《MATLAB編程與應用》 課件 孫明 第1-3章 概述；變量、數(shù)組與矩陣；二維繪圖

MATLABProgrammingandApplicationMATLAB編程與應用（微課視頻版）

教育部高等學校電子信息類專業(yè)教學指導委員會規(guī)劃教材高等學校電子信息類專業(yè)系列教材.新形態(tài)教材

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第1章概述第2章變量、數(shù)組與矩陣第3章二維繪圖系統(tǒng)第4章三維繪圖第5章MATLAB編程第6章MATLAB符號運算第7章文件I/O操作第8章MATLAB數(shù)值分析與應用第9章Simulink仿真基礎第1章概述1.1什么是MATLAB1.2MATLAB語言的發(fā)展1.3MATLAB特點及應用領域1.4.MATLAB界面1.5MATLABR2022b的通用命令1.6初識MATLAB本章小結第1章概述1.1什么是MATLAB

MATLAB的名稱源自MATrixLABoratry，由現(xiàn)為美國MathWorks公司董事長和首席數(shù)學家CleverMoler博士（圖1-1）于1980年開發(fā)。MATLAB被稱為第四代高級編程語言，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)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境。1.2MATLAB語言的發(fā)展1.3MATLAB特點及應用領域MATLAB的應用范圍非常廣泛，能做的事情數(shù)不勝數(shù)，主要包括：通信、工業(yè)自動化、航空、石油工業(yè)、金融、鐵路、物聯(lián)網(wǎng)以及醫(yī)療衛(wèi)生等眾多應用領域。1.4MATLAB界面1.5MATLABR2022b的通用命令常用命令2.輸入內(nèi)容的編輯1.5MATLABR2022b的通用命令3.標點符號及其特殊功能1/18/20241.6初識MATLAB（1）用冒號運算符生成線性間距向量作為自變量。t=0:0.01:10;%間隔為0.01，即產(chǎn)生1001個點（2）寫出正弦函數(shù)表達式。x=sin(t);%寫出正弦函數(shù)表達式（3）用plot函數(shù)繪制連續(xù)的正弦函數(shù)圖形。plot(t,x)%plot繪制連續(xù)的正弦函數(shù)圖形本章小結

本章介紹了MATLAB的發(fā)展歷程、工作環(huán)境和幫助系統(tǒng)。這些基礎內(nèi)容只需簡單了解即可，待學習了后面的內(nèi)容后，自然會有深刻的理解。MATLABProgrammingandApplicationMATLAB編程與應用（微課視頻版）

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第1章概述第2章變量、數(shù)組與矩陣第3章二維繪圖系統(tǒng)第4章三維繪圖第5章MATLAB編程第6章MATLAB符號運算第7章文件I/O操作第8章MATLAB數(shù)值分析與應用第9章Simulink仿真基礎第2章變量、數(shù)組與矩陣2.1數(shù)據(jù)2.2變量2.3MATLAB基本函數(shù)2.4MATLAB數(shù)據(jù)類型 2.5MATLAB數(shù)組運算2.6MATLAB矩陣算術運算2.7數(shù)組和矩陣操作本章小結 第2章變量、數(shù)組與矩陣2.1數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)是描述現(xiàn)實世界的各種信息的符號記錄，是信息的載體，是信息的具體表現(xiàn)形式，其具體的表現(xiàn)有數(shù)字、文字、圖形、圖像、聲音等。2.1數(shù)據(jù)

matlab向量、矩陣和數(shù)組的關系2.2變量2.2.1變量與賦值在MATLAB中，有效的變量名稱命名規(guī)則：只能由字母、數(shù)字或下劃線組成。第一個字符必須是英文字母。不可以包含標點符號和類型說明符%、&、!、#、@、$。不能與系統(tǒng)關鍵字同名的變量，如

if

、else或

end等。要獲取關鍵字的完整列表，可運行

iskeyword

命令。避免創(chuàng)建與函數(shù)同名的變量，例如

i、j、mode、char、size

和

path。一般情況下，變量名稱優(yōu)先于函數(shù)名稱。變量名稱的最大長度為

namelengthmax

命令返回的值。2.2變量賦值語句的常用格式為：變量=表達式或簡化為表達式x=1+i;%把值1+2i賦值給變量xy=3-sqrt(19);%把值3-sqrt(19)賦值給變量y(cos(abs(x+y))-sin(98*pi/180))/(x+abs(y))%計算函數(shù)表達式的值2.2變量2.2.2

