matlab课件.ppt
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1、目录 第一章 Matlab7基础 第二章 数值向量和数组 第三章 字符串、单元数组和结构 第四章 数值计算功能 第五章 符号运算 第六章 图形处理第一章 MATLAB7基础 1-1 MATLAB简介 1-2 MATLAB的安装使用 1-3 MATLAB基本使用方法MATLAB的初步知识 MATLAB最初是由Cleve Moler用Fortran语言设计的,有关矩阵的算法来自Linpack和Eispack课题的研究成果;现在的MATLAB程序是MathWorks公司用 C语言开发的。 MATLAB作为美国 MathWorks公司开发的用于概念设计,算法开发,建模仿真,实时实现的理想的集成环境。是
2、目前最好的科学计算类软件。 MATLAB的主要应用领域(1)数值分析。(2)数值和符号计算。(3)工程与科学绘图。(4)控制系统的设计与仿针。(5)数字图像处理。(6)数字信号处理。(7)通讯系统设计与仿真。(8)财务与金融工程。MATLAB的优点 1. 容易使用 2. 可以由多种操作系统支持 3. 丰富的内部函数 4. 强大的图形和符号功能 5. 可以自动选择算法 6. 与其他软件和语言有良好的对接性MATLAB的缺点 运行效率较低 由于MATLAB是一种合成语言,因此,与一般的高级语言相比,用MATLAB编写的程序运行起来时间往往要长一些。 价格比较贵(这个很多人) 一般的用户可能支付不起
3、它的高昂费用(10000美金左右)。但是,购买MATLAB的昂贵费用在很大程度上可以由使用它所编写的程序的价值抵消MATLAB 7.1的新功能的新功能 提供了MATLAB、SIMULINK的升级以及其他最新的75个模块的升级 该版本不仅提高了产品质量,同时也提供了最新的用于数据分析、大规模建模、固定点开发和编码等新特征。MATLAB 7.1的安装 过程 用户在购买到正版MATLAB 7.1后,可以按照相关的说明进行安装,安装过程相对比较简单。这里不在赘述。安装MATLAB 7.1必须具有由Mathworks公司提供的合法个人使用许可,如果没有使用许可,用户将无法安装MATLAB。MATLAB
4、7.1用户界面概述 MATLAB 7.1的用户界面主要包括以下三个方面的内容: MATLAB 7.1的主菜单 MATLAB 7.1的工具栏 MATLAB 7.1的窗口1. MATLAB 7.1的主菜单-MATLAB 7.1的主菜单包括File、Edit、Debug(调试)、Desktop、Window和Help菜单。-可以执行的操作有New、Open、Undo、Redo、Cut、copy和Step等。2. MATLAB 7.1的工具栏 MATLAB 7.1的工具栏包括新建文件、打开文件、剪切、复制和粘贴等常用图标 同时,MATLAB 7.1的工具栏适时显示MATLAB 7.1的当前路径,用户还
5、可以通过工具栏来改变当前路径3. MATLAB 7.1的窗口 打开MATLAB 7.1,默认打开的窗口包括:(1)命令窗口(Command Window);(2)命令历史窗口(Command History);(3)工作间管理窗口(Workspace);(4)当前路径窗口(Current Directory) 此外,还有编译窗口、图形窗口和帮助窗口等其他种类的窗口 。(1) 命令窗口在默认设置下,命令窗口自动显示于MATLAB界面中,如果用户只想调出命令窗口,也可以选择Desktop | Desktop Layout | Command Window Only命令。MATLAB 7.1用户界面
6、的右侧窗口就为命令窗口。(1) 命令窗口 该窗口可以执行matlab语句、函数、命令和程序,也执行外部应用程序,同时还可以显示程序运行结果(2) 命令历史窗口 命令历史窗口显示用户在命令窗口中所输入的每条命令的历史记录,并标明使用时间,这样可以方便用户的查询。 如果用户想再次执行某条已经执行过的命令,只需在命令历史窗口中双击该命令。 (2) 命令历史窗口 可执行的操作如下: 1、单行或者多行指令的复制 2、单行指令的再运行(双击) 3、多行指令的再运行(鼠标右键evaluate selection) 4、将指令保存为M文件(creat M-file)(3) 工作间管理窗口 工作间管理窗口就是用
7、来显示当前计算机内存中MATLAB变量的名称、数学结构、该变量的字节数及其类型。 在默认设置下,工作间管理窗口自动显示于MATLAB界面中。(4)当前路径窗口 在默认设置下,当前路径窗口自动显示于MATLAB界面中,用户也可以选择Desktop| Current Directory命令调出或隐藏该命令窗口。 当前路径窗口显示着当前用户工作所在的路径(4)当前路径窗口 当前路径窗口又称为当前目录浏览器,可进行如下操作: 1、修改当前路径 2、打开在当前路径中的matlab文件 3、文件管理MATLAB 7.1的路径搜索 MATLAB 7.1有一个专门用于寻找“.m”文件的路径搜索器。“.m”文件
