窗口，默认的操作窗口如图1.1所示。,1.2.2工具栏,1HOME页工具栏在工具栏中提供了一系列的菜单和工具按钮，工具栏根据不同的功能分了六个区，分别是“FILE”、“VARIABLE”、“CODE”、“SIMULINK”、“ENVIRONMENT”和“RESOURCES”。工具栏如图1.2所示。,1.2.2工具栏,（1）“FILE”区工具栏“FILE”区用于对文件进行操作，工具栏中各按钮的常用功能如表1.1所示。,1.2.2工具栏,（2）“VARIABLE”区工具栏“VARIABLE”区工具栏主要是对变量的操作，各按钮的常用功能如表1.2所示。,1.2.2工具栏,（3）“CODE”区工具栏“CODE”区工具栏主要是对程序代码的操作，各按钮的对应常用功能如表1.3所示。,1.2.2工具栏,（4）“SIMULINK”区工具栏“SIMULINK”区工具栏只有一个“SimulinkLibrary”按钮，打开Simulink界面。（5）“ENVIRONMENT”区工具栏“ENVIRONMENT”区工具栏主要进行界面的环境设置，各按钮的常用功能如表1.4所示。,（6）“RESOURCES”区工具栏“RESOURCES”区工具栏主要是对MATLAB的资源管理，包括帮助资料“Help”、网上社区资料“Community”和需求支持资料“RequestSupport”。,1.2.2工具栏,2.绘图面板工具栏在图1.1中选择面板“PLOTS”则切换到绘图面板，当工作空间创建了变量“a”时工具栏如图1.3所示。,1.2.2工具栏,（1）“SELECTION”区在工作空间中选择需要绘图的变量，可以是一个或多个变量，图中选择变量“a”。（2）“PLOTSa”区根据“SELECTION”区选择的变量，显示不同的绘图类型，在图中根据变量“a”显示的绘图类型包括二维曲线plot，也包括特殊图形bar、area、pie、histogram、semilogx、semilogy、loglog、comet、stem、stairs和barh等，单击向下的箭头还可以打开更多的图形类型选择。（3）“OPTIONS”区“OPTIONS”区有两个选择“ReuseFigure”和“NewFigure”。,1.2.2工具栏,3.应用软件面板工具栏在图1.1中选择面板“APPS”则切换到应用软件面板，工具栏如图1.4所示，分成两个区，分别是“FILE”和“APPS”。,1.2.2工具栏,（1）“FILE”区主要是对MATLAB应用软件的操作，有三个按钮分别是“GetMoreApps”、“InstallApp”和“PackageApp”，选择“GetMoreApps”时打开“Add-onExplorer”窗口，可以查找App，窗口如图1.5所示。,1.2.2工具栏,（2）“APPS”区“APPS”区是常用的App工具，当单击下拉箭头时出现分类的各种App，如图1.6所示。,1.3常用窗口,1.3.1命令窗口（CommandWindow）在命令窗口右侧单击下拉箭头，出现对命令窗口操作的快捷菜单，如图1.7所示。,1.3.1命令窗口（CommandWindow）,从上图的快捷菜单中可以选择菜单“Undock”，或是直接拖曳命令窗口离开操作界面都会出现如图1.8所示单独的命令窗口。,1.3.1命令窗口（CommandWindow）,单击命令窗口右上角的下拉箭头，选择菜单“Dock”可使单独的命令窗口返回MATLAB界面。其他各窗口都同样具有单独窗口的功能。（1）命令行的显示方式。MATLAB运行时，命令窗口中的每个命令行前会出现提示符“”。命令窗口内显示的字符和数值采用不同的颜色，在默认情况下，输入的命令、表达式及计算结果等采用黑色字体；字符串采用赭红色；“if”、“for”等关键词采用蓝色。【例1.1】在命令窗口中输入不同的数值和语句，并查看其显示方式。a=12.5a=12.5000b=Hellob=Helloifa0c=5,endc=5,1.3.1命令窗口（CommandWindow）,（2）命令窗口中命令行的编辑。由于MATLAB把命令窗口中输入的所有命令都记录在内存中专门的“历史命令（CommandHistory）”空间中，因此MATLAB命令窗口不仅可以对输入的命令进行编辑和运行，而且还可以对已输入的命令进行回调、编辑和重运行。