matlab及其在电子信息类课程中应用1课件

1、第1章 MATLAB语言概述 1.1 MATLAB 语言的发展1.2 MATLAB语言及其特点1.3 MATLAB语言工作环境 1.4 MATLAB演示程序1.3 MATLAB的基本操作命令1.1 MATLAB语言的发展 MATLAB是“MATrix LABoratory”的缩写（矩阵实验室），它是由美国Mathworks公司于1984年正式推出的一种科学计算软件。MATLAB的3.x(DOS)版本于1988年推出，随后1992年推出了4.x(Windows)版本。随着新版本的推出，MATLAB的扩展函数越来越多，功能越来越强大。 20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve

2、Moler为了减轻学生编程的负担，用FORTRAN编写了最早的MATLAB。1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。到20世纪90年代，MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。MATLAB：统一了用于一维、二维与三维数值积分的函数并提升了基本数学和内插函数的性能MATLAB Compiler：可以下载 MATLAB Compiler Runtime (MCR)，简化编译后的程序和组件的分发Image Processing Toolbox：通过亮度指标优化进行自动图像配准Statistics Toolbox

3、：增强了使用线性、广义线性和非线性回归进行拟合、预测和绘图的界面System Identification Toolbox：识别连续时间传递函数版本建造编号发布时间MATLAB 1.01984MATLAB 21986MATLAB 31987MATLAB 3.51990MATLAB 41992MATLAB 4.2cR71994MATLAB 5.0R81996MATLAB 5.1R91997MATLAB 5.1.1R9.11997MATLAB 5.2R101998MATLAB 5.2.1R10.11998MATLAB 5.3R111999MATLAB 5.3.1R11.11999版本更新：MATL

4、AB 6.0R122000MATLAB 6.1R12.12001MATLAB 6.5R132002MATLAB 6.5.1R13SP12003MATLAB 6.5.2R13SP22003MATLAB 7R142004MATLAB 7.0.1R14SP12004MATLAB 7.0.4R14SP22005MATLAB 7.1R14SP32005MATLAB 7.2R2006a2006MATLAB 7.3R2006b2006MATLAB 7.4R2007a2007MATLAB 7.5R2007b2007MATLAB 7.6R2008a2008MATLAB 7.7R2008b2008MATLAB 7

5、.8R2009a2009.3.6MATLAB 7.9R2009b2009.9.4MATLAB 7.10R2010a2010.3.5MATLAB 7.11R2010b2010.9.3MATLAB 7.12R2011a2011.4.8MATLAB 7.13R2011b2011.9.1MATLAB 7.14R2012a2012.3.1MATLAB 8.0R2012b2012.9.11MATLAB 8.1R2013a2013.3.7MATLAB 8.2R2013b2013.9.9 MATLAB集成度高，使用方便，输入简捷，运算高效，内容丰富，并且很容易由用户自行扩展，与其它计算机语言相比， MATLA

6、B有以下显著特点 ：1MATLAB是一种解释性语言MATLAB是以解释方式工作的，键入算式立即得结果，无需编译，即它对每条语句解释后立即执行。若有错误也立即作出反应，便于编程者马上改正。这些都大大减轻了编程和调试的工作量。2变量的“多功能性”(1) 每个变量代表一个矩阵，它可以有nm元素；(2) 每个元素都看作复数，这个特点在其它语言中也是不多见的；(3) 矩阵行数、列数无需定义：若要输入一个矩阵，在用其它语言编程时必须定义矩阵的阶数，而用MATLAB语言则不必有阶数定义语句，输入数据的列数就决定了它的阶数；1.2 MATLAB 语言特点3运算符号的“多功能性”所有的运算，包括加、减、乘、除、

