Matlab系统概述

1、 MATLAB名字由名字由MATrix和和 LABoratory 两词的前三个字母两词的前三个字母组合而成。那是组合而成。那是20世纪七十年代，时任美国新墨西哥大学计世纪七十年代，时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的算机科学系主任的Cleve Moler出于减轻学生编程负担的动机，出于减轻学生编程负担的动机，为学生设计了一组调用为学生设计了一组调用LINPACK和和EISPACK矩阵软件工具矩阵软件工具包库程序的的包库程序的的“通俗易用通俗易用”的接口，此即用的接口，此即用FORTRAN编写编写的萌芽状态的的萌芽状态的MATLAB。 1984年由年由Little、Moler、Steve Ba

2、ngert合作成立合作成立MathWorks公司，并把公司，并把MATLAB正式推向市场。从这时起，正式推向市场。从这时起，MATLAB的的内核采用内核采用C语言编写，而且除原有的数值计算能力外，还新增语言编写，而且除原有的数值计算能力外，还新增了数据图视功能。了数据图视功能。 1997年仲春，年仲春，MATLAB5.0版问世，紧接着是版问世，紧接着是5.1、5.2，以及，以及1999年春的年春的5.3版。现今的版。现今的MATLAB拥有更丰富的数据类型和拥有更丰富的数据类型和结构、更友善的面向对象、更加快速精良的图形可视、更广博结构、更友善的面向对象、更加快速精良的图形可视、更广博的数学和数

3、据分析资源、更多的应用开发工具。的数学和数据分析资源、更多的应用开发工具。时间版本19851986198819931994不详不详20002001不详20031.02.0（含控制系统工具箱）3.94.0（含Simulink1.0）4.2(含simulink2.0)4.35.36.0（含Simulink4.0）6.1（含Simulink4.1）6.216.5l找一本基础书，按书上的实例做练习，领会很快；l充分利用MATLAB帮助文件，很好用；l会查资料:校网，google；l建立自己的工作目录，养成良好的编程习惯。lMATLAB工作环境lMATLAB语言l图形处理lMATLAB数学函数库lMAT

4、LAB应用程序接口（API）l这是对MALAB提供给用户使用的管理功能的总称包括管理工作空间中的变量数据输入输出的方式和方法，以及开发、调试、管理M文件的各种工具。并可对M文件的执行效率进行估算。MATLAB是高级矩阵/阵列语言，它具有控制流向语句、函数、数据结构、输入/输出及面向对象编程等特色，既适用于可立即得到结果的小程序编程，也适用于完整求解大型、复杂应用问题的大程序编程。（1）具有丰富的数学功能）具有丰富的数学功能包括矩阵各种运算。如：正交变换、三角分解、特征值、包括矩阵各种运算。如：正交变换、三角分解、特征值、常见的特殊矩阵等。常见的特殊矩阵等。包括各种特殊函数。如：贝塞尔函数、勒让

5、德函数、伽码包括各种特殊函数。如：贝塞尔函数、勒让德函数、伽码函数、贝塔函数、椭圆函数等。函数、贝塔函数、椭圆函数等。包括各种数学运算功能。如：数值微分、数值积分、插值、包括各种数学运算功能。如：数值微分、数值积分、插值、求极值、方程求根、求极值、方程求根、FFT 、常微分方程的数值解等。、常微分方程的数值解等。（2）具有很好的图视系统）具有很好的图视系统 可方便地画出两维和三维图形。可方便地画出两维和三维图形。 图形用户界面图形用户界面GUI制作工具，可以制作用户菜单和控件。制作工具，可以制作用户菜单和控件。使用者可以根据自己的需求编写出满意的图形界面。使用者可以根据自己的需求编写出满意的图

6、形界面。 高级图形处理。如：色彩控制、句柄图形、动画等。高级图形处理。如：色彩控制、句柄图形、动画等。（3）可以直接处理声言和图形文件）可以直接处理声言和图形文件。（4）具有若干功能强大的应用工具箱。）具有若干功能强大的应用工具箱。（5）使用方便，具有很好的扩张功能。）使用方便，具有很好的扩张功能。 声音文件。如：声音文件。如： WAV文件（例：文件（例：等）。等）。 图形文件。如：图形文件。如： bmp 、gif 、 pcx 、tif 、jpeg等文件。等文件。 如：如：SIMULINK、COMM、DSP、 SIGNAL、WAVELET等。等。（6）具有很好的帮助功能）具有很好的帮助功能 可

