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MATLAB 软 件 基 础
§1
MATLAB 概述
MATLAB 是 MATrix LABoratory(“矩阵实验室”)的缩写,是由美国 MathWorks 公
司开发的集数值计算、符号计算和图形可视化三大基本功能于一体的,功能强大、操作简单
的语言。是国际公认的优秀数学应用软件之一。
20 世纪 80 年代初期,Cleve Moler 与 John Little 等利用 C 语言开发了新一代的 MATLAB
语言,此时的 MATLAB 语言已同时具备了数值计算功能和简单的图形处理功能。1984 年,
Cleve Moler 与 John Little 等正式成立了 Mathworks 公司,把 MATLAB 语言推向市场,并开
始了对 MATLAB 工具箱等的开发设计。1993 年,Mathworks 公司推出了基于个人计算机的
MATLAB 4.0 版本,到了 1997 年又推出了 MATLAB 5.X 版本(Release 11),并 在 2000 年又
推出了最新的 MATLAB 6 版本(Release 12)。
现在,MATLAB 已经发展成为适合多学科的大型软件,在世界各高校,MATLAB 已经
成为线性代数、数值分析、数理统计、优化方法、自动控制、数字信号处理、动态系统仿真
等高级课程的基本教学工具。特别是最近几年,MATLAB 在我国大学生数学建模竞赛中的
应用,为参赛者在有限的时间内准确、有效的解决问题提供了有力的保证。
概括地讲,整个 MATLAB 系统由两部分组成,即 MATLAB 内核及辅助工具箱,两者的
调用构成了 MATLAB 的强大功能。MATLAB 语言以数组为基本数据单位,包括控制流语句、
函数、数据结构、输入输出及面向对象等特点的高级语言,它具有以下主要特点:
1)运算符和库函数极其丰富,语言简洁,编程效率高,MATLAB 除了提供和 C 语言一
样的运算符号外,还提供广泛的矩阵和向量运算符。利用其运算符号和库函数可使其程序相
当简短,两三行语句就可实现几十行甚至几百行 C 或 FORTRAN 的程序功能。
2)既具有结构化的控制语句(如 for 循环、while 循环、
break 语句、if 语句和 switch 语
句),又有面向对象的编程特性。
3)图形功能强大。它既包括对二维和三维数据可视化、图像处理、动画制作等高层次
的绘图命令,也包括可以修改图形及编制完整图形界面的、低层次的绘图命令。
4)功能强大的工具箱。工具箱可分为两类:功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工
具箱主要用来扩充其符号计算功能、图示建模仿真功能、文字处理功能以及与硬件实时交互
的功能。而学科性工具箱是专业性比较强的,如优化工具箱、统计工具箱、控制工具箱、小
波工具箱、图象处理工具箱、通信工具箱等。
5)易于扩充。除内部函数外,所有 MATLAB 的核心文件和工具箱文件都是可读可改的
源文件,用户可修改源文件和加入自己的文件,它们可以与库函数一样被调用。
§2 MATLAB 的安装与启动
2.1 MATLAB 的安装
要用 MATLAB 6,首先必须在计算机上安装 MATLAB 6 应用软件,随着软件功能的不
断完善,MATLAB 对计算机系统配置的要求越来越高。下面给出安装和运行 MATLAB 6 所
需要的计算机系统配置。
◆ MATLAB 6 对硬件的要求
CPU 要求:Pentium II、Pentium III、AMD Athlon 或者更高;
光驱:8 倍速以上;
内存:至少 64MB,但推荐 128MB 以上;
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硬盘:视安装方式不同要求不统一,但至少留 1GB 用于安装(安装后未必有 1GB);
显卡:8 位;
◆ MATLAB 6 对软件的要求
Windows95 、Window98、Windows NT 或 Windows2000;
Word97 或 word2000 等,用于使用 MATLAB Notebook;
Adobe Acrobat Reader 用于阅读 MATLAB 的 PDF 的帮助信息。
