第1章 MATLAB系统环境

数值计算与matlabMATLAB概述MATLAB是一种计算机编程语言，因其计算功能和绘图功能强大，计算速度快，非常适合科技工作者，又因其简单易学，所以得到了广泛的应用。要想学好这门课程，学习者不仅要掌握基本的函数命令，还必须多练习，这样才能使编程能力不断提高。本门课程只介绍MATLAB语言最基础的内容。在此基础上，学习者可以自学更高级的编程知识，也可以结合自己的学科专业或实际需求，进一步提高编程能力。主要内容第一章MATLAB概述第二章MATLAB矩阵及其运算第三章MATLAB数据可视化第四章MATLAB程序设计第五章MATLAB数值计算主要内容MATLAB的发展MATLAB的优点MATLAB的工作环境帮助系统常用命令1.MATLAB的发展20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任CleveMoler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、SteveBangert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。目前通常每年更新两次，例如2018a,2018b。用于数值计算和图形处理的系统环境。MATLAB(MATrix

LABoratory)是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言。只有一种数据类型，一种标准的输入输出语句，不需编译。1.MATLAB的发展MATLAB是商业数学软件，用于数据分析、无线通信、深度学习、图像处理、计算机视觉、信号处理、量化金融、风险管理、机器人、控制系统等领域。2.MATLAB的优点友好的工作平台和编辑环境:许多工具采用图形用户界面，包括MATLAB桌面和一些窗口，例如命令窗口、编辑器和调试器等;程序不必经过编译就可以直接运行，能及时报告出现的错误并分析错误的原因。除具备卓越的数值计算能力外，还提供专业水平的符号计算、文字处理、可视化建模仿真和实时控制等功能。每个变量代表一个矩阵;每个元素都看作复数;所有运算都对矩阵和复数有效;指令表达式与数学、工程中常用的形式非常相似。

2.MATLAB的优点强大的科学计算和数据处理能力:包含600多种数学运算函数，可以方便地实现用户所需的各种计算功能。例如矩阵、特征向量、傅里叶变换、线性方程求解、微分方程求解、复数、三角函数、多维数组运算等。矩阵的行数、列数无需事先定义。简单易用的程序语言:MATLAB是一种高级的矩阵/阵列语言。语法特征更符合科技人员对数学表达式的书写格式，非常适合非计算机专业的人员使用。功能丰富，可扩展性强:有丰富的内部函数和工具箱。工具箱包括信号处理、图像处理、控制系统、神经元网络、小波分析、金融等，几乎涉及各个方面。2.MATLAB的优点强大而简易的绘图功能:能根据输入数据自动确定坐标绘图;能规定多种坐标系;能绘制三维坐标中的曲线和曲面;可设置不同的颜色、线型和视角等。3.MATLAB的工作环境搜索MATLAB2017a，并进行下载。待下载完成后打开文件夹。找到exe文件，点击setup进行安装。选择使用文件密钥安装（除非你有网络许可证）；勾选同意，开始安装；填写文件密钥。选择安装地址。勾选需要的工具箱（默认全选的话，建议取消第一个工具，这样可以在桌面生成快捷方式，安装完成之后，可以再单独安装这个工具），然后点击下一步进行安装。libmwlmgrimpl.dll：将其复制到安装目录下\\MATLAB\R2017a\bin\win64\matlab_startup_plugins\lmgrimpl\这个文件夹，替换同名文件license_R2017a：拷贝到指定目录\\MATLAB\R2017a\licenses\

破解完成；然后打开生成的两个快捷方式：MATLAB

R2017a、PolyspaceR2017a。

MATLAB有很多窗口，用来实现不同的功能，例如命令窗、历史命令窗、当前目录窗、工作空间管理窗、图形窗和文本编辑窗等。3.MATLAB的工作环境进入工作环境:双击MATLAB图标。退出工作环境:exit，quit或直接关闭。程序的运行结果(除图形外)都显示在命令窗。3.MATLAB的工作环境3.1命令窗(commandwindow)是对MATLAB进行操作的主要载体。默认情况下，启动MATLAB时就打开命令窗。MATLAB的所有函数和命令都可以在命令窗执行。

3.3文本编辑窗(fileeditor)编写和修改文件程序的窗口。3.MATLAB的工作环境3.2图形窗(figurewindow)显示图形的窗口。执行绘图命令后自动弹出。3.MATLAB的工作环境3.MATLAB的工作环境上：选项卡

Matlab的最上边是选项卡，在选项卡中可以选择各种工具，还可以依照自己的工作习惯设置自己喜欢的工作界面提高工作效率。3.MATLAB的工作环境中：命令行窗口和编辑器

