第一章MATLAB操作基础

1、Matlab科学计算与应用科学计算与应用Application of Matlab In Science And Engineering学学 时：时： 32， 学分：学分： 2适用对象：适用对象：理工类各专业本科生理工类各专业本科生教学方式：教学方式：授课授课和和上机练习上机练习考核要求：考核要求：平时成绩平时成绩30%30%，最终考试最终考试70%70%授课教师：授课教师：于华明于华明（H.M.Y上上 机：机：星期星期3、4（9、10节）节） 计算机教学实验中心计算机教学实验中心506室室推荐教材及参考书推荐教材及参考书u刘卫国刘卫国，MATLAB程序设计教程程序设

2、计教程（第二版）（第二版），高等高等教育出版社，教育出版社，2006年年u王沫然王沫然，Matlab与科学计算与科学计算（第（第2版）版），电子工业电子工业出版社，出版社，2003u张志涌等张志涌等，精通精通MATLAB6.5,北京航空航天大学出北京航空航天大学出版社，版社，2004 u王正林，龚纯王正林，龚纯，精通精通Matlab科学计算科学计算，电子工业出电子工业出版社，版社，2002u龚纯龚纯，MATLAB语言常用算法程序集语言常用算法程序集，电子工业出电子工业出版社，版社，2002。uMagrab, Edward B. 著，高会生等译著，高会生等译，Matlab原理与原理与工程应用工程

3、应用，北京电子工业出版社，北京电子工业出版社，2002。教学基本要求教学基本要求和和第一节第一节 MATLAB 概述概述1.1 MATLAB 的发展史的发展史 20世纪七十年代后期世纪七十年代后期，时任美国新墨西哥，时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的大学计算机科学系主任的 Cleve Moler 教授教授出出于减轻学生编程负担的目的，为学生设计了一于减轻学生编程负担的目的，为学生设计了一组调用组调用LINPACK和和 EISPACK 库程序库程序的的“通俗通俗易用易用”的的接口接口，此即用，此即用FORTRAN编写的编写的萌芽状萌芽状态的态的MATLAB。 MATLAB 名字由名字由 MA

4、Trix 和和 LABoratory 两词的两词的前三个前三个字母字母组合而成组合而成。 经经几年几年的校际流传，在的校际流传，在Little的的推动推动下，由下，由Little、Moler、Steve Bangert合作，于合作，于1984年成立了年成立了MathWorks公司公司，并，并把把MATLAB（DOS版）版）正式推向正式推向市场市场。从此，。从此，MATLAB的的内内核核采用采用C语言语言编写，并将编写，并将原原FORTRAN的的大量算法大量算法转换转换成成MATLAB中的中的C+ 库库。除。除原有原有的的数值计算能力数值计算能力外，同时，外，同时，新增新增了了数数据图视功能据图

5、视功能，而这正是，而这正是FORTRAN的的不足不足。 MathWorks公司于公司于1993年年推出推出MATLAB4.0版本（微机版），版本（微机版），从此告别从此告别DOS版版。4.x版在继承和发展其原有的版在继承和发展其原有的数值计数值计算算和和图形可视功能图形可视功能的同时，出现了以下几个的同时，出现了以下几个重要变化重要变化： （1）推出推出了了SIMULINK。这是一个。这是一个交互式操作交互式操作的的动态系统建动态系统建模模、仿真仿真、分析集成环境分析集成环境。它的出现使人们。它的出现使人们有可能考虑有可能考虑许多以许多以前前不得不做不得不做简化假设的非线性因素简化假设的非线性

6、因素、随机因素随机因素，从而大大提高，从而大大提高了人们对了人们对非线性非线性、随机动态系统随机动态系统的的认知能力认知能力。 （2）开发了）开发了与外部与外部进行进行直接数据交换直接数据交换的的组件组件，打通了，打通了MATLAB 进行进行实时数据分析实时数据分析、处理处理和和硬件开发硬件开发的的道路道路。 （3）推出了）推出了符号计算工具包符号计算工具包。1993年年MathWorks公司以公司以Maple为为“引擎引擎”开发了开发了Symbolic Math Toolbox 1.0。此举加快结束了。此举加快结束了国际上国际上数值计算数值计算、符号计算孰优孰劣符号计算孰优孰劣的的长期争论长

