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MATLAB之概述
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第1章 MATLAB 概述
MATLAB 是一种高效的工程计算语言,它将计算、可视化和编程等功能集于一个易于使用的
环境。在 MATLAB 环境中描述问题及编制求解问题的程序时,用户可以按照符合人们科学思
维的方式和数学表达习惯的语言形式来书写程序。其典型应用主要包括以下几个方面:
� 数学计算;
� 算法开发;
� 数据采集;
� 系统建模和仿真;
� 数据分析和可视化;
� 科学和工程绘图;
� 应用软件开发(包括用户界面)。
MATLAB 是一个交互式系统(写程序与执行命令同步),其基本的数据元素是没有维数限
制的阵列。这使得用户可以解决许多工程技术上的问题,特别是那些包含了矩阵和向量的公
式的计算。采用 MATLAB 编制解决上述问题的程序比采用只支持标量和非交互式的编程语言
(如 C 语言和 Fortan 语言)更加方便。
MATLAB 这个词代表“矩阵实验室”(matrix laboratory),它是以线性代数软件包 LINPACK和特征
值计算软件包EISPACK 中的子程序为基础发展起来的一种开放型程序设计语言。20 世纪 80 年代
初期,Cleve Moler 和 John Little 采 用 C 语言改写了MATLAB 的内核,不久他们便成 立 了
Mathworks 软件开发公司,并将MATLAB 正式推向市场。历经十几年的发展和竞争,
MATLAB 成为国际认可的最优化的科技应用软件。在大学里,它是用于初等和高等数学、自然
科学和工程学的标准教学工具;在工业界,它是一个高效的研究、开发和分析的工具。随着科技的发
展,许多优秀的工程师不断地对 MATLAB 进行了完善,使其从一个简单的矩阵分析软件逐渐发展
成为一个具有极高通用性,并带有众多实用工具的运算操作平台。
MATLAB 的一个重要特色就是它有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱(toolboxes)
的特殊应用子程序。工具箱是 MATLAB 函数的子程序库,每一个工具箱都是为某一类学科
专业和应用而定制的,主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和系
统仿真等方面的应用。
MATLAB 系统由以下 5 个主要部分组成,下面具体进行介绍。
� 开发环境:由一系列工具组成。这些工具方便用户使用 MATLAB 的函数和文件,其中许
多工具采用的是图形用户界面。包括 MATLAB 桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器
和调试器、路径搜索和用于浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。
� MATLAB 数学函数库:这是一个包含大量计算算法的集合,这些函数包括从最简单最基本
的函数(如加、正弦等)到诸如矩阵的特征向量、快速傅立叶变换等较复杂的函数。
� MATLAB 语言:这是一个高级的矩阵/阵列语言,它包含控制语句、函数、数据结构、输
入输出和面向对象的编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步,
MATLAB 7.0 从入门到精
通
也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序(M 文件)后再一起运行。
� 图形处理:用MATLAB 可以将向量和矩阵用图形表现出来,并且可以对图形进行标注和
打印。高层次的作图包括二维和三维数据可视化、图像处理、动画和表达式作图,低层次的作
图包括定制图形的显示和为用户的MATLAB 应用程序建立的图形用户界面。
� MATLAB 应用程序接口(API):这是一个库,它允许用户编写可以和 MATLAB 进行交互
的 C 或 Fortran 语言程序。
1.1 MATLAB 7.0 简介
MATLAB 软件从 1984 年推出的第 1 个版本到目前发布的第 14 个版本 MATLAB 7.0
(Release14),有了较大的改进和增补,增加了许多新功能和更为有效的处理方法。
1. 开发环境
� 新的用户界面环境和开发环境,使用户更方便地控制多个文件和图形窗口,用户可以
按照自己的习惯来定制桌面环境,还可以为常用的命令定义快捷键;
� 功能更强的数组编辑器和工作空间浏览器,用户可更方便地浏览、编辑和图形化变量;
� 提供的 M-Lint 代码分析器,可以方便用户修改代码以取得更好的性能和可维护性;
� 更强大的编辑器,用户可以选择执行 M 文件中的部分内容等。
2. 编程
� 支持函数嵌套、有条件中断点;
� 可以用匿名函数来定义单行函数等。
3. 数值处理
� 整数算法,方便用户处理更大的整数;
� 单精度算法、线性代数、FFT 和滤波,方便用户处理更大的单精度数据;
� Linsolve 函数,用户可以通过定义系数矩阵更快地求解线性系统;
� ODE 求解泛函数,操作隐式差分等式和求解多点式边界值问题。
4. 图形化
� 新的绘图界面窗口,用户可以不必通过输入 M 函数代码而直接在绘图界面窗口中交互式地
创建并编辑图形;
� 用户可以直接从图形窗口中生成 M 代码文件,使得用户可以多次重复地执行用户自定义的
