第一章 MATLAB语言概述

1、第一章第一章 概述概述 开课目的及意义 开课的意义 工程设计与计算机 传统设计与现代设计 CAD、CAE中CA的意义 程序设计与工程设计 计算机语言的发展 MATLAB的特点 MATLAB与工程设计 开课的目的： MATLAB是一种流行的工程软件，可以应用与科学计算、 控制系统设计与分析、数字信号处理、数字图象处理、 通讯系统仿真与设计、金融财经系统分析等领域。 概述（续）概述（续） 一、MATLAB语言的发展 matlab语言是由美国的Clever Moler博士于1980年 开发的 设计者的初衷是为解决“线性代数”课程的矩阵运 算问题 取名MATLAB即Matrix Laboratory

2、矩阵实验室的意思 MATLAB将一个优秀软件的易用性与可靠性、通用 性与专业性 、一般目的的应用与高深的科学技术应用有 机的相结合。 MATLAB已经成为各种系统仿真、数字信号处理、 科学可视化等领域的标准语言。 Cleve Moler 二、MATLAB的应用 工业研究与开发 数学教学，特别是线性代数 数值分析和科学计算方面的教学与研究 电子学、控制理论和物理学等工程和科学学科方 面的教学与研究 经济学、化学和生物学等计算问题的所有其他领 域中的教学与研究 概述（续）概述（续） 例1 用一个简单命令求解线性系统 3x1+ x2 - x3 = 3.6 x1+2x2+4x3 = 2.1 -x1+4

3、x2+5x3 = -1.4 A=3 1 -1;1 2 4 ; -1 4 5 ; b=3.6 ; 2.1 ; -1.4 ; x=Ab x = 1.4818 -0.4606 0.3848 对于线性系统有Ax=b 概述（续）概述（续） 例2 绘制在0 x6范围内的sin(2x)、sinx2、(sinx)2。 x=linspace(0,6); y1=sin(2*x); y2=sin(x.2);y3=(sin(x).2; plot(x,y1,x, y2,x, y3) 概述（续概述（续） 三、MATLAB语言的功能 强大的数值（矩阵）运算功能 广泛的符号运算功能 高级与低级兼备的图形功能（计算结果的可视

4、化功能） 可靠的容错功能 应用灵活的兼容与接口功能 信息量丰富的联机检索功能 概述（续）概述（续） 1.1.矩阵运算功能矩阵运算功能 MATLAB提供了丰富的矩阵运算处理功能，是基 于矩阵运算的处理工具。 变量 矩阵，运算 矩阵的运算 例如：C = A + B ，A,B,C都是矩阵,是矩阵的加 运算 即使一个常数，Y=5，MATLAB也看做是一个11 的矩阵 符号运算即用字符串进行数学分析 允许变量不赋值而参与运算 用于解代数方程、微积分、复合导数、积分、 二重积分、有理函数、微分方程、泰乐级数展 开、等等，可求得解析符号解 2.2.符号运算功能符号运算功能 3.3.丰富的绘图功能与计算结果的

5、可视丰富的绘图功能与计算结果的可视化化 具有高层绘图功能二维、三维绘图 具有底层绘图功能句柄绘图 使用plot函数可随时将计算结果可视化 4.4.图形化程序编制功能图形化程序编制功能 动态系统进行建模、仿真和分析的软件包 用结构图编程，而不用程序。编程只需拖 几个方块、连几条线，即可实现编程功能 5.5.丰富的丰富的MATLABMATLAB工具箱工具箱 MATLAB主工具箱 SIMULINK仿真工具箱 符号数学工具箱 控制系统工具箱 信号处理工具箱 图象处理工具箱 通讯工具箱 系统辨识工具箱 神经元网络工具箱 金融工具箱 可与C语言、FORTURE语言跨平台兼容 用函数CMEX、FMEX实现

6、6.MATLAB6.MATLAB的兼容功能的兼容功能 7.MATLAB7.MATLAB的容错功能的容错功能 非法操作时，给出提示，并不影响其操作 1/0 Warning: Divide by zero ans = Inf（无穷大） 8.MATLAB8.MATLAB的开放式可扩充结构的开放式可扩充结构 MATLAB 所有函数都是开放的 用户可按自己意愿随意更改 正因为此功能，使得MATLAB的应用越来越广泛 9.9.强大的联机检索帮助系统强大的联机检索帮助系统 可随时检索MATLAB函数 可随时查询MATLAB函数的使用方法 概述（续）概述（续） 1.1 MATLAB产品族简介产品族简介 1.2

