第1章Matlab基础

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基础MATLAB操作桌面有几个窗口？如何使某个窗口脱离桌面成为独立窗口？又如何将脱离出去的窗口重新放置到桌面上？答：在MATLAB操作桌面上有五个窗口。

在每个窗口的右上角有两个小按钮，一个是关闭窗口的Close 按钮，一个是可以使窗口成为独立窗口的Undock按钮，点击Undock按钮就可以使该窗口脱离桌面成为独立窗口。

在独立窗口的Desktop菜单中选择Dock...项就可以将独立的窗口重新放置到桌面上。

如何启动M文件编辑/调试器？答：在操作桌面上选择“建立新文件”或“打开文件”操作时，M文件编辑/调试器将被启动。

在命令窗口中键入edit命令时也可以启动M文件编辑/调试器。

存储在工作空间中的数组能编辑吗？如何操作？答：存储在工作空间的数组可以通过数组编辑器进行编辑：在工作空间浏览器中双击要编辑的数组名打开数组编辑器，再选中要修改的数据单元，输入修改内容即可。

命令历史窗口除了可以观察前面键入的命令外，还有什么用途？答：命令历史窗口除了用于查询以前键入的命令外，还可以直接执行命令历史窗口中选定的内容、将选定的内容拷贝到剪贴板中、将选定内容直接拷贝到M文件中。

如何设置当前目录和搜索路径，在当前目录上的文件和在搜索路径上的文件有什么区别？答：当前目录可以在当前目录浏览器窗口左上方的输入栏中设置，搜索路径可以通过选择操作桌面的file 菜单中的Set Path 菜单项来完成。

在没有特别说明的情况下，只有当前目录和搜索路径上的函数和文件能够被MATLAB 运行和调用，如果在当前目录上有与搜索路径上相同文件名的文件时则优先执行当前目录上的文件，如果没有特别说明，数据文件将存储在当前目录上。

在MATLAB 中有几种获得帮助的途径？答：（1）帮助浏览器：选择view 菜单中的Help 菜单项或选择Help 菜单中的MATLAB Help 菜单项可以打开帮助浏览器。

（2）help 命令：在命令窗口键入“help ” 命令可以列出帮助主题，键入“help 函数名”可以得到指定函数的在线帮助信息。

MATLAB讲义第一章 MATLAB系统概述1.1 MATLAB系统概述MATLAB（MATrix LABoratory）矩阵实验室的缩写，全部用C语言编写。

特点：（1）以复数矩阵作为基本编程单元，矩阵运算如同其它高级语言中的语言变量操作一样方便，而且矩阵无需定义即可采用。

（2）语句书写简单。

（3）语句功能强大。

（4）有丰富的图形功能。

如plot,plot3语句等。

（5）提供了许多面向应用问题求解的工具箱函数。

目前，有20多个工具箱函数，如信号处理、图像处理、控制系统、系统识别、最优化、神经网络的模糊系统等。

（6）易扩充。

1.2 MATLAB系统组成（1）MATLAB语言MATLAB语言是高级的矩阵、矢量语言，具有控制流向语句、函数、数据结构、输入输出等功能。

同时MATLAB又具有面向对象编程特色。

MATLAB语言包括运算符和特殊字符、编程语言结构、字符串、文件输入/输出、时间和日期、数据类型和结构等部分。

（2）开发环境MATLAB开发环境有一系列的工具和功能体，其中大部分具有图形用户界面，包括MATLAB桌面、命令窗口、命令历史窗口、帮助游览器、工作空间、文件和搜索路径等。

（3）图形处理图形处理包括二维、三维数据可视化，图像处理、模拟、图形表示等图形命令。

还包括低级的图形命令，供用户自由制作、控制图形特性之用。

（4）数学函数库有求和、正弦、余弦等基本函数到矩阵求逆、求矩阵特征值和特征矢量等。

MATLAB数学函数库可分为基本矩阵和操作、基本数学函数、特殊化数学函数、线性矩阵函数、数学分析和付里叶变换、多项式和二重函数等。

（5）MATLAB应用程序接口（API）MATLAB程序可以和C/C++语言及FORTRAN程序结合起来，可将以前编写的C/C++、FORTRAN语言程序移植到MATLAB中。

