第1章 matlab概述

科学计算与仿真 科学计算与仿真 科学计算与仿真 科学计算与仿真 科学计算与仿真

本章目标

 了解MATLAB的基本知识  熟悉MATLAB的上机环境

 掌握利用MATLAB进行基本运算的方法

 初步具备将一般数学问题转化成对应的计算机模型并进行处理的能

力

主要内容

 1.1

MATLAB简介

 1.2 MATLAB的工作环境  1.3 基本运算功能  1.4 基本数据类型  1.5 数学函数

 1.1.1

科学研究和工程实践中的计算问题 计算机编程

 简单问题：计算器或直接手工推导  复杂问题：计算机编程

 1.1.2



 高级编程语言

Microsoft: Visual C++、Visual Basic  Borland: Delphi、C++Builder  Sun: Java

 科学计算软件工具



MathWorks: MATLAB

 1.1.3

MATLAB的发展

1984年，MATLAB第1版(DOS版) 1992年，MATLAB 4.0版 1994年，MATLAB 4.2版 1997年，MATLAB 5.0版 1999年，MATLAB 5.3版 2000年，MATLAB 6.0版 2001年，MATLAB 6.1版 2002年，MATLAB 6.5版 2004年，MATLAB 7.0版

 1.1.4

MATLAB的主要功能

3．编程语言

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，而且简单易学、编程效率高。 4．MATLAB工具箱

MATLAB包含两部分内容：基本部分和各种可选的工具箱。 MATLAB工具箱分为两大类：功能性工具箱和学科性工具箱。



MATLAB具有用法简单、灵活、结构性强、延展性好等优点，逐渐成为科技计算、视图交互系统和程序中的首选语言工具。  功能强大的数值运算功能  强大的图形处理能力  高级但简单的程序环境  丰富的工具箱与模块集  易于扩充

科研和工程技术人员的首选MATLAB  模块化的设计和系统级的仿真



 1.1.6 初识MATLAB

例1-1 绘制正弦曲线和余弦曲线。 x=[0:0.5:360]*pi/180; plot(x, sin(x), x, cos(x));

432

 例1-2 求方程 3x+7x +9x-23=0的全部根。 p=[3,7,9,0,-23]; %建立多项式系数向量 x=roots(p); %求根

 例1-3

求积分

quad('x.*log(1+x)',0,1)

 例1-4 求解线性方程组。

2x-3y+z=4 a=[2, -3, 1; 8, 3, 2; 45, 1, -9]; 8x+3y+2z=2 解 b=[4; 2; 17]; 45x+y-9z=17 M=inv(a)*b

其中M=[x; y; z]

第二节 MATLAB的工作环境



MATLAB的工作环境主要有：

  

命令窗口（Command Window） 图形窗口（Figure Window） 文本编辑窗口（File Editor）

1.2.1 主窗口



在Window桌面上，双击MATLAB的图标，就可以进入matlab的工作环境：



其左上视图为资源目录（Launch Pad），可切换为工作空间（Workspace）。

1.2.1 主窗口



在Window桌面上，双击MATLAB的图标，就可以进入matlab的工作环境：



其左下视图为历史命令（Command History），可切换为当前目录（Current Directory）。

1.2.1 主窗口



在Window桌面上，双击MATLAB的图标，就可以进入matlab的工作环境：



右半视窗为命令窗口（Command Window）。命令窗口是用户与matlab进行人机对话的主要环境。

1.2.1 主窗口  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子窗口外，还主要包括菜单栏和工具栏。 1．菜单栏

在MATLAB 主窗口的菜单栏，共包含File、Edit、View、Web、Window和Help 6个菜单项。

1.2.1 主窗口



(1) File菜单项：File菜单项实现有关文件的操作。

(2) Edit菜单项：Edit菜单项用于命令窗口的编辑操作。

(3) View菜单项：View菜单项用于设置MATLAB集成环境的显示方式。 (4) Web菜单项：Web菜单项用于设置MATLAB的Web操作。 (5) Window菜单项：主窗口菜单栏上的Window菜单，只包含一个子菜单Close all，用于关闭所有打开的编辑器窗口，包括M-file、Figure、Model和GUI窗口。 (6) Help菜单项：Help菜单项用于提供帮助信息。

1.2.1 主窗口



1.2.1 主窗口

 2．工具栏

MATLAB 6.5主窗口的工具栏共提供了10个命令按钮。这些命令按钮均有对应的菜单命令，但比菜单命令使用起来更快捷、方便。

1.2.2 命令窗口（Command Window）  命令窗口

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。

1.2. 2 命令窗口（Command Window）



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，各命令之间以逗号分隔，若前一命令后带有分号，则逗号可以省略。例如 p=15,m=35 p=15;m=35

