第1章 Matlab软件入门

第1章 MATLAB入门MATLAB是一种用于数值计算、可视化及编程的高级语言和交互式环境。

使用MATLAB，用户可以分析数据、开发算法、创建模型和应用程序。

MATLAB借助编程、工具和内置数学函数，可以探求多种方法，比电子表格或其他传统编程语言更快地求取结果。

它是一种功能强大的科学计算软件。

在使用之前，读者应该对它有一个整体的了解。

本章主要介绍MA TLAB的基本知识，如主要特点、系统安装、基本操作等。

学习目标：1．理解MATLAB的特点。

2．熟悉MATLAB各种平台的窗口。

3．熟练掌握MATLAB的各种基本操作。

4．熟悉MATLAB中M文件的操作。

1.1 MATLAB概述MATLAB是由美国MathWorks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。

它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案。

1.1.1 什么是MATLABMATLAB提供了一个高性能的数值计算和图形显示的科学和工程计算软件环境。

这种易于使用的MATLAB环境，是由数值分析、矩阵运算、信号处理和图形绘制等组成。

在这种环境下，问题和解答的表达形式（程序）几乎和它们的数学表达式完全一样，而不像传统的编程那样繁杂。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C、FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使其成为一个强大的数学软件。

MATLAB在新的版本中也加入了对C、FORTRAN、C++、Java的支持。

用户可以直接调用它们，也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用。

此外，许多的MATLAB爱好者还编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载使用。

第1章MATLAB操作基础1.1 MATLAB概述1.1.2 MATLAB的主要功能1．数值计算MATLAB以矩阵作为数据操作的基本单位，还提供了十分丰富的数值计算函数。

2．绘图功能可以绘制二维、三维图形，还可以绘制特殊图形（与统计有关的图，例如：区域图、直方图、饼图、柱状图等）。

3．编程语言MATLAB具有程序结构控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特征，而且简单易学、编程效率高。

4．MATLAB工具箱MATLAB包含两部分内容：基本部分和各种可选的工具箱。

MATLAB工具箱分为两大类：功能性工具箱和学科性工具箱。

1.1.3MATLAB语言的特点❖语言简洁紧凑，使用方便灵活，易学易用。

例如：A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]一条语句实现了对3x3矩阵的输入。

❖语句功能强大，一条语句相当于其它语言的一个子程序，例如fft。

❖语句简单，内涵丰富。

同一个函数有不同的输入变量和输出变量，分别代表不同的含义。

❖Matlab既具有结构化的控制语句（if、for、while）又支持面向对象的程序设计。

❖方便的绘图功能。

❖包含功能强劲的工具箱。

❖易于扩展。

1.1.4 初识MATLAB例1-1 绘制正弦曲线和余弦曲线。

x=[0:0.5:360]*pi/180;plot(x,sin(x),x,cos(x));例1-2 求方程3x4+7x3+9x2-23=0的全部根。

p=[3,7,9,0,-23]; %建立多项式系数向量x=roots(p) %求根例1-3 求积分quad('x.*log(1+x)',0,1)例1-4 求解线性方程组。

a=[2,-3,1;8,3,2;45,1,-9];b=[4;2;17];x=inv(a)*b1.2 MATLAB的运行环境与安装1.2.1 MATLAB的运行环境硬件环境：(1) CPU(2) 内存(3) 硬盘(4) CD-ROM驱动器和鼠标软件环境：(1) Windows 98/NT/2000 或Windows XP(2) 其他软件根据需要选用1.2.2 MATLAB的安装运行系统的安装程序setup.exe，可以按照安装提示依次操作。

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。

MATLAB基础知识及使用方法第一章：MATLAB简介与环境介绍1.1 MATLAB概述MATLAB是一种高级编程语言和数值计算环境，广泛应用于科学计算、工程设计、数据分析和算法开发等领域。

