Matlab基础教程.ppt

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1、1.3 MATLAB介绍,(1)MATLAB 代表MATrix LABoratory 它的首创者是美国新墨西哥大学计算机系的系主任Cleve Moler博士，他在教授线性代数课程发现其他语言很不方便，便构思开发了MATLAB。最初采用FORTRAN语言编写，20世纪80年代后出现了MATLAB的第二版，全部采用C语言编写.1984年Moler博士和一批数学家及软件专家创建了MathWorks公司，专门开发MATLAB。1993年出现了微机版，到2003年是6.5版,(2)一种演草纸式的科学计算语言.(3)MATLAB 是一高性能的技术计算语言.强大的数值计算和工程运算功能符号计算功能强大的科学

2、数据可视化能力 多种工具箱,MATLAB可以进行：数学计算、算法开发、数据采集建模、仿真、原型 数据分析、开发和可视化科学和工程图形应用程序的开发，包括图形用户界面的创建。MATLAB广泛应用于：数值计算、图形处理、符号运算、数学建模、系统辨识、小波分析、实时控制、动态仿真等领域。,MATLAB的构成：MATLAB开发环境：进行应用研究开发的交互式平台MATLAB 数学与运算函数库：用于科学计算的函数MATLAB 语言：进行应用开发的编程工具图形化开发：二维、三维图形开发的工具应用程序接口(API)：用于与其他预言混编面向专门领域的工具箱：小波工具箱、神经网络工具箱、信号处理工具箱、图像处理工

3、具箱、模糊逻辑工具箱、优化工具箱、鲁棒控制工具箱等几十个不同应用的工具箱。,开发环境包括：命令窗口、图形窗口、编辑窗口、帮助窗口。,命令窗口可在提示符后输入交互式命令 结果会自动的产生例如：,图形窗口在窗口中输入：Plot(1,2,4,9,16,1,2,3,4,5)MATLAB 画出如下图形:,编辑窗口用来创建和修改M-files(MATLAB 脚本),帮助窗口,MATLAB 语言的特点Matlab的基本数据单元是不需指定维数的矩阵。Matlab的所有计算都是通过双精度进行的，在内存中的数都是双精度的。double 是一个双精度浮点数，每个存储的双精度数用64位。char用于存储字符，每个存储

4、的字符用16位。,MATLAB程序构成,常变量及其命名规则变量名可以有数字、字母、下划线构成；变量的首字符必须是字母；区分变量名的大小写每个变量名最长只能包含19个字符。,MATLAB中预定义变量Ans 分配最新计算表达式的值，这个表达式并没有给定一个名字Eps 返回机器精度Realmax 返回计算机能处理的最大浮点数Realmin 返回计算机能处理的最小的非零浮点数Pi,3.14159265Inf 定义为1/0。当出现被零除时，Matlab就返回inf，并不中断执行而继续计算NaN 定义为“Not a Number”，这个非数值要么是类型，要么是inf/inf,向量的创建在matlab的命令

5、窗口键入以下字符 a=1 2 3 4 5 6 9 8 7 a=1 2 3 4 5 6 9 8 7 希望得到元素从0到20，步距为2的一个向量，只需键入以下命令即可 t=0:2:20 t=2 4 6 8 10 12 14 16 18 20,矩阵的创建输入矩阵时每一行元素有分号或者回车键分隔。例如：B=1 2 3 4;5 6 7 8;9 10 11 12 B=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12,各种运算符,语句Matlab语言最基本的赋值语句结构为：变量名列表=表达式注1：整个赋值语句以；结束，则不在屏幕上返回结果，否则立即返回结果。注2：多个语句可在同一行，用逗号分开。注3：表

6、达式太长可以用续行符号,函数Matlab由包括许多标准函数，每个函数都完成某一特定功能的代码组成。Matlab也允许用户编写自己所需的函数，其扩展名为.m，其中必须以关键字function开头.,流程控制循环语句 for,while条件转移 if end,if elseif else end开关语句 switch case注释语句%中断语句 break暂停语句 pause回显语句 echo on/off,1、for循环语句基本格式for 循环变量起始值：步长：终止值 循环体 end步长缺省值为1，可以在正实数或负实数范围内任意指定。对于正数，循环变量的值大于终止值时，循环结束；对于负数，循环变

7、量的值小于终止值时，循环结束。循环结构可以嵌套使用。,for i=1:5 for j=1:5 a(i,j)=1/(i+j-1);endenda=1.0000 0.5000 0.3333 0.2500 0.2000 0.5000 0.3333 0.2500 0.2000 0.1667 0.3333 0.2500 0.2000 0.1667 0.1429 0.2500 0.2000 0.1667 0.1429 0.1250 0.2000 0.1667 0.1429 0.1250 0.1111,2、while循环语句基本格式while 表达式 循环体 end若表达式为真，则执行循环体的内容，执行后再

8、判断表达式是否为真，若不为真，则跳出循环体，向下继续执行。,While循环和for循环的区别在于，while循环结构的循环体被执行的次数不是确定的，而for结构中循环体的执行次数是确定的。,用while循环语句编写一个计算1000以内的Fibonacci数：f=1 1;i=1;while f(i)+f(i+1)1000 f(i+2)=f(i)+f(i+1);i=i+1;end f=1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610 987,3、if，else，elseif语句（1）if 逻辑表达式 执行语句 end（2）if 逻辑表达式（3）if 逻辑表达式1

