第一章 MATLAB基础

第一章MATLAB基础知识1.1 MATLAB开发环境1.MATLAB操作桌面MATLAB4.0以上版本都是在Windows以上环境支持下操作与运行的，因此，这里必须假定读者对Windows有一定的了解和掌握。

本书以Windows98环境，MATLAB6.5版本为例介绍。

书中绝大多数例子在MA TLAB5.3版本中亦能使用.要想进入MATLAB系统，方法有二：（1）在Windows98的桌面上双击MATLAB快捷图标。

（2）单击Windows98的“开始”按钮，再依次单击：程序/MA TLAB/MA TLAB6.5；图1-1MATLAB6.5除保留了传统的命令窗口外，还增加了启动平台窗口、工作空间窗口、命令历史窗口、当前路径窗口等窗口，与新的M文件编辑器和新的在线帮助浏览器等共同构成了MA TLAB6.5的开发环境。

MATLAB的开发环境是MATLAB语言的基础和核心部分，MATLAB语言的全部功能都是在MA TLAB的开发环境中实现的，MA TLAB的仿真工具Simulink、MATLAB的工具箱等其他附加功能的实现也必须使用MATLAB开发环境，因此，掌握MATLAB 的开发环境是掌握MATLAB语言的关键。

启动MA TLAB后，将显示包括命令窗口、启动平台窗口、工作空间窗口、命令历史窗口和当前路径窗口等5个窗口和主菜单组成的操作桌面（图1-1）。

本节对操作桌面的各个窗口作简要介绍，部分窗口的功能和使用将在以后的章节中详细介绍。

操作桌面缺省状态下显示3个窗口，当前路径和工作空间窗口在同一位置显示，可以通过该窗口下方的箭头或窗口标签来切换，命令历史窗口和当前目录窗口在同一位置显示，可以通过该窗口下方窗口标签来切换。

每个窗可以脱离操作桌面独立出来。

也可以通过菜单View来选择显示哪些窗口。

MATLAB还设定了几种特定的窗口布局方式，在View菜单的Desktop Layout选项中，给定了6种布局方式：Default（缺省方式）Command Window Only（只显示命命令窗口方式）Simple（简单方式，只有命令历史窗口和命令窗口）Short History（低命令历史窗口方式）Tall History（高命令历史窗口方式）Five Panel（5个窗口平铺方式）2.MATLAB的通用参数设置MATLAB的通用参数和各功能窗口的参数可以通过主菜单中的file/Preferences项设置，这里先介绍通用参数的设置。

第一章Matlab基础知识介绍§1.1 简介Matlab软件包是MathWorks公司于1989年推出的一套数值计算软件，它包含总包和若干个工具箱，可以实现数值计算、优化计算、概率统计计算，以及偏微分方程数值解、自动控制、信号处理、图像处理等若干个领域的计算和图形显示功能。

Matlab提供了两种运行方式：（1）直接在Command window窗口输入命令，按Enter键执行；此画面右边就是Command window。

例如，直接输入2+3，按Enter键执行（注意：此时若需要换行，按Shift + Enter 键），得到结果5。

（2）M—文件运行方式第1步点击画面右上方、File下面的白纸形状按键，新建一个M—文件（或者，依次点击File、New、M—file）：第2步在这个新建的M—文件中编辑程序，然后存盘。

注意：在M—文件中，书写换行使用Enter键。

另外，M—文件的名称最好用opt开头，这样不会和Matlab的内部文件相混淆。

例如：opt_class_1，中间应用下划线。

第3步存盘后，按F5键执行，Matlab软件包在Command window 中显示计算结果。

§1.2 向量与矩阵Matlab 软件包中，向量的输入必须使用方括号［ ］，元素的间隔有两种格式：（1）空格型；（2）逗号型。

例如：];321[=a 或者];3,2,1[=aMatlab 软件包中，矩阵的输入也必须使用方括号［ ］，行与行之间的间隔使用分号，或者换行。

元素的间隔有两种格式：（1）空格型；（2）逗号型。

例如：]987;654;321[=A ，或者]9,8,7;6,5,4;3,2,1[=A ，以及];987654321[=A 都代表矩阵⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=987654321A 。

