計(jì)算機(jī)算法語(yǔ)言matlab簡(jiǎn)介

1、MATLAB簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 數(shù)學(xué)軟件四大家 目前在科技和工程界上比較流行和著名的數(shù)學(xué)軟件主要有四個(gè)，分別是Maple、MATLAB、MathCAD和Mathematica。它們?cè)诟髯葬槍?duì)的目標(biāo)都有不同的特色。 數(shù)學(xué)軟件四大家之一Maple系統(tǒng) Maple是加拿大滑鐵盧大學(xué)(University of Waterloo)和Waterloo Maple Software公司注冊(cè)的一套為微積分、線(xiàn)性代數(shù)和微分方程等高等數(shù)學(xué)使用的軟件包。它不但具有精確的數(shù)值處理功能，而且具有無(wú)以倫比的符號(hào)計(jì)算功能。 Maple 的符號(hào)計(jì)算能力還是MathCAD和MATLAB等軟件的符號(hào)處理的核心。Maple提供了2000余

2、種數(shù)學(xué)函數(shù)，涉及范圍包括：普通數(shù)學(xué)、高等數(shù)學(xué)、線(xiàn)性代數(shù)、數(shù)論、離散數(shù)學(xué)、圖形學(xué)。它還提供了一套內(nèi)置的編程語(yǔ)言，用戶(hù)可以開(kāi)發(fā)自己的應(yīng)用程序，而且Maple自身的2000多種函數(shù)，基本上是用此語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的。 Maple采用字符行輸入方式，輸入時(shí)需要按照規(guī)定的格式輸入，雖然與一般常見(jiàn)的數(shù)學(xué)格式不同，但靈活方便，也很容易理解。輸出則可以選擇字符方式和圖形方式，產(chǎn)生的圖形結(jié)果可以很方便地剪貼到Windows應(yīng)用程序內(nèi)。 數(shù)學(xué)軟件四大家之二MATLAB 系統(tǒng) MATLAB原是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）在70年代用來(lái)提供Linpack和Eispack軟件包的接口程序。從80年代出現(xiàn)3.0

3、的DOS版本，逐漸成為科技計(jì)算、視圖交互系統(tǒng)和程序語(yǔ)言。MATLAB可以運(yùn)行在十幾個(gè)操作平臺(tái)上，比較常見(jiàn)的有基于Windows 9X/NT、OS/2、Macintosh、Sun、Unix、Linux等平臺(tái)的系統(tǒng)。 MATLAB程序主要由主程序和各種工具包組成，其中主程序包含數(shù)百個(gè)內(nèi)部核心函數(shù)，工具包則包括復(fù)雜系統(tǒng)仿真、信號(hào)處理工具包、系統(tǒng)識(shí)別工具包、優(yōu)化工具包、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具包、控制系統(tǒng)工具包、樣條工具包、符號(hào)數(shù)學(xué)工具包、圖像處理工具包、統(tǒng)計(jì)工具包等。而且6.x版本還包含一套幾十個(gè)的PDF文件，從MATLAB的使用入門(mén)到其他專(zhuān)題應(yīng)用均有詳細(xì)的介紹。數(shù)學(xué)軟件四大家之二MATLAB 系統(tǒng) MATLA

4、B是數(shù)值計(jì)算的先鋒，它以矩陣作為基本數(shù)據(jù)單位，在應(yīng)用線(xiàn)性代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)控制、數(shù)字信號(hào)處理、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真方面已經(jīng)成為首選工具，同時(shí)也是科研工作人員和大學(xué)生、研究生進(jìn)行科學(xué)研究的得力工具。MATLAB在輸入方面也很方便，可以使用內(nèi)部的Editor或者其他任何字符處理器，同時(shí)它還可以與Word結(jié)合在一起，在Word的頁(yè)面里直接調(diào)用MATLAB的大部分功能，使Word具有特殊的計(jì)算能力。 在國(guó)際學(xué)術(shù)界， MATLAB 已經(jīng)被確認(rèn)為準(zhǔn)確、可靠的科學(xué)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件。在許多國(guó)際一流學(xué)術(shù)刊物上，（尤其是信息科學(xué)刊物），都可以看到 MATLAB 的應(yīng)用。 在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門(mén)， MATLAB 被認(rèn)作進(jìn)行

