新MATLAB应用技术 教学课件 于润伟 MATLAB应用技术3

饼图
展示部分与整体的关系，通过扇形面积或角度表 示占比。
三维图形
01
02
03
04
三维散点图
在三维空间中展示两个变量之 间的关系，通过点的位置展示
数据。
三维曲面图
通过曲面表示两个或多个变量 之间的关系，可以展示数据的
分布和趋势。
三维等高线图
表示三维空间中数据的分布和 变化，通过等高线的形状和密
集程度展示数据。
处理运行过程中出现的错误和 异常情况。
通过优化算法和代码结构，提 高程序的运行效率。
对代码进行重新组织，使其更 易于阅读和维护。
03
MATLAB可视化
绘图基础
散点图
描述两个变量之间的关系，通过点的分布展示数 据。
条形图
比较不同类别的数据大小，通过条形的长度或高 度进行比较。
折线图
展示时间序列数据或多个变量之间的关系，通过 线条的走势呈现数据变化。
控制系统仿真
使用MATLAB进行控制系统仿真 ，模拟系统动态性能。
控制系统优化
对控制系统进行优化设计，如权 重优化、多目标优化等。
THANK YOU
感谢聆听
对图像进行几何变换，如缩放、旋转、平移 等操作。
动画制作
帧动画
通过一系列静态图像的连续播放，形 成动态效果。
路径动画
让对象沿指定路径移动，形成动态效 果。
变形动画
让对象从一个形状逐渐变形为另一个 形状，形成动态效果。
交互式动画
允许用户通过交互操作控制动画的播 放、暂停、回放等操作。
04
MATLAB在科学计算中的应用
对函数进行数值积分和微分， 用于解决定积分和微分方程问 题。
数值优化

G2 = zpk([0 -2],-10,1);
Cloop = feedback(G1, G2); %构造闭环系统的传递函数
step(Cloop);
%求系统的阶跃响应
hold on;
impulse(Cloop, 'r-.'); %求系统的冲激响应
legend('Step','Impulse','--','r-.');
表 12.3 函数名
tf ss zpk t fdat a ssdat a zpkdat a
MA TLAB 常用模型转换函数
函数功能
函数名
建立传递 函数模 型
series
建立状态 方程模 型
parallel
建立零极 点增益 模型
feedback
获取传递 函数模 型参数
set
获取状态 方程模 型参数
get
设在计划期内生产这3种产品的 产量为x1、x2、x3，用Z表示 利润，则有 Z = 40x1 + 30x2 + 50x3。在安 排3种产品的计划时，不得超过 设备A、B的可用工时，材料消 耗总量不得超过材料C、D的供 应量，生产的产量不能小于零。
企业的目标是要使利润达到最 大，这个问题的数学模型为
m ax Z 40 x1 30 x2 50 x3
• 此题也可使用优化工具的GUI来求解。
9
2．线性规划
研究线性约束条件下线性目标函数的极值问题的数学理论和方法，用线性规划求解的典型
问题有运输问题、生产计划问题、配套生产问题、下料和配料问题等。线性规划问题的标准形
式为
min f (x)
s.t． A x ≤ b