1.3 MATLAB的应用范围包括：MATLAB的典型应用包括：●数学计算●算法开发●建模、仿真和演算●数据分析和可视化●科学与工程绘图●应用开发（包括建立图形用户界面）以矩阵为基本对象第二章 Matlab基础2.1 MATLAB快速入门（1）搜索路径搜索路径也被看作是MATLAB的路径，其包含的文件被认为在路径上。

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学习指南第1章．基本MATLAB指令1.1.基本数量运算首先，我们来谈一谈怎样向程序中添加注释（例如此行）。

注释就是我们向程序中添加的文字，用来解释我们在做什么。

所以，如果我们或其他人以后读到此代码，就能很容易地理解代码在执行什么指令。

在一个MATLAB文件中，如果百分号%出现在一行文字中，百分号后面的所有文字都是注释，而不是MATLAB想要进行解释的指令。

首先，我们向屏幕输入信息，告诉计算机我们开始运行1.1节。

指令disp('字符串')在屏幕上展示了文本字符串。

接下来，我们令一个变量等于1。

如果x没有被声明，这一指令先为变量x在内存中分配一个空间，然后又将x的值1存储在所分配的空间中。

同时，这一指令会将"x = 1"显示在屏幕上。

通常，我们不希望像这样的输出结果把屏幕弄得杂乱，所以我们在指令的最后加上一个分号就可以使指令变得“不可见”。

例如，我们使用下列指令把x的值“不可见地”变为2，然后将结果显示在屏幕上。

x=2；x的值发生了改变，但是却没有显示在屏幕上 disp('我们已经改变了x的值')；然后，通过输入“x”，不带分号，我们显示x的值。

现在，我们来看如何声明其它变量。

y=2*x; 对y的值进行初始化，使其等于x的值的2倍。

x=x+1;使x的值增加1。

z=2*x; 声明了另一变量z。

因为在声明变量z时x的值已经发生了变化，所以z不等于y。

接下来，我们想看存储在内存中的变量的列表。

我们使用指令“who”来实现。

通过使用“whos”我们能得到更多的信息我们也可使用这些指令来得到有关仅有的某些变量的信息。

我们想要去掉变量“差”。

使用指令“clear”来实现。

接下来，我们想要去掉变量x和y。

我们再次使用指令“clear”。

一般来说，好的程序设计模式都要求每行只编写一个指令；但是，MATLAB却允许将多个指令放在一行。

更普遍的情况是，由于语句结构的长度使得我们希望一个指令能够分成多行。

1、新建一个文件夹（自己的名字命名）
答：
2、启动MATLAB，将该文件夹添加到MATLAB路径管理器中。

保存，关闭对话框。

使用path命令查看MATLAB搜索路径。

3、学习使用help命令，例如在命令窗口输入help eye，然后根据帮助说明，学习使用指令eye。

4、使用clc、clear，观察command window、command history和workspace等窗口的变化结果。

5、编写一段简短的脚本文件，保存并显示运行结果。

6、创建两个double型变量a=32、b=5，并计算a+b、a-b、a*b、a/b、a\b；
创建两个int8型变量a、b，取同样数值，并计算a+b、a-b、a*b、a/b、a\b，对于计算结果与前次计算结果不同的情形请给出解释。

7、查看int16数据类型的取值范围(intmin,intmax)；查看单精度数据类型的取值范围和精度(realmin,realmax,eps)。

8、求下列表达式的值，然后显示MATLAB工作空间的使用情况并保存全部变量：
(1)sin(60o) (2) e3 (3) cos(3/4π)
9、用两种定义复数的方法计算(直接定义，complex(a,b))
(1)(3-5i)(4+2i) (2) sin(2-8i)。