7、函数运算都对矩阵和复数有效。4人机界面适合科技人员语言规则与笔算式相似：MATLAB的程序与科技人员的书写习惯相近，因此易写易读，易于在科技人员之间交流。5强大而简易的作图功能(1) 能根据输入数据自动确定坐标绘图；(2) 能规定多种坐标（极坐标、对数坐标等）绘图；(3) 能绘制三维坐标中的曲线和曲面；(4) 可设置不同颜色、线型、视角等。如果数据齐全，通常只需一条命令即可出图。6智能化程度高7功能丰富，可扩展性强MATLAB软件包括基本部分和专业扩展部分。基本部分包括：矩阵的运算和各种变换，代数和超越方程的求解，数据处理和傅里叶变换，数值积分等等。扩展部分称为工具箱(toolbox) ，用于

8、解决某一个方面的专门问题，或实际某一类的新算法。现在已经有控制系统、信号处理、图像处理、系统辨识、模糊集合、神经元网络、小波分析等20余个工具箱，并且还在继续发展中。1.2.1 MATLAB系统的安装 MATLAB的安装过程 (1)将MATLAB 7的安装盘放入光驱中，找到setup.exe文件，双击它开始安装（或机器自动执行安装文件）。(2) 按照安装向导的提示进行，在Select MATLAB Components对话框中选择用户需要安装的选项，可选择的MATLAB部件包括MATLAB，Simulink和各种工具箱必须安装的文件，以及各部分的帮助文件（包括HTML和PDF两种格式）。(3)

9、在Select MATLAB Components对话框中选择安装的路径。安装程序默认的路径为“C:MATLAB”，点击“Brows.”按钮，可以设置安装路径。(4)单击“Next”按钮进行文件的解压和复制过程。(5)接下来安装向导会提问是否安装MATLAB Notebook。如果用户的计算机上已经安装了Microsoft Word，那么就可以安装MATLAB Notebook。单击Yes确认安装，单击No取消安装。如果安装MATLAB Notebook，下一步可以选择Word的版本号以及指定它的位置。(6)安装完毕。如果在安装的选项中选择了Excel Link，那么为了运行MATLAB，必须

10、重新启动计算机。用户可以选择Yes，I want to restart my computer now（立即重新启动计算机）或No, I will restart my computer later（以后启动计算机）。单击Finish结束安装。 最后在桌面上将形成如图1.1所示的图标。图1.1 MATLAB应用程序图标1.2.2 MATLAB系统的启动启动MATLAB系统的方法如下：选择桌面上（或“开始/程序/MATLAB”中）的MATLAB6.1应用程序图标，双击（或单击）。MATLAB2012启动后，将显示如图1.2所示的操作界面，它表示MATALB系统已建立，用户可与MATALAB系统进

11、行交互操作。 图1.3 命令窗口下的File子菜单 New及其子菜单：允许用用户打开一个新的文件（M文件）、新的图形窗（Figure）、仿真模型文件(.mdl)和图形用户界面文件(GUI)。Open.：从指定的相应路径和文件名打开一个已经存在的文件。Close Command Window：关闭命令窗口。Import Data.：在MATALB工作空间中生成一变量，并从指定的路径和相应的文件中获取数据。Save Workspace As.：将工作空间中的所有变量数据保存在指定的路径下的相应的文件(.mat)中。Set Path.：设置MATLAB的搜索路径。Preferences.：允许用户对

12、系统的一些性能参数进行设置，如数据格式、字体大小与颜色等。View菜单：View菜单所包含的选择项如图1.4所示，各选项的含义：图1.4 命令窗口下的View子菜单 Desktop Layout及其子菜单：允许用户在桌面上同时显示不同的窗口。Undock Command Window：单独显示命令窗口。Current Directory Filter及其子菜单：允许用户设置当前目录浏览器中浏览的文件类型。Workspace View Options及其子菜单：允许用户设置工作空间窗口中所显示变量的属性(大小、比特数、变量类型)以及以显示变量的方式(按变量名、大小)。MATLAB6.1命令窗口的