7、 MATLAB的桌面环境的桌面环境 1.3 Command Windows和和MATLAB指令指令 1.4 Command History和历史记录和历史记录 1.5 Current Directory和搜索路径和搜索路径 1.6 Launch Pad和和Start菜单菜单 1.7 使用帮助使用帮助 1.8 本章小结本章小结 1.1 MATLAB产品族简介产品族简介 MATLAB产品族可以用来进行如下工作 数值分析 数值和符号计算 工程与科学绘图 控制系统的设计与仿真 数字图象处理 数字信号处理 通讯系统设计与仿真 财务与金融工程 1.1.1 MATLAB1.1.1 MATLAB的产品体系的产

8、品体系 MATLAB产品由若干个模块组成，不同的模块完成不同的功能 MATLAB MATLAB Toolboxes MATLAB Compiler Simulink Simulink Blockset Real_Time Workshop(RTW) Stateflow Stateflow Coder MATLABMATLAB的产品体系（续）的产品体系（续） MATLAB主要的专业工具箱 数据与数据分析 数据获取与采集 信号处理与图像处理 控制系统设计与分析 财经与金融 1.1.2 Simulink1.1.2 Simulink简介简介 Simulink是基于MATLAB的框图设计环境，可以用来对

9、各种动 态系统进行建模、分析和仿真 Simulink的特点 交互式建模 交互式仿真 任意扩充和定制功能 与MATLAB工具集成 专业模型库 1.1.3 Stateflow1.1.3 Stateflow简介简介 Stateflow是一个交互式的设计工具，它基于有限状态机的理 论，可以用来对复杂的事件驱动系统进行建模和仿真 Stateflow与Simulink和MATLAB紧密集成，可以将Stateflow 创建的复杂控制逻辑有效地结合到Simulink的模型中 有限状态机是指具有有限个状态的系统的理论表述。它以某 些缺省的状态为起点，根据所定义的事件和转移进行操作， 转移表示状态机如何对事物进行

10、响应（控制流程） A E B C D b b b b b a a a a 1.1.4 1.1.4 自动化代码生成工具自动化代码生成工具 自动化代码生成工具主要有 Real-Time Workshop(RTW) Stateflow Coder 代码生成工具可以直接将Simulink的模型框图和Stateflow的 状态图转换成高效、优化的程序代码。 概述（续）概述（续） 1.1 MATLAB产品族简介产品族简介 1.2 MATLAB的桌面环境的桌面环境 1.3 Command Windows和和MATLAB指令指令 1.4 Command History和历史记录和历史记录 1.5 Curren

11、t Directory和搜索路径和搜索路径 1.6 Launch Pad和和Start菜单菜单 1.7 使用帮助使用帮助 1.8 本章小结本章小结 1.2 MATLAB1.2 MATLAB的桌面环境的桌面环境 建议使用Windows 2000 Professional或者Windows XP 版本 作为MATLAB的运行平台 启动MATLAB 双击MATLAB图标 在命令行提示符（控制台方式）下键入指令：MATLAB MATLABMATLAB的桌面环境（续）的桌面环境（续） MATLAB的桌面环境包含的窗口 历史命令窗口（Command History） 命令行窗口（Command Windo

12、w） 当前目录浏览器（Current Directory Browser） 工作空间浏览器（Workspace Browser） 目录分类窗口（Launch Pad） 数组编辑器（Array Editor） M文件编辑器/调试器（Editor/Debugger） 超文本帮助浏览器（Help Navigator/browser） MATLABMATLAB的桌面环境（续）的桌面环境（续） MATLAB运行时的界面窗口 “start”菜单中可以 执行MATLAB产品 的各种工具，并且 可以查阅MATLAB 包含的各种资源。 MATLABMATLAB的桌面环境（续）的桌面环境（续） MATLAB启动的

13、界面可以具有多种默认 的选择，用户可以通过MATLAB界面中的 “Desktop”菜单下的“Desktop Layout”子 菜单下的命令选择不同的MATLAB界面。 MATLABMATLAB的桌面环境（续）的桌面环境（续） 1、Default：缺省的界面 MATLABMATLAB的桌面环境（续）的桌面环境（续） 2、Command Windows Only MATLABMATLAB的桌面环境（续）的桌面环境（续） 3、Simple MATLABMATLAB的桌面环境（续）的桌面环境（续） 4、Short History MATLABMATLAB的桌面环境（续）的桌面环境（续） 5、Tall