7、将可将M文件转变为独立于平台的文件转变为独立于平台的EXE可执行文件。可执行文件。 使用使用MATLAB语言编写的程序可以直接运行，无需编译。语言编写的程序可以直接运行，无需编译。 提供十分详细的帮助文件（提供十分详细的帮助文件（PDF 、HTML 、demo文件）。文件）。 联机查询指令：联机查询指令：help指令（例：指令（例：help elfun，help exp，help simulink），），lookfor关键词（例：关键词（例： lookfor fourier ）。）。 MATLAB的应用程序接口的应用程序接口API是是MATLAB提供的十分重要提供的十分重要的组件的组件 ，由，

8、由 一系列接口指令组成一系列接口指令组成 。用户就可在。用户就可在FORTRAN或或C中中 ， 把把MATLAB当作计算引擎使用当作计算引擎使用 。 变量名意义 helpwhoansEpspiinfNaN在线帮助命令列出所有定义过的变量名称最近的计算结果的变量名MATLAB定义的正的极小值=2.2204e-16值3.14159265.值，无限大非数符号符号用途说明+-. ././加减点乘,详细说明help arith矩阵相乘矩阵求幂点幂左除 详细说明help slash右除点左除点右除，；：作分隔用，如把矩阵元素、向量参数、函数参数、几个表达式分隔开来(a)写在一个表达式后面时，运算后命令窗口

9、中不显示表达式的计算结果(b)在创建矩阵的语句中指示一行元素的结束，例如m=x y z;i j k(a)创建向量的表达式分隔符，如x=a:b:c(b)a(:,j)表示j列的所有行元素；a(i,:)表示i行的所有列元素；a(1:3,4)表示第四列的第1行至第3行元素（）%. .圆括号创建数组、向量、矩阵或字符串（字母型）创建单元矩阵(cell array)或结构(struct)注释符,特别当编写自定义函数文件时，紧跟function后的注释语句，在使用help函数名时会显示出来。(a)定义字符串用(b)向量或矩阵的共轭转置符一般转置符表示MATLAB表达式继续到下一行，增强代码可读性,&

10、|xor赋值符号等于关系运算符小于，大于关系运算符 详细说明help relop逻辑与逻辑或逻辑非逻辑异或函数名功能 eye ones zeros rand diag 90rot fliplr单位矩阵建立全1阵列建立全0阵列产生均匀分布随机数和阵列对角矩阵和矩阵对角化矩阵旋转90度矩阵左右翻转l例：简单矩阵的输入步骤。l（1）在键盘上输入下列内容lA = 1,2,3; 4,5,6; 7,8,9 l（2）按【Enter】键，指令被执行。l（3）在指令执行后，MATLAB指令窗中将显示以下结果：lA =l 1 2 3l 4 5 6l 7 8 9 l包括高级的二维、三维数据可视化、图像处理、模拟、图

11、形表示等图形命令，还包括低级的图形命令，供用户自由制作、控制图形特性。（1）二维曲线图形和三维曲面图形）二维曲线图形和三维曲面图形 二维曲线图形。二维曲线图形。 三维曲面图形。三维曲面图形。 基本绘图指令：基本绘图指令：PLOT（Y），），PLOT（X，Y）例例 1：混合式图形的绘制（矩阵对向量的图形）。 一个窗口多个图形的绘制：一个窗口多个图形的绘制：SUBPLOT（M，N，P）例例 2：一个窗口多个图形的绘制。 三维线性图形。三维线性图形。例例 3：绘制一个三维螺旋线。三维曲面图形。三维曲面图形。例例 4：绘制一个三维曲面图形。plot() 函数最完整的调用格式为： plot(x1,y1,