13、工具栏如图1.5所示。 图1.5 MATLAB命令窗口工具栏 2.命令窗的编辑特殊功能键与命令窗口的设置 命令窗口是MATLAB的主窗口，当用户使用命令窗口进行工作时，在命令窗口中可以直接输入相应的命令，系统将自动显示信息。MATLAB的特殊的功能键调出上一个（历史）命令行调出下一个命令行Esc恢复命令输入的空白状态当输入命令的语句过长，需要两行或多行才能输入，则要使用“”作连接符号，按回车键(Enter)转入下一行继续输入。命令窗口的设置 首先要选择File菜单中的Preferences项，打开如图1.6所示的参数设置对话框，单击Command Window标签即可进入命令窗口的设置。图1.

14、6 命令窗口设置对话框 Text display该选项组用来设置命令窗口中的数据格式、窗口数字显示与Tab制表符的字符数。Display选项组 Echo on复选框：在执行M文件时，如果想将执行的命令显示在命令窗口，则可以选中该复选框。 Limit matrix display width to eighty columns复选框：如果想在命令窗口中显示80列输出，则可以选中该复选框。 Enable up to 100 tab completions复选框。Command session scroll buffer size滑杆。显示形式范例(215/6)说明short(默认)35.8333两

15、位整数，4位小数long35.8333333333333416位十制数short e3.5833e+0015位十进制数加指数long e3.583333333333334e+00116位十进制数加指数hex4041eaaaaaaaaaab16位十六进制数short g35.8335位十进制数long g35.833333333333315位十进制数bank35.83两位小数+正、负、零rat215/6分数近似数字显示格式（对同一数据）命令窗口常用的命令FORMAT 命令 显示格式和显示数据的格式（修改的是显示格式并不是保存格式）格式：Format ；默认格式，5-digit scaled, f

16、ixed-point values （5位十进制定点数）format type ；后面加Type格式，具体格式见Type表格format(type) ；后面为Type的单字符串，format short e or format(long, eng).get(0,Format) ；显示系统数据显示格式get(0,FormatSpacing)；显示系统显示格式Type 类型数值类型Example 1format longpians = 3.141592653589793get(0,format)ans = long format shortE pians = 3.1416e+00 format(s

17、hortE) format compact pians = 3.1416e+00Set format to long. Now, pi displays a 15-digit value while single(pi) displays an 8-digit value:format longpians = 3.141592653589793single(pi)ans = 3.1415927Example 3Set the format to its default, and display the maximum values for integers and real numbers i

18、n MATLAB:(格式设置为默认值，并显示最大值在MATLAB中整数和实数)formatintmax(uint64)ans = 18446744073709551615realmaxans = 1.7977e+308Now change the format to hexadecimal, and display these same values:format hexintmax(uint64)ans =ffffffffffffffffRealmaxans =7fefffffffffffff十六进制显示对应值的内部表示。它是不一样的C编程语言中的十六进制表示法Example 4这个例子说明

19、了shortEng和longEng格式。每次通过值赋给变量A增加了10多个for循环 format shortEng A = 5.123456789;for k=1:10 disp(A) A = A * 10;end5.1235e+000 51.2346e+000 512.3457e+000 5.1235e+003 51.2346e+003 512.3457e+003 5.1235e+006 51.2346e+006 512.3457e+006 5.1235e+009 format longEngA = 5.123456789;for k=1:10 disp(A) A = A * 10Exam

20、ple 5Format x = 25 56 255 9876899999x = 1.0e+09 * 0.0000 0.0000 0.0000 9.8769format shortGx = 25 56 255 9876899999x = 25 56 255 9.8769e+091.2.4 工作空间 ATLAB6.x以后版本的工作空间作为一个独立的窗口，其操作性相当方便。 它允许用户查看当前MATLAB工作空间的内容，它的作用与命令“whos”相同（“whos”的作用是：在命令窗口中直接键入“whos”，回车后即可在命令窗口中查看当前MATLAB工作空间的内容），不同的是用图形化的表示方法来显示。