命令窗口中行编辑的常用操作键如表1.4所示。,1.3.1命令窗口（CommandWindow）,（3）命令窗口中的标点符号。MATLAB常用标点符号的功能如表1.5所示。,1.3.1命令窗口（CommandWindow）,【例1.2】在命令窗口中使用不同的标点符号。a=12.5,b=Hello%逗号表示分隔命令，单引号构成字符串，点号为小数点a=12.5000b=Helloc=12;34;56%表示构成矩阵，分号用来分隔行，空格用来分隔元素c=123456d=a*%表示续行cd=12.500025.000037.500050.000062.500075.0000,1.3.1命令窗口（CommandWindow）,（4）数值计算结果的显示格式及设置。在命令窗口中，默认情况下数值计算结果的显示格式为：当数值为整数，以整数显示；当数值为实数，以小数后4位的精度近似显示，即以“短（Short）”格式显示；如果数值的有效数字超出了这一范围，则以科学计数法显示结果。,1.3.1命令窗口（CommandWindow）,用户可以根据需要，对命令窗口的字体风格、大小、颜色和数值计算结果的显示格式进行设置。设置方法有以下2种。在MATLAB的界面选择工具栏中“Preferences”按钮，则会出现参数设置对话框，如图1.9所示；在对话框的左栏选中“CommandWindow”项，在右边的“Numericformat”栏设置数据的显示格式。,1.3.1命令窗口（CommandWindow）,还可以直接在命令窗口中通过输入“format”命令进行数值显示格式的设置。语法：format格式描述MATLAB的数值显示的format格式如表1.6所示。,1.3.1命令窗口（CommandWindow）,（5）命令窗口的清空命令。clc：用于清空命令窗口中的所有显示内容，清空后命令窗口就是空白了。,1.3.2当前目录浏览器窗口（CurrentFolder）,当前目录浏览器窗口默认地出现在MATLAB界面（如图1.1所示）左侧，用来设置当前目录，可以随时显示当前目录下所有文件的信息，当前目录浏览器窗口如图1.10所示，在下面的文件细节栏可以看到M文件的开头注释行，可以看出不同文件的图标不同，并可以复制、编辑和运行M文件及装载MAT数据文件。,1.3.2当前目录浏览器窗口（CurrentFolder）,（1）当前目录的设置。在MATLAB环境中，如果不特别指明存放数据和文件的目录，则MATLAB默认地将它们存放在当前目录上。用户应把自己的目录设置成为当前目录。把用户目录设置成为当前目录的方法有2种。在当前目录设置区设置。在图1.10中或MATLAB界面（图1.1）工具栏的右侧都有当前目录设置区，可以在“设置栏”中直接填写待设置的目录名，或像资源管理器一样选择待设置目录。通过命令设置。使用“cd”命令设置当前目录。语法：cd%显示当前目录cd目录%指定当前目录cd%指定上一级目录为当前目录例如，要设置当前目录为“c:MyDir”：cdc:MyDir,1.3.2当前目录浏览器窗口（CurrentFolder）,（2）文件快捷菜单的使用。单击选择一个文件，单击鼠标右键出现快捷菜单，主要应用功能和操作方法如表1.7所示。,1.3.2当前目录浏览器窗口（CurrentFolder）,例如，在“CurrentFolder”窗口中选择【例1.1】保存的文件名“Ex0101”，单击鼠标右键选择“CompareAgainst”“Choose”，选择【例1.2】的文件“Ex0102”，然后单击“Compare”按钮，则打开“FilesandFoldersComparisons”窗口，如图1.11所示，显示出两个文件的匹配情况。,1.3.3工作空间窗口（Workspace）,工作空间窗口（又称为内存窗口）默认地出现在MATLAB界面（如图1.1所示）的右边，用于显示所有MATLAB工作空间中的变量名、数据结构、类型、大小和字节数。在该窗口中，还可以对变量进行观察、编辑、提取和保存。例如，在命令窗口输入：a=12.5b=Helloc=12;34;56如图1.12所示为工作空间窗口，单击鼠标右键，在快捷菜单中选择“ChooseColumns”的所有选项，在图中显示了三个变量a、b、c的名称、大小、字节数、类型、最小值、最大值、范围、中间值、出现频率、方差和均方差的所有信息。