1、MATLAB及其應用MATLAB and Its Application武漢大學電子信息學院課程郵箱：whumatlab2013keyword: matlab2013 學習目的：l 掌握用計算機建模、計算，以及用圖表形象表達分析結果從而促進邏輯思維的系統方法。l 縮短研究周期，加快探索步伐，激發創作靈感。l 不希望學生在編程上化太多時間，課程目的不是學習編程。l 緊密結合科學的前沿。l 論文=Matlab+word 。MATLAB的特點：l 編寫程序猶如在演算紙上排列出公式與求解問題。l 語法非常簡單，編程效率高，易學易懂，方便實用。沒有編程基礎的學生也可以很快地編寫出程序。l 可以直接在Wo

2、rd中被調用，使用相當方便實用。l 強大的科學計算能力、卓越的可視化功能、開放式可擴展環境。不同的應用學科 幾十種應用工具箱a.研究人員可以直觀、方便地進行分析、計算和設計工作，b.應用工具箱可以更進一步簡化編程，甚至給很復雜的問題提供“傻瓜照相式”的解決辦法，極大地提高了工作效率。l 可實現MATLAB與Visual C+等通用編程平臺的混合編程。取長補短，以提高程序的運行效率，豐富程序開發的手段。課程主要內容：基礎準備及入門符號計算數值數組及向量化運算數值計算數據和函數的可視化M文件Notebook.教 材： MATLAB教程R2014a（2015年修訂） 2015年印刷,張志涌等編著，北

3、京航空航天大學出版社 參考文獻：精通MATLAB R2011a， 張志涌等編著，北京航空航天大學出版社， 2011-11-1MATLAB在數學建模中的應用， 卓金武主編，北京航空航天大學出版社，2011.網上資源：國內中文站點：1. MATLAB教學網 2. 國外站點： 1. MathWorks公司主頁 24第 1 章 基礎準備及入門1.1 MATLAB的安裝MathWorks公司每年進行兩次產品發布，時間分別在每年的3月和9月。MATLAB只有在適當的外部環境中才能正常運行。在安裝MATLAB.R2014a時，會出現一個安裝界面。圖 1.1-1 MATLAB組件選擇界面表1.1-1 MATL

4、AB各組件的功用組 件 名 稱功 用1必須選擇的本原性組件MATLAB這是最核心的部分。沒有它就沒有MATLAB環境。有了它，就可以對各類數據（除符號類數據以外）進行操作、運算和可視化。2最常選的通用性工具包組件Symbolic Math Toolbox符號類數據的操作和計算。3其他通用性工具包組件Simulink不用編寫程序，利用方塊圖實現建模和仿真；主要用于研究微分和差分方程描寫的非線性動態系統。Optimization Toolbox包含求函數零點、極值、規劃等優化程序。Matlab Compiler把MATLAB的M文件編譯成獨立應用程序。Matlab builder for Exce

5、l與MATLAB Compiler配合使用，生成Excel插件。4常用專業性工具包組件Control System ToolboxMATLAB涉及控制的工具包有10多個，而本欄工具包是最基本的，是解決控制問題所必選的。至于其他控制工具包則是用戶根據需要選擇的。Signal Processing Toolbox是MATLAB信號處理中的基本工具包。Spline Toolbox內含樣條和插值函數。Statistics Toolbox包含進行復雜統計分析所需的程序。5其他專業性工具包組件（舉例）Stateflow與Simulink配合使用，主要用于較大型、復雜的（離散事件）動態系統的建模、分析、仿真

6、。System Identification Toolbox動態系統辨識。.安裝后有兩個主要目錄：1、 C:Program FilesMATLABR2014a 程序目錄2、 C:UsersuserDocumentsMATLAB 工作目錄1.2 MATLAB桌面1.2.1 MATLAB的啟動點擊圖標1.2.2 操作桌面簡介三個通欄工具帶三個功能窗口：命令行窗、當前文件夾、工作區1.3 指令窗運行入門1.3.1 指令窗簡介圖 1.3-1 指令窗被最大化的桌面最小化工具條，隱藏圖標。復原鍵1.3.2 最簡單的計算器使用法【例1.3-1】求 的算術運算結果。本例演示：最初步的指令輸入形式和必需的操作步