矩阵的数学运算
总结词
详细描述
总结词
详细描述
掌握矩阵的数学运算，如求逆 、求行列式、求特征值等。
在MATLAB中，可以使用inv() 函数来求矩阵的逆，使用det() 函数来求矩阵的行列式，使用 eig()函数来求矩阵的特征值。 例如，A的逆可以表示为 inv(A)，A的行列式可以表示 为det(A)，A的特征值可以表 示为eig(A)。
• 总结词：了解特征值和特征向量的概念及其在矩阵分析中的作用。 • 详细描述：特征值和特征向量是矩阵分析中的重要概念。特征值是满足Ax=λx的标量λ和向量x，特征向量是与特征值对
应的非零向量。特征值和特征向量在许多实际问题中都有应用，如振动分析、控制系统等。
04
MATLAB图像处理
图像的读取与显示
变量定义
使用赋值语句定义变量，例如 `x = 5`。
矩阵操作
学习如何创建、访问和操作矩 阵，例如使用方括号 `[]`。
函数编写
学习如何创建自定义函数来执 行特定任务。
02
MATLAB编程
变量与数据类型
01
02
03
变量命名规则
MATLAB中的变量名以字 母开头，可以包含字母、 数字和下划线，但不应与 MATLAB保留字冲突。
了解矩阵的数学运算在实际问 题中的应用。
矩阵的数学运算在许多实际问 题中都有应用，如线性方程组 的求解、矩阵的分解、信号处 理等。通过掌握这些运算，可 以更好地理解和解决这些问题 。
矩阵的分解与特征值
• 总结词：了解矩阵的分解方法，如LU分解、QR分解等。
• 详细描述：在MATLAB中，可以使用lu()函数进行LU分解，使用qr()函数进行QR分解。这些分解方法可以将一个复杂的 矩阵分解为几个简单的部分，便于计算和分析。

MATLAB按照一定次序寻找相关的文件。 基本的搜索过程是：检查该命令是不是 (1) 一个变量。 (2) 一个内部函数。 (3) 当前目录下的M文件。 (4) MATLAB搜索路径中其他目录下的M文件。
★ MATLAB 6.5主窗口左下角还有一个Start按钮， 单击该按钮会弹出一个菜单，选择其中的命令可以 执行MATLAB产品的各种工具，并且可以查阅 MATLAB包含的各种资源。
关系运算
MATLAB提供了6种关系运算符： < (小于)、 <= (小于或等于)、 > (大于)、 >= (大于或等于)、 == (等于)、 ～= (不等于)。
关系运算符的运算法则为：
(1) 当两个比较量是标量时，直接比较两数的大小。 若关系成立，关系表达式结果为1，否则为0。 (2) 当参与比较的量是两个维数相同的矩阵时，比较 是对两矩阵相同位置的元素按标量关系运算规则逐个 进行，并给出元素比较结果。最终关系运算的结果是 一个维数与原矩阵相同的矩阵，它的元素由0或1组成。 (3) 当参与比较的一个是标量，而另一个是矩阵时， 则把标量与矩阵的每一个元素按标量关系运算规则逐 个比较，并给出元素比较结果。最终的关系运算的结 果是一个维数与原矩阵相同的矩阵，它的元素由0或1 组成。
>>who
>>whos
>>clear w
>>w
>>b
>>clear
>>clc
MATLAB的基本算术运算有： +(加)、-(减)、*(乘)、/(右除)、\(左Fra bibliotek)、^(乘方)。
MATLAB中有两种矩阵除法运算：\ 和 /,分别表示 左除和右除。如果A矩阵是非奇异的，A\B 和 B/A 运算可以实现。 A\B等效于A的逆左乘B矩阵，即inv(A)*B， 而B/A等效于A矩阵的逆右乘B矩阵，即 B*inv(A)。