Matlab中间的窗口是命令行窗口和编辑器。在命令行窗口中我门可以进行快速便捷的简单数学运算和作图，而编辑器则可以为我们处理复杂的数学运算和图像生成同时可为我们保存自己的工作成果。3.MATLAB的工作环境左：资源管理器

Matlab的左边窗口是资源管理器，通过它我们可以看见我们的文件夹和文件，方便我们调用其中的代码更高效的解决问题。3.MATLAB的工作环境右：工作空间和历史记录

Matlab的右边窗口是工作空间和历史记录，在命令窗口或编辑器中输入变量后，你就可以在工作空间看到这些变量的情况，而且这些命令也会被历史记录窗口记录在案，必要的时候可以通过点击重复这些命令。图形窗

形式:lookfor+关键字4.帮助系统命令窗口的帮助系统。help:查找所有命令或函数的使用方法。形式:help+函数名lookfor:在不知道某命令或函数的确切名称时查找其功能。5.常用命令01clc02clear清除变量03清除命令窗⼝clf清除figure04取整命令05画图命令plot()：二维图plotyy()：双轴图plot3()：三维图mesh()：三维图06closeround()：四舍五入取整floor()：向下取整ceil()：向上取整fix()：向零取整关闭图形窗口或文件5.常用命令第1章MATLAB系统环境

1.1MATLAB概貌

1.2MATLAB系统环境的准备

1.3MATLAB操作界面

1.4MATLAB基本操作1.1MATLAB概貌1.1.1MATLAB的发展MATLAB：MATrixLABoratory。1980年前后，CleveMoler教授编写的Linpack和Eispack的接口程序。1984年，MATLAB第1版(DOS版)1992年，MATLAB4.0版1994年，MATLAB4.2版1997年，MATLAB5.0版1999年，MATLAB5.3版2000年，MATLAB6.0版2004年，MATLAB7.0版从2006年开始，每年发布两个版本，其中3月左右发布a版，9月左右发布b版，包括MATLABR2006a（7.2版）、…、MATLABR2012a（7.14版）。2012年9月，推出了MATLABR2012b（8.0版），该版本从操作界面到系统功能都有重大改变，随后推出了MATLABR2013a（8.1版）、…、MATLABR2015b（8.6版）。2016年3月，推出了MATLABR2016a（9.0版）。

1．数值计算

MATLAB以矩阵作为数据操作的基本形式，这使得矩阵运算变得非常简捷、方便、高效。MATLAB还提供了十分丰富的数值计算函数。2．符号计算功能在实际应用中，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。MATLAB先后和著名的符号计算语言Maple与MuPAD（从MATLAB2008b开始使用MuPAD）相结合，使得MATLAB具有很强的符号计算功能。1.1.2MATLAB的主要功能3．绘图功能利用MATLAB绘图十分方便，它既可以绘制各种图形，又可以对图形进行修饰控制，以增强图形的表现效果。MATLAB提供了两个层次的绘图操作：一种是对图形对象句柄进行的低层绘图操作，另一种是建立在低层绘图操作之上的高层绘图操作。4．程序设计语言功能MATLAB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，所以使用MATLAB也可以像使用传统程序设计语言一样进行程序设计，而且简单易学、编程效率高。5．工具箱的扩展功能MATLAB包含两部分内容：基本部分和各种可选的工具箱。基本部分构成了MATLAB的核心内容，也是使用和构造工具箱的基础。MATLAB工具箱分为两大类：功能性工具箱和学科性工具箱。

1.2MATLAB环境的准备1.2.1MATLAB的安装

一般情况下，MATLAB安装包是一个ISO格式的镜像文件，安装前，先建立一个文件夹，再用解压软件将安装包解压到该文件夹中。安装时，双击安装文件setup.exe，按弹出的对话框提示完成安装过程。1.2.2MATLAB的启动与退出

1．MATLAB系统的启动

①在Windows桌面，单击任务栏上的“开始”按钮，选择“所有程序”→“MATLABR2016a”→“MATLABR2016a”程序选项。②在MATLAB的安装路径中找到MATLAB系统启动程序matlab.exe，然后运行它。③将MATLAB系统启动程序以快捷方式的形式放在Windows桌面上，在桌面上双击该图标。2．MATLAB系统的退出