7、驟。練習輸入(12+2*(7-4)/32 說明為命令提示符l 一條指令輸入結束后，必須按 Enter 鍵，那指令才被執行。l 由于本例輸入指令是“不含賦值號的表達式”，所以計算結果被賦給MATLAB的一個默認變量“ans”。它是英文“answer”的縮寫。打開notebook時，提示：若要在64位系統上使用，則必須更新此項目中的代碼。請檢查并更新Declare 語句，然后用PtrSafe 屬性標記它們。解決方案：Declare Function 替換為Declare PtrSafe Function 【例1.3-2】“續行輸入”法由于指令太長，或出于某種需要，輸入指令行必須多行書寫時，該如何處

8、理？S=1-1/2+1/3-1/4+ .1/5-1/6+1/7-1/8 換行的辦法有四種：Enter鍵Shift +Enter；區別是什么？說明l 指令執行后，變量S被保存在 MATLAB 的工作空間（Workspace）中，以備后用。1.3.3 數值、變量和表達式1 數值的記述（1）變量賦值數值運算的前提參與運算的變量要被賦值；如a*b，要先賦值a和b（2）輸入數值的M碼表述MATLAB的數值采用習慣的十進制表示，可以帶小數點或負號。以下記述都合法。3-990.0019.4561.3e-34.5e33相對精度2-522 變量命名規則l 變量名、函數名是對字母大小寫敏感的。如：變量myvar和

9、MyVar表示兩個不同的變量。sin是MATLAB定義的正弦函數名，但SIN,Sin等都不是。l 變量名的第一個字符必須是英文字母，最多可包含63個字符（英文、數字和下連符）。如：myvar201是合法的變量名。l 變量名中不得包含空格、標點、運算符，但可以包含下連符。如變量名my_var_201是合法的，且讀起來更方便。而my,var201由于逗號的分隔，表示的就不是一個變量名。忌諱：不用關鍵詞、自用變量名、函數名、目錄名自用變量名eps=1 cleareps 函數名sin=1 怎么知道不是關鍵詞iskeyword VarNameiskeyword if 怎么知道不是變量名、函數名、目錄名e

10、xist VarName clear;a=1;exist a 0namedoes not exist.1nameis a variable in the workspace.2One of the following is true: nameexists on your MATLABsearch path as a file with extension.m. nameis the name of an ordinary file on your MATLAB search path. nameis the full pathname to any file.3nameexists as a

11、 MEX-file on your MATLAB search path.4nameexists as a Simulinkmodel or library file on your MATLAB search path.5nameis a built-in MATLAB function.6nameis a P-file on your MATLAB search path.7nameis a folder.8nameis a class.(existreturns 0 for Java classes if you start MATLAB with the-nojvmoption.)3.

12、 MATLAB默認的預定義變量（Predefined Variable）表1.3-1 MATLAB中最常用的預定義變量預定義變量含 義預定義變量含 義ans計算結果的默認變量名NaN 或 nan不是一個數（Not a Number），如0/0，eps浮點數相對精度2-52Inf或inf無窮大，如1/0nargin函數輸入宗量數目i 或 j虛單元nargout函數輸出宗量數目pi圓周率 realmax最大正實數1.7977e+308realmin最小正實數 2.2251e-308intmax最大正整數intmin最小負整數預定義變量可以賦值，退出matalb 以及clear 恢復預定義值 【例】

13、format long pi 1/0 0/0 realmaxrealmin eps eps returns the distance from 1.0 to the next largest double-precision number, that is eps = 2(-52).eps(2) ？ matlab中識別的最小的數值是多少1+eps=1 1+eps/2=1 說明：l 建議：用戶在編寫指令和程序時，應盡可能不對表1.3-1所列預定義變量名重新賦值，以免產生混淆。l 被 0 除是允許的。它不會導致程序執行的中斷，只是在給出警告信息的同時，用一個特殊名稱（如Inf，NaN）記述。 4