5、高效研究、開(kāi)發(fā)的首選軟件工具。如美國(guó) National Instruments 公司信號(hào)測(cè)量、分析軟件 LabVIEW ， Cadence 公司信號(hào)和通信分析設(shè)計(jì)軟件 SPW 等，或者直接建筑在 MATLAB 之上，或者以 MATLAB 為主要支撐。又如 HP 公司的 VXI 硬件， TM 公司的 DSP ， Gage 公司的各種硬卡、儀器等都接受 MATLAB 的支持。 數(shù)學(xué)軟件四大家之三MathCAD 系統(tǒng) MathCAD是美國(guó)Mathsoft公司推出的一個(gè)交互式的數(shù)學(xué)系統(tǒng)軟件。從早期的DOS下的1.0和Windows下的4.0版本，到今日的8.0版本，功能也從簡(jiǎn)單的數(shù)值計(jì)算，直至引用Ma

6、ple強(qiáng)大的符號(hào)計(jì)算能力，使得它發(fā)生了一個(gè)質(zhì)的飛躍。 MathCAD是集文本編輯、數(shù)學(xué)計(jì)算、程序編輯和仿真于一體的軟件。MathCAD7.0 Professional（專(zhuān)業(yè)版）運(yùn)行在Win9X/NT下，它的主要特點(diǎn)是輸入格式與人們習(xí)慣的數(shù)學(xué)書(shū)寫(xiě)格式很近似，采用WYSWYG（所見(jiàn)所得）界面，特別適合一般無(wú)須進(jìn)行復(fù)雜編程或要求比較特殊的計(jì)算。MathCAD 7.0 Professional 還帶有一個(gè)程序編輯器，對(duì)于一般比較短小，或者要求計(jì)算速度比較低時(shí)，采用它也是可以的。這個(gè)程序編輯器的優(yōu)點(diǎn)是語(yǔ)法特別簡(jiǎn)單。 MathCAD可以看作是一個(gè)功能強(qiáng)大的計(jì)算器，沒(méi)有很復(fù)雜的規(guī)則；同時(shí)它也可以和Word、

7、Lotus、WPS2000等字處理軟件很好地配合使用，可以把它當(dāng)作一個(gè)出色的全屏幕數(shù)學(xué)公式編輯器。 數(shù)學(xué)軟件四大家之四Mathematica 系統(tǒng) Mathematica是由美國(guó)物理學(xué)家Stephen Wolfram領(lǐng)導(dǎo)的Wolfram Research開(kāi)發(fā)的數(shù)學(xué)系統(tǒng)軟件。它擁有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算和符號(hào)計(jì)算能力，在這一方面與Maple類(lèi)似，但它的符號(hào)計(jì)算不是基于Maple上的，而是自己開(kāi)發(fā)的。 Mathematica的基本系統(tǒng)主要是用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的，因而可以比較容易地移植到各種平臺(tái)上，Mathematica是一個(gè)交互式的計(jì)算系統(tǒng)，計(jì)算是在用戶(hù)和Mathematica互相交換、傳遞信息數(shù)據(jù)的過(guò)程中完成

