工程語(yǔ)言Matlab簡(jiǎn)介論文

1、一、MATLA簡(jiǎn)介MATLAB是美國(guó)MathWorks公司出品的商業(yè)，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB 口兩大部分。MATLA是矩陣實(shí)驗(yàn)室(Matrix Laboratory )的簡(jiǎn)稱，和、并稱為三大數(shù)學(xué) 軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在方面首屈一指。MATLA列以進(jìn)行運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng) 用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB勺基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形 式十分相似，故用MATLA來(lái)解算問(wèn)題要比用C,

2、 FORTRA等語(yǔ)言完成相同的事情 簡(jiǎn)捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn),使MATLA成為一個(gè) 強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)，的支持?？梢灾苯诱{(diào)用，用戶也 可以將自己編寫(xiě)的實(shí)用程序?qū)氲?MATLA函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許 多的MATLA愛(ài)好者都編寫(xiě)了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。二、發(fā)展歷程20世紀(jì)70年代，美國(guó)新墨西哥大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任 Cleve Moler為了減 輕學(xué)生編程的負(fù)擔(dān)，用FORTRA編寫(xiě)了最早的MATLAB1984年由Little 、Moler、 Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把

3、MATLA推向市場(chǎng)。至U 20世 紀(jì)90年代，MATLA已成為國(guó)際控制界的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算軟件。版本更新如下表:版本建造編號(hào)發(fā)布時(shí)間MATLAB 1.01984MATALB 21986MATLAB 31987MATLAB 3.51990MATLAB 41992MATLAB 4.2cR71994MATLAB 5.0R81996MATLAB 5.1R91997MATLAB 5.1.1R9.11997MATLAB 5.2R101998MATLAB 5.2.1R10.11998MATLAB 5.3R111999MATLAB 5.3.1R11.11999MATLAB 6.0R122000MATLAB 6.1R1

4、2.12001MATLAB 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 7.8R2009a2009.3.6MATLAB 7.

5、9R2009b2009.9.4三、應(yīng)用MATLAB品族可以用來(lái)進(jìn)行以下各種工作：（1）數(shù)值分析；（2）數(shù)值和符號(hào)計(jì)算；（3）工程與科學(xué)繪圖；（4）控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真；（5）數(shù)字圖像處理技術(shù)；（6）數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)；（7）通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真；（8）財(cái)務(wù)與金融工程。MATLAB勺應(yīng)用范圍非常廣，包括信號(hào)和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 測(cè)試和測(cè)量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱（單 獨(dú)提供的專用MATLAB函數(shù)集）擴(kuò)展了 MATLAB環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特 定類型的問(wèn)題。四、 Matlab 的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)1、MATLABS點(diǎn)：（ 1 ）此高級(jí)語(yǔ)言可用于技術(shù)計(jì)算；（2

6、）此開(kāi)發(fā)環(huán)境可對(duì)代碼、文件和數(shù)據(jù)進(jìn)行管理；（3）交互式工具可以按迭代的方式探查、設(shè)計(jì)及求解問(wèn)題；（4）數(shù)學(xué)函數(shù)可用于線性代數(shù)、統(tǒng)計(jì)、傅立葉分析、篩選、優(yōu)化以及數(shù)值 積分等；（5）二維和三維圖形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù)；（6）各種工具可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面；（7）各種函數(shù)可將基于MATLA的算法與外部應(yīng)用程序和語(yǔ)言（如C、C+ Fortran、Java、COM以及 Microsoft Excel ）集成。2、MATLA的優(yōu)勢(shì)：（ 1 ）友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境：MATLA由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB勺函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括 MATLA桌面和命

7、令窗口、歷史命令 窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件勺瀏覽 器。隨著MATLA的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級(jí)， MATLA的用戶界面也越來(lái) 越精致，更加接近 Windows的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更強(qiáng)，操作更簡(jiǎn)單。而且新 版本的MATLA提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。 簡(jiǎn)單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)， 程序不必經(jīng)過(guò)編譯就可以直接運(yùn)行， 而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。（2）簡(jiǎn)單易用的程序語(yǔ)言：Matlab 一個(gè)高級(jí)的矩陣 / 陣列語(yǔ)言，它包含控制語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸 入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。 用戶可以在命令窗

8、口中將輸入語(yǔ)句與執(zhí)行命令同 步，也可以先編寫(xiě)好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（M文件）后再一起運(yùn)行。新版 本的MATLA語(yǔ)言是基于最為流行的C+語(yǔ)言基礎(chǔ)上的，因此語(yǔ)法特征與C+ + 語(yǔ)言極為相似， 而且更加簡(jiǎn)單， 更加符合科技人員對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式的書(shū)寫(xiě)格式。 使 之更利于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。 而且這種語(yǔ)言可移植性好、 可拓展性極 強(qiáng)，這也是MATLABE夠深入到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要原因。（3）強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力：MATLAB是一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。其擁有 600多個(gè)工程中要用到的 數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)， 可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。 函數(shù)中所使用的算法 都是科研和工