14、History MATLABMATLAB的桌面环境（续）的桌面环境（续） 6、Five Panel 概述（续）概述（续） 1.1 MATLAB产品族简介产品族简介 1.2 MATLAB的桌面环境的桌面环境 1.3 Command Windows和和MATLAB指令指令 1.4 Command History和历史记录和历史记录 1.5 Current Directory和搜索路径和搜索路径 1.6 Launch Pad和和Start菜单菜单 1.7 使用帮助使用帮助 1.8 本章小结本章小结 1.3 Command Windows1.3 Command Windows和和MATLABMATLA

15、B指令指令 MATLAB的功能是通过大量的函数或者指令来实现的 大多数函数是通过MATLAB的命令行窗口，由用户直接键入 相应的函数或命令来调用的 主要介绍 命令行窗口 设置命令行窗口的显示方式 常用的控制指令 1.3.1 1.3.1 命令行窗口命令行窗口 单击命令行窗口上的按钮 ，就可以浮动命令行窗口 命令行窗口（续）命令行窗口（续） 执行“View”菜单下的“Dock Command Windows”命令，可 将命令行窗口重新嵌入到MATLAB的界面中 命令行窗口（续）命令行窗口（续） MATLAB的命令行窗口具有命令回调的功能，即在MATLAB的 命令行窗口键入任意算术表达式，系统会自动

16、解算，并给出 结果。 例3：计算算术表达式 -5/(4.8+5.32)2 ans= -0.0488 例4：计算复数的运算 (1+2i)*(1-3i) ans= 7.0000-1.0000i 2 )32. 58 . 4( 5 ii3121 在MATLAB中表示 复数：xyi 命令行窗口（续）命令行窗口（续） 例5：调用函数 cos(pi/2) ans= 6.1232e-017 exp(acos(0.3) ans= 3.5470 命令行窗口（续）命令行窗口（续） MATLAB的功能是通过大量的M语言函数或者MATLAB内建的 指令来完成的 在命令行窗口中，调用函数的方法就是直接键入函数或者指 令，

17、并根据不同的函数提供相应的参数列表 MATLAB的命令行窗口具有命令行记忆功能 在命令行窗口中，使用上、下光标键就可以重复以前键 入的指令 MATLAB有局部记忆的功能 例如在MATLAB的命令行窗口中曾经执行了函数 exp(acos(0.3)，再次运行该函数时，只要在命令行中 键入exp，然后按光标上键，整条命令就会出现在命 令行窗口 1.3.2 1.3.2 设置命令行窗口的显示方式设置命令行窗口的显示方式 输出MATLAB的计算结果 可以用图形方式进行可视化输出 在命令行窗口中输出 命令行窗口中的文本输出形式可以根据用户的需要自 定义 设置命令行窗口的显示方式（续）设置命令行窗口的显示方式

18、（续） 文本输出形式的设置方法 执行“File”菜单下的“Preferences” 命令，在弹出的对话 框中选择左边选项中的“Command Windows”项，然后 展开“Font -2 0 -7;5 6 -8 a = 1 0 3 -2 0 -7 5 6 -8 format + a=1 0 3;-2 0 -7;5 6 -8 a = + + - - +- format a=1 0 3;-2 0 -7;5 6 -8 a = 1 0 3 -2 0 -7 5 6 -8 1.3.3 1.3.3 常用的控制指令常用的控制指令 MATLAB包含的函数分为 执行各种具体计算或者数据处理功能的函数 进行用户环

19、境控制的指令 常用的控制指令（续）常用的控制指令（续） 常用的MATLAB控制指令 指 令说 明 exit、quit退出MATLAB会话 format数字格式 clc清除当前的命令行窗口 home将当前命令行敞口的光标设置在左上角 dos执行dos系统指令 unix执行unix系统指令 system执行系统指令，针对不同的系统有不同的指令 perl执行perl脚本 cd切换路径或者显示当前的路径 pwd显示当前的路径 dir、ls显示当前路径下的文件 what显示当前路径下的MATLAB文件 which判断当前文件的所在路径 常用的控制指令（续）常用的控制指令（续） 例8：常用的控制指令示例