特殊變量在MATLAB工作空間中，還駐留幾個由系統(tǒng)本身定義的特殊變量，也稱作預定義變量。2.3MATLAB基本函數(shù)2.3.1三角函數(shù)2.3MATLAB基本函數(shù)2.3.2指數(shù)函數(shù)2.3MATLAB基本函數(shù)2.3.3復數(shù)2.3MATLAB基本函數(shù)2.3.4取整和余數(shù)2.3MATLAB基本函數(shù)2.3.5數(shù)據(jù)分析函數(shù)2.3MATLAB基本函數(shù)2.3.6隨機數(shù)2.4MATLAB數(shù)據(jù)類型在MATLAB中數(shù)據(jù)類型包括8種整型、2種單精度浮點型、雙精度浮點型、邏輯型、字符串型、單元數(shù)組、結構體類型和函數(shù)句柄。1.5MATLABR2022b的通用命令常用命令2.輸入內(nèi)容的編輯2.5MATLAB數(shù)組運算2.5.1算術運算2.5MATLAB數(shù)組運算2.5.2關系運算2.5MATLAB數(shù)組運算2.5.3邏輯運算2.5MATLAB數(shù)組運算2.5.4運算優(yōu)先級2.6MATLAB矩陣算術運算2.7數(shù)組和矩陣操作2.7.1數(shù)組和矩陣的創(chuàng)建1.直接法用逗號“

，”或空格間隔數(shù)組元素，表示分列，分號或回車表示分行。然后用方括號

“[]”括起來。a=[12478]或a=[1,2,4,7,8]b=[1;2;4;7;8]c=[2,4,1;8,2,7;3,6,9]2.7數(shù)組和矩陣操作2.7.1數(shù)組和矩陣的創(chuàng)建2.增量法（冒號法）冒號(:)是MATLAB中最有用的操作符之一，用于產(chǎn)生向量。利用MATLAB提供的冒號運算符“：”，可生成1

n矩陣。a=0:1:5b=linspace(0,5,10)c=logspace(0,5,10)2.7數(shù)組和矩陣操作2.7.1數(shù)組和矩陣的創(chuàng)建3.函數(shù)法x=(0:pi/8:2*pi)';y=sin(x);z=cos(x);A=[xyz]2.7數(shù)組和矩陣操作2.7.2下標索引2.7數(shù)組和矩陣操作2.7.3空矩陣語句new=[]分配了一個0

0的矩陣new，它對應于一個空矩陣?？梢酝ㄟ^new=[newX]進行元素或向量的添加，其中X就是要添加進這個矩陣的元素或向量。new=[];a=1;b=2;new=[newa]2.7數(shù)組和矩陣操作2.7.4矩陣操作1.矩陣基本操作A=magic(3)b1=diag(A)b2=diag(A,0)b3=diag(A,1)2.7數(shù)組和矩陣操作2.7.4矩陣操作2.

矩陣的線性代數(shù)clc,clearA=magic(3);y=det(A)r=rank(A)B=inv(A)t1=trace(A)n1=norm(A,1)E=eig(A)[V,D]=eig(A)2.7數(shù)組和矩陣操作2.7.4矩陣操作3.

矩陣的數(shù)據(jù)分析本章小結

本章是MATLAB學習的基礎，介紹了MATLAB的基礎知識，對向量、矩陣和數(shù)組的關系進行了對比說明，重點對MATLAB中的數(shù)據(jù)類型、矩陣的基本運算和操作進行了舉例說明，為后面內(nèi)容的學習奠定堅實的基礎。MATLABProgrammingandApplicationMATLAB編程與應用（微課視頻版）

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第1章概述第2章變量、數(shù)組與矩陣第3章二維繪圖系統(tǒng)第4章三維繪圖第5章MATLAB編程第6章MATLAB符號運算第7章文件I/O操作第8章MATLAB數(shù)值分析與應用第9章Simulink仿真基礎第3章二維繪圖3.1最基本的二維繪圖函數(shù)3.2線性直角坐標系其他二維圖形繪制函數(shù)3.3特殊坐標系二維圖形繪制函數(shù)3.4其他形式二維特殊圖形繪制函數(shù)本章小結 第3章二維繪圖3.1最基本的二維繪圖函數(shù)3.1.1繪制二維曲線的最基本函數(shù)二維線圖繪制需要調(diào)用plot命令。調(diào)用格式：plot(x,y)x=0:pi/100:2*pi;%構造向量y=sin(x);%構造對應y的坐標plot(x,y)%繪制以x為橫坐標，y為縱坐標的圖形3.1最基本的二維繪圖函數(shù)3.1.2繪制圖形的類型可利用plot函數(shù)繪制多條曲線。調(diào)用格式：plot(X1,Y1,X2,Y2,…,Xn,Yn)plot自動循環(huán)地采用顏色板中的各種顏色。x=0:pi/100:2*pi;%構造向量y1=sin(x);%構造對應y1的坐標y2=cos(x);%構造對應y2的坐標plot(x,y1,x,y2)%繪制以x為橫坐標，y1和y2為縱坐標的圖形3.1最基本的二維繪圖函數(shù)3.1.2繪制圖形的類型對線型、標記符號和顏色進行樣式的設置。調(diào)用格式：plot(X,Y,‘選項’)