7、期争论，促成了两种计，促成了两种计算的算的互补发展互补发展新时代。新时代。 在在MATLAB4.0版的基础上版的基础上，对其对其数据结构数据结构进行进一步进行进一步系统系统地地更新更新，推出了，推出了MATLAB5.0版本，使其进一步成为版本，使其进一步成为系统系统的的编程编程语言语言。 当前当前最新最新的的版本版本是是MATLABR2011a版版（7.12版版)。 （4）构作了）构作了Notebook ，实现了，实现了MATLAB与与Word的的无缝连接无缝连接，从而为专业科技工作者创造了融从而为专业科技工作者创造了融科学计算科学计算、图形可视图形可视、文字处理文字处理于一体的于一体的高水准

8、环境高水准环境。1.2 MATLAB 的特点和应用的特点和应用1.2.1 功能强大功能强大u 数值计算数值计算u 符号计算符号计算u 数据分析和绘图功能数据分析和绘图功能u 程序设计（第四代标准程序设计语言）程序设计（第四代标准程序设计语言）u 各种工具箱（功能性和学科性）各种工具箱（功能性和学科性）1.2.2 便捷高效便捷高效u 良好的人机对话窗口良好的人机对话窗口u 许多指令和语法都和自然语言相关许多指令和语法都和自然语言相关u 程序设计简洁高效程序设计简洁高效1.2.4 应用广泛应用广泛1.2.3 资源丰富：资源丰富：网络，书籍；国内，国外网络，书籍；国内，国外u 科学研究科学研究u 工

9、程技术工程技术u 金融贸易金融贸易u 社会人文社会人文u 自然灾害自然灾害l 学科学科l 内容内容u 数值计算数值计算u 理论演绎理论演绎u 并行计算并行计算u 计算生物计算生物u 数学、统计与优化数学、统计与优化 u 数学和物理建模数学和物理建模u 数据分析与仿真绘图数据分析与仿真绘图u 测量与测试测量与测试u 图像处理与计算机视觉图像处理与计算机视觉u 系统的设计与分析系统的设计与分析u 过程与系统的仿真和控制过程与系统的仿真和控制u 程序设计、软件与硬件开发程序设计、软件与硬件开发 在国际学术界，在国际学术界，MATLAB已经被确认为准确、可靠的科学计已经被确认为准确、可靠的科学计算标准

10、软件。在许多国际一流学术刊物上，都可以看到算标准软件。在许多国际一流学术刊物上，都可以看到MATLAB的应用。的应用。 在设计研究单位和工业部门，在设计研究单位和工业部门，MATLAB被认作进行高效研究、被认作进行高效研究、开发的首选软件工具。开发的首选软件工具。 MATLAB是现代教学的重要工具和手段。应用代数、数是现代教学的重要工具和手段。应用代数、数理统计、数学建模、复变函数与数学物理方程、分子反应动理统计、数学建模、复变函数与数学物理方程、分子反应动力学、分子模拟与设计、计算化学、计算生物学、自动控制、力学、分子模拟与设计、计算化学、计算生物学、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通信、

11、时间序列分析、动态系统数字信号处理、模拟与数字通信、时间序列分析、动态系统仿真等等课程的教科书都把仿真等等课程的教科书都把MATLAB作为教学的内容。这几作为教学的内容。这几乎成了当代教科书与旧版书籍的区别性标志。乎成了当代教科书与旧版书籍的区别性标志。MATLAB是攻是攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本工具。读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本工具。 作为杰出的第四代标准计算机程序设计语言，作为杰出的第四代标准计算机程序设计语言，MATLAB越必将会更加广泛地应用在科学研究、工程技术和社会科学的越必将会更加广泛地应用在科学研究、工程技术和社会科学的各个研究与应用领域中。各

12、个研究与应用领域中。1.3 MATLAB 的主要功能的主要功能u 数值计算和符号计算功能数值计算和符号计算功能 以矩阵作为数据操作的基本单位，这使得矩阵运算变以矩阵作为数据操作的基本单位，这使得矩阵运算变得非常简捷、方便、高效。得非常简捷、方便、高效。MATLAB还提供了十分丰富还提供了十分丰富的数值计算函数，而且所采用的数值计算算法都是国际公的数值计算函数，而且所采用的数值计算算法都是国际公认的、最先进的、可靠的算法，其程序由世界一流专家编认的、最先进的、可靠的算法，其程序由世界一流专家编制，并经高度优化。高质量的数值计算功能为制，并经高度优化。高质量的数值计算功能为MATLAB赢得了声誉。