MATLAB 6 的安装和其它应用软件类似,可按照安装向导进行安装,这里不再赘述。
2.2 MATLAB 的启动和退出
与常规的应用软件相同,MATLAB 的启动也有多种方式,首先常用的方法就是双击桌
面的 MATLAB 图标,也可以在开始菜单的程序选项中选择 MATLAB 组件中的快捷方式,
当然也可以在 MATLAB 的安装路径的子目录中选择可执行文件“MATLAB.exe”。
启动 MATLAB 后,将打开一个 MATLAB 的欢迎界面,随后打开 MATLAB 的桌面系统
(Desktop)如图 2-1 所示。
图 2-1 MATLAB 的桌面系统
§3 MATLAB 的开发环境
MATLAB 的开发环境就是在使用 MATLAB 的过程中可激活的,并且为用户使用提供支
持的集成系统。这里介绍几个比较重要的如:桌面平台系统、帮助系统和数据交换系统。
3.1 MATLAB 桌面平台
桌面平台是各桌面组件的展示平台,默认设置情况下的桌面平台包括 6 个窗口,具体如
下:
3.1.1 MATLAB 主窗口
MATLAB6 比早期版本增加了一个主窗口。该窗口不能进行任何计算任务的操作,只用
来进行一些整体的环境参数的设置。
3.1.2 命令窗口(Command Window)
命令窗口是对 MATLAB 进行操作的主要载体,默认的情况下,启动 MATLAB 时就会
打开命令窗口,显示形式如图 1-1 所示。一般来说,MATLAB 的所有函数和命令都可以在
命令窗口中执行。在 MATLAB 命令窗口中,命令的实现不仅可以由菜单操作来实现,也可
以由命令行操作来执行,下面就详细介绍 MALTAB 命令行操作。
实际上,掌握 MALAB 命令行操作是走入 MATLAB 世界的第一步,命令行操作实现了
对程序设计而言简单而又重要的人机交互,通过对命令行操作,避免了编程序的麻烦,体现
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了 MATLAB 所特有的灵活性。
例如:
%在命令窗口中输入 sin(pi/5),然后单击回车键,则会得到该表达式的值
sin(pi/5)
ans=
0.5878
由例可以看出,为求得表达式的值,只需按照 MALAB 语言规则将表达式输入即可,
结果会自动返回,而不必像其他的程序设计语言那样,编制冗长的程序来执行。当需要处理
相当繁琐的计算时,可能在一行之内无法写完表达式,可以换行表示,此时需要使用续行符
“……”否则 MATLAB 将只计算一行的值,而不理会该行是否已输入完毕。
例如:
sin(1/9*pi)+sin(2/9*pi)+sin(3/9*pi)+……
sin(4/9*pi)+sin(5/9*pi)+sin(6/9*pi)+……
sin(7/9*pi)+sin(8/9*pi)+sin(9/9*pi)+……
ans=
5.6713
使用续行符之后 MATLAB 会自动将前一行保留而不加以计算,并与下一行衔接,等待
完整输入后再计算整个输入的结果。
在 MATLAB 命令行操作中,有一些键盘按键可以提供特殊而方便的编辑操作。比如:
“↑”可用于调出前一个命令行,“↓”可调出后一个命令行,避免了重新输入的麻烦。当
然下面即将讲到的历史窗口也具有此功能。
3.1.3 历史窗口(Command History)
历史命令窗口是 MATLAB6 新增添的一个用户界面窗口,默认设置下历史命令窗口会
保留自安装时起所有命令的历史记录,并标明使用时间,以方便使用者的查询。而且双击某
一行命令,即在命令窗口中执行该命令。
3.1.4 发行说明书窗口(Launch Pad)
发行说明书窗口是 MATLAB6 所特有的,用来说明用户所拥有的 Mathworks 公司产品
的工具包、演示以及帮助信息。当选中该窗口中的某个组件之后,可以打开相应的窗口工具
包。
3.1.5 当前目录窗口(Current Directory )
在当前目录窗口中可显示或改变当前目录,还可以显示当前目录下的文件,包括文件名、
文件类型、最后修改时间以及该文件的说明信息等并提供搜索功能。
3.1.6 工作空间管理窗口(Workspace)
工作空间管理窗口是 MATLAB 的重要组成部分。在工作空间管理窗口中将显示所有目
前保存在内存中的 MATLAB 变量的变量名、数据结构、字节数以及类型,而不同的变量类