21、而且，通过它可以对工作空间中的变量进行删除、保存、修改等操作。图1.7 工作空间 图1.8 数组编辑器（双击变量名） 在工作空间中，用鼠标双击所选变量 (也可用鼠标先对一个或多个变量完成选择后，再单击工具条中的图标)则进入数组编辑器(Array Editor)，此时用户可对变量的维数、内容等进行修改。若在工作空间选择某变量后，再单击鼠标右键即可弹出如图1.9所示的操作菜单，实现对该变量的曲线、曲面等图形的绘制。图1.9 工作空间操作菜单 命令历史窗口(Command History)主要显示曾经在Command Window窗口执行过的命令。当前路径窗口(Current Directory)主

22、要显示当前工作在什么路径下，包括M文件的打开路径等。当前路径窗口允许用户对MATLAB的路径进行查看和修改，如果修改了路径会立即产生作用。通常启动MATLAB之后的默认当前路径是MATLABwork，如果不改变当前目录，用户自己的工作空间和文件都将保存到该目录。1.2.5 命令窗口与当前路径窗口MATLAB是采用路径搜索的方法来查找文件系统中的M文件的。如果在命令窗口中输入如下命令： testMATLAB对这一命令的搜索顺序为：(1)检查“test”是否是存储在工作空间中的变量。若为工作空间中变量，则返回该变量的内容；(2)检查“test”是否为MATLAB的内部函数。若为内部函数，则返回要求

23、输入内部函数参数信息。.(3)检查当前目录中是否有test.m、test.mex或test.dll文件；(4)检查MATLAB搜索路径上是否存在test.m、test.mex或test.dll文件；(5)如不满足上述任何一条件，则返回出错信息。如果在搜索路径中存在两个或多个同名函数，则只能发现搜索路径中的第一个函数，而其它同名函数不被执行。此搜索的顺序只是一般情况下的顺序，而实际的搜索规则要复杂得多。程序的运行方法为了运行已有程序，用户可事先设置好MATLAB的搜索路径，然后再运行程序。方法一：在当前路径窗口(Current Directory)将文件所在的路径设置为当前路径；方法二：单击Fi

24、le菜单中的Set Path项，弹出路径设置对话框如图1.11所示。图1.10 文件不存在对话框图1.11 Set Path对话框 1.2.6 图形窗MATLAB图形窗(Figure)主要用于显示用户所绘制的图形。通常，只要执行了任意一种绘图命令，图形窗就会自动产生。绘图都在这一个图形窗中进行。如果再建一个图形窗，则可键入figure命令，MATLAB会新建一个图形窗，并自动给它排出序号。t = 0:pi/20:2*pi;s = sin(t);c = cos(t);% Set default value for axes Color propertyfigh = figure(Position

25、,30 100 800 350,. DefaultAxesColor,.8 .8 .8); axh1 = subplot(1,2,1); grid on% Set default value for line LineStyle property in first axesset(axh1,DefaultLineLineStyle,-.)line(XData,t,YData,s) line(XData,t,YData,c) text(Position,3 .4,String,Sine)text(Position,2 -.3,String,Cosine,. HorizontalAlignment

26、,right)axh2 = subplot(1,2,2); grid on% Set default value for text Rotation property in second axesset(axh2,DefaultTextRotation,90)line(XData,t,YData,s) line(XData,t,YData,c) text(Position,3 .4,String,Sine)text(Position,2 -.3,String,Cosine,. HorizontalAlignment,right) x = 0:pi/10:2*pi;y1 = sin(x);y2

27、= sin(x-pi/2);y3 = sin(x-pi);plot(x,y1,x,y2,x,y31.2.7 文本编辑窗1.文本编辑窗启动通常，MATLAB命令编辑有行命令方式和文件方式两种：1、行命令方式。在命令窗口中一行一行地输入命令，计算机对每一行命令作出反应。2、 MATLAB文本编辑器。MATLAB文本编辑器的功能就是完成编写、修改和调试这种文件程序就要用到M文件编辑器/调试器。文本编辑器/调试器的启动可以从命令窗口中选择新建或打开文件按钮进入，或在命令窗口中键入：edit(回车)。其编辑模式如图1.13所示。图1.13 文本编辑窗当用户要运行的指令较多时 , 直接从键盘上逐行输入指令