12、选项1, x2,y2, 选项2, x3,y3, 选项3, .) l grid % 加网格线 xlabel(字符串) % 给横坐标轴加说明 ylabel(字符串) % 给纵坐标轴加说明 %并自动旋转90度 title(字符串) % 给整个图形加图题laxis() 函数可以手动地设置 x,y 坐标轴范围lplotyy() 函数绘制具有两个纵坐标刻度的图形（1）二维曲线图形和三维曲面图形（）二维曲线图形和三维曲面图形（ 特殊二维图形指令：特殊二维图形指令： 填充的函数折（曲）线图（面域图）：填充的函数折（曲）线图（面域图）：area 直方图：直方图：bar 垂直的直方图：垂直的直方图：barh 三维

13、直方图：三维直方图：bar3 垂直的三维直方图：垂直的三维直方图：bar3h 慧星轨迹状的图形：慧星轨迹状的图形：comet 误差棒图：误差棒图：errorbar 符号函数二维曲线：符号函数二维曲线：ezplot 沿沿X轴分布的复数向量图（羽毛图）：轴分布的复数向量图（羽毛图）：feather 射线图：射线图：compass 平面多边形填色平面多边形填色 ：fill（1）二维曲线图形和三维曲面图形（）二维曲线图形和三维曲面图形（ 特殊二维图形指令：特殊二维图形指令： 数值数值函数二维曲线（泛函绘图指令）：函数二维曲线（泛函绘图指令）：fplot 向量的统计直方图：向量的统计直方图：hist 带

14、有标准的直方图：带有标准的直方图：pareto 饼图：饼图：pie 三维饼图：三维饼图：pie3矩阵矩阵折（曲）线图：折（曲）线图：plotmatrix 带状图：带状图：ribbon 散点图（与相似散点图（与相似 ，但是只有数据点）：，但是只有数据点）：scatter 火柴杆图：火柴杆图：stem 阶梯图：阶梯图：stairs（1）二维曲线图形和三维曲面图形（）二维曲线图形和三维曲面图形（ 交互式图形指令：交互式图形指令： 这是与鼠标有关的图形操作指令：这是与鼠标有关的图形操作指令：ginput，gtext，legend，zoom 。 除除 ginput 只能用于二维图形外只能用于二维图形外

15、，其余三个指令对二维、三，其余三个指令对二维、三维图形均适用维图形均适用 。 指令指令 ginput 与与 zoom 经常配合使用经常配合使用 ，以便从图形获得较准，以便从图形获得较准确的数据确的数据 。 指令指令 x，y = ginput（n）用鼠标从二维图形上获得）用鼠标从二维图形上获得 n 个点个点的数据坐标（的数据坐标（x，y）。）。 指令指令 gtext （arg）用鼠标把字符串或字符串元胞数组）用鼠标把字符串或字符串元胞数组 arg 放置到图形上放置到图形上。 指令指令 legend （arg，pos）在指定位置建立图例）在指定位置建立图例。 指令指令 zoom 是变焦操作（图形放

16、大和缩小）是变焦操作（图形放大和缩小）。目录名功能 elmat elfun specfun matfun datafun polyfun funfun sparfun基本矩阵和矩阵操作基本数学函数特殊数学函数矩阵函数，即数值线性代数数据分析和傅里叶变换内插和多项式泛函和常微分方程求解稀疏矩阵 常用常用的基本数学基本数学函数函数： 常用常用的三角三角函数函数：abs(x)， angle(z) ， sqrt(x) ， real(z) ， imag(z) ， conj(z) ，round(x)， fix(x) ， floor(x) ， ceil(x) ， rat(x) ， rats(x) ，sign

17、(x)， rem(x，y) ， gcd(x，y) ， lcm(x，y)， exp(x)， pow2(x)，log(x)，log2(x)，log10(x)。sin(x)， cos(x)， tan(x) ， asin(x)， acos(x)， atan(x) ， atan2(x，y)， sinh(x)， cosh(x)， tanh(x) ， asinh(x)， acosh(x)， atanh(x) 。数组数组函数：函数：基本基本矩阵矩阵函数：函数：矩阵分解矩阵分解函数：函数：besselj(NU，Z)， bessely(NU，Z)， beta(Z，W)， erf(X)， gamma(X)， rat