,1.3.3工作空间窗口（Workspace）,图1.12工作空间窗口,1.3.3工作空间窗口（Workspace）,（1）当前目录工作空间窗口中变量的操作。对当前目录工作空间窗口中的变量可以进行多种操作，操作方法如表1.8所示。,1.3.3工作空间窗口（Workspace）,（2）通过命令管理变量。把工作空间中的数据存放到MAT数据文件。语法：saveFileName变量1变量2参数%将变量保存到文件中save（FileName，变量1，变量2）说明：FileName为MAT文件名；变量1、变量2可以省略，省略时则保存工作空间的所有变量；参数为保存的方式，有-ASCII、-append等方式。例如：saveFileName1%把全部内存变量保存为FileName1.mat文件saveFileName2ab%把变量a、b保存为FileName2.mat文件saveFileName3ab-append%把变量a、b添加到FileName3.mat文件中,1.3.3工作空间窗口（Workspace）,从数据文件中取出变量存放到工作空间。语法：loadFileName变量1变量2说明：变量1、变量2可以省略，省略时则装载所有变量。例如：loadFilename1%把FileName1.mat文件中的全部变量装入内存loadFileName2ab%把FileName2.mat文件中的a、b变量装入内存查阅MATLAB内存变量名。语法：who例如，查阅工作空间中的a、b、c这3个变量：whoYourvariablesare:abc,1.3.3工作空间窗口（Workspace）,查阅MATLAB内存变量的变量名、大小、类型和字节数。语法：whos例如：whosNameSizeByteClassa1x18doublearrayb1x510chararrayc3x248doublearrayGrandtotalis12elementsusing66bytes,1.3.3工作空间窗口（Workspace）,删除工作空间中的变量。语法：clear%删除内存中的所有变量clear变量名1变量名2%删除内存中的多个变量例如，在工作空间中删除变量a：clearawhoYourvariablesare:bc当执行M文件结束后，如果再次执行，则经常需要使用clear命令清除在工作空间中的变量。,1.3.4历史命令窗口（CommandHistory）,在界面中选择工具栏“Layout”CommandHistoryDocked，可以选择打开历史命令窗口，如图1.13所示。历史命令窗口包括：每次开启MATLAB的时间和每次开启后在命令窗口中运行过的所有命令行。图中命令前面红色的表示出错的程序。,1.3.4历史命令窗口（CommandHistory）,在历史命令窗口中选择命令行，单击鼠标右键，则弹出快捷菜单，主要功能如表1.9所示。,1.3.4历史命令窗口（CommandHistory）,例如，复制和运行如图1.14所示历史命令窗口中的命令。在历史命令窗口中，先用鼠标选择“ifa0c=5,end”命令，单击鼠标右键，选择“CreateShortcut”菜单，则出现“ShortcutEditor”窗口，如图1.14所示。,1.3.5变量编辑器窗口（VariableEditor）,如图1.15所示为变量“c=12;34;56”出现在“VariableEditor”变量编辑器窗口的情形。,1.3.5变量编辑器窗口（VariableEditor）,图中有三个面板，在“VARIABLE”面板中可以在变量中插入行、列，也可以单击“Transpose”按钮进行转置，可以对变量进行以下编辑和修改，甚至可以更改数据结构和显示方式；在“PLOTS”面板中可以对变量的全部数据和部分数据进行绘图；在“VIEW”面板中可以查看不同的变量显示格式。（1）在“VIEW”面板中的“NumberDisplayformat”栏中改变变量的显示类型。（2）在“VARIABLE”面板中选择“Insert”按钮增加数组的行列。（3）逐格修改数组中的元素值。,1.3.5变量编辑器窗口（VariableEditor）,在图1.15中选择所有的元素，在“PLOTS”面板中单击工具栏的按钮，则会出现如图1.16所示的波形图。