28、比较麻烦 , 而命令文件可以较好地解决这一问题。用户可以将一组相关指令编辑在同一个 ASCI I 码命令文件中 , 即从指令窗口工具栏的新建按钮或选择菜单File:New:M-Fil进入MATLAB的程序编辑器窗口，以编写自己的文件，运行时M文件时，只需输入文件名字 , Matlab 就会自动按顺序执行文件中的命令。 命令文件的一般形式为 : .m ；。如 a1 .m, pp .m 等都是合法的 M 文件名。 M 文件有两种运行方式 : 一是在命令窗口直接写文件名 , 按 Enter 键 ; 二是在编辑窗口打开菜单 Tools , 再单击 Run 。 M 文件保存的路径一定要在搜索路径上 ,

29、否则 M 文件不能运行。文件有二类：脚本文件和函数文件。 将多条MATLAB语句写在编辑器中，以扩展名为m的文件保存在某一目录中，就得到一个脚本文件。例如在文件编辑器中输入 clear;n=1:100;s=sum %sum是求和命令（如下图），然后单击工具栏中的保存按钮，保存中选择Debug:run菜单，则会在指令窗口输出：s=5050注：文件名与变量名的命名规则相同，文件一般用小写字母。尽管MATLAB区分变量名的大小写，但不区分文件名的大小写。M 命令文件中的语句可以访问 Matlab 工作空间中的所有变量与数据 , 同时 M 命令文件中的所有变量都是全局变量 , 可以被其他的命令文件与函

30、数文件访问 , 并且这些全局变量一直保存在内存中 , 可以用 clear 来清除这些全局变量。M 脚本文件没有参数传递功能，但函数文件有些功能，所以函数文件用得更为广泛。函数文件的格式有严格规定，它必须以“ function ”开头，其格式如下： Function 输出变量函数名称（输入变量） 语句；因为函数必须给输入参数赋值，所以编写函数必须在编辑器窗口中进行，而执行函数要在指令窗口，并给输入参数赋值。函数不能像脚本文件那样在编辑器窗口通过 Debug:run 菜单执行。函数可以被其它函数文件或脚本文件调用。为了以后调用时的方便，文件名最好与函数名相同且起一个好记的易于以后自己理解的名称。

31、或者直接单击菜单FileNew Function命令文本编辑器的相关菜单功能：Save and Run：保存并运行程序，直到遇到下一个断点。对应工具按钮为 。Single Step：单步执行。对应工具按钮为 。Step In：运行当前程序行，如果当前行调用了另外一个函数，则跳转到这个函数里。对应的工具按钮为 。Exit Debug Mode：退出调试模式。对应的工具按钮为 。Set/Clear Breakpoint：设置/清除断点。对应的工具按钮为 。Clear All Breakpoints：清除所有的断点。对应的工具按钮为 。Stop If Error：程序运行时遇到错误则停止。Stop

32、If Warming：程序运行进遇到警告则停止。Stop If NaN or Inf：程序运行时遇到不是数（Not a Number）或是无穷大（Infinite Value）。图1.14 Editor/Debugger参数对话框2.文本编辑器的参数设置 Colors选项组用来设置颜色：显示方式的设置Opening files in editor选项组设置编辑器中文件打开方式：Display选项组：键盘与缩进参数设置Key bindings选项组设置用户习惯的键盘定义：M-file indenting for Enter key选项组设置M文件的不同缩进格式：Indent选项组设置适合用户的缩