9、 执行语句1 执行语句1 else elseif 逻辑表达式2 执行语句2 执行语句2 end end,4、switch语句 switch 表达式（可以是标量或字符串）case 值1 语句1 case 值2 语句2.otherwise 语句3 end,MATLAB程序的基本组成结构说明清除命令：清除workspace中的变量和图形（clear,close）定义变量：包括全局变量的声明及参数值的设定逐行执行命令：指MATLAB提供的运算指令或工具箱 提供的专用命令控制循环：包含for,if then,switch,while等语句 逐行执行命令 end绘图命令：将运算结果绘制出来当然更复杂程序还

10、需要调用子程序，或与simulink以及其他应用程序结合起来。,MATLAB的程序类型有三种，一种是在命令窗口下执行的脚本M文件；另外一种是可以存取的M文件，也即程序文件；最后一种是函数（function）文件。1、脚本M文件在命令窗口中输入并执行，它所用的变量都要在工作空间中获取，不需要输入输出参数的调用，退出MATLAB后就释放了。2、程序M文件以.m格式进行存取，包含一连串的MATLAB指令和必要的注解。需要在工作空间中创建并获取变量，也就是说处理的数据为命令窗口中的数据，没有输入参数，也不会返回参数。程序运行时只需在工作空间中键入其名称即可。,3、函数文件与在命令窗口中输入命令一样，函

11、数接受输入参数，然后执行并输出结果。用help命令可以显示它的注释说明。具有标准的基本结构。（1）函数定义行（关键字function）functionout1,out2,.=filename(in1,in2,.)输入和输出（返回）的参数个数分别由nargin和nargout两个MATLAB保留的变量来给出。（2）第一行帮助行，即H1行以（%）开头，作为lookfor指令搜索的行（3）函数体说明及有关注解以（%）开头，用以说明函数的作用及有关内容（4）函数体语句函数体内使用的除返回和输入变量这些在function语句中直接引用的变量以外的所有变量都是局部变量，即在该函数返回之后，这些变量会自动在

12、MATLAB的工作空间中清除掉。如果希望这些中间变量成为在整个程序中都起作用的变量，则可以将它们设置为全局变量。,MATLAB提供了丰富的绘图功能help graph2d可得到所有画二维图形的命令help graph3d可得到所有画三维图形的命令,1、基本的绘图命令plot（x1,y1,option1,x2,y2,option2,）x1,y1给出的数据分别为x,y轴坐标值，option1为选项参数，以逐点连折线的方式绘制1个二维图形；同时类似地绘制第二个二维图形。这是plot命令的完全格式，在实际应用中可以根据需要进行简化。比如：plot(x,y)；plot(x,y,option)选项参数op

13、tion定义了图形曲线的颜色、线型及标示符号，它由一对单引号括起来。,2、选择图像 figure（1）；figure（2）；figure(n)打开不同的图形窗口，以便绘制不同的图形。3、grid on：在所画出的图形坐标中加入栅格 grid off：除去图形坐标中的栅格4、hold on：把当前图形保持在屏幕上不变，同时 允许在这个坐标内绘制另外一个图形。hold off：使新图覆盖旧的图形5、设定轴的范围 axis（xmin xmax ymin ymax）axis(equal)：将x坐标轴和y坐标轴的单位刻度大小调整为一样。,6、文字标示text(x,y,字符串)在图形的指定坐标位置(x,y

14、)处，标示单引号括起来的字符串。title(字符串)在所画图形的最上端显示说明该图形标题的字符串。xlabel(字符串)，ylabel(字符串)设置x，y坐标轴的名称。输入特殊的文字需要用反斜杠（）开头。7、legend(字符串1,字符串2,字符串n)在屏幕上开启一个小视窗，然后依据绘图命令的先后次序，用对应的字符串区分图形上的线。,8、subplot（m，n，k）：分割图形显示窗口m:上下分割个数，n:左右分割个数，k:子图编号9、semilogx：绘制以x轴为对数坐标（以10为底），y轴为线性坐标的半对数坐标图形。semilogy：绘制以y轴为对数坐标（以10为底），x轴为线性坐标的半对数

15、坐标图形。10、了解应用型绘图指令：可用于数值统计分析或离散数据处理bar（x,y）；hist（y,x）stairs（x,y）；stem（x,y）,三维的绘图命令基本与二维的相同，稍有差别，不再详述。,绘图实例函数分析矩阵运算线性方程组曲线拟合微分方程,绘图实例,fplot(func,-1 1.5)%作图result=func(0)%求函数值xsolve=fzero(func,3)%求解Xmin=fminbnd(func,0.5,1)%求最小值,函数分析,矩阵运算A=1 2 3;4 5 6;7 8 9;B=1 2 3;4 5 6;C=1 0 1;0 2 3;4 5 0;A+C=A+CBA=B*

16、AdetA=det(A)traceA=trace(A)BT=BinvA=inv(A)rankA=rank(A)EigenVectors,EigenValues=eig(A),A=3 1-1;1 2 4;-1 4 5;b=3.6;2.1;-1.4;X=AbEigenVectors,EigenValues=eig(A),线性方程组与特征值,%一次多项是拟合%已知离散点x=1 1.5 3 4 5 6 6.5 7 8;y=1.2 1 1.7 2.5 2 2.3 2.5 3 3.1;%最小二乘拟合p1=polyfit(x,y,1);y1=polyval(p1,x);plot(x,y1);hold onplot(x,y,ro)grid on,%7次多项是拟合%已知离散点x=1 1.5 3 4 5 6 6.5 7 8;y=1.2 1 1.7 2.5 2 2.3 2.5 3 3.1;%最小二乘拟合p7=polyfit(x,y,7);xi=1:0.25:8;yi=polyval(p7,xi);plot(x,y,*r,xi,yi);grid on,曲线拟合,Van der Pol Equation,微分方程,标准形式改写,程序实现,function dydt=DifferentialCoe(t,y)dydt=y(2);(1-y(1)2)*y(2)-y(1);,