14、運算符和表達式（1）經典教科書上的算術運算符在MATLAB中的表達方式表 1.3-2 MATLAB表達式的基本運算符矩陣運算規則算術運算名稱加減矩陣乘矩陣左除矩陣右除矩陣冪算符+-*/數組運算規則算術運算Arithmetic Operations算符.*. 或 ./.名稱加減數組乘數組左除或數組右除數組冪關系運算Relational Operations算符=后面按“上箭頭”選擇按鍵，（2）點亮所需命令 具體操作過程： Ctrl + 鼠標左鍵 點亮指令點擊鼠標右鍵，引出菜單創建腳本說明l 單行歷史指令的再運行操作更簡單，用鼠標左鍵雙擊所需的那行指令即可。1.7 幫助系統及其使用面對不斷變化的實

15、際問題，常常產生兩類困惑：1. 知道具體指令，但不知道該怎么用；2. 想解某個具體問題，不知道MATLAB有哪些指令可用，如何用？MATLAB幫助系統促進我們：運用MATLAB資源，快捷、可靠、有效地獨立解決自己面臨的各種問題表1.7-1 MATLAB的幫助體系子系統名稱特 點資 源以M文件頭部注釋為資源的幫助系統文本形式；最可信、最原始；不適于系統閱讀所有M文件的幫助注釋內容；包含在M文件之中以HTML和XML文檔為資源的瀏覽器幫助系統HTML形式；系統敘述MATLAB規則，一般用法；適于系統閱讀和交叉查閱位于matlabhelp目錄下；HTML和XML文件，物理上獨立于M文件HTML：超文

16、本標記語言XML： 可擴展標記語言1.7.1 瀏覽器幫助系統搜索技巧：1、通配符*2、邏輯符AND、OR、NOT3、精配符 函數命令瀏覽器1.7.2 命令窗口幫助系統1.7.2.1 命令窗口現場提示函數全名（，自動提示1.7.2.2 函數搜索指令知道具體函數指令名稱，但不知道該函數如何使用函數搜索指令的調用：help列出所有函數分組名（Topic Name）help TopicName列出指定名稱函數組中的所有函數help FunName給出指定名稱函數的使用方法helpwin列出所有函數分組名（Topic Name）helpwin TopicName列出指定名稱函數組中的所有函數helpwi

17、n FunName給出指定名稱函數的使用方法doc ToolboxName列出指定名稱工具包中的所有函數名doc FunName給出指定名稱函數的使用方法l help 搜索的資源是M文件幫助注釋區的內容：函數的調用格式和輸入輸出量含義l helpwin搜索的資源還是M文件幫助注釋區的內容。“比較方便的超文本”l doc搜索是在HTML文件構成的幫助子系統中進行的。內容比M文件幫助注釋詳細。1.7.2.3 詞條搜索指令“想解某具體問題，但不知道有哪些函數指令可以使用”的場合lookfor KeyWord對M文件H1行進行單詞條檢索docsearch( KeyWord1 KeyWord2 KeyWordn )對HTML子系統進行多詞條檢索說明l KeyWord, KeyWord1, KeyWord2, KeyWord3分別是待檢索的詞條 表示邏輯運算符。代表 OR, AND, NOT中的任意一個待索詞條、邏輯符之間用“空格”分隔l lookfor搜索的資源是M文件幫助注釋區中的第一行（簡稱H1行）。l docsearch搜索在HTML文件構成的幫助子系統中進行搜索到的內容較詳細習題 11. 請指出如下5個變量名中，哪些是合法的？abcd-2xyz_33chana變量ABCDefgh2. 在指令窗中，運行指令a=sqrt(2)。然后請回答以下問題：計算結果a是精準的嗎？該計算結