要退出MATLAB系统，有两种常见方法。①在MATLAB命令行窗口中输入Exit或Quit命令。②单击MATLAB主窗口的“关闭”按钮。

1.3MATLAB操作界面1.3.1MATLAB操作界面的组成1.MATLAB主窗口

MATLAB主窗口是MATLAB的主要工作界面。主窗口除了嵌入一些功能窗口外，主要包括功能区、快速访问工具栏和当前文件夹工具栏。2命令行窗口

命令窗口是MATLAB的主要交互窗口，用于输入命令并显示除图形以外的所有执行结果。

MATLAB命令窗口中的“>>”为命令提示符，表示MATLAB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，MATLAB就会解释执行所输入的命令，并在命令后面给出计算结果。3．当前文件夹窗口当前文件夹是指MATLAB运行时的工作文件夹，只有在当前文件夹或搜索路径下的文件、函数才可以被运行或调用。如果没有特殊指明，数据文件也将存放在当前文件夹下。为了便于管理文件和数据，用户可以将自己的工作文件夹设置成当前文件夹，从而使得用户的操作都在当前文件夹中进行。可以通过当前文件夹工具栏中地址框设置某文件夹为当前文件夹，也可使用cd命令。例如，将文件夹e:\matlab\work设置为当前文件夹，可在命令行窗口输入命令：>>cde:\matlab\work4．工作区窗口工作区也称为工作空间，它是MATLAB用于存储各种变量和结果的内存空间。在工作区窗口中，可对变量进行观察、编辑、保存和删除。5．命令历史记录窗口命令历史记录窗口中会自动保留自系统安装起所有用过的命令的历史记录，并且还标明了使用时间，从而方便用户查询，且通过双击命令可进行历史命令的再次执行。如果要清除这些历史记录，可以在窗口快捷菜单中选择“清除命令历史记录”命令。1.3.2MATLAB的搜索路径

当用户在MATLAB命令窗口输入一条命令后，MATLAB按照一定次序寻找相关的文件。基本的搜索过程是：

(1)检查该命令是不是一个变量。

(2)检查该命令是不是一个内部函数。

(3)检查该命令是否当前目录下的M文件。

(4)检查该命令是否MATLAB搜索路径中其他目录下的M文件。用户可以将自己的工作目录列入MATLAB搜索路径，从而将用户目录纳入MATLAB系统统一管理。设置搜索路径的方法有：

(1)用path命令设置搜索路径。例如，将用户文件夹e:\matlab\work加到搜索路径下，可在命令行窗口输入命令：>>path(path,'e:\matlab\work')(2)用对话框设置搜索路径

在MATLAB“主页”选项卡的“环境”命令组中单击“设置路径”命令按钮，或在命令行窗口执行pathtool命令，将出现“设置路径”对话框。1.4MATLAB基本操作1.4.1交互式命令操作交互式命令操作就是在MATLAB命令行窗口中输入并执行命令，这是最基本的操作。1．命令行一般来说，一个命令行输入一条命令，命令行以Enter键结束。但一个命令行也可以输入若干条命令，各命令之间以逗号分隔，若前一命令后带有分号，则逗号可以省略。2．续行符如果一个命令行很长，需要分成两行或多行来输入，则可以在第一个物理行之后加上3个小黑点并按下Enter键，然后接着在下一个物理行继续输入命令的其他部分。3个小黑点称为续行符，即把下面的物理行看做该行的逻辑继续。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;3．命令行的编辑在MATLAB中，有很多的控制键和方向键可用于命令行的编辑。如果能熟练使用这些键将大大提高操作效率。键名功能键名功能↑前寻式调回已输入过的命令Home将光标移到当前行首端↓后寻式调回已输入过的命令End将光标移到当前行末尾←在当前行中左移光标Del删除光标右边的字符→在当前行中右移光标Backspace删除光标左边的字符PgUp前寻式翻滚一页Esc删除当前行的全部内容PgDn后寻式翻滚一页Ctrl+C中断一个MATLAB任务4．注释在MATLAB命令后面可以加上注释，用于解释或说明命令的含义，对命令执行结果不产生任何影响。注释以%开头，后面是注释的内容。1.4.2MATLAB功能演示例1-1分别绘制函数曲线。

x=-2*pi:pi/180:2*pi;plot(x,2.^(-abs(x)),':',x,sin(x));例1-2求方程2x5-3x3+71x2-9x+13=0的全部根。

p=[2,0,-3,71,-9,13];x=roots(p)x=-3.4914+0.0000i1.6863+2.6947i1.6863-2.6947i0.0594+0.4251i0.0594-0.4251i

例1-3求解线性方程组。

a=[2,3,-1;8,2,3;45,3,9];b=[2;4;23];x=inv(a)*bx=0.55310.2051-0.2784

例1-4求定积分。f=@(x)x.*log(1+x);%定义