13、赢得了声誉。 在实际应用中，除了数值计算外，往往要得到问题的在实际应用中，除了数值计算外，往往要得到问题的解析解，这是符号计算的领域。解析解，这是符号计算的领域。MATLAB和著名的符号和著名的符号计算语言计算语言Mapte相结合，使得相结合，使得MATLAB具有符号计算功能。具有符号计算功能。u 绘图功能绘图功能 利用利用MATLABMATLAB绘图十分方便，它既可以绘制各种图形（包括绘图十分方便，它既可以绘制各种图形（包括二维图形和三维图形），还可以对图形进行修饰和控制，以增二维图形和三维图形），还可以对图形进行修饰和控制，以增强图形的表现效果。强图形的表现效果。u 编程语言编程语言 MA

14、TLAB具有程序结构控制、函数调用、数据结构、输入具有程序结构控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特征，所以可以使用输出、面向对象等程序语言特征，所以可以使用MATLAB进行进行程序设计，而且简单易学、编程效率高。因此，对于从事数值程序设计，而且简单易学、编程效率高。因此，对于从事数值计算、计算机辅助设计和系统仿真等领域的人员来说，用计算、计算机辅助设计和系统仿真等领域的人员来说，用MLAB编程的确是一个理想的选择。编程的确是一个理想的选择。 MATLAB包含两部分内容：基本部分和各种可选的工包含两部分内容：基本部分和各种可选的工具箱。具箱。 基本部分构成了基本部分构成了MA

15、TLAB的核心内容，也是使用和构造的核心内容，也是使用和构造工具箱的基础。工具箱的基础。MATLAB工具箱分为两大类：功能性工具箱工具箱分为两大类：功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能、可视建模仿真功能及文字处理功能等。学科性工具专业能、可视建模仿真功能及文字处理功能等。学科性工具专业性比较强，如控制系统工具箱、信号处理工具箱、神经网络性比较强，如控制系统工具箱、信号处理工具箱、神经网络工具箱、最优化工具箱、金融工具箱、统计学工具箱。这些工具箱、最优化工具箱、金融工具箱、统计学工具箱。这些工具箱都是该领域内学术水

16、平很高的专家编写的，用户可以工具箱都是该领域内学术水平很高的专家编写的，用户可以直接利用这些工具箱进行相关领域的科学研究。直接利用这些工具箱进行相关领域的科学研究。 u MATLAB 工具箱工具箱1.3 初识初识MATLAB例例 1-1 绘制函数绘制函数 y=2sin(1+x)的图像，并计算当的图像，并计算当 x=0.5 时的函数时的函数值。值。 求方程求方程023973234xxxNoImage的根的根求积分求积分10)1ln(dxxx求线性方程组求线性方程组求线性方程组求线性方程组第二节第二节 MATLAB的运行环境与安装的运行环境与安装1.2.1 MATLAB的运行环境的运行环境u 硬件

17、环境硬件环境(1)CPU：最好是：最好是PentiumIII或更高。或更高。(2)内存：至少内存：至少128MB，推荐杆，推荐杆256MB以上。以上。(3)硬盘空间：至少需要硬盘空间：至少需要120MB，若安装帮助文档则需要，若安装帮助文档则需要260MB硬硬盘空间其他工具箱，则需要更大的硬盘空间。盘空间其他工具箱，则需要更大的硬盘空间。(4)CDROM驱动器和鼠标。驱动器和鼠标。(5)推荐采用推荐采用16位、位、24位或位或32位支持位支持openGL的图形适配器。的图形适配器。u 软件环境软件环境操作系统操作系统Microsoft OfficeFortran;C/C+等等Adobe Acr

18、obat Reader1.2.2 MATLAB的安装的安装第三节第三节 MATLAB的集成环境的集成环境1.3.1 启动与退出启动与退出MATLAB集成环境集成环境1. MATLAB系统的启动系统的启动(1) 任务栏上的“开始”按钮，选择“程序”菜单项，选择“MATLAB6.5”程序选项，启动MATLAB系统。(2)运行MATLAB 6.5的安装路径中matlab.exe。(3)运行MATLAB 6.5的桌面快捷方式2. MATLAB系统的退出系统的退出 (1) 在MATLAB主窗口”File”菜单中，选择Exit MATLAB命令。(2) 在MATLAB命令窗口中输入Exit或Quit命令。