例如，在Command window 中输入以下程序（注意：在Command window 中换行，需要使用Shift + Enter 键）： a = [1 2 3 4 5 6 7 8 9];b = [10 10 10; 10 10 10; 10 10 10]; a + b按Enter 键执行，得到结果：⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛191817161514131211Matlab 软件包中，矩阵a 的转置，用'a 表示。

第一章 基础准备及入门1.1 M ATLAB 的安装和内容选择 1.2 D esktop 操作桌面的启动1.2.1 MATLAB 的启动 1.2.2Desktop 操作桌面简介一 操作桌面的缺省外貌 二 通用操作界面1.3 C ommand Window 运行入门1.3.1 Command Window 指令窗简介 1.3.2最简单的计算器使用法【例1.3-1】求23)]47(212[÷-⨯+的算术运算结果。

>> (12+2*(7-4))/3^2ans = 2【例1.3-2】简单矩阵⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=987654321A 的输入步骤。

A = [1,2,3; 4,5,6; 7,8,9]A =1 2 3 4 5 6 7 8 9【例1.3-3】矩阵的分行输入。

A=[1,2,3 4,5,6 7,8,9] A =1 2 3 4 5 6 7 8 9【例1.3-4】指令的续行输入S=1–1/2+1/3–1/4+1/5–1/6+1/7 … -1/8 S =0.63451.3.3数值、变量和表达式一数值的记述二变量命名规则三MATLAB默认的预定义变量四运算符和表达式五复数和复数矩阵【例1.3-5】复数ieziziz63212,21,43π=+=+=表达，及计算321zzzz=。

（1）z1= 3 + 4iz1 =3.0000 +4.0000i（2）z2 = 1 + 2 * iz3=2*exp(i*pi/6)z=z1*z2/z3z2 =1.0000 +2.0000iz3 =1.7321 + 1.0000iz =0.3349 + 5.5801i【例1.3-6】复数矩阵的生成及运算A=[1,3;2,4]-[5,8;6,9]*iB=[1+5i,2+6i;3+8*i,4+9*i]C=A*BA =1.0000 - 5.0000i 3.0000 - 8.0000i2.0000 - 6.0000i 4.0000 - 9.0000iB =1.0000 + 5.0000i2.0000 + 6.0000i3.0000 + 8.0000i4.0000 + 9.0000iC =1.0e+002 *0.9900 1.1600 - 0.0900i1.1600 + 0.0900i 1.3700【例1.3-7】求上例复数矩阵C的实部、虚部、模和相角。

第1章 MATLAB 的环境1.1 MATLAB 简介● MATLAB(Matrix Laborator)是MathWorks 公司开发的科学与工程计算软件；● 广泛应用于自动控制、数学运算、信号分析、计算机技术、图像信号处理、财务分析、航天工业、汽车工业、生物医学工程、语音处理和雷达工程等行业； ● 国内外高校和研究部门科学研究的重要工具；● MATLAB 已成为数学计算工具方面事实上的标准。

MATLAB 功能和特点 1．功能强大(1) 运算功能强大● MATLAB 的数值运算要素不是单个数据，而是矩阵，运算包括加、减、乘、除、函数运算等，还能进行复数的直接运算；● 通过MATLAB 的符号工具箱，可以解决在数学、应用科学和工程计算领域中常常遇到的符号计算问题。

(2) 功能丰富的工具箱 大量针对各专业应用的工具箱的提供，使MATLAB 适用于不同领域。

(3) 文字处理功能强大MATLAB 的Notebook 为用户提供了强大的文字处理功能，允许用户从Word 访问MATLAB 的数值计算和可视化结果。

2．人机界面友好，编程效率高● 语言规则与笔算式相似，命令表达方式与标准的数学表达式非常相近。

● 解释方式工作的，键入算式无需编译立即得出结果，若有错误也立即做出反应，便于编程者立即改正。

3．强大而智能化的作图功能● 工程计算的结果可视化，使原始数据的关系更加清晰明了； ● 多种坐标系；● 能绘制三维坐标中的曲线和曲面。

4．可扩展性强包括基本部分和工具箱两大部分，具有良好的可扩展性，工具箱可以任意增减。

5. Simulink 动态仿真功能MATLAB 的Simulink 提供了动态仿真的功能，用户通过绘制框图来模拟一个线性、非线性、连续或离散的系统，通过Simulink 能够仿真并分析该系统。

【例1.1】计算51)3.0sin(21+=πy 的值在命令窗口中输入：>> y1=2*sin(0.3*pi)/(1+sqrt(5))y1 = 0.5000【例1.2】 计算7ln 1arcsin 3sin 2e -+π输入：>> sin(pi/3)+asin(1)-exp(2)*log(7)结果： ans =-11.94161.2 MATLAB 环境设置MATLAB 的界面更加方便，运行界面称为MATLAB 操作界面(MATLAB Desktop)，默认的操作界面如图1.1所示。