33、进参数：Tab选项组设置适合用户的制表符参数：Editor/Debugger的参数设置 Editor选项组： Debugger Options选项组： Most recently used of files list 选项组： On restart选项组：字体与颜色的设置Font选项组用来设置字体：1.3 MATLAB的基本操作命令 MATLAB的命令基本上可以分为五类，包括管理命令和函数、管理变量和工作空间的命令、控制命令窗口的命令、对文件和环境操作的命令以及退出MTALAB的命令。 1窗口命令clf：清除当前Figure窗口里的所有非隐藏图形对象。Close：关闭当前的Figure窗口。C

34、lose all：关闭所有的Figure窗口。Clc：清除命令窗口里的内容，光标回到窗口的左上角。2工作空间管理命令who：列出当前工作空间里的所有变量。Whos：列出当前工作空间里的所有变量及大小、类型和所占的存储空间。Clear：从工作空间清除所有变量。Clear all：从工作空间清除所有变量、函数和MEX文件。Save：将工作空间里的变量保存到磁盘文件。Load：将磁盘文件里的变量加载到工作空间。Workspace：显示Workspace浏览器。Quit：退出MATLAB。3显示格式设置命令format type：输出数据格式显示控制命令。Echo on(off)：（不）显示正在执行的

35、M文件语句。More on(off)：（不）荧屏显示。 4路径编辑命令path：该命令将显示所有的MATLAB路径。Addpath：将一个新目录添加到MATLAB的搜索路径里。Rmpath：从MATLAB搜索路径里清除某个目录。5调试命令6文件操作命令7操作系统命令8帮助命令help：在命令窗口里显示MATLAB函数或命令的帮助信息。help命令主要有以下几种格式：格式一：help不带任何参数，这时将显示MATLAB的所有目录项。格式二：help+目录名显示出指定目录中的所有命令及其函数。格式三：help+命令名 或 help+函数名 或 help+符号显示出有关指定命令/函数/符号的详细信息

36、，包括命令格式及注意事项。常用工具箱Matlab Main Toolboxmatlab主工具箱Control System Toolbox控制系统工具箱Communication Toolbox通讯工具箱Financial Toolbox财政金融工具箱System Identification Toolbox系统辨识工具箱Fuzzy Logic Toolbox模糊逻辑工具箱Higher-Order Spectral Analysis Toolbox高阶谱分析工具箱Image Processing Toolbox图象处理工具箱computer vision system toolbox-计算机视

37、觉工具箱LMI Control Toolbox线性矩阵不等式工具箱Model predictive Control Toolbox模型预测控制工具箱-Analysis and Synthesis Toolbox分析工具箱Neural Network Toolbox神经网络工具箱Optimization Toolbox优化工具箱Partial Differential Toolbox偏微分方程工具箱Robust Control Toolbox鲁棒控制工具箱Signal Processing Toolbox信号处理工具箱Spline Toolbox样条工具箱Statistics Toolbox统计

38、工具箱Symbolic Math Toolbox符号数学工具箱Simulink Toolbox动态仿真工具箱Wavele Toolbox小波工具箱DSP system toolbox-DSP处理工具箱常用函数Matlab内部常数eps：浮点相对精度exp：自然对数的底数ei 或j：基本虚数单位inf 或Inf：无限大， 例如1/0nan或NaN：非数值（Not a number），例如0/0，/pi：圆周率intmax：可表达的最大正整数。intmin：可表达的最小负整数。lasterr：存放最新的错误信息nargin:函数的输入引数个数realmax：系统所能表示的最大正实数，默认1.797710308lastwarn：存放最新的警告信息nargout:函数的输出引数个数realmin：系统所能表示的最小负实数，默认2.2251e10(-308)MATLAB常用基本数学函数abs(x)：纯量的绝对值或向量的长度sqrt(x)：开平方angle(z)：复数z的相角(Phase angle)real(z)：复数z的实部conj(z)：复数z的共轭复数imag(z)：复数z的虚部整数fix(x)：无论正负，舍去小数至相邻整