matlabs第一章

1、第二計算機(jī)語言第二計算機(jī)語言MATLAB第一章 MATLAB概述Transportation College, Southeast University Transportation College, Southeast University Transportation College, Southeast University Transportation College, Southeast University Transportation College, Southeast University 計算機(jī)的作用1v科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力 鄧小平v五十年代科學(xué)家拉計算尺發(fā)射兩彈一星v而現(xiàn)

2、在1個小時的計算量足夠大。v例：天氣預(yù)報，時間長，精度高，第13號超強(qiáng)臺風(fēng)“韋帕”的影響，無一人員傷亡Transportation College, Southeast University v 曙光5000A高性能計算機(jī)采用最新的四核AMD Barcelona (主頻1.9GHz)處理器，采用基于刀片架構(gòu)的HPP體系架構(gòu)，共有30720顆計算核心，122.88TB內(nèi)存，700TB數(shù)據(jù)存儲能力，采用低延遲的20Gb的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，其設(shè)計浮點(diǎn)運(yùn)算速度峰值為每秒230萬億次，是目前國內(nèi)運(yùn)算速度最快的高性能計算機(jī)。曙光5000一天完成的工作量，相當(dāng)于全中國所有人每天24小時、每年365天利用手持計算機(jī)不

3、停地進(jìn)行計算，46年時間的工作量。Transportation College, Southeast University 熱帶風(fēng)暴“納爾吉斯”行進(jìn)圖v臺風(fēng)襲擊緬甸臺風(fēng)襲擊緬甸 超過超過5萬人死亡萬人死亡2400萬人受災(zāi)萬人受災(zāi)Transportation College, Southeast University Transportation College, Southeast University 計算機(jī)的作用2vMonte Carlo 方法隨機(jī)試驗(yàn)方法共有記錄5747條 v模糊數(shù)學(xué)大型矩陣相乘共有記錄22448條v神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法矩陣運(yùn)算，大量試算共有記錄64883條 v有限元，差分(數(shù)值

4、計算方法)大型方程組有限元共有記錄86466條;差分共有記錄27648條 Transportation College, Southeast University 計算機(jī)語言分類v第一代計算機(jī)語言：機(jī)器語言，由0，1組成的二進(jìn)制碼；v第二代計算機(jī)語言：匯編語言，用指令來代替二進(jìn)制碼，它可以直接對計算機(jī)硬件進(jìn)行操作；v以上為低級語言，專業(yè)語言。v第三代計算機(jī)語言：算法語言，源程序可以用解釋、編譯兩種方式執(zhí)行，影響較大、使用較普遍的有FORTRAN、ALGOL、COBOL、BASIC、LISP、SNOBOL、PL/1、Pascal、C、PROLOG、Ada、C+、Delphi、JAVA等。Tran

5、sportation College, Southeast University vFORTRAN(FORmula TRANslation公式翻譯)，適用于數(shù)值計算。vC/C+(Basic Combined Programming Language基礎(chǔ)混合編程語言)，適用于編寫系統(tǒng)軟件(UNIX)。vBASIC(Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code初學(xué)者通用符號指令代碼)，適用于初學(xué)者。Transportation College, Southeast University v第四代計算機(jī)語言：非過程化語言，是交互式程序設(shè)計環(huán)境，由計算

6、機(jī)自動生成程序，提高了軟件的生產(chǎn)效率，常用的有VC、VB、VF、MATLAB等。其中：vMATLAB(Matrix Laboratory矩陣實(shí)驗(yàn)室)，是一種演算式語言，使用方便，應(yīng)用廣泛。v以上稱高級語言，大眾語言。v第五代計算機(jī)語言：人工智能語言。MATLAB適合于人的思維方式(for I=1:1:10)，屬人性化語言。Transportation College, Southeast University 課程設(shè)置依據(jù)v名稱 開設(shè)情況 使用概率方面 對主語言作用v第二外國語言 多(日、德、法) 少 無(單詞，語法)v第二計算機(jī)語言 少(MATLAB) 多 有(程序控制方式)v(1)程序控制

7、，相似；vMATLAB：vfor i=1:1:100vvC：vfor(i=1;i p=1,2,1vp =v 1 2 1v r=roots(p)vr =v -1v -1(2行)Transportation College, Southeast University v p=1,2,3; r=roots(p)vr =v -1.0000 + 1.4142iv -1.0000 - 1.4142i(1行2句)Transportation College, Southeast University v r=roots(6,-5,1)vr =v 0.5000v 0.3333(1行1句)。v總結(jié):函數(shù)化- r