要注意，；的区别

如果一个命令行很长，一个物理行之内写不下，可以在第一个物理行之后加上3个小黑点并按下回车键，然后接着下一个物理行继续写命令的其他部分。3个小黑点称为续行符，即把下面的物理行看作该行的逻辑继续。

在MATLAB里，有很多的控制键和方向键可用于命令行的编辑。

1.2. 2 命令窗口（Command Window）



1.2. 2 命令窗口（Command Window）

命令行编辑器

（1）方向键和控制键可以编辑修改已输入的命令

向上箭头：回调上一行命令 向下箭头 ：回调下一行命令 （2）命令窗口的分页输出

 more off：不允许分页 more on：允许分页  more(n)：指定每页输出的行数

 回车前进一行，空格键显示下一页，q结束当前显示。 （3）多行命令（…）

 如果命令语句超过一行或者太长希望分行输入，则可以使用多行命令继续输入。例：

S=1-12+13+4+… 9-4-18;



1.2. 3 工作空间窗口

 工作空间窗口

工作空间是MATLAB用于存储各种变量和结果的内存空间。在该窗口中显示工作空间中所有变量的名称、大小、字节数和变量类型说明，可对变量进行观察、编辑、保存和删除。

1.2. 3 工作空间窗口

1.2.4 当前目录窗口和搜索路径

 当前目录窗口和搜索路径 1．当前目录窗口

当前目录是指MATLAB运行文件时的工作目录，只有在当前目录或搜索路径下的文件、函数可以被运行或调用。 在当前目录窗口中可以显示或改变当前目录，还可以显示当前目录下的文件并提供搜索功能。

将用户目录设置成当前目录也可使用cd命令。例如，将用户目录c:\\mydir设置为当前目录，可在命令窗口输入命令： cd c:\\mydir

1.2.4 当前目录窗口和搜索路径

 2．MATLAB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。

1.2.4 当前目录窗口和搜索路径

 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，将用户目录c:\\mydir加到搜索路径下，可在命令窗口输入命令： path(path,’c:\\mydir’)

1.2.4 当前目录窗口和搜索路径

 (2)

用对话框设置搜索路径

在MATLAB的File菜单中选Set Path命令或在命令窗口执行pathtool命令，将出现搜索路径设置对话框。通过Add Folder或Add with Subfolder命令按钮将指定路径添加到搜索路径列表中。 在修改完搜索路径后，则需要保存搜索路径。

1.2.5 命令历史记录窗口

 命令历史记录窗口 在默认设置下，历史记录窗口中会自动保留自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。而且，通过双击命令可进行历史命令的再运行。如果要清除这些历史记录，可以选择Edit菜单中的Clear Command History命令。

1.2.6 启动平台窗口和Start按钮

 启动平台窗口和Start按钮

MATLAB 6.5的启动平台窗口可以帮助用户方便地打开和调用MATLAB的各种程序、函数和帮助文件。

MATLAB 6.5主窗口左下角还有一个Start按钮，单击该按钮会弹出一个菜单，选择其中的命令可以执行MATLAB产品的各种工具，并且可以查阅MATLAB包含的各种资源。

1.2.7 MATLAB帮助系统 1.2.7 MATLAB帮助系统

 帮助命令

MATLAB帮助命令包括help、lookfor以及模糊查询。 1．help命令

在MATLAB 6.5命令窗口中直接输入help命令将会显示当前帮助系统中所包含的所有项目，即搜索路径中所有的目录名称。同样，可以通过help加函数名来显示该函数的帮助说明。

1.2.7 MATLAB帮助系统

 2．lookfor命令

help命令只搜索出那些关键字完全匹配的结果，lookfor命令对搜索范围内的M文件进行关键字搜索，条件比较宽松。 lookfor命令只对M文件的第一行进行关键字搜索。若在lookfor命令加上-all选项，则可对M文件进行全文搜索。

1.2.7 MATLAB帮助系统

 3．模糊查询

MATLAB 6.0以上的版本提供了一种类似模糊查询的命令查询方法，用户只需要输入命令的前几个字母，然后按Tab键，系统就会列出所有以这几个字母开头的命令。

1.2.7 MATLAB帮助系统  演示系统

在帮助窗口中选择演示系统(Demos)选项卡，然后在其中选择相应的演示模块，或者在命令窗口输入Demos，或者选择主窗口Help菜单中的Demos子菜单，打开演示系统。