8、的。Mathematica系統(tǒng)所接受的命令都被稱(chēng)作表達(dá)式，系統(tǒng)在接受了一個(gè)表達(dá)式之后就對(duì)它進(jìn)行處理，然后再把計(jì)算結(jié)果返回。Mathematica對(duì)于輸入形式有比較嚴(yán)格的規(guī)定，用戶(hù)必須按照系統(tǒng)規(guī)定的數(shù)學(xué)格式輸入，系統(tǒng)才能正確地處理，不過(guò)由于3.0版本引入輸入面板，并且可以修改、重組輸入面板，因此以前版本輸入指令時(shí)需要不斷切換大小寫(xiě)字符的繁瑣方式得到很好的改善。3.0版本可以用各種格式保存文件和剪貼內(nèi)容，包括RTF、HTML、BMP等格式。 則選擇MATLAB，它的矩陣計(jì)算和圖形處理方面則是它的強(qiáng)項(xiàng)，同時(shí)利用MATLAB的NoteBook功能，結(jié)合Word的編輯功能，可以很方便地處理科技文章。數(shù)學(xué)

9、軟件四大家之適用范圍如何選用數(shù)學(xué)軟件? 一般按照以下情況分別選用。1) 如果僅僅是要求一般的計(jì)算或者是普通用戶(hù)日常使用：2)如果要求計(jì)算精度、符號(hào)計(jì)算和編程方面使用： 3）如果要求進(jìn)行矩陣方面或圖形方面的處理： 最好同時(shí)使用Maple和Mathematica，它們?cè)诜?hào)處理方面各具特色，有些Maple不能處理的，Mathematica卻能處理，諸如某些積分、求極限等方面，這些都是比較特殊的。首選的是MathCAD，它在高等數(shù)學(xué)方面所具有的能力，足夠一般客戶(hù)的要求，而且它的輸入界面也特別友好。MATLAB應(yīng)用概況w MATLAB是當(dāng)今國(guó)際上公認(rèn)的在科技領(lǐng)域方面最為優(yōu)秀的應(yīng)用軟件和開(kāi)發(fā)環(huán)境。在歐美

10、各高等院校，MATLAB已經(jīng)成為應(yīng)用線(xiàn)性代數(shù)、自動(dòng)控制理論、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理、時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真、圖形處理等高級(jí)課程的基本數(shù)學(xué)工具，是攻讀學(xué)士的大學(xué)生、碩士生、博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門(mén)，MATLAB已經(jīng)超出實(shí)驗(yàn)室，廣泛用于研究和解決具體的工程問(wèn)題。w 國(guó)內(nèi)部分重點(diǎn)高校中，MATLAB已作為理工學(xué)生的必修或選修課。 功能性工具包功能性工具包 主要用來(lái)擴(kuò)充MATLAB的數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、數(shù)字信號(hào)處理、符號(hào)計(jì)算功能、圖形建模仿真功能、文字處理功能、與硬件實(shí)時(shí)交互功能。這種工具包能用于多種學(xué)科。 學(xué)科性工具包學(xué)科性工具包是專(zhuān)業(yè)性比較強(qiáng)的，如： 優(yōu)化工具包(Op

11、timization Toolbox)、 控制工具包(Control Toolbox)、 通信工具包(Communication Toolbox)、 圖象處理工具包(Image Processing Toolbox)、 統(tǒng)計(jì)工具包(Statistic Toolbox)等。 現(xiàn)在Matlab軟件包含：主包中有數(shù)百個(gè)高度優(yōu)化的內(nèi)部函數(shù)。 工具包(oolbox），又分為兩類(lèi)：功能性工具包和學(xué)科性工具包。 Matlab軟件的組成：Matlab語(yǔ)言有如下特點(diǎn)：w 1高效方便的矩陣和數(shù)組運(yùn)算w 2語(yǔ)句簡(jiǎn)單，內(nèi)涵豐富用戶(hù)使用方便w 3強(qiáng)大的繪圖功能w 4擴(kuò)充能力強(qiáng) （一）、數(shù)值和符號(hào)計(jì)算功能w 數(shù)值計(jì)算功能