20、pwd dir what which what which logo 常用的控制指令（续）常用的控制指令（续） system指令的一般使用方法：system( command ) 在执行系统指令时可以用MATLAB的“！”符号 例9: system( copy eagles_hotelcanifornia.mp3 eagles.mp3) ! copy eagles_hotelcanifornia.mp3 eagles.mp3 system( copy 4-1.txt 4.txt) !copy 4-1.txt 4.txt 概述（续）概述（续） 1.1 MATLAB产品族简介产品族简介 1.2 M

21、ATLAB的桌面环境的桌面环境 1.3 Command Windows和和MATLAB指令指令 1.4 Command History和历史记录和历史记录 1.5 Current Directory和搜索路径和搜索路径 1.6 Launch Pad和和Start菜单菜单 1.7 使用帮助使用帮助 1.8 本章小结本章小结 1.4 1.4 Command History和历史记录和历史记录 用户完成设计后，可以将已经经过验证考察的指令通过 MATLAB的记录命令能力，将这些指令再次提取出来。 记录命令的能力就是利用MATLAB提供的Command History 窗口以及相应的MATLAB控制指

22、令完成 介绍的内容 命令行历史窗口 diary指令 1.4.1 1.4.1 命令行命令行历史窗口历史窗口 命令行命令行历史窗口（续）历史窗口（续） 命令行命令行历史窗口（续）历史窗口（续） 命令行命令行历史窗口（续）历史窗口（续） 命令行历史窗口的功能 记录了在MATLAB命令行窗口中键入的所有指令 这些指令不仅可以清楚地记录在命令行历史窗口中，还 可以被再次执行 命令行命令行历史窗口（续）历史窗口（续） 快捷菜单 Copy：拷贝当前选中的指令 Evaluate Selection：执行当前选中的指令 Create M-File：把当前选前选中的指令创建一个新的M文件 Delete Selec

23、tion：从命令行历史窗口中删除当前选中的指 令 Delete to Selection：将当前选中指令之前的所有历史记录 指令从命令行历史窗口中删除 Delete Entire History：删除命令行历史窗口中所有的指令 命令行命令行历史窗口（续）历史窗口（续） 命令行历史窗口的应用 执行单条指令：在命令行窗口中用鼠标左键双击指令即可 执行多条指令：按住Ctrl键或者Shift键选中多条语句，或用 Ctrl+A键选中所有命令行历史窗口中的指令，然后单击鼠 标右键，在弹出的快捷菜单中选择“Evaluate Selection”命 令即可 命令行命令行历史窗口（续）历史窗口（续） 设置命令行

24、历史窗口 的属性 执行“File”菜单下 的“Preferences” 命令，在命令行 历史窗口属性设 置对话框中，可 以设置有关命令 行历史窗口的属 性 1.4.2 diary1.4.2 diary指令指令 diary指令功能：创建一个日志文件 日志文件能够把所有在MATLAB命令行键入的指令以及在命 令行窗口的输入保存下来 diary指令的常用方法 diary：在历史日志记录指令On和Off状态之间切换 diary on：打开历史日志记录功能 diary off：关闭历史日志记录功能 diary(filename)：创建日志文件，文件名为filename diary记录指令的功能在执行di

25、ary指令之后的MATLAB会话中有 效，一旦关闭了MATLAB再次启动时，则diary指令要重新键入 概述（续）概述（续） 1.1 MATLAB产品族简介产品族简介 1.2 MATLAB的桌面环境的桌面环境 1.3 Command Windows和和MATLAB指令指令 1.4 Command History和历史记录和历史记录 1.5 Current Directory和搜索路径和搜索路径 1.6 Launch Pad和和Start菜单菜单 1.7 使用帮助使用帮助 1.8 本章小结本章小结 1.5 1.5 Current Directory和搜索路径和搜索路径 整个MATLAB是由若干M

26、ATLAB文件、数据构成的庞大的软件 体系 利用MATLAB的路径管理方法搜索路径来判断文件所处的 位置，并按要求加载正确的文件 介绍的内容 Current Directory当前路径察看器 工作路径 搜索路径 1.5.1 Current Directory当前路径察看器当前路径察看器 Current Directory当前路径察看器（续）当前路径察看器（续） Current Directory当前路径察看器（续）当前路径察看器（续） Current Directory当前路径察看器（续）当前路径察看器（续） Current Directory当前路径察看器（续）当前路径察看器（续） 当前路径