控制流语句
使用条件语句（如if-else）和 循环语句（如for）来控制程序 流程。
变量定义
使用赋值语句定义变量，例如 `a = 5`。
矩阵运算
使用矩阵进行数学运算，如加 法、减法、乘法和除法等。
函数编写
创建自定义函数来执行特定任 务。
02
MATLAB编程语言基础
变量与数据类型
变量命名规则
数据类型转换
编辑器是一个文本编辑器 ，用于编写和编辑 MATLAB脚本和函数。
工具箱窗口提供了一系列 用于特定任务的工具和功 能，如数据可视化、信号 处理等。
工作空间窗口显示当前工 作区中的变量，可以查看 和修改变量的值。
MATLAB基本操作
数据类型
MATLAB支持多种数据类型， 如数值型、字符型和逻辑型等 。
04
MATLAB数值计算
数值计算基础
01
02
03
数值类型
介绍MATLAB中的数值类 型，包括双精度、单精度 、复数等。
变量赋值
讲解如何给变量赋值，包 括标量、向量和矩阵。
运算符
介绍基本的算术运算符、 关系运算符和逻辑运算符 及其优先级。
数值计算函数
数学函数
列举常用的数学函数，如 三角函数、指数函数、对 数函数等。
矩阵的函数运算
总结词：MATLAB提供了许多内置函 数，可以对矩阵进行各种复杂的运算
。
详细描述
矩阵求逆：使用 `inv` 函数求矩阵的 逆。
特征值和特征向量：使用 `eig` 函数 计算矩阵的特征值和特征向量。
行列式值：使用 `det` 函数计算矩阵 的行列式值。
矩阵分解：使用 `factor` 和 `expm` 等函数对矩阵进行分解和计算指数。

矩阵乘法：两个矩阵相乘 需要满足特定的条件，例 如E=A*B。
矩阵减法：两个相同大小 的矩阵可以进行减法运算 ，例如D=A-B。
矩阵的分解与特征值
详细描述
矩阵分解：将一个复杂的矩阵分 解为几个简单的、易于处理的矩 阵，例如LU分解、QR分解等。
特征值：矩阵的特征值是该矩阵 的一个重要的数值属性，可以用 于分析矩阵的性质和特征。
矩阵运算
介绍矩阵的创建、索引、算术 运算和逻辑运算等操作。
控制流
介绍if语句、for循环和while 循环等控制流结构的使用方法 。
02
MATLAB编程
变量与数据类型
01
02
03
变量命名规则
MATLAB中的变量名以字 母开头，可以包含字母、 数字和下划线，但不能包 含空格。
数据类型
MATLAB支持多种数据类 型，如数值型、字符型、 逻辑型和单元数组等。
matlab教程PPT(完整版)
汇报人：可编辑 2023-12-26
目 录
• MATLAB基础 • MATLAB编程 • MATLAB矩阵运算 • MATLAB图像处理 • MATLAB数值分析 • MATLAB应用实例
01
MATLAB基础
MATLAB简介
MATLAB定义
MATLAB应用领域
MATLAB是一种用于算法开发、数据 可视化、数据分析和数值计算的编程 语言和环境。
函数编写
01
02
03
04
函数定义
使用`function`关键字定义函 数，指定输入输出参数。
函数体
在函数定义中编写实现特定功 能的代码。
函数调用
通过函数名和输入参数调用自 定义函数。

要求数组的元素总数不变。
2021/8/26
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4、数组元素的标识与寻访
• 数组元素的标识 – “全下标（index）”标识 经典数学教科书采用“全下标”标识法：每一维对应一个下标。 – 如对于二维数组，用“行下标和列下标”标识数组的元素， a(2,3)就表示二维数组a的“第2行第3列”的元素。 – 对于一维数组，用一个下标即可，b(2)表示一维数组b的第2 个元素，无论b是行向量还是列向量。 – “单下标”（linear index）标识 所谓“单下标”标识就是用一个下标来表明元素在数组的位置。 – 对于二维数组， “单下标”编号：设想把二维数组的所有 列，按先后顺序首尾相接排成“一维长列”，然后自上往下 对元素位置执行编号。 – 两种“下标”标识的变换：sub2ind、ind2sub
>>a([1 2 5]) %寻访a的第1、2、5个元素组成的子数组
ans = 1.0000 3.2500 10.0000
2021/8/26
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4、数组元素的标识与寻访 （续）
>>a(1:3) %寻访前3个元素组成的子数组
ans =
1.0000 3.2500 5.5000
>>a(3:-1:1) %由前3个元素倒序构成的子数组
(1,3) (2,3) (3,3)
(1,4) (2,4) (3,4)
(1,4) (2,4) (3,4)
页
24
5、多维数组 （续）
• 三维数组，可对应至一个 X - Y - Z 三维立体坐标，如下图所示：
Z(页)
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X(行)
Y(列)
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5、多维数组 （续）
• 三维数组元素的寻址：可以(行、列、页)来确定。 • 以维数为 3×4×2 的三维数组为例，其寻址方式如下

