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MATLAB基础知识.docx
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第 9 章 MATLAB基础知识
数学建模和数学分析是工科类专业学生学习的基础,同时也是工程设计中的首要工作,
随着现代系统的大规模发展趋势,所需的数学运算日益复杂,特别是对于矩阵运算的要求逐
渐增多,这些工作已经难以以手工完成,因此,随着科学技术的前进以及计算机技术的日益
完善,一些便于实现的仿真应用软件逐步在科技领域占了重要的地位。仿真软件不同于编程
软件,作为一种分析工具,它们在人机交互式方面有着极大的优越性,人们可以不必对编程
所用语言下很大的工夫去学习它,从而可以节省大量的时间用于科学研究,提高了工作进程
和效率。
MATLAB软件包最早由美国 Mathwork 公司于 1967 年推出,是“Matrix Laboratory”的
缩写,早期是为了实现一些矩阵运算;而随着这种软件的逐步发展,它以计算及绘图功能强
大的优势逐渐渗入到了各个工程领域,比如数学、物理、力学、信号分析以及数字信号处理
等,目前已是深受工程师们喜爱的一种分析工具,目前该软件已经发展到了 Matlab7.0 版本。
Matlab 大大降低了对使用者数学基础和计算机语言知识方面的要求,而且编程效率较高,
还可以直接在计算机上输出结果和精美的图形。
9.1 MATLAB语言概述
9.1.1 Matlab语言的特点
1. 编程效率高
作为一种面向工程的高级语言,Matlab 允许用数学形式的语言来编写程序,这种编程
语言和其它诸如 C、Fortran 等语言相比,其语言格式更接近于我们平时的书写习惯,因此,
Matlab 又被称为纸式算法语言。由于其编写程序简单,因此编程效率高,易学易懂,初学
者在几小时之内便可以达到简单操作的程度。
另外在 Matlab 中还可以调用 C 和 Fortran 子程序,而且调用格式非常简单。
采用交互式人机界面,用户使用方便
2.
Matlab 语言为解释型操作,人们可以在每条指令之后马上得到该指令执行的结果;同
时在执行的过程中如发现指令有错,在屏幕上马上会出现出错提示。该语言提供了丰富的在
线帮助功能,想了解指令或操作的格式、功能等,只要在窗口输入‘HELP 指令’,该指令
的格式、功能等便能马上在屏幕上显示出来。
3. 语句简单,涵盖丰富
Matlab 语言中有丰富库函数功能,这些函数功能和 C 语言中的函数一样使用方便,而
且 Matlab 的函数调用起来要更方便,更接近于生活语言。这些函数包括常用的数学计算,
绘图以及一些扩展工具箱。
4. 具有多个功能强大的应用工具箱
Matlab 中包括了一些扩展的函数功能,一般称为工具箱,这些工具箱实际上是一些功
能函数集,每一个工具箱适用于各自不同的科学分析领域。现在 Matlab 中已有系统分析、
信号处理、图象处理、DSP 等多个工具箱,而且 Matlab 所包括的工具箱还在不断地被扩展。
5. 方便的计算和绘图功能
Matlab 中的很多运算符不仅可以用于数值计算,而且有很多运算符只要增加一个‘ ’
便可以用于矩阵运算,另外在 Matlab 中还给出了适用于不同领域的特殊函数,使得一些诸
如卷积等的复杂运算也可以很方便的得到解决;Matlab 的绘图函数十分丰富,用适用于不
同坐标系的绘图语句,还可方便地在所绘图形上标注横、纵坐标变量、图形名称等。另外,
在调用绘图语句时,只需改变函数变量,就可以绘出不同颜色、不同风格的线或图。
9.1.2 Matlab命令的结构
MATLAB语言的典型结构为:
MATLAB语言=窗口命令+M 文件
Matlab 的命令窗口就是其工作空间,也是 Matlab 运行的屏幕环境,在这种环境下输入
的 Matlab 语句,称为“窗口命令”。所谓窗口命令,就是在上述环境下输入的 Matlab 语句
并直接执行它们完成相应的运算、绘图等。
但对于复杂功能,Matlab 利用了 M 文件。Matlab 的程序可以向下兼容。
M 文件由一系列 Matlab 语句组成,在 Matlab 的编辑窗口完成输入。它既可以是一系列
窗口命令,又可以是由各种控制语句和说明语句构成的函数
。
9.1.3 Matlab的库函数
库函数是系统根据需要编制好了,提供用户使用的函数,用户使用它们时,只要写出函