第1章 MATLAB 基础MA TLAB 作为线性系统的一种分析和仿真工具，是理工科大学生应该掌握的技术工具，它作为一种编程语言和可视化工具，它作为一种编程语言和可视化工具，可解决可解决工程、科学计算和数学学科中许多问题。

MA MATLAB TLAB 建立在向量、数组和矩阵的基础上，使用方便，人机界面直观，输出结果可视化。

矩阵是MA MATLAB TLAB 的核心。

1.1变量与函数1.1.1变量与数据（1）MA MATLAB TLAB 使用变量最常用的有数值数组(double array)和字符串(char array)两类。

所有数值变量以双精度(double)方式存储，不区分整数、实数、复数等，变量类型和数组大小也无须定义。

例：实数、复数等，变量类型和数组大小也无须定义。

例： >> a=2+3i a = 2.0000 + 3.0000i %复数复数 >> a1='This is a string' a1 = This is a string %字符串字符串 >> A=[1 2;3 4] A = 1 2 3 4 %二维数组，即矩阵二维数组，即矩阵（2）MA MATLABTLAB 中变量的命名规则是： 1）变量名必须是不含空格的单个词；）变量名必须是不含空格的单个词； 2）变量名区分大小写；）变量名区分大小写；3）变量名最多不超过31个字符，第31个字符之后的字符将被忽略；个字符之后的字符将被忽略； 4）变量名必须以字母打头，之后可以是任意字母、数字或下划线，变量名中不允许使用标点符号。

量名中不允许使用标点符号。

（3）特殊常量和变量如下表特殊常量和变量如下表特殊变量 取值特殊变量ans 用于结果的缺省变量名用于结果的缺省变量名pi 圆周率圆周率eps 计算机的最小数，当和1相加就产生一个比1大的数大的数 flops 浮点运算数浮点运算数inf 无穷大，如1/0 NaN 不定量，如0/0 i，j i=j=1-nargin 所用函数的输入变量数目所用函数的输入变量数目nargout 所用函数的输出变量数目所用函数的输出变量数目realmin 最小可用正实数最小可用正实数>> clear a A %清除a 和A >> a ??? Undefined function or variable 'a'. %说明a 已清除已清除 >> a1 a1 = This is a string %a1未清除未清除 >> clear %清除工作间所有变量（慎用！）注意clear 与菜单Edit\Clear session 的区别。

第一章 MATLAB 基础简介三．MATLAB 的系统开发环境(System Developing Environment)1．操作桌面(Operating Desktop)（1）桌面布局：6个窗口（图示、操作演示）*命令窗口（Commend Window）*工作空间窗口（Workspace）*当前目录浏览器（Current Directory ）*命令历史窗口（Commend History ）*启动平台（Launch Pad）6.x版*帮助窗口（Help）*M文件优化器（Profiler）Profiler for Improving Performance：One way to improve the performance of your M-files is using profiling tools. MATLAB provides the M-file Profiler, a graphical user interface that is based on the results returned by the profile function. Use the Profiler to help you determine where you can modify your code to make performance improvements.窗口的切换、放大与关闭。

(switching, Amplification, tun-off) 7.0版Desktop菜单中的desktop layout菜单中提供的4种可选布局：*Default*Command Window Only* History and Command Window*All Tabbed（2）．菜单和工具栏；(Menu and toolbar)操作桌面上有6个菜单和带有10个快捷按钮的工具栏组，（图示、操作演示）（3）．改变桌面设置：(Setting) File 菜单中Preference对话框中设置（图示、操作演示）2. 命令窗口：(Command window)MATLAB的主要交互窗口。