作图;
� 更强大的图形标注和处理功能,包括对象对齐、连接注释和数据点的箭头等;
� 数据探测工具,用户可以在图形窗口中方便地查询图形上某一点的坐标值;
� 功能更强大的图形句柄等。
5. 图形用户界面
� 面板和分组按钮使得用户可以对用户界面的控件进行分组;
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MATLAB 7.0 从入门到精
通
� 用户可以直接在 GUIDE 中访问 ActiveX 控件。
6. 文件 I/O 和外部应用程序接口
� 新的文件 I/O 函数支持用户可以读更大的文本文件,并且可以向 Excel 和 HDF5 文件中
写入内容;
� 支持压缩格式的 MAT 文件,使得用户可以使用较少的磁盘空间保存大量的数据,而且
速度更快;
� 可 以 使用Javaaddpath 函数来动态添加、删除或重载 Java 类,而不必重启 MATLAB 7.0;
� 支持 COM 用户接口、服务器事件和 Visual Basic 脚本;
� 可以基于简单的对象访问协议(SOAP)来访问网页服务器;
� 提供 FTP 对象用于连接 FTP 服务器,实现对异地文件的处理;
� 支 持Unicode国际字符集标准,使得MAT 文件中的字符数据可以在不同语言之间共享。
1.2 MATLAB 7.0 的安装、退出与卸载
1. 对硬件和软件的要求
MATLAB 7.0(Release 14)可以安装到下列操作平台上:
� Windows 2000(Service Pack 3 或 4);
� Windows NT 4.0(Service Pack 5 或 6a);
� Windows XP;
� Linux ix86 2.4.x, glibc 2.2.5;
� Sun Solaris 2.8 和 2.9;
� HPUX 11.0 和 11.1;
� Mac OS X 10.3.2。
无论在单机还是网络环境, MATLAB 都可发挥其卓越的性能。若单纯地使用MATLAB
语言进行编程,而不必连接外部语言的程序,则 MATLAB 语言编写出来的程序可以不做任
何修改直接移植到其他机型上去使用。MATLAB 7.0 对 PC 机系统的要求如表 1-1 所示。
表 1-1 MATLAB 7.0 对系统的要求
操作平台
Windows XP、Windows 2000 (Service Pack 3 or 4)、Windows NT 4.0 (Service Pack 5 or 6a)
处理器
Pentium III、4、Xeon、 Pentium M、AMD Athlon、Athlon XP、Athlon MP
存储空间
345 MB (仅包括帮助系统的MATLAB )
内存
256 MB (最小),512 MB (推荐)
显卡
16-bit、24-bit 或 32-bit 兼容 OpenGL 的图形适配卡 (强烈推荐)
软件
图形加速卡、打印机、声卡
为了运行 MATLAB Notebook、MATLAB Builder for Excel、Excel Link、Database
Toolbox、 and MATLAB Web Server,还必须安装Office 2000 或Office XP
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MATLAB 7.0 从入门到精
通
续表
编译器
为了创建自己的 MEX 文件,则至少需要下列产品之一:DEC Visual Fortran 5.0、
Microsoft Visual C/C++4.2 或 5.0、Borland C/C++5.0 或 5.02 Watcom 10.6 或 11
2. 安装过程
随着 MATLAB 版本的更新,安装也越来越简便。对于 MATLAB 7.0,用户只要按照安装界面
的提示逐步进行即可。下面介绍在 Windows 系统下的安装过程。
� Step 1:安装前的准备
准备好安装密码(PLP);退出正在运行的其他版本的 MATLAB;确保系统满足安装的要
求;获得系统用户的许可权;最好不要在安装过程中运行病毒扫描程序,因为这样会降低安
装速度。
� Step 2:开始安装
插入 MATLAB 7.0 光盘到光驱,在 MATLAB 7.0 目录下直接运行“Setup.exe”程序,显示
初始化画面,随之显示准备安装的进度条。一般情况下系统会自动搜索到 autorun 文件并进入安
装界面。随后出现“Welcome to the MathWorks Installer”对话框,如图 1-1 所示。
图 1-1 “Welcome to the MathWorks Installer”对话框 图 1-2 “License Information”对话框
� Step 3:输入用户信息
选择图 1-1 中的“Next”继续安装,出现“License Information”对话框,如图 1-2 所示。在
对话框界面的相应位置输入相应的内容,然后单击“下一步”。
� Step 4:浏览如图 1-3 所示的软件许可协议(License Agreement)
图 1-3 “License Agreement”对话框
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蚁库
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