18、(X，tol)， erfinv(Y)， ellipke(M，tol)， ellipj(U，M) 。cond(A)， det(A)， dot(A，B)， eig(A)， norm(A，1)， norm(A，2)， norm(A，inf)， norm(A，fro)， rank(A)， rcond(A)， svd(A)， trace(A)， expm(A)， expm1(A)， expm2(A)， expm3(A)， logm(A)， sqrtm(A)， funm(A，fun) 。cdf2rdf(V ，D)， chol(A)， eig(A)， Hess(A) ， null(A)， LU(A)， or

19、th(A)， pinv(A)， qr(A)， qz(A)， rref(A)， rst2csf(V ，D)， schur(A)， subspace(A ，B)， svd(A) 。使用户在MATLAB中编写C或Fortran等其他语言程序，从而使MATLAB与C、Fortran程序结合起来。lSimulink: 对非线性动态系统进行仿真的交互式系统，在其中可利用直观的方框图构件动态系统，然后采用动态仿真的方法得到结果。lToolboxes(工具箱)信号处理、图像处理、控制系统、非线性控制设计、最优化、神经网络、小波分析循环语句有两种结构： for . end 结构和 while . end 结构。

20、 这两种语句结构不完全相同，各有各的特色。for . end 语句通常的调用格式为： for 循环变量=s1:s3:s2 循环体语句组end 注意，这里的循环语句是以 end 结尾的，这和 C 语言的结构不完全一致。条件转移语句：和 C 语言相似if 条件式1 条件块语句组1elseif 条件式2 条件块语句组2.else 条件块语句组n+1 end开关结构： switch 开关表达式case 表达式1 语句段1 case 表达式2,表达式3,., 表达式m 语句段2.otherwise 语句段n end 所谓 MATLAB 程序，大致分为两类：M 脚本文件 (M-Script) 和 M 函数

21、 (M-function), 它们均是普通的 ASCII 码构成的文件。M 脚本文件中包含一族由 MATLAB 语言所支持的语句，它类似于 DOS 下的批处理文件，它的执行方式很简单，用户只需在 MATLAB 的提示符 下键入该 M 文件的文件名，这样 MATLAB 就会自动执行该 M 文件中的各条语句，并将结果直接返回到 MATLAB 的工作空间。M 函数格式是 MATLAB 程序设计的主流，一般情况下， 不建议使用 M 脚本文件格式编程。MATLAB 的 M 函数是由 function 语句引导的，其基本格式如下： function 返回变量列表 = 函数名 (输入变量列表) %注释说明语

22、句段, 由 % 引导 输入、返回变量格式的检测函数体语句 这里输入和返回变量的实际个数分别由 nargin和 nargout 两个 MATLAB 保留变量来给出，只要进入该函数，MATLAB 就将自动生成这两个变量，不论是否直接使用这两个变量。l首次运行l设置断点l单步跟踪调试l基本的矩阵操作lplot函数的使用方法l程序设计和运行、调试例例 1：混合式图形的绘制：混合式图形的绘制。%=y=1:length(peaks); plot(peaks,y);%=混合式图形的绘制（混合式图形的绘制（矩阵对向量矩阵对向量的图形）的图形）。例例 2：一个窗口多个图形的绘制：一个窗口多个图形的绘制。%=su

23、bplot(2,2,1)fplot(humps,0 1)subplot(2,2,2)fplot(abs(exp(-j*x*(0:9)*ones(10,1) ,0 2*pi)subplot(2,2,3)fplot(tan(x),sin(x),cos(x),2*pi*-1 1 -1 1)subplot(2,2,4)fplot(sin(1./x),0.01 0.1,1e-3)%=将图形窗口分为四个区域，在每个区域中将图形窗口分为四个区域，在每个区域中，采用横坐标采用横坐标自适应取点绘图绘制图形。自适应取点绘图绘制图形。例例 3：绘制一个三维螺旋线：绘制一个三维螺旋线。 %=t=0:pi/50:10*pi;plot3(sin(t),cos(t),t)title(Helix),xlabel(sin(t),ylabel(cos(t),zlabel(t)text(0,0,0,Origin)grid%=plot3可用来画一个单变量的三维可用来画一个单变量的三维函数。例例 4：绘制