其中：選項用于指定線型、標記和顏色，但線條的類型和顏色可以通過使用字符串來指定。3.1最基本的二維繪圖函數(shù)3.1.3圖形格式和注釋3.1最基本的二維繪圖函數(shù)3.1.4疊加圖繪制方法之一：調(diào)用plot(X1,Y1,X2,Y2,…,Xn,Yn)繪制多條曲線。x=0:pi/100:2*pi;%構造向量y1=sin(x);%構造對應y1的坐標y2=cos(x);%構造對應y2的坐標y3=sin(x+pi/4);%構造對應y3的坐標plot(x,y1,'r-',x,y2,'g--',x,y3,'b:')%繪制以x為橫坐標，y1和y2為縱坐標的圖形3.1最基本的二維繪圖函數(shù)3.1.4疊加圖繪制方法之二：可以使用holdon命令使當前坐標軸及圖形保持而不被刷新，使隨后繪制的圖形疊加到現(xiàn)有圖形中。x=-pi:pi/30:pi;%構造向量y1=sin(x);%構造對應y1的坐標plot(x,y1,'r--')%繪制以x為橫坐標，y1為縱坐標的圖形holdon

y2=cos(x);%構造對應y2的坐標plot(x,y2,'b:*')%繪制以x為橫坐標，y2為縱坐標的圖形holdon

y3=sin(x)+cos(x);plot(x,y3,'g-.^')%繪制以x為橫坐標，y3為縱坐標的圖形holdoff

3.1最基本的二維繪圖函數(shù)3.1.5子圖繪制如果希望在同一個圖形窗口中同時繪制多幅相互獨立的子圖，每個子圖也是一個獨立的坐標系，需要調(diào)用subplot命令。調(diào)用格式：subplot(m,n,k)或subplot(mnk)x=-pi:pi/10:pi;subplot(2,2,1);plot(x,sin(x),'r--');subplot(223);plot(x,cos(x),'b:*');subplot(2,2,[24]);plot(x,sin(x)+cos(x),'g-.^');3.2線性直角坐標系其他二維圖形繪制函數(shù)

3.2.1雙縱軸坐標plotyy函數(shù)能把函數(shù)值具有不同量綱、不同數(shù)量級的兩個函數(shù)繪制在同一坐標中。調(diào)用函數(shù)：plotyy(x1,y1,x2,y2)

其中：x1—y1對應一條曲線，x2—y2對應另一條曲線。橫坐標的標度相同，縱坐標有兩個，左縱坐標用于x1—y1數(shù)據(jù)對，右縱坐標用于x2—y2數(shù)據(jù)對。x=0:0.01:20;y1=200*exp(-0.05*x).*sin(x);y2=0.8*exp(-0.5*x).*sin(10*x);plotyy(x,y1,x,y2);%兩條曲線title('雙縱軸坐標曲線');%顯示標題3.2線性直角坐標系其他二維圖形繪制函數(shù)

3.2.2火柴桿圖stem函數(shù)常用于繪制離散數(shù)據(jù)的圖形，畫出的圖形是火柴桿圖或戴著“帽子”的“棒棒糖圖”

。調(diào)用函數(shù)：stem(x,y,'選項')

3.2.3條形圖bar函數(shù)用于繪制二維垂直條形圖，用垂直條形顯示向量或矩陣中的值，調(diào)用格式：bar(x,y,’選項’)

選項默認柱狀圖為堆棧（垂直）的。3.2線性直角坐標系其他二維圖形繪制函數(shù)

3.2.4階梯圖stairs函數(shù)有助于理解數(shù)據(jù)的階梯形的變化趨勢，主要用于繪制數(shù)字信號處理中采樣信號。調(diào)用格式：stairs(x,y,’選項’)

3.2.5填充圖fill函數(shù)按向量元素下標漸增次序用直線段連接x,y對應元素定義的數(shù)據(jù)點。調(diào)用格式：fill(x1,y1,’選項1’,x2,y2,’選項2’,…)3.3特殊坐標系二維圖形繪制函數(shù)

3.3.1極坐標繪圖polar函數(shù)用來繪制極坐標圖。調(diào)用格式：polar（theta,rho,’選項’）其中：theta為極坐標極角，rho為極坐標矢徑，選項的內(nèi)容與plot函數(shù)相似。

半對數(shù)semilogx表示x軸以對數(shù)尺度繪圖，半對數(shù)semilogy表示y軸以對數(shù)尺度繪圖，loglog表示x和y軸以對數(shù)尺度繪圖。調(diào)用格式為：semilogx(x1,y1,’選項1’,x2,y2,’選項2’,…)semilogy(x1,y1,

’選項1’,x2,y2,’選項2’,…)loglog(x1,y1,’選項1’,x2,y2,’選項2’,…)3.3.2半對數(shù)和雙對數(shù)坐標系繪圖

3.4其他形式二維特殊圖形繪制函數(shù)

3.4.1餅狀圖pie函數(shù)用于繪制餅狀形圖。調(diào)用格式：pie（x）3.4.2直方圖用histogram函數(shù)替換了舊的hist函數(shù)。調(diào)用格式：histogram（x）

3.4其他形式二維特殊圖形繪制函數(shù)

3.4.3填充區(qū)二維繪圖area函數(shù)為填充區(qū)二維繪圖。調(diào)用格式：area(X,Y)說明：繪制Y中的值對x坐標X的圖。然后，該函數(shù)根據(jù)Y的形狀填充曲線之間的區(qū)域：如果Y是向量，則該圖包含一條曲線。area填充該曲線和水平軸之間的區(qū)域。3.4.4散點圖scatter函數(shù)用于繪制散點圖。調(diào)用格