8、ootsTransportation College, Southeast University v所有計算問題函數(shù)化，工具箱化，屬演算式語言，使用簡單。v百度一下，找到相關(guān)網(wǎng)頁約2,230,000篇，用時0.001秒 2007091815:52v百度一下，找到相關(guān)網(wǎng)頁約2,490,000篇，用時0.001秒 v中國期刊全文數(shù)據(jù)庫中國期刊全文數(shù)據(jù)庫:v主題主題:共有記錄18132條 ;共有記錄20197條 v內(nèi)容內(nèi)容:共有記錄59850條 ;共有記錄67702條 Transportation College, Southeast University v百度一下，找到相關(guān)網(wǎng)頁約3,880,00

9、0篇，用時0.026秒 vThe MathWorks公司的MATLAB科學(xué)計算語言The MathWorks公司的MATLAB是一種用于算法開發(fā),數(shù)據(jù)可視化,數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境.使用MATLAB可以較使用傳統(tǒng)的編程語言(如 C,C+ 和 Fortran)更快地解決技術(shù)計算問題. Transportation College, Southeast University 1.2課程教學(xué)目的及基本要求 v一、教學(xué)目的v本課程為全校性公共任選課，完全不必具備其它計算機(jī)語言的基礎(chǔ)和專業(yè)知識，各年級各專業(yè)的同學(xué)都可選修。通過本課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解MATLAB，能夠熟練掌握數(shù)

10、學(xué)（矩陣）運(yùn)算，簡單編程，簡單的數(shù)據(jù)處理及基本圖形繪制，幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)或工作中的數(shù)值計算、數(shù)據(jù)處理、圖形繪制等問題，并達(dá)到計算機(jī)語言素養(yǎng)的訓(xùn)練，為C+高級編程服務(wù)。 Transportation College, Southeast University 二、學(xué)習(xí)內(nèi)容v(1)MATLAB簡介；v(2)MATLAB的矩陣創(chuàng)建；v(3)MATLAB的數(shù)值運(yùn)算；v(4)MATLAB的符號運(yùn)算；v(5)MATLAB計算的可視化；v(6)MATLAB文件操作；v(7)MATLAB程序設(shè)計；v(8)MATLAB圖形句柄；v(9)MATLAB圖形用戶界面設(shè)計 Transportation College,

11、 Southeast University 三、考核方式v(1)綜合作業(yè)80+平時成績20；v(2)綜合作業(yè)需完成自制用戶介面設(shè)計，并結(jié)合實(shí)例實(shí)現(xiàn)簡單分析或計算功能，并把計算結(jié)果圖形化，要有個性化圖形設(shè)置。 Transportation College, Southeast University Transportation College, Southeast University Transportation College, Southeast University vQQ：31663256vEMAIL：v/liaotian v反饋意見Transport

12、ation College, Southeast University 四、教學(xué)參考書v1、掌握和精通MATLABv1997年7月第一版；純印刷版發(fā)行；以4.2c為軟件基礎(chǔ)；除符號計算外，其余內(nèi)容迄今適用。（全書52萬字）v2、精通MATLAB 5.3v2000年8月第一版；印刷、電子版配套發(fā)行；以5.3為軟件基礎(chǔ)；內(nèi)容詳盡深入，迄今全部適用。（全書90萬字）v3、精通MATLAB 6.5v2002年12月第一版；2002 全新版,詳述MATLAB6.5精華,由印刷版和電子版融合而成,是本課程的教學(xué)用書。（全書103萬多字）Transportation College, Southeast U

13、niversity 第三節(jié) MATLAB簡介vC+支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法，特別適合于中型和大型的軟件開發(fā)項(xiàng)目（Windows），從開發(fā)時間、費(fèi)用到軟件的重用性、可擴(kuò)充性、可維護(hù)性和可靠性等方面，C+均具有很大的優(yōu)越性。但C+是編譯類語言，使用過程不方便，對一些簡單問題，解釋類語言比較靈活，可以動態(tài)地調(diào)整（可不使用程序文件）、修改應(yīng)用程序。Transportation College, Southeast University vMATLAB是一種解釋類語言，它將一個優(yōu)秀軟件的易用性與可靠性、通用性與專業(yè)性 、一般目的的應(yīng)用與高深的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用有機(jī)的相結(jié)合，是一種直譯式的高級語言，比其它程序