9、程計(jì)算中的最新研究成果， 而前經(jīng)過(guò)了各種優(yōu)化和容錯(cuò)處理。 在通 常情況下，可以用它來(lái)代替底層編程語(yǔ)言，如C和C+。在計(jì)算要求相同的情況下，使用MATLA的編程工作量會(huì)大大減少。MATLAB這些函數(shù)集包括從最簡(jiǎn) 單最基本的函數(shù)到諸如矩陣， 特征向量、 快速傅立葉變換的復(fù)雜函數(shù)。 函數(shù)所能 解決的問(wèn)題其大致包括矩陣運(yùn)算和線性方程組的求解、 微分方程及偏微分方程的 組的求解、符號(hào)運(yùn)算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、工程中的優(yōu)化問(wèn)題、稀疏 矩陣運(yùn)算、 復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、 三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、 多維數(shù)組操作以及 建模動(dòng)態(tài)仿真等。（4）出色的圖形處理功能：圖形處理功能MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便

10、的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖 形表現(xiàn)出來(lái)， 并且可以對(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。 高層次的作圖包括二維和三維的 可視化、圖象處理、動(dòng)畫(huà)和表達(dá)式作圖。可用于科學(xué)計(jì)算和工程繪圖。新版本的 MATLAB寸整個(gè)圖形處理功能作了很大的改進(jìn)和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視 化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等） 方面更加完善， 而且寸于一些其他軟件所沒(méi)有的功能 （例如圖形的光照處理、 色度處理以及四維 數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等），MATLA同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時(shí)對(duì)一些特殊的可視化 要求，例如圖形對(duì)話等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的 要求。另外新版本的MATLA還著重

11、在圖形用戶界面（GUI）的制作上作了很大的 改善，對(duì)這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。（5）應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱：MATLA對(duì)許多專門的領(lǐng)域都開(kāi)發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集和工具箱。 一般來(lái)說(shuō), 它們都是由特定領(lǐng)域的專家開(kāi)發(fā)的， 用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、 應(yīng)用和評(píng)估 不同的方法而不需要自己編寫(xiě)代碼。目前， MATLAB已經(jīng)把工具箱延伸到了科學(xué) 研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域， 諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫(kù)接口、概率統(tǒng)計(jì)、樣條擬合、 優(yōu)化算法、偏微分方程求解、信號(hào)處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識(shí)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、LMI 控制、魯棒控制、模型預(yù)測(cè)、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制 設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)快速原型及半物理仿

12、真、嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、定點(diǎn)仿真、DSP 與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（ Toolbox ）家族中有了自己的一席之地。（6）實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái)：新版本的MATLA可以利用MATLAB®譯器和C/C+數(shù)學(xué)庫(kù)和圖形庫(kù)，將自己 的MATLAB?序自動(dòng)轉(zhuǎn)換為獨(dú)立于 MATLAB!行的C和C+代碼。允許用戶編寫(xiě)可 以和MATLABS行交互的C或C+語(yǔ)言程序。另外，MATLAB頁(yè)服務(wù)程序還容許 在Web應(yīng)用中使用自己的MATLAB學(xué)和圖形程序。MATLAB勺一個(gè)重要特色就是 具有一套程序擴(kuò)展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。工具箱是 MATLA函數(shù)的子程序庫(kù)，每一個(gè)工具箱都是為某一

13、類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)用而定制的， 主要包括信號(hào)處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方 面的應(yīng)用。（7）應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)（包括用戶界面） ：在開(kāi)發(fā)環(huán)境中， 使用戶更方便地控制多個(gè)文件和圖形窗口； 在編程方面支持 了函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強(qiáng)大的圖形標(biāo)注和處理功能， 包括對(duì)性對(duì)起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向和HDFSt行連接。五、 Matlab 常用工具箱MATLAB包括擁有數(shù)百個(gè)內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包。工具包又可以 分為功能性工具包和學(xué)科工具包。功能工具包用來(lái)擴(kuò)充MATLAB勺符號(hào)計(jì)算，可視化建模仿真， 文字處理及實(shí)時(shí)控制等功能。 學(xué)科工具包是專業(yè)

14、性比較強(qiáng)的工具 包，控制工具包，信號(hào)處理工具包，通信工具包等都屬于此類。開(kāi)放性使MATLA廣受用戶歡迎。除內(nèi)部函數(shù)外，所有MATLA主包文件和各 種工具包都是可讀可修改的文件， 用戶通過(guò)對(duì)源程序的修改或加入自己編寫(xiě)程序 構(gòu)造新的專用工具包。Matlab Main Toolbox matlab 主工具箱Control System Toolbox 控制系統(tǒng)工具箱Communication Toolbox 通訊工具箱Financial Toolbox 財(cái)政金融工具箱System Identification Toolbox 系統(tǒng)辨識(shí)工具箱Fuzzy Logic Toolbox 模糊邏輯工具箱Hig