MATLAB，其名称是由MATrix和 LABoratory（矩阵实验室）
两个单词的前三个字母所合成。
• 在1978年，Malab就面世了。这个程序获得了很大的成功， 受到了学生的广泛欢迎。在以后的几年里，Matlab在多所 大学里作为教学辅助软件使用，并作为面向大众的免费软 件广为流传。
2020/12/15
2020/12/15
Application of Matlab Language
11
Matlab版本的发展
• 1992年，支持Windows 3.x的MATLAB 4.0版本推出，增加了Simulink，Control， Neural Network，Signal Processing等专用工具箱。
6
第一讲 Matlab概述
前言 Matlab软件概述 Matlab的桌面环境及入门知识
2020/12/15
Application of Matlab Language
7
1 Matlab概述
Hale Waihona Puke 内容Matlab发展历史 Matlab产品家族(Matlab family of products)体系 Matlab 语言的特点。
2020/12/15
Application of Matlab Language
5
授课宗旨
• 讲授MATLAB的通用功能。 • 寓教于例，由浅入深。 • 关于科学计算，着重强调理论概念、算法和实际计算三者 之间的关系。
2020/12/15
Application of Matlab Language
• 到了70年代后期，身为美国新墨西哥州大学计算机系系主
任的CIeve Moler，在给学生上线性代数课时，为了让学生

fplot('[sin(x),cos(x)]',[0,2*pi,-1.5,1.5],1e-3,'r.')
观察上述语句绘制的正余弦曲线采样点的分布，可发现
曲线变化率大的区段，采样点比较密集。
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1．图形窗口的分割 分割后的图形窗口由若干个绘图区并绘制图形。同一图形窗口中的不同图形称 为子图。 subplot(m,n,p) 该函数将当前图形窗口分成m × n个绘图区，即每行n个，共m 行，区号按行优先编号，且选定第p个区为当前活动区。在每 一个绘图区允许以不同的坐标系单独绘制图形。
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2．图形叠加
一般情况下，绘图命令每执行一次就刷新当前图形窗口，
图形窗口原有图形将不复存在。若希望在已存在的图 形上再叠加新的图形，可使用图形保持命令hold。 hold on/off命令控制是保持原有图形还是刷新原有图 形。例如：
x=0:pi/100:2*pi;
y1=0.2*exp(-0.5*x).*cos(4*pi*x);
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表 3.1 线型选项
选项
线型
-
实线（默 认值）
:
虚线
--
双画线
-.
点画线
表 3.2 颜色选项
选项 颜色
b（ blue ）
蓝色
g（ green ）
绿色
r（red）
红色
c（cyan）
青色
选项 颜色
m（magenta） 品红色
y（yellow）
黄色
k（black）
黑色
w（ whit e）
白色
表 3.3 选项 . O（字母） X（字母） + * s（square ）
令来控制。grid on/off命令控制是画还是不画网格 线，box on/off命令控制是加还是不加边框线。

3.2.2 选择结构
【例3.2】计算分段函数：
x=input('请输入x的值:');
if x<0
y=abs(x);
elseif x<10
y=sin(x)./(x+1);
elseif x<20
y=power(x,3);
else
y=(3+2*x).*log(x);
end
disp(y)
3.2 程序控制结构
实时脚本通常包含很多命令，有时只需要运行其中一部分，
这时可通过设置分节标志，将全部代码分成若干代码片段
（也称为代码单元）。
3.2 程序控制结构
3.2.1 顺序结构
1．input函数
用于打开一个输入框来获取数据，该函数的调用格式为：
A=input（提示信息）
其中，提示信息为一个字符串，用于提示用户输入什么样的
z1=max(x,y);
z=0;
while z<x*y
z=z+z1;
%如果z不能被x整除，则跳过循环体中后续语句，不再判断z能否被y整除
if mod(z,x)~=0
continue
end
%如果z既能被x整除，又能被y整除，跳出循环
if mod(z,y)==0
break
end
end
disp([num2str(x),'和',num2str(y),'的最小公倍数是：',num2str(z)])
数据。
>> A=input('输入A矩阵:')
输入A矩阵:[1,2,3;4,5,6]↙
A =
1
2