14、設(shè)計語言容易。計算機(jī)語言正向“智能化”方向發(fā)展，MATLAB被稱為第四代編程語言，滿足“智能化”的方向。Transportation College, Southeast University vMATLAB已經(jīng)不僅僅是一個“矩陣實(shí)驗(yàn)室”了，它集科學(xué)計算、圖象處理、多媒體處理于一身，并提供了豐富的Windows圖形界面設(shè)計方法。它以超群的風(fēng)格與性能風(fēng)靡全世界,成功地應(yīng)用于各工程學(xué)科的研究領(lǐng)域。近年來，MATLAB語言已在我國推廣使用，現(xiàn)在已應(yīng)用于各學(xué)科研究部門和許多高等院校。 Transportation College, Southeast University 二、MATLAB由來vMAT

15、LAB語言是由美國的Clever Moler博士于1980年開發(fā)的，設(shè)計者的初衷是為解決“線性代數(shù)”課程的矩陣運(yùn)算問題，取名MATLAB即Matrix Laboratory 矩陣實(shí)驗(yàn)室的意思。Transportation College, Southeast University vMATLAB是一種演算式語言。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單元是既不需要指定維數(shù)，也不需要說明數(shù)據(jù)類型的矩陣（向量和標(biāo)量為矩陣的特例），而且數(shù)學(xué)表達(dá)式和運(yùn)算規(guī)則與通常的習(xí)慣相同。因此MATLAB語言編程簡單，使用方便。 Transportation College, Southeast University 三、MATL

16、AB的應(yīng)用領(lǐng)域v(1)工業(yè)研究與開發(fā)；v(2)數(shù)學(xué)教學(xué)，特別是線性代數(shù)；v(3)數(shù)值分析和科學(xué)計算方面的教學(xué)與研究；v(4)電子學(xué)、控制理論和物理學(xué)等工程和科學(xué)學(xué)科方面的教學(xué)與研究；v(5)經(jīng)濟(jì)學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)等計算問題的所有其他領(lǐng)域中的教學(xué)與研究。Transportation College, Southeast University v在歐美等高校，MATLAB已經(jīng)成為線性代數(shù)，自動控制理論，數(shù)理統(tǒng)計，數(shù)字信號處理，時間序列分析，動態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學(xué)工具；成為攻讀學(xué)位的大學(xué)生，碩士生，博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計研究單位和工業(yè)部門，MATLAB被廣泛用于科學(xué)研究和解決各種具

17、體問題。Transportation College, Southeast University v在國內(nèi)，特別是工程界，MATLAB一定會盛行起來?？梢哉f，無論你從事哪個學(xué)科，都能在MATLAB里找到合適的功能。 Transportation College, Southeast University 四、初識MATLABv1、矩陣乘積問題v考慮兩個矩陣A和B的乘積問題，在C語言中要實(shí)現(xiàn)兩個矩陣的乘積并不僅僅是一組雙重循環(huán)的問題。雙重循環(huán)當(dāng)然是矩陣乘積所必需的，除此之外要考慮的問題很多。例如：A和B有一個是復(fù)數(shù)矩陣怎么考慮；其中一個是復(fù)數(shù)矩陣時怎么考慮；全部是實(shí)系數(shù)矩陣時又怎樣處理，這樣就要

18、在一個程序中有4個分支，分別考慮這4種情況。然而還得判斷這兩個矩陣是否可乘。所以說，沒有幾十分種的時間，用C語言并不可能編寫出考慮各種情況的子程序。有了MATLAB這樣的工具，A和B矩陣乘積用A*B這樣簡單的算式就行了。Transportation College, Southeast University v例：v A=magic(3)vA =v 8 1 6v 3 5 7v 4 9 2v A*Avans =v 101 71 53v 71 83 71v 53 71 101v A*Avans =v91 67 67v67 91 67v67 67 91 Transportation College,

19、 Southeast University vMATLAB提供了豐富的矩陣運(yùn)算處理功能，是基于矩陣運(yùn)算的處理工具。v又例如C = A + B ，A,B,C都是矩陣,是矩陣的加運(yùn)算。v即使一個常數(shù)，Y=5，MATLAB也看做是一個11的矩陣。Transportation College, Southeast University v2、求解線性方程組（對于線性系統(tǒng)有Ax=b）v(1)3x1+x2- x3 = 3.6v x1+2x2+4x3 = 2.1v -x1+4x2+5x3 =-1.4vA=3 1 -1;1 2 4;-1 4 5;b=3.6;2.1;-1.4;vx=Abvx =v 1.4818

