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MATLAB语言介绍.pdf
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一 MATLAB 概述
1.1 MATLAB 是 21 世纪的科学计算软件
在科学研究和工程应用等领域中会涉及到大量的科学
计算问题,自从计算机出现以来,人们就一直在使用计算
机这个有力的工具帮助解决科学计算问题,并由此发明了
许 多 用 于 科 学 计 算 的 程 序 语 言 , 如 BASIC 、
FORTRAN、C 等等。随着时代的变化、随着计算机的普
及和快速发展,计算机程序语言在不断地变化发展、在不
断地推陈出新。在当今时代, 什么程序语言是最流行的科
学计算语言呢?答案是 ——MATLAB 语言 。MATLAB
之所以能够成为最好的和最流行的科学计算语言, 是因为
它具有强大的科学计算及数据处理能力和出色的图形处理
功能等特点。
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1.1.1 MATLAB 具有强大的科学计算及数据处理能力
MATLAB 拥有 600 多个工程中要用到的数学运算函
数,可以方便地实现用户所需的各种计算功能。 函数中所
使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果,而且
经过了各种优化及容错处理,因此使用起来稳定性和可靠
性非常高,在通常情况下,可以用它来代替底层编程语
言,如 C 和 C++等。在计算要求相同的情况下,使用
MATLAB 的编程工作量会大大减少。 MATLAB 函数所
能解决的问题包括矩阵运算、多维数组操作(阵列运
算)、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学函数运
算、非线性方程求根、线性方程组的求解、微分方程及偏
微分方程组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计
分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、建模和动态仿
真等等。
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1.1.2 MATLAB 具有出色的图形处理功能
在科学计算中,往往需要用各种图形把数值计算的结
果形象地表现出来,以帮助人们更好地理解、认识和发现
其中的科学规律。 MATLAB 不仅提供数值计算功能和符
号运算功能,而且自诞生之日起就具有方便的数据可视化
功 能 , 使 计 算 结 果 的 可 视 化 要 求 得 到 充 分 满 足 。
MATLAB 在二维曲线和三维曲面的绘制和处理等方面的
功能比一般数据可视化软件更加完善,在一些其他软件所
没有的功能(例如图形的光照处理、色度处理以及四维数
据的表现等)方面也表现得非常出色。 在 MATLAB 6.x
中有一个对图形对象属性进行设置的图形属性编辑界面,
该界面比 MATLAB 5.x 中的界面功能更为全面,操作也
更为方便。 MATLAB 6.x 对图形的输出也做了适当的改
进,提供了更为丰富的属性设置,以提高图形输出的效
.
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果 。 对 一 些 特 殊 的 可 视 化 要 求 , 例 如 图 形 动 画 等 ,
MATLAB 也有相应的功能函数,保证了用户不同层次的
要求。另外,新版本的 MATLAB 还着重在图形用户界面
(GUI)的制作上做了很大的改善,对这方面有特殊要求
的用户也可以得到满足。
MATLAB 将数值计算功能、符号运算功能和图形处
理功能高度地集成在一起,在数值计算、符号运算和图形
处理上做到了无缝的衔接,极大地方便了用户,这是它在
科学计算中能得到广泛应用的重要原因之一。
1.1.3 MATLAB 程序语言简单易用
早期用于科学计算的计算机语言,由于计算机内存容
量和运算速度的限制等原因,常常要定义常量、变量、向
量和矩阵等的不同的数据类型,结果导致编程过于复杂
化。和这些语言不一样, MATLAB 语言对他们进行了高
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度抽象,实现了数据类型的高度统一,即常量、变量、向
量和矩阵等都具有相同的数据类型。 MATLAB 语言认为
所有的数据都是一个对象类,都具有相同的属性。因此,
用户不需要事先分别定义常量、变量、向量和矩阵等的数
据类型就可以直接使用他们(当然 MATLAB 的这种设计
思想是以高性能计算机的出现和普及作为前提条件的),
编程得到了很大简化。例如,在 MATLAB 中,基本的计
算单元用复双精度矩阵来表示,其大小是 n 行 m 列,矩
阵各数据元素存放在两个双精度向量中,一个存放实部数
据(指针 pr 指向它),另一个存放虚部数据(指针 pi 指
向它)。如果是实数,则复双精度矩阵中 pi 为空。复数
或实数则可以理解为 1×1 的矩阵。
MATLAB 语言是一种 “数学形式的语言 ”,它的操作
和功能函数指令就是用平时计算机和数学书上的英文单词
和符号来表达的,比 BASIC、FORTRAN 和 C 等语言更
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