19、(3) 单击MATLAB主窗口的“关闭”按钮。1.3.2 视窗环境视窗环境 启动平台启动平台 命令窗口命令窗口 标题栏标题栏 菜单栏菜单栏 常用工具栏常用工具栏 工作空间工作空间窗口窗口 当前路径当前路径 历史命令历史命令 1.3.2.1 主窗口主窗口uMATLAB 菜单项菜单项lFile(文件文件)菜单菜单 lEdit(编辑编辑)菜单菜单 lView(视图视图)菜单菜单lWindow(窗口窗口)菜单菜单lWeb(连网信息连网信息)lHelp(帮助帮助)菜单菜单 主窗口是主窗口是MATLAB的主要工作界面。主窗口除了嵌入的主要工作界面。主窗口除了嵌入一些子窗口外，还主要包括菜单栏和工具栏。一些

20、子窗口外，还主要包括菜单栏和工具栏。（1） File菜单项：菜单项：File菜单项实现有关文件的操作。菜单项实现有关文件的操作。 1)New选项：选项： M-file选项打开选项打开M文件编辑器；文件编辑器； Figure将打开一个空白的图形窗口；将打开一个空白的图形窗口； Model将打开用于创建新模型的窗口，将打开用于创建新模型的窗口， GUI将打开图形用户界面设计窗口。将打开图形用户界面设计窗口。 2)Open选项：选项： 单击该选项将打开一个单击该选项将打开一个open对话柜，用对话柜，用 户可以在对话框中选择相应的文件。户可以在对话框中选择相应的文件。 3) Close Comand

21、 Wlndow选项：该选选项：该选 项后面将跟随当前窗口的名字。单击该项后面将跟随当前窗口的名字。单击该 选项，将关闭该窗口。选项，将关闭该窗口。(7) Import Data选项：单击该选项将打开一个选项：单击该选项将打开一个Import对话框，对话框， 用户可以选择相应的数据文件，然后将该文件中的数据导用户可以选择相应的数据文件，然后将该文件中的数据导 入到入到MATLAB工作空间。工作空间。(8) Save Work Space As选项：单击该选项将打开一个选项：单击该选项将打开一个Save to MAT-File对话框，用户需要为保留的工作空间命名。对话框，用户需要为保留的工作空间命

22、名。(9) Set Path选项：单击该选项，打开设置路径对话框。通过该选项：单击该选项，打开设置路径对话框。通过该 对话框可以更改对话框可以更改MATLAB执行命令时搜索的路径。执行命令时搜索的路径。(10)Preference 选项：单击该选项，将打开选项：单击该选项，将打开Preference对话框。对话框。 通过该对话框可以设置系统运行环境参数。通过该对话框可以设置系统运行环境参数。(11)DeIete选项：选择该选项将删除当前选中的内容。选项：选择该选项将删除当前选中的内容。(12)Find选项：选挥该选项将打开选项：选挥该选项将打开Find对话框，可以在当前命对话框，可以在当前命令

23、窗口、当前日录或当前日录中的令窗口、当前日录或当前日录中的M文件中查找相应的内容。文件中查找相应的内容。1)undo选项：选择该选项将取消上选项：选择该选项将取消上伙的操作。伙的操作。 2)Redo选项；选择该选项将重复上一次的操作。选项；选择该选项将重复上一次的操作。 3)cut选项：选择该选项将剪切所选中的部分，并送至缓选项：选择该选项将剪切所选中的部分，并送至缓冲区冲区(剪贴板剪贴板)。 4)Copy选项：选择该选项将复制被选中的部分至缓冲区。选项：选择该选项将复制被选中的部分至缓冲区。 5)Paste选项：选择该选项将把存放在缓冲区中的内容粘选项：选择该选项将把存放在缓冲区中的内容粘至

24、光标所在位置。至光标所在位置。6)Paste Special选项：选择该选项将打开导入数据向导，选项：选择该选项将打开导入数据向导，该向导引导用户把存放在缓冲区中的内容以一特定格式存该向导引导用户把存放在缓冲区中的内容以一特定格式存放到剪贴板变量中。放到剪贴板变量中。(2) Edit菜单项：用于命令窗口的编辑操作。菜单项：用于命令窗口的编辑操作。7) Clear Comand Window选项选项: 选择该选项将清除显示在命令窗口中的全部内容，但并不删选择该选项将清除显示在命令窗口中的全部内容，但并不删 除当前工作空间中的变量。除当前工作空间中的变量。8) Clear Comand Histo

