MATLAB高級實例說課講解.ppt

科學(xué)計算與MATLAB語言 教學(xué)內(nèi)容 第1講介紹MATLAB概述與運算基礎(chǔ) 第2講介紹MATLAB程序設(shè)計 第3講MATLAB文件操作 第4講繪圖形功能 第5講線形代數(shù)中的數(shù)值計算問題 第6講數(shù)據(jù)處理方法與多項式 第7講MATLAB符號計算 第8講MATLAB的圖形用戶界面設(shè)計 第一講MATLAB概述與運算基礎(chǔ) MATLAB語言是一種廣泛應(yīng)用于工程計算及數(shù)值分析領(lǐng)域的新型高級語言 自1984年由美國MathWorks公司推向市場以來 歷經(jīng)十多年的發(fā)展與競爭 現(xiàn)已成為國際公認的最優(yōu)秀的工程應(yīng)用開發(fā)環(huán)境 MATLAB功能強大 簡單易學(xué) 編程效率高 深受廣大科技工作者的歡迎 在歐美各高等院校 MATLAB已經(jīng)成為線性代數(shù) 自動控制理論 數(shù)字信號處理 時間序列分析 動態(tài)系統(tǒng)仿真 圖像處理等課程的基本教學(xué)工具 成為大學(xué)生 碩士生以及博士生必須掌握的基本技能 MATLAB 是英文MATrixLABorotory 矩陣實驗室 的縮寫 一 MATLAB特點 一 MATLAB特點 1 數(shù)值計算和符號計算功能MATLAB的數(shù)值計算功能包括 矩陣運算 多項式和有理分式運算 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 數(shù)值積分 優(yōu)化處理等 符號計算將得到問題的解析解 2 MATLAB語言MATLAB除了命令行的交互式操作以外 還可以程序方式工作 使用MATLAB可以很容易地實現(xiàn)C或FORTRAN語言的幾乎全部功能 包括Windows圖形用戶界面的設(shè)計 3 圖形功能MATLAB提供了兩個層次的圖形命令 一種是對圖形句柄進行的低級圖形命令 另一種是建立在低級圖形命令之上的高級圖形命令 利用MATLAB的高級圖形命令可以輕而易舉地繪制二維 三維乃至四維圖形 并可進行圖形和坐標的標識 視角和光照設(shè)計 色彩精細控制等等 4 應(yīng)用工具箱基本部分和各種可選的工具箱 基本部分中有數(shù)百個內(nèi)部函數(shù) 其工具箱分為兩大類 功能性工具箱和學(xué)科性工具箱 功能性工具箱主要用來擴充其符號計算功能 可視建模仿真功能及文字處理功能等 學(xué)科性工具箱專業(yè)性比較強 如控制系統(tǒng)工具箱 信號處理工具箱 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱 最優(yōu)化工具箱 金融工具箱等 用戶可以直接利用這些工具箱進行相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究 一 MATLAB特點 二 MATLAB運行環(huán)境 二 MATLAB運行環(huán)境 硬件 一般要求486以上的處理器 16MB以上內(nèi)存 足夠的的硬盤可用空間 隨安裝組件的多少而定 CD ROM驅(qū)動器 鼠標等 軟件 Windows9x 三 MATLAB集成環(huán)境 三 MATLAB集成環(huán)境 MATLAB5 X是一個高度集成的語言環(huán)境 在該環(huán)境下既可以進行交互式的操作 又可以編寫程序 運行程序并跟蹤調(diào)試程序 1 MATLAB的啟動與一般的Windows95程序一樣 啟動MATLAB有兩種常見方法 1 通過 開始 按鈕 選擇 程序 菜單項 然后打開 MATLAB 菜單中的 MATLAB 程序 就可啟動MATLAB系統(tǒng) 2 利用Windows95建立快捷方式的功能 將MATLAB程序以快捷方式放在桌面上 只要在桌面上雙擊該圖標即可啟動MATLAB 2 MATLAB命令窗口 1 命令窗口的菜單欄菜單欄共包含F(xiàn)ile Edit Window和Help四項 File菜單項 New命令 用于建立M文件 圖形窗口 Open命令 打開一個已經(jīng)建立的M文件 RunScript命令 執(zhí)行一個命令文件 LoadWorkspace命令 將變量裝入當前空間 SaveWorkspaceAs命令 