20、v -0.4606v 0.3848Transportation College, Southeast University v(2)vA=2,-3,1;8,3,2;45,1,-9;b=4;2;17;vx=inv(A)*bvx =v 0.4784v -0.8793v 0.4054Transportation College, Southeast University v3、繪圖v(1)繪制正弦曲線和余弦曲線。vx=0:0.5:360*pi/180;vplot(x,sin(x),x,cos(x);vlegend(sin,con)Transportation College, Southeast U

21、niversity Transportation College, Southeast University v(2)考慮一個二元函數(shù)v如何用三維圖形的方式表現(xiàn)出這個曲面？v用C這類語言，繪制三維圖形是一個難點(diǎn)，且從一個機(jī)器移植程序到另一個機(jī)器，大部分時間花在調(diào)試程序上。但使用MATLAB這類高級語言，完成這樣的工作就是幾個直觀語句的事。且得出圖形美觀準(zhǔn)確、可以將語句不變化地移植到另外的機(jī)器上，得出完全一致的結(jié)果，如下所示。222222)1(53)1(2/231)5(10)1 (3),(yxyxyxeeyxxexyxfzTransportation College, Southeast Uni

22、versity vx,y=meshgrid(-3:1/8:3)vz=3.*(1-x).2.*exp(-(x.2)./2-(y+1).2)-10.*(x/5-x.3-y.5).*exp(-x.2-y.2)-1/3.*exp(-(x+1).2-y.2)vSurf(x,y,z)vShading interpvColorbarTransportation College, Southeast University Transportation College, Southeast University 4、數(shù)學(xué)分析v(1)求方程 3x4+7x3 +9x2-23=0的全部根。vp=3,7,9,0,-23

23、; %建立多項(xiàng)式系數(shù)向量vx=roots(p) %求根vx =v -1.8857 v -0.7604 + 1.7916iv -0.7604 - 1.7916iv 1.0732 Transportation College, Southeast University v(2)求積分vquad(x.*log(1+x),0,1)vans =v 0.250010)1log(dxxxTransportation College, Southeast University v(3) 求積分vF = inline(1./(x.3-2.*x-5);vQ = quad(F,0,2)vQ =v -0.460520

24、3521dxxxTransportation College, Southeast University v用于解代數(shù)方程、微積分、復(fù)合導(dǎo)數(shù)、積分、二重積分、有理函數(shù)、微分方程、泰樂級數(shù)展開、尋優(yōu)等等，可求得解析符號解。Transportation College, Southeast University v5、圖形化程序編制功能v動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，用結(jié)構(gòu)圖編程，而不用程序編程，只需拖幾個方塊、連幾條線，即可實(shí)現(xiàn)編程功能。 Transportation College, Southeast University MATLAB主工具箱v符號數(shù)學(xué)工具箱vSIMULINK仿真工

25、具箱v控制系統(tǒng)工具箱v信號處理工具箱v圖象處理工具箱v通訊工具箱v系統(tǒng)辨識工具箱v神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)工具箱v金融工具箱Transportation College, Southeast University v在MATLAB中有許多用于不同應(yīng)用領(lǐng)域的工具箱。這里，作為一個例子給出PDE工具箱，這個工具箱通過使用有限元方法(the Finite Element Method)解橢圓方程、拋物線方程和雙曲線方程。區(qū)域要分成大量三角形子區(qū)域，對每個三角形，其解由一個簡單函數(shù)估計。所用的三角形越多，其偏差就越小。Transportation College, Southeast University Tran

26、sportation College, Southeast University 6、操作命令v(1)與DOS命令一致。vcd 可改變當(dāng)前工作目錄vcd _ 顯示當(dāng)前子目錄 vcd_ . 退出當(dāng)前子目錄到上一級目錄vcd _ 回到根目錄 vcd c:matlabtoolboxTransportation College, Southeast University v(2)m文件執(zhí)行方式與DOS命令一致。vexam1.m文件執(zhí)行exam1即可。vexam1vQ =v -0.4605F=inline(1./(x.3-2*x-5);Q=quad(F,0,2)Transportation Colleg

27、e, Southeast University 五、聯(lián)機(jī)幫助vhelp 功能提供MATLAB大部分主題的在線幫助信息。v例：v help plotvPLOT Linear plot. vPLOT(X,Y) plots vector Y versus vector X. If X or Y is a matrix,then the vector is plotted versus the rows or columns of the matrix,whichever line up. If X is a scalar and Y is a vector, length(Y) disconnected points are plotted。 Transportation College, Southeast University vPLOT(X,Y,S) where S is a character string made from one elementvfrom any or all the following 3 columns:v b blue . point - solidv g green o circle : dottedv r red x x-mark -. dashdot v Transportation Col