25、ry选项：选项： 选择该选项将清除显示在历史纪录窗口中的全部内容选择该选项将清除显示在历史纪录窗口中的全部内容9) Clear Workspace选项：选项： 选择该选项将清除工作空间中的全部内容选择该选项将清除工作空间中的全部内容u MATLAB工具栏 1.3.2.2 命令窗口命令窗口u 命令窗口是命令窗口是MATLAB的主要交互窗。的主要交互窗。u用于输入命令并显示除图形以外的所有执行结果。用于输入命令并显示除图形以外的所有执行结果。uMATLAB命令窗口不仅可命令窗口不仅可以内嵌在工作界面，而且还以内嵌在工作界面，而且还可以独立窗口的形式浮动在可以独立窗口的形式浮动在界面上。界面上。常用

26、符号及含义常用符号及含义u 命令提示符命令提示符“”：表示表示MATLAB正在处于准备状态。在命正在处于准备状态。在命令提示符后键入命令并按下回车键后，令提示符后键入命令并按下回车键后， MATLAB就会解释执行就会解释执行所输入的命令，并在命令后面给出计算结果。所输入的命令，并在命令后面给出计算结果。u 等号等号“=” ：对变量赋值。对变量赋值。例如：例如：p=29p = 29输出为：输出为：u 中括号中括号“ ” ：定义数组、矩阵或行列式。定义数组、矩阵或行列式。r=1,2,3,4,5r = 1 2 3 4 5输出为：输出为：r=1,2 3,4例如：例如：r = 1 2 3 4输出为：输出

27、为：u 逗号逗号“,” ：一般来说，一个命令行输入一条命令，命令行以一般来说，一个命令行输入一条命令，命令行以回车结束。但一个命令行也可以输入若干条命令，各命令之间以回车结束。但一个命令行也可以输入若干条命令，各命令之间以逗号逗号“,”或分号或分号“;”分隔分隔例如：例如：x=15,y=16x=15;y=16x = 15y = 16y = 16输出为：输出为：u 百分号百分号“%” ：注释或评论。注释或评论。例如：例如：q=29 %将将29赋值给变量赋值给变量q,并输出变量并输出变量q的数值的数值u 续行符续行符”：如果一个命令行很长，一个物理行之内写不如果一个命令行很长，一个物理行之内写不下

28、，可以在第一个物理行之后加上下，可以在第一个物理行之后加上3个小黑点个小黑点”，并按下回，并按下回车键，然后接着下一物理行继续写命令的其他部分。车键，然后接着下一物理行继续写命令的其他部分。 ”称称为续行符，即把下面的物理行看做该行的逻辑继续。为续行符，即把下面的物理行看做该行的逻辑继续。例如：例如： s=1-1/2+1/3-1/4+1/5-1/6+1/7-. 1/8+1/9-1/10+1/11-1/12 这是一个命令行，但占用两个物理行，第一个物理行以续这是一个命令行，但占用两个物理行，第一个物理行以续行符结束，第二行是上行符结束，第二行是上一一行的继续。行的继续。输出：输出： s = 0.

29、6532u分号分号“;”l 在方括号中，表示矩阵中行的结尾；在方括号中，表示矩阵中行的结尾；l 用在每行的结尾，则不显示该行运算的用在每行的结尾，则不显示该行运算的结果。结果。l 可以用来产生向量；可以用来产生向量；例如1:100l 用作矩阵的下标，部分地选择矩阵元素；用作矩阵的下标，部分地选择矩阵元素；例如a = 1,2,3,4,那么a(:)表示a的所有元素，a(2:4)表示a的第二个到第四个元素l 进行行循环操作。进行行循环操作。冒号冒号“: :”键名键名功能功能键名键名功能功能前寻式调回已输入命令前寻式调回已输入命令Home光标移至当前行首端光标移至当前行首端后寻式调回已输入命令后寻式调

30、回已输入命令End光标移至当前行末端光标移至当前行末端在当前行中右移光标在当前行中右移光标Del删除光标右端字符删除光标右端字符在当前行中左移光标在当前行中左移光标Backspace删除光标左端字符删除光标左端字符Pageup前寻式翻滚一页前寻式翻滚一页ESC删除当前行全部字符删除当前行全部字符Pagedown后寻式翻滚一页后寻式翻滚一页命令行编辑的常用控制键命令行编辑的常用控制键在在MATLAB里，有很多的里，有很多的控制键控制键和和方向键方向键可用于可用于命令行命令行的的编辑编辑常用的窗口命令常用的窗口命令help获得在线帮助获得在线帮助helpwin打开帮助出口打开帮助出口who列出当前工作内存中的变量列出当前工作内存中的变量whos列出当前工作内存中的变量的详细信息列出当前工作内存中的变量的详细信息what列出当前目录或指定目录下的列出当前目录或指定目录下的M文件、文件、MAT文件