把當前工作空間的所有變量用后綴為 mat的文件保存起來 三 MATLAB集成環(huán)境 File菜單項 ShowWorkspace命令 打開變量瀏覽器 SetPath命令 打開MATLAB的路徑瀏覽器 Preferences命令 打開命令窗口的顯示格式 PrintSetup命令 設(shè)置打印機的參數(shù) Print命令 打印和設(shè)置一些打印參數(shù) PrintSelection命令 打印選中的內(nèi)容 ExitMATLAB命令 退出MATLAB系統(tǒng) 三 MATLAB集成環(huán)境 2 MATLAB命令窗口 Edit菜單項 Undo Cut Copy和Paste等命令 分別用于撤銷上一次操作 剪切 復(fù)制和粘貼 Clear命令 刪除內(nèi)容 SelectAll命令 用于選定所有文本內(nèi)容 ClearSession命令 清除命令編輯區(qū)的全部內(nèi)容 但并不刪除工作空間中的變量 三 MATLAB集成環(huán)境 2 MATLAB命令窗口 Help菜單項 HelpWindow命令 打開MATLAB的幫助窗口 HelpTips命令 打開幫助窗口 并首先顯示MATLAB的幫助系統(tǒng)的分類和使用方法 HelpDesk HTML 命令 打開系統(tǒng)WWW瀏覽器 并顯示MATLAB的幫助桌面 ExamplesandDemos命令 可以通過演示MATLAB提供的例子來熟悉相關(guān)部分的用法 AboutMATLAB命令 打開關(guān)于MATLAB的版本和版權(quán)等信息 Subsribe命令 打開機器上的WWW瀏覽器 用戶可過填寫相關(guān)的表格來獲得MathWorks公司的產(chǎn)品 三 MATLAB集成環(huán)境 2 MATLAB命令窗口 Window菜單項 利用Window菜單項可以查看目前MATLAB打開的所有窗口 并可選中某個窗口為當前窗口 從而實現(xiàn)在不同窗口之間的轉(zhuǎn)換 三 MATLAB集成環(huán)境 2 MATLAB命令窗口 2 命令窗口的工具欄工具欄提供了一些命令按鈕 使用命令按鈕可使操作更快捷 更方便 工作空間新建剪切粘貼瀏覽器新仿真模型打開復(fù)制撤消路徑瀏覽器幫助 三 MATLAB集成環(huán)境 2 MATLAB命令窗口 3 命令窗口的命令編輯區(qū)命令編輯區(qū)用于輸入命令和顯示計算結(jié)果 鍵入命令并按下回車鍵后 MATLAB就會解釋執(zhí)行所輸入的命令 并在命令后面給出計算結(jié)果 例如 在MATLAB命令窗口輸入命令 a 1 1 5 2 9 7 0 3 6 0 5 4 4 7 10 3 22 33 3 7 8 5 21 6 3 8 0 90 20 將顯示一個5 5矩陣 三 MATLAB集成環(huán)境 2 MATLAB命令窗口 4 MATLAB幫助系統(tǒng)MATLAB5 X里有以下幾種方法可獲得幫助 幫助命令 幫助窗口 MATLAB幫助桌面或在線幫助頁 對于Internet用戶 還可直接鏈接到MathWorks公司的網(wǎng)頁上 尋求幫助 三 MATLAB集成環(huán)境 2 MATLAB命令窗口 3 MATLAB的退出要退出MATLAB系統(tǒng) 有三種方法 1 單擊MATLAB命令窗口的 關(guān)閉 按鈕 2 在命令窗口File菜單中選ExitMATLAB命令 3 在MATLAB命令窗口輸入Exit和Quit命令 在MATLAB中 變量名是以字母開頭 后接字母 數(shù)字或下劃線的字符序列 最多19個字符 且區(qū)分字母的大小寫 MATLAB提供的標準函數(shù)名必須用小寫字母 三 MATLAB集成環(huán)境 四 MATLAB運算量 變量和賦值語句MATLAB賦值語句有兩種形式 1 變量 表達式 2 表達式其中 表達式 是用運算符將有關(guān)運算量連接起來的式子 其結(jié)果是一個矩陣 注 第二種語句形式下 將表達式的值賦給MATLAB的永久變量ans 如果在語句的最后加分號 那么 MATLAB僅僅執(zhí)行賦值操作 不再顯示運算的結(jié)果 在一條語句中 如果表達式太復(fù)雜 一行寫不下 可以加上三個小黑點 續(xù)行符 并按下回車鍵 然后接下去再寫 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 四 