12、建立在矩陣和數(shù)組之上。w 主要內(nèi)容：矩陣的創(chuàng)建和保存，數(shù)值矩陣代數(shù)、乘方運(yùn)算和分解，數(shù)組運(yùn)算，矩陣操作，多項(xiàng)式和有理分式運(yùn)算，數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析、差分和數(shù)值導(dǎo)數(shù)，用于求積分、優(yōu)化和微分方程的數(shù)值解和功能函數(shù)等。w 在此環(huán)境下所解問(wèn)題的Matlab語(yǔ)言表述形式和其數(shù)學(xué)表達(dá)形式相同，不需要按傳統(tǒng)的方法編程。（二）、MATLAB語(yǔ)言w MATLAB有它自己的編程語(yǔ)言。它是一種面向科學(xué)與工程計(jì)算的高級(jí)語(yǔ)言，允許用數(shù)學(xué)形式的語(yǔ)言編寫(xiě)程序。 w Matlab語(yǔ)言是一種解釋執(zhí)行的語(yǔ)言（在沒(méi)被專(zhuān)門(mén)的工具編譯之前），它靈活、方便，其調(diào)試程序手段豐富，調(diào)試速度快，需要學(xué)習(xí)時(shí)間少。 w 把編輯、編譯、連接和執(zhí)行融為一體。

13、它能在同一畫(huà)面上進(jìn)行靈活操作快速排除輸入程序中的書(shū)寫(xiě)錯(cuò)誤、語(yǔ)法錯(cuò)誤以至語(yǔ)意錯(cuò)誤，從而加快了用戶(hù)編寫(xiě)、修改和調(diào)試程序的速度， （三）、圖形和可視化功能w 利用MATLAB可以輕易地繪制二維、三維曲線(xiàn)，三維曲面，并可進(jìn)行圖形和坐標(biāo)的標(biāo)識(shí)、坐標(biāo)控制、圖形的迭繪、視角和光照設(shè)計(jì)、色彩精細(xì)控制等及動(dòng)畫(huà)的繪制。 w Matlab的繪圖是十分方便的，它有一系列繪圖函數(shù)（命令），例如線(xiàn)性坐標(biāo)、對(duì)數(shù)坐標(biāo)，半對(duì)數(shù)坐標(biāo)及極坐標(biāo)，均只需調(diào)用不同的繪圖函數(shù)（命令），在圖上標(biāo)出圖題、XY軸標(biāo)注，格（柵）繪制也只需調(diào)用相應(yīng)的命令，簡(jiǎn)單易行。 （四）、最受人歡迎的特點(diǎn)開(kāi)放性 w 除內(nèi)部函數(shù)外，所有MATLAB主包文件和各工具

14、包文件都來(lái)是可改的源文件。用戶(hù)通過(guò)對(duì)源文件的修改，或加入自己編寫(xiě)的文件去構(gòu)成新的專(zhuān)用工具包。 w 高版本的Matlab已逐步擴(kuò)展到科學(xué)及工程計(jì)算的其它領(lǐng)域。因此，不久的將來(lái)，它一定能名符其實(shí)地成為“萬(wàn)能演算紙式的”科學(xué)算法語(yǔ)言。 MATLAB的運(yùn)行環(huán)境w MATLAB 4.0以上要求在WINDOWS下運(yùn)行。原則上講386、486的機(jī)器，4MB以上內(nèi)存，VGA顯示，16MB硬盤(pán)都可以了。當(dāng)然，配置高些運(yùn)行順利些。w MATLAB現(xiàn)在流行的版本為5.x和6.0要求WINDOWS 9x的操作系統(tǒng)。w 4.2以下的版本可以采用復(fù)制方式安裝。 設(shè)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：22) 15 . 0() 110( 1 . 0)(ssssG 試?yán)L制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性曲線(xiàn)和開(kāi)環(huán)幅相特性曲線(xiàn)。 解： 繪制開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性曲線(xiàn)：-40-20-60開(kāi)環(huán)幅相特性曲線(xiàn)：0j-10 :)j (G1j5 .01lg202)1j10(lg20)(j1lg201 .0lg20)j (lg2