27、查看器的主要作用 帮助用户组织管理当前路径下的M文件 能够运行、编辑相应的文件，加载MAT数据文件 操作通过对应的右键快捷菜单完成 Current Directory当前路径察看器（续）当前路径察看器（续） 设置当前路径察看 器的属性 执行“File”菜单 下的 “Preferences”命 令，在当前路径 察看器属性设置 对话框中，可以 设置有关当前路 径察看器的属性 1.5.2 工作路径工作路径 MATLAB的工作路径就是当前路径，MATLAB在启 动时采用默认的路径作为当前工作路径。 启动时选择的工作路径可以修改 在桌面上选择MATLAB应用程序的快捷图标，然后单击 鼠标右键，在弹出的快

28、捷菜单中选择“属性”命令 在弹出的对话框中的“起始位置”文本输入框中，可 以将需要设置的启动工作路径设置在这里 工作路径（续）工作路径（续） 修改MATLAB 的起始位置 工作路径（续）工作路径（续） 对于同一个应用程序的不同的快捷方式可以设置不 同的起始位置 用户应该尽量为自己创建一个工作路径，将必要的 文件保存在自己的工作路径下 若要切换工作路径，则单击“Current Directory”下 拉框边上的 按钮 工作路径（续）工作路径（续） 1.5.3 搜索路径搜索路径 为了避免执行不同路径下的MATLAB文件而不断切换不同 的路径，MATLAB提供了搜索路径机制来完成对文件的组 织和管理

29、 所有的MATLAB文件都被保存在不同的路径中，将这些路 径按照一定的次序组织起来，就构成了搜索路径。当执 行MATLAB指令时，系统将按照以下顺序搜索该指令 首先判断该指令是否为变量 然后判断该指令是否为内建的函数 接着在当前的路径下搜索是否存在该指令文件 最后从搜索路径中依次搜索该文件直到找到第一个符 合要求的M文件为止 若上述的搜索都没有找到该指令，则报告错误信息 搜索路径（续）搜索路径（续） 设置搜索路径 执行“File”菜单 下的“Set Path” 指令，在弹出的 对话框中可以设 置相应的搜索路 径 搜索路径（续）搜索路径（续） 设置路径的方法也可通过MATLAB指令来完成 pat

30、h：察看或者修改路径信息 addpath：添加路径到搜索路径中 rmpath：将路径从搜索路径列表中删除 path2rc：保存搜索路径信息 pathtool：显示搜索路径设置对话框 genpath：生成路径字符串 概述（续）概述（续） 1.1 MATLAB产品族简介产品族简介 1.2 MATLAB的桌面环境的桌面环境 1.3 Command Windows和和MATLAB指令指令 1.4 Command History和历史记录和历史记录 1.5 Current Directory和搜索路径和搜索路径 1.6 Launch Pad和和Start菜单菜单 1.7 使用帮助使用帮助 1.8 本章小

31、结本章小结 1.6 1.6 Launch Pad和和Start菜单菜单 通过Launch Pad或Start菜单，可以访问、使用所有 MATLAB产品的资源 介绍的内容 Launch Pad Start Launch Pad和和Start菜单（续）菜单（续） Launch Pad Launch Pad和和Start菜单（续）菜单（续） Launch Pad和和Start菜单（续）菜单（续） Launch Pad和和Start菜单（续）菜单（续） Start Launch Pad和和Start菜单（续）菜单（续） Launch Pad 和Start菜单上的四类主要图标 ：可用工具 ：MATLAB

32、的帮助文档 ：MATLAB系统自带的演示示例 ：MATLAB的网上资源 概述（续）概述（续） 1.1 MATLAB产品族简介产品族简介 1.2 MATLAB的桌面环境的桌面环境 1.3 Command Windows和和MATLAB指令指令 1.4 Command History和历史记录和历史记录 1.5 Current Directory和搜索路径和搜索路径 1.6 Launch Pad和和Start菜单菜单 1.7 使用帮助使用帮助 1.8 本章小结本章小结 1.7 1.7 使用帮助使用帮助 在MATLAB中有两种不同类型的帮助系统 在线帮助 窗口帮助 1、在线帮助、在线帮助 在线帮助 在线帮助的获取需要通过具体的指令（help或者 helpwin），才能将在线帮助显示在命令行窗口中 在线帮助（续）在线帮助（续） 例子：获取在线帮助 获取帮 助主题 在线帮助（续）在线帮助（续） 例子：获取在