MATLAB運算量 MATLAB表達式算術(shù)表達式 運算符有 加 減 乘 右除 左除 乘方 對于矩陣來說 左除和右除表示兩種不同的除數(shù)矩陣和被除數(shù)矩陣的關(guān)系 關(guān)系表達式 運算符有 大于 大于或等于 等于 不等于 邏輯表達式 運算符有 與 或 和 非 四 MATLAB運算量 運算法則 1 在邏輯運算中 確認非零元素為真 用1表示 零元素為假 用0表示 2 參與邏輯運算的可以是兩個標量 兩個同維矩陣或參與邏輯運算的元素一個為標量 另一個為矩陣 在算術(shù) 關(guān)系 邏輯運算中 算術(shù)運算優(yōu)先級最高 邏輯運算優(yōu)先級最低 四 MATLAB運算量 2 MATLAB表達式 五 矩陣運算 矩陣是MATLAB最基本的數(shù)據(jù)對象 MATLAB的大部分運算或命令都是在矩陣運算的意義下執(zhí)行的 在MATLAB中 不需對矩陣的維數(shù)和類型進行說明 MATLAB會根據(jù)用戶所輸入的內(nèi)容自動進行配置 建立矩陣建立矩陣可以用 直接輸入法 利用函數(shù)建立矩陣和利用M文件建立矩陣 直接輸入法 將矩陣的元素用方括號括起來 按矩陣行的順序輸入各元素 同一行的各元素之間用空格或逗號分隔 不同行的元素之間用分號分隔 也可以用回車鍵代替分號 例如 鍵入命令 A 123 456 789 輸出結(jié)果是 A 123456789 四 MATLAB運算量 利用函數(shù)建立數(shù)值矩陣 MATLAB提供了許多生成和操作矩陣的函數(shù) 可以利用它們?nèi)ソ⒕仃?例如 reshape函數(shù)和diag函數(shù)等 reshape函數(shù)用于建立數(shù)值矩陣 diag函數(shù)用于產(chǎn)生對角陣 利用M文件建立矩陣 對于比較大且比較復(fù)雜的矩陣 可以為它專門建立一個M文件 其步驟為 第一步 使用編輯程序輸入文件內(nèi)容 第二步 把輸入的內(nèi)容以純文本方式存盤 設(shè)文件名為mymatrix m 第三步 在MATLAB命令窗口中輸入mymatrix 就會自動建立一個名為AM的矩陣 可供以后顯示和調(diào)用 四 MATLAB運算量 建立矩陣 利用M文件建立矩陣 對于比較大且比較復(fù)雜的矩陣 可以為它專門建立一個M文件 其步驟為 第一步 使用編輯程序輸入文件內(nèi)容 第二步 把輸入的內(nèi)容以純文本方式存盤 設(shè)文件名為mymatrix m 第三步 在MATLAB命令窗口中輸入mymatrix 就會自動建立一個名為AM的矩陣 可供以后顯示和調(diào)用 四 MATLAB運算量 建立矩陣 冒號表達式在MATLAB中 冒號是一個重要的運算符 利用它可以產(chǎn)生向量 還可用來拆分矩陣 冒號表達式的一般格式是 e1 e2 e3其中e1為初始值 e2為步長 e3為終止值 冒號表達式可產(chǎn)生一個由e1開始到e3結(jié)束 以步長e2自增的行向量 四 MATLAB運算量 MATLAB常用數(shù)學(xué)函數(shù)MATLAB提供了許多數(shù)學(xué)函數(shù) 函數(shù)的自變量規(guī)定為矩陣變量 運算法則是將函數(shù)逐項作用于矩陣的元素上 因而運算的結(jié)果是一個與自變量同維數(shù)的矩陣 例如 A 123 456 B fix pi A C cos pi B 矩陣的基本運算 矩陣轉(zhuǎn)置 矩陣加和減 矩陣乘法 矩陣除法A b inv A b 矩陣的乘方a 2 四 MATLAB運算量 建立矩陣的函數(shù)常用函數(shù)有 eye size A 產(chǎn)生與A矩陣同階的單位矩陣zeros m n 產(chǎn)生0矩陣ones m n 產(chǎn)生幺矩陣rand m n 產(chǎn)生隨機元素的矩陣Size a 返回包含兩個元素的向量 Length a 返回向量的最大者 四 MATLAB運算量 數(shù)組運算 1 數(shù)組的加和減 2 數(shù)組的乘和除 3 數(shù)組的乘方 六 應(yīng)用舉例 例1 求解線性方程組AX B11 5297303 60 5 44 4其中A 710 32233 B 20378 5216538090 2016 在MATLAB命令窗口輸入命令 a 1 1 5 2 9 7 0 3 6 0 5 4 4 7 10 3 22 33 3 7 8