,1.3.6M文件编辑/调试器窗口（Editor/Debugger）,在默认情况下，M文件编辑/调试器窗口不随MATLAB界面的出现而启动。只有需要编写M文件（扩展名为.m）时，才启动该窗口。如图1.17所示为M文件编辑/调试器窗口。,1.3.6M文件编辑/调试器窗口（Editor/Debugger）,M文件编辑/调试器窗口的启动方法有以下几种。（1）单击MATLAB界面上的图标，或者选择工具栏“NewScript”按钮，可打开空白的M文件编辑器。（2）单击MATLAB界面上的图标，或者选择工具栏“New”按钮，在下拉菜单中选择“Script”，就可出现相应的M文件编辑器。（3）用鼠标双击当前目录窗口中的M文件（扩展名为.m），可直接打开相应文件的M文件编辑器。,1.3.7代码分析报告窗口（CodeAnalyzerReporter）,代码分析报告窗口是对MATLAB的当前目录下的M文件进行分析，报告中列出一些错误和可以提高程序性能的警告，如图1.18所示为可以看到对M文件的相应行显示出提示信息。,1.3.8程序运行时间窗口（Profiler）,图1.1的MATLAB界面中，选择工具栏的“RunandTime”按钮；或在命令窗口输入“profileviewer”；就可以独立出现程序性能剖析窗口，查看M文件“Ex0101.m”的运行时间，以便提高运行速度，单击“Ex0101”可以看到每行命令的运行时间，如图1.19所示。,1.3.9MATLABR2015b帮助,1帮助窗口打开帮助窗口，如图1.20所示的帮助窗口界面由左侧目录和右侧的帮助浏览器两部分组成，在右侧的帮助浏览器中选择不同的内容打开，也可以上网查找帮助信息。,1.3.9MATLABR2015b帮助,（1）左侧的目录包括：所有产品、安装、发行说明和其他版本，用鼠标单击目录，在左边的帮助浏览器中就会显示出相应的帮助内容。“所有产品”是对应的MATLAB产品族所有内容，包括各种工具箱；“其它版本”是上网打开MATLAB以前对应所有版本的帮助内容。（2）右侧的帮助浏览器可以进入不同产品的具体帮助信息，对应左侧的目录栏会相应变化。,1.3.9MATLABR2015b帮助,例如，在右侧帮助浏览器中选择菜单“MATLAB”“Mathematics”“ElementaryMath”“Trigonometry”，可以查看各种三角函数的帮助信息，如图1.21所示。,1.3.9MATLABR2015b帮助,单击其中的函数，就可以打开具体函数的帮助信息。例如，单击“sin”则打开帮助信息如图1.22所示。,1.3.9MATLABR2015b帮助,（3）搜索帮助信息帮助信息窗口如上图中所示，有查找帮助栏，输入需要查找的帮助内容，单击查找。（4）单击图1.21右侧MATLAB旁边的图标，出现下拉菜单，可以选择GettingStarted、Examples、Functions、ReleaseNotes和PDFDocumentation，查看快捷的相应帮助信息。,1.3.9MATLABR2015b帮助,2通过命令实现帮助通过MATLAB的帮助命令可以得到纯文本形式的帮助信息，MATLAB的命令、函数的M文件都有纯文本形式的注释，用来简要描述该文件的调用格式和输入/输出变量的含义。（1）help：显示MATLAB命令和M文件的帮助信息。语法：help%列出所有主要的帮助主题，每个帮助主题与MATLAB搜索路径的一个目录名相对应helptopic%给出指定主题的帮助，主题可以是函数、目录或局部路径例如，在命令窗口输入“helpabs”（绝对值函数）命令，显示该M文件的注释行，得出具体函数的用法说明：helpabsabsAbsolutevalue.abs(X)istheabsolutevalueoftheelementsofX.WhenXiscomplex,abs(X)isthecomplexmodulus(magnitude)oftheelementsofX.Seealsosign,angle,unwrap,hypot.ReferencepageforabsOtherfunctionsnamedabs,1.3.9MATLABR2015b帮助,（2）lookfor：在所有的帮助条目中搜索关键字，常用来查找具有某种功能而不知道准确名字的命令。