它提供了强大的数值计算工具和图形绘制功能，并有丰富的库函数和工具箱可供使用。

1.2 MATLAB环境介绍MATLAB的主要界面包括命令窗口、编辑器、工作区和命令历史等。

命令窗口用于交互式执行命令和脚本，编辑器用于编写和编辑脚本文件，工作区用于显示和管理变量，命令历史用于查看和管理执行过的命令。

第二章：MATLAB基本语法2.1 变量和数据类型在MATLAB中，变量可以通过简单的赋值来创建，并且不需要事先声明变量类型。

常见的数据类型包括数值类型（整数、浮点数）、字符类型和逻辑类型（布尔型）等。

MATLAB还提供了复数类型和矩阵类型，具有丰富的数值计算功能。

2.2 运算符和表达式MATLAB支持常见的数学运算符，如加减乘除、取余和乘方等。

此外，还提供了矩阵运算符和逻辑运算符，方便处理矩阵和逻辑表达式。

表达式可以由变量、常数和运算符组合而成，并且支持函数调用。

2.3 控制流程MATLAB提供了条件语句（if-else）、循环语句（for、while）和函数等控制流程结构，以实现不同的程序逻辑。

条件语句根据条件的真假执行不同的代码块，循环语句重复执行一段代码块，函数封装了一段可重复使用的代码。

第三章：MATLAB图形绘制3.1 二维图形绘制MATLAB提供了丰富的函数和工具箱，以绘制各种二维图形，如线图、散点图、柱状图和饼图等。

用户可以自定义图形样式、坐标轴刻度、图例和注释等，以满足不同的数据可视化需求。

3.2 三维图形绘制除了二维图形外，MATLAB还支持绘制三维图形，如曲面图和体积图等。

通过调整视角、设置颜色映射和光照效果，用户可以更直观地表达三维数据的特征和分布情况。

3.3 动态图形绘制MATLAB中的图形绘制功能不仅限于静态图形，还可用于生成动态图形。

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。

（Ⅰ）基础篇第一章 Matlab语言概述§1.语言特点MATLAB是Mathworks公司于20世纪80年代推出的数值计算软件。

得到了广泛的应用。

MATLAB的全称是Mateix Laboratory，意思是矩阵实验室。

它是以矩阵运算为基础的新一代程序语言。

MATLAB是集数学运算、图形处理、程序设计和系统建模为一体的著名编程语言软件，它具有功能强大、使用简单等优点，是进行科学研究和工程实践的有力工具。

与Fortran和C相比，MATLAB语句更简洁、明了，更加符合人们的思维习惯。

并且还具有良好的数据可视化功能。

MATLAB包括两部分：基本部分-主要指数据计算和可视化功能。

扩展部分-主要指工具箱。

§2 基本操作和简单语句输入1. 简单语句输入（简单计算器用法）例1：计算a⨯y÷⨯=（a = 2，b =3，c = 5 ）+acbb[程序] 在命令窗口输入>> a=2;b=3;c=5;>> y=a*b+c*b/a 回车[输出] y =13.5000例2：计算64(tan3⨯+45)/2760cos[程序] >> (tan(pi/4)+cos(pi/3))*27^(1/3)/sqrt(64)ans =0.56252. 变量表达式数值（1）变量* matlab语句一般形式为：变量=表达式（或数），若变量和“=”省略，输出时自动建立“ans”默认变量。

* 对大小写敏感，如sqrt（平方根）对，而SQRT，Sqrt全错。

* 变量名第一个字符必须是英文字母，最多可包含31个字符，（含英文、数字、下连符）。

不得包含空格和标点。

* 系统遇到一个新变量名时，它会自动生成变量，若该变量早已存在，系统会自动更新内容。

表1-1 默认预定义变量（永久变量）例3：无穷大的使用>> x =1/0Warning: Divide by zero.x =Inf* 在MATLAB中这样的操作不会引起程序执行中断，只是在给出警告信息的同时，用一个特殊的符号Inf来表示。

第一章基础准备及入门（matlab基础教程）第 1 章基础准备及入门本章有三个目的：一是讲述MATLAB正常运行所必须具备的基础条件；二是简明地介绍MATLAB及其操作桌面Desktop的基本使用方法；三是全面介绍MATLAB的帮助系统。

本章的前两节讲述：MATLAB的正确安装方法和MATLAB 环境的启动。

因为指令窗是MATLAB 最重要的操作界面，所以本章用第 1.3、1.4 两节以最简单通俗的叙述、算例讲述指令窗的基本操作方法和规则。

这部分内容几乎对MATLAB各种版本都适用。

第1.5到第1.8节专门介绍MATLAB最常用的另五个交互界面：历史指令窗、当前目录浏览器、工作空间浏览器、数组编辑器、M文件编辑器。

鉴于实际应用中，帮助信息和求助技能的重要性。

本章专设第1.9节专门叙述MATLAB的帮助体系和求助方法。

作者建议：不管读者此前是否使用过MATLAB，都不要忽略本章。

1.1 MATLAB的安装和工具包选择MATLAB只有在适当的外部环境中才能正常运行。

因此，恰当地配置外部系统是保证MATLAB运行良好的先决条件。

MATLAB本身可适应于许多机种和系统，如 PC机和 Unix工作站等。

但本节只针对我国使用最广的PC机系统给予介绍。

对PC机用户来说，常常需要自己安装MATLAB。

MATLAB R2021a （即旧编号MATLAB7.4）版要求Win2000或WinXP平台。

下面介绍从光盘上安装MATLAB的方法。

一般说来，当MATLAB光盘插入光驱后，会自启动“安装向导”。

假如自启动没有实现，那么可以在或中双击setup.exe应用程序，使“安装向导”启动。

安装过程中出现的所有界面都是标准的，用户只要按照屏幕提示操作，如输入用户名、单位名、口令等就行。

在安装MATLAB.R2021a时，会出现一个界面，该界面上有两个选项：Typical和Custom。

假如你不熟悉MATLAB，或假如你机器的硬盘的自由空间远大于3G，或假如你需要用到光盘上MATLAB的所有功能及工具包，那么你就点选“Typical”。

第1章MATLAB入门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，可解决工程、科学计算和数学学科中许多问题。

MA 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 TLAB的核心。

1.1变量与函数1.1.1变量与数据（1）MA 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：>> a=2+3ia =2.0000 +3.0000i %复数>> a1='This is a string'a1 =This is a string %字符串>> A=[1 2;3 4]A =1 23 4 %二维数组，即矩阵（2）MA TLAB中变量的命名规则是：1）变量名必须是不含空格的单个词；2）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；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。

（3）特殊常量和变量如下表特殊常量和变量表（4）MATLAB命令窗口中用户变量名可用who或whos 查寻。

>> whoY our variables are:A a a1 ans c>> whosName Size Bytes ClassA2x2 32 double arraya 1x1 16 double array (complex)a1 1x16 32 char arrayans 1x1 138 sym objectc 1x1 8 double arrayGrand total is 30 elements using 226 bytes以上信息也从工作间浏览器(Workspace Browser)观察到。