15、her-Order Spectral Analysis Toolbox 高階譜分析工具箱 Image Processing Toolbox 圖象處理工具箱LMI Control Toolbox 線性矩陣不等式工具箱Model predictive Control Toolbox 模型預(yù)測(cè)控制工具箱卩-Analysis and Synthesis Toolbox卩 分析工具箱Neural Network Toolbox 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱Optimization Toolbox 優(yōu)化工具箱Partial Differential Toolbox 偏微分方程工具箱 Robust Control Too

16、lbox 魯棒控制工具箱Signal Processing Toolbox 信號(hào)處理工具箱 Spline Toolbox 樣條工具箱Statistics Toolbox 統(tǒng)計(jì)工具箱 Symbolic Math Toolbox 符號(hào)數(shù)學(xué)工具箱 Simulink Toolbox 動(dòng)態(tài)仿真工具箱Wavele Toolbox 小波工具箱六、常用函數(shù)1、Matlab 內(nèi)部常數(shù)：eps:浮點(diǎn)相對(duì)精度exp：自然對(duì)數(shù)的底數(shù)ei 或 j :基本虛數(shù)單位 inf 或 Inf ：無(wú)限大， 例如 1/0nan 或 NaN 非數(shù)值(Not a number ),例如 0/0pi ：圓周率 p ( = 3.141592

17、6.)realmax :系統(tǒng)所能表示的最大數(shù)值 realmin ：系統(tǒng)所能表示的最小數(shù)值 nargin: 函數(shù)的輸入引數(shù)個(gè)數(shù) nargout: 函數(shù)的輸出引數(shù)個(gè)數(shù) lasterr ：存放最新的錯(cuò)誤信息lastwarn ：存放最新的警告信息2、MATLA常用基本數(shù)學(xué)函數(shù)：abs(x) ：純量的絕對(duì)值或向量的長(zhǎng)度 angle(z) ：復(fù)數(shù) z 的相角 (Phase angle) sqrt(x) ：開(kāi)平方real(z) ：復(fù)數(shù) z 的實(shí)部imag(z) ：復(fù)數(shù) z 的虛部conj(z) ：復(fù)數(shù) z 的共軛復(fù)數(shù)round(x) ：四舍五入至最近整數(shù) fix(x) ：無(wú)論正負(fù)，舍去小數(shù)至最近整數(shù) flo

18、or(x) ：地板函數(shù)，即舍去正小數(shù)至最近整數(shù) ceil(x) ：天花板函數(shù)，即加入正小數(shù)至最近整數(shù) rat(x) ：將實(shí)數(shù) x 化為分?jǐn)?shù)表示 rats(x) ：將實(shí)數(shù) x 化為多項(xiàng)分?jǐn)?shù)展開(kāi) sign(x) ：符號(hào)函數(shù) (Signum function) 。當(dāng) x<0 時(shí)， sign(x)=-1 ；當(dāng) x=0 時(shí)， sign(x)=0;當(dāng) x>0 時(shí)， sign(x)=1 。rem(x,y) ：求 x 除以 y 的馀數(shù)gcd(x,y) ：整數(shù) x 和 y 的最大公因數(shù)lcm(x,y) ：整數(shù) x 和 y 的最小公倍數(shù) exp(x) ：自然指數(shù) pow2(x) ：2 的指數(shù) log(

19、x) ：以 e 為底的對(duì)數(shù)，即自然對(duì)數(shù)或 log2(x) ：以 2 為底的對(duì)數(shù) log10(x) ：以 10 為底的對(duì)數(shù)3、MATLA常用三角函數(shù)：sin(x) ：正弦函數(shù)cos(x) ：余弦函數(shù)tan(x) ：正切函數(shù)asin(x) ：反正弦函數(shù) acos(x) ：反余弦函數(shù) atan(x) ：反正切函數(shù) atan2(x,y) ：四象限的反正切函數(shù) sinh(x) ：雙曲正弦函數(shù) cosh(x) ：雙曲余弦函數(shù) tanh(x) ：雙曲正切函數(shù) asinh(x) ：反雙曲正弦函數(shù) acosh(x) ：反雙曲余弦函數(shù) atanh(x) ：反雙曲正切函數(shù)4、適用于向量的常用函數(shù)有：min(x): 向量 x 的元素的最小值 max(x): 向量 x 的元素的最大值 mean(x): 向量 x 的元素的平均值 median(x): 向量 x 的元素的中位數(shù) std(x): 向量 x 的元素的標(biāo)準(zhǔn)差 diff(x): 向量 x 的相鄰元素的差 sort(x): 對(duì)向量 x 的元素進(jìn)行排序( Sorting ) length(x): 向量 x 的元素個(gè)數(shù) norm(x): 向量 x 的歐氏( Euclidean )長(zhǎng)度 sum(x): 向量 x 的元素總和 prod(x): 向量 x 的元素總乘積 cumsum(x): 向量 x 的累計(jì)元素總和 cumprod