语法：lookfortopic%把在搜索中发现与关键字相匹配的所有M文件的H1行（第1行注释）都显示出来lookfortopic-all%在所有M文件中搜索关键字例如，在命令窗口输入“lookforsimulink”，查看帮助信息。（3）doc：打开并显示帮助窗口，如图1.20所示。语法：docdoctopic%打开帮助导航/浏览器窗口显示指定的主题信息,1.3.9MATLABR2015b帮助,3通过Web查找帮助信息MathWorks公司提供了技术支持网站，通过该网站用户可以找到相关的MATLAB介绍，MATLAB使用建议，常见问题解答和其他MATLAB用户提供的应用程序等。,1.4MATLABR2015b其他管理,1.4.1MATLAB用户文件格式1程序文件程序文件即M文件，其文件的扩展名为.m，包括主程序和函数文件，M文件通过M文件编辑/调试器生成。MATLAB的各工具箱中的函数大部分是M文件。2数据文件数据文件即MAT文件，其文件的扩展名为.mat，用来保存工作空间的数据变量。数据文件可以通过在命令窗口中输入“save”命令生成。3可执行文件可执行文件即MEX文件，其文件的扩展名为.mex，由MATLAB的编译器对M文件进行编译后产生，其运行速度比直接执行M文件快得多。4图形文件图形文件的扩展名为.fig，可以在“File”菜单中创建和打开，也可由MATLAB的绘图命令和图形用户界面窗口产生。5模型文件模型文件扩展名为.slx和.mdl，是由Simulink工具箱建模生成的。.mdl文件是MATLAB以前各版本使用的模型文件类型，mdl是文本文件，slx是二进制格式，这两种格式可以转换。另外，还有.s仿真文件。,1.4.2设置搜索路径,1MATLAB的基本搜索过程当用户在命令窗口的提示符“”后输入1个名字如“X”时，则MATLAB按照以下步骤进行搜索。（1）在MATLAB内存中进行检查，检查X是否为工作空间的变量或特殊变量。（2）检查X是否为MATLAB的内部函数（Built-inFunction）。（3）在当前目录上，检查是否有名为“X.m”或“X.mex”的文件存在。（4）在MATLAB搜索路径的所有其他目录中，检查是否有名为“X.m”或“X.mex”的文件存在。（5）如果都不是，则MATLAB发出错误信息。,1.4.2设置搜索路径,2显示当前目录是否在搜索路径中在“CurrentFolder”窗口中可以查看当前路径中的文件夹是否在搜索路径中，选择工具栏的“Preferences”按钮，在出现的“Preferences”窗口左侧栏选择“CurrentFolder”，在右侧栏的“Pathindication”选项中选择“Indicateinaccessiblefiles”和“Showtooltipexplainingwhyfilesareinaccessible”，并将“Textandicontransparency”调整到最前面，如图1.23所示，单击“OK”按钮保存设置。,1.4.2设置搜索路径,在“CurrentFolder”窗口中将鼠标放在目录上，则可以显示出是否在搜索路径中的说明，如图1.24所示。,1.4.2设置搜索路径,3MATLAB搜索路径的扩展和修改（1）利用设置路径对话框修改搜索路径。通过打开路径对话框修改搜索路径有2种方法。在MATLAB界面的工具栏选择“SetPath”按钮。在命令窗口运行“pathtool”命令，就会出现如图1.25所示的“设置路径”对话框。,1.4.2设置搜索路径,（2）利用path命令设置搜索路径。利用path命令可以显示和添加搜索路径，用path命令扩展的搜索路径仅在当前MATLAB环境下有效。语法：path%列出MATLAB的搜索路径path(path,新增目录)%在MATLAB的搜索路径的末尾添加新目录例如，在MATLAB的搜索路径的末尾添加已有目录“c:MyDir”：path(path,c:MyDir),1.4.2设置搜索路径,（3）在“CurrentFolder”窗口中设置搜索路径。在“CurrentFolder”窗口中选择文件夹，单击鼠标右键出现快捷菜单，如图1.26所示。选择“exe”文件夹，单击鼠标右键选择“AddtoPath”菜单，如果选择“Sele