数值积分与微分
数值积分
使用MATLAB的`integral`函数进 行数值积分，可以选择不同的积
分方法。
数值微分
可以使用差分法或`diff`函数进行 数值微分。
符号积分与微分
使用符号计算工具箱中的函数， 如`syms`、`int`和`diff`，进行符
号积分和微分。
常微分方程求解
欧拉法
简单的一阶常微分方程的初值问题可以使用欧拉法求解。
图形可视化
MATLAB具有强大的图形可视化功能，支 持多种图形类型和交互操作。
编程语言
MATLAB是一种高级编程语言，具有丰富 的函数库和工具箱。
数据分析
MATLAB提供了多种数据分析工具，包括 数据导入、处理、分析和可视化。
MATLAB的应用领域
科学计算
广泛应用于数学、物理、工程等 领域。
控制系统设计
短时傅里叶变换
通过在时间上滑动窗口并对每个窗口内的信号进 行傅里叶变换，实现信号的时频分析。
小波变换
利用小波基函数的特性，对信号进行多尺度分析 ，从而在时频域上展示信号的细节。
信号滤波与变换
数字滤波器设计
使用MATLAB中的滤波器设计工具，如butterworth、 chebyshev等，设计数字滤波器以实现信号的滤波。
03 多目标优化
使用`gamultiobj`函数求解多目 标最优化问题。
0 最小二乘问题 4使用`lsqlin`或`lsqnonlin`函数
求解线性或非线性最小二乘问 题。
05
MATLAB在信号处理中的应用
信号的时频分析
信号的时频表示
将信号从时间域转换到时频域，以便更好地理解 和分析信号的特性。

第1章 Matlab概述
MATLAB的桌面环境可以包含多个窗口，这些窗口分别为历史命 令窗口(Command History)、命令行窗口(Command Window)、当前 目录浏览器(Current Directory Browser)、工作空间浏览器 (Workspace Browser)、目录分类窗口(Launch Pad)、数组编辑器 (Array Editor)、M文件编辑器/调试器(Editor/Debugger)、超文本帮助 浏览器(Help Navigator/Browser)，这些窗口都可以内嵌在MATLAB主 窗体中，组成MATLAB的用户界面。其中当MATLAB安装完毕并首次 运行时，展示在用户面前的界面为MATLAB运行时的缺省界面窗口， 如图1-1所示。
help 后加帮助主题，可获得指定帮助主题
的帮助信息；
help 后加函数名； help 后加命令名，将得到指定命令的用法；
第1章 Matlab概述
demo 命令
第1章 Matlab概述
helpwin 命令用于打开 MATLAB 的帮助文件窗
第1章 Matlab概述
lookfor 命令允许用户通过完整的或部分关键 字来搜索要查找的内容
Command Windows Only：仅包含命令行窗口 (Command Window)，此时MATLAB界面的外 观类似于旧版本的MATLAB。
Simple:包含两个窗口——命令行窗口 (Command Window)和历史命令窗口 (Command History)，两个窗口并列在界面中， 如图1-2所示。
本课程的目的是使学生能够运用Matlab进行一般的工 程计算，掌握Matlab的基本技术（基本计算、矩阵处理、 符号运算和图形显示技术等），为将来从事工程技术方面 的产品开发、科学研究、工程计算和管理打下一定的基础。