数名,调整函数参量,无须再编写该函数的程序。
各种不同版本的 Matlab 都提供了一批库函数,但其提供的库函数的数目不同,函数名
和函数功能也不完全一样。
常用的库函数包括一些基本数学函数、字符与字符串函数、输入输出函数等
除了基本库函数外,不同版本的 Matlab 还增加了不同的有专门功能的功能库函数,也
称为工具箱,例如信号处理工具箱、控制系统工具箱等。
9.1.4 Matlab命令的执行
一般常用的有两个窗口,“命令窗口”和“调试窗口”,用户可以在“调试窗口”中输入
自己编制的程序以及对程序进行修改和调试。程序输入后应该进行存盘操作,文件名按规定
选择,开头必须为字母,长度不能超过 19 个字符,文件名前 19 个字符相同的文件按同一文
件处理;在“命令窗口”中用户可以执行 Matlab 命令或将用户编制的文件以命令形式在界
面上运行。
执行 M 文件的方法有两个,一是直接在调试窗口中利用功能菜单的调试命令完成。;二
是将在“调试窗口”中存好的 M 文件的文件名在“命令窗口”中输入后按回车即可
9.1.5 数据的输入和结果输出
Matlab 的文件格式为固定格式,由于其数据输入极为简单,因而对少量的数据输入,
不需要花费很多的时间。
Matlab 的结果输出有数据输出(包括表达式)和图形输出两种,数据结果会直接输出
到命令窗口中,图形则在专门的图形窗口中显示。
9.1.6 环境参数
操作系统中的 PATH是很常见的,MATLABPATH 也是 Matlab 中很重要的环境参数,设
置好适当的 MATLABPATH以后,Matlab 可以方便地调用任何地方的 M 文件和运行可执行
文件。
如果在 Matlab 中输入一个名字,例如 abc,则 Matlab 会按以下顺序做
1. 看 abc 是否为工作空间中的变量
2. 检查 abc 是否是一个内部变量
3. 在当前目录中寻找 abc.MEX 或 abc.M 文件,假若两个文件同时存在,则 abc.MEX
优先考虑。
4. 根据环境参数 MATLABPATH 指定的搜索路径来寻找包含 abc.MEX 或 abc.M 的目
录
MATLABPATH已经在 Matlab 进行安装时自动设置好,它包括了除 Matlab 的工作目录
(MATLAB/BIN)之外的所有其他 Matlab 的子目录。
用户也可以增加或修改 MATLABPATH的内容来增加或修改搜索路径,以便建立一些特
殊的、专用的文件库,修改 MATLABPATH 可以用 Matlab 的 PATH命令,但是这种修改不
能被保存下来,在退出 Matlab 后就自动取消,要保持的 MATLABPATH设置可以通过编辑
的启动控制文件—MATLABC.M来实现。
9.1.7 命令与文件的编辑和建立
1. 命令行的编辑
鼠标和键盘上的箭头等可以帮助修改输入的错误命令和重新显示前面输入过的命令
行。例如准备输入:
y=square(pi*x);
而误将 square 拼写成了 squae,MATLAB将返回出错信息:
???Undefined function or variable squae
其中???是出错信息的提示符,说明输入有 MATLAB 不能识别的命令。此时只须按上下箭头,
刚才输入的命令即可重新显示在屏幕上。这时利用鼠标或键盘,将光标置于 e 的位置,再输
入字符 r 即可。回车后,屏幕将给出命令执行的结果。先前输入的命令存放在内存中。由于
内存缓冲区的大小有限,只能容纳最后输入的一定量的命令行,因而可重新调用的也是后面
输入的一定数据的命令行。下表 9-1 是一些编辑键及其功能:
表 9-1 MATLAB 的编辑键及功能
命令行编辑和重新调出键
↑
↓
←
→
光标右移一个字
光标移到行首
光标移到行尾
删除光标所在位置的字符
Backspace 删除光标所在位置左边的一个字符
若在提示符下输入一些字符,则↑键将重新调出以这些字符为开头的命令行。
这里没有插入和改写的转换操作,因为光标所在处总是执行插入的功能。
如果使用鼠标,会使这些操作更为方便。把鼠标放到光标移到位置,并定位即完成光标
移动。利用鼠标,还可以方便地完成字符串的选择、复制和删除。
2. 文件的编辑与建立
一般我们常用的建立 M 文件的途径是利用 Matlab提供的 M 文件窗口。
①建立新的 M 文件
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