1.2.7 MATLAB帮助系统  远程帮助系统

在MathWorks公司的主页(http://www.mathworks.com)上可以找到很多有用的信息，国内的一些网站也有丰富的信息资源。

 MATLAB的基本运算可分为三类：

 算术运算  关系运算  逻辑运算

使用变量来进行更复杂的问题求解

>> a=15+20-50+3*9 a =

12 >>b=30 b = 30

>> c=a*b c =

360

>> d=a^3-b*c d =

-9072

逗号或分号的区别

>>x=2, y=3 %逗号隔开，屏幕有回显 x = 2 y = 3

>>m=2; n=3; %分号隔开，无回显

>>m %在提示符后直接输入变量名可查看变量的值 m = 2

基本算术运算符

>>

例1-1 求解算术表达式的值

>> (12+2*(7-4))/3^3 ans =

0.6667

format命令数值显示格式

1.3.2 关系运算

关系运算的结果类型为逻辑量 (0, 1)

>> x=2; >> x>3 ans = 0 >> x<=2 ans = 1

1.3.3 逻辑运算



逻辑运算符用于将关系表达式或逻辑量连接起来，构成较复杂的逻辑表达式。逻辑表达式的值也是逻辑量。

 MATLAB数据类型

 数值  逻辑  字符串

1.4.1 数值类型

 分类方法一：

 双精度型  单精度型  带符号整数  无符号整数

（系统默认类型）

 分类方法二

 标量  数组  矩阵

1.4.2 字符串类型

 字符串：包含在一对单引号中的字符集合

>> s='hello, MATLAB' s =

hello, MATLAB

 变量的命名规则：

%定义字符串变量s

1.4.3 变量和表达式

 变量名由字母、数字和下划线组成；  变量名必须以字母打头；

 变量名中的英文字母大小写是有区别的；  变量名的最大长度是有规定的



不同版本的系统规定不同：19个字符、31或63个字符等  可调用namelengthmax函数得到系统规定长度

MATLAB系统的特殊变量和常数 变量的使用

>>clear

%删除工作区中所有定义过的变量

>>whos %查看当前工作区内变量信息，无显示表示没有定义的变量 >> xy=1; yx=2; %对变量赋值 >> xy %查看变量xy的当前数值 xy = 1 >> whos

Name Size Bytes Class

xy 1x1 8 double array yx 1x1 8 double array Grand total is 2 elements using 16 bytes >> clear xy yx %删除变量xy及yx >> whos >> xy %这时变量xy已经不存在了 ??? Undefined function or variable 'xy'.

使用函数须注意以下几点

  

函数一定要出现在等式的右边

函数对其自变量的个数和格式都有一定的要求 函数允许嵌套

例1-2 计算下式的结果，其中a=5.67 , b=7.811

>>a=5.67; b=7.811; >>exp(a+b)/log10(a+b) ans =

6.3351e+005

扩展阅读

 1.5 MATLAB背景

 1.5.1 MATLAB历史  1.5.2 MATLAB组成  1.5.3 MATLAB特点

 1.5.4其他几种相关的数学软件

 1.6 工具箱

上机指导



1.7 MATLAB的安装和使用

 

1.7.1安装MATLAB系统 1.7.2使用MATLAB系统



1.8 MATLAB帮助功能

应用举例



计算星球之间的万有引力。

>> G = 6.67E-11; % 引力恒量 >> sun=1.987E30; % 太阳质量1.987×1030千克 >> earth = 5.975E24; % 地球质量5.975×1024千克 >> d1=1.495E11; % 太阳和地球的距离1.495×1011米 >> g1 = G*sun*earth/d1^2 % 太阳和地球的引力 g1 =

3.5431e+022

>> moon=7.348E22; % 月亮质量7.348×1022千克 >> d2=3.844E5; % 月亮和地球两者间距3.844×105米 >> g2 = G*moon*earth/d2^2 % 月亮和地球的引力 g2 =

1.9818e+026

应用举例



设三个复数a＝3＋4i，b＝1＋2i,

>> a=3+4i; >> b=1+2i;

>> c=2*exp(i*pi/6); >> x=a*b/c x =

0.3349 + 5.5801i

应用举例

 已知三角形的三边长分别为3、4、5，求其面积。

>>a=3; b=4; c=5; % 三角形的三个边长 >>s=(a+b+c)/2;

>>area=sqrt(s*(s-a)*(s-b)*(s-c)) area = 6

应用举例

 计算下式的结果，其中x= 45°

计算x=ab/c ，

>>x=pi/180*(45); %将角度单位由度转换为函数要求的弧度值

>>z=(sin(x)+sqrt(35))/72^(1/5) z = 2.8158

作业

 1、在自己的电脑上安装matlab软件。

 2、熟悉matlab界面，能进行简单操作，尤其是其帮助系统的使用。

结 束 语

 学好matlab的唯一途径是

 你的编程能力与你在计算机上投入的时间成比。