型分别对应不同的变量名图标。
3.2 MATLAB 帮助系统
完善的帮助系统是任何应用软件必要的组成部分。MATLAB 提供了相当丰富的帮助信
息,同时也提供了获得帮助的方法。首先,可以通过桌面平台的【Help】菜单来获得帮助,
也可以通过工具栏的帮助选项获得帮助。此外,MATLAB 也提供了在命令窗口中的获得帮
助的多种方法,在命令窗口中获得 MATLAB 帮助的命令及说明列于表 3-1 中。其调用格式
为:
命令+指定参数
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表 3-1
命 令 说 明
doc 在帮助浏览器中显示指定函数的参考信息
help 在命令窗口中显示 M 文件帮助
helpbrowser 打开帮助浏览器,无参数
helpwin 打开帮助浏览器,并且见初始界面置于 MATLAB 函数的 M 文件
帮助信息
lookfor 在命令窗口中显示具有指定参数特征函数的 M 文件帮助
web 显示指定的网络页面,默认为 MATLAB 帮助浏览器
例如:
>>help sin
SIN Sine
SIN(X) is the sine of the elements of X
Overloaded methods
Help sym/sin.m
另外也可以通过在组件平台中调用演示模型(demo)来获得特殊帮助。
3.3 数据交换系统
MATLAB 提供了多种方法将数据从磁盘或剪贴板中读入 MATLAB 工作空间。具体的读
写方法可依据用户的喜好以及数据的类型来选择。这里主要介绍文本数据的读入。
对于文本数据(ASCII)而言,最简单的读入方法就是通过 MATLAB 的数据输入向导
(Import Wizard),也可以通过 MATLAB 函数实现数据读入。
例如,对于文本文件 test.txt:
students’ scores
English Chinese Mathmatics
Wang 99 98 100
Li 98 89 70
Zhang 80 90 97
Zhao 77 65 87
下面通过上述两种方法将该文件数据读入 MATLAB 工作空间,先介绍 MATLAB 数据
交换系统对文本数据的识别。此时文件的前几行(此处为“students’ scores”)将被识别为文
件头,文件头可以为一行或几行,也可以识别出数据的列头(此处为:“English”、“Chinese”、
和“Mathmatics”)和行头(此处为“wang”、“li”、“zhang”和“zhao”),其余的为可分断
数据(此处为“99”、“98”、和“100”等)。
首先是通过数据输入向导编辑器读入数据,通过桌面平台上的【File】菜单中的【Import
Data】选项打开输入向导编辑器,按向导提示进行操作完成整个文本数据的输入,则用户可
以在 MATLAB 开发环境中使用该文本数据。
例如:
>>whos
Name Size Bytes Class
Data 4
×3 96 double array
Grand total is 12 elements using 96 bytes
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>>Data
Data =
99 98 100
98 89 70
80 90 97
77 65 87
“whos”用于显示当前 MATLAB 工作空间的变量,而在命令窗口中输入 data 后,将显示
该数据。在命令窗口或 M 文件中调用相应的函数也可以实现数据的读入。
例如:
>> [a,b,c,d]=textread(‘text.txt’, ‘%s %s %s %s’, ‘headlines’, 2) (读者可亲自上机看结
果)
§4
MATLAB 数值计算功能
MATLAB 强大的数值计算功能使其在诸多数学计算软件中傲视群雄,是 MATLAB 软件
的基础。本节将简要介绍 MATLAB 的数据类型、矩阵的建立及运算。
4.1 MATLAB 数据类型
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arain1986
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