8、是以目录和文件夹的方式分布于文件系统中的,一部分“.m”文件的目录是MATLAB 7.1的子目录,由于MATLAB 7.1的一切操作都是在它的搜索路径(包括当前路径中)进行的,所以如果调用的函数在搜索路径之外,MATLAB 7.1就会认为此函数并不存在。MATLAB 7.1的路径搜索 (1)MATLAB 7.1的当前目录 在命令窗口中输入cd命令,并按Enter键确认,即显示有当前MATLAB 7.1工作所在目录。 cd( :系统提示符,在其后输入要执行的命令即可) C:MATLAB7.1work MATLAB 7.1的路径搜索 (2)MATLAB 7.1的路径搜索 选择MATLAB的主窗口中
9、File | Set Path命令 ,进入到设置路径搜索的对话框 ,用户可以设置新的路径使用帮助系统MATLAB 7.1为用户提供了非常完善的帮助系统,例如MATLAB 的在线帮助、帮助窗口、帮助提示、HTML格式的帮助、pdf格式的帮助文件及MATLAB 的示例和演示等。1.简单的数学运算 最简单的计算器使用法 标点符号的使用 (1)最简单的计算器使用法 直接输入法 3*30+3*35+4*30+4*32 ans = 443 存储变量法 grade1=3*30 grade1 = 90 grade2=105 total=grade1+grade2 total = 195 数值运算符号符 号功
10、能实 例+加法1+2-减法1-2*乘法1*2/、除法1/2或是12乘方21(2)常用标点符号标 点 符 号定 义标 点 符 号定 义;区分行,取消运行显示等.小数点以及域访问等,区分列,函数参数分隔符等连接语句:在数组中应用较多字符串的标识符号()指定运算优先级等=赋值符号矩阵定义的标志等!调用操作系统运算用于构成单元数组等%注释语句的标识应用举例 例 哈理工自动化08级有3个班,每班30人,09级有3个班,每班35人,10级有4个班,每班30人,11级有4个班,每班32人。求哈理工自动化本科一共有多少人。应用举例 grade1=3*30; grade2=3*35; grade3=4*30;
11、grade4=4*32; total=grade1+grade2+ grade3+grade4 total = 443 2.常用的操作命令和键盘技巧 在使用MATLAB 7.1语言编制程序时,掌握一些常用的操作命令和键盘操作技巧,可以起到事半功倍的效果 。(1)常用的操作命令命 令该命令的功能命 令该命令的功能cd显示或改变工作目录hold图形保持命令clc清除工作窗load加载指定文件的变量clear清除内存变量pack整理内存碎片clf清除图形窗口path显示搜索目录diary日志文件命令quit退出MATLAB 7dir显示当前目录下文件save保存内存变量到指定文件disp显示变量或文
12、字内容type显示文件内容echo工作窗信息显示开关(2)常用的键盘操作和快捷键键盘按钮和快捷键该操作的功能键盘按钮和快捷键该操作的功能(Ctrlp)调用上一行Home(Ctrla)光标置于当前行开头(Ctrln)调用下一行End(Ctrle)光标置于当前行结尾(Ctrlb)光标左移一个字符Esc(Ctrlu)清除当前输入行(Ctrlf)光标右移一个字符Del(Ctrld)删除光标处字符Ctrl光标左移一个单词Backspace(Ctrlh)删除光标前字符Ctrl光标右移一个单词AltBackSpace恢复上一次删除3.MATLAB 7.1的数据类型 常量和变量 常量 变量 浮点数和复数 浮点
13、数 复数(1)常量 在MATLAB中有一些特定的变量,它们已经被预定义了某个特定的值,因此这些变量被称为常量。MATLAB 7.1中的常量主要有pi、inf和eps等。常 量常量的功能常 量常量的功能ans用作结果的默认变量名nargin函数的输入参数个数beep使计算机发出“嘟嘟”声varagin可变的函数输入参数个数pi圆周率varagout可变的函数输出参数个数eps浮点数相对误差realmin最小的正浮点数inf无穷大realmax最大的正浮点数NaN或nan不定数bitmax最大的正整数i或j复数单位(2)变量 变量是MATLAB 7.1的基本元素之一,MATLAB 7.1语言不要求
14、对所使用的变量进行事先说明,而且它也不需要指定变量的类型,系统会根据该变量被赋予的值或对该变量所进行的操作来自动确定变量的类型。 变量名长度不超过31位,超过31位的字符系统将忽略不计 变量名区分大小写 变量名必须以字母开头,变量名中可以包含字母、数字或下划线,但不允许出现标点符号(3)浮点数 几乎在所有的情况下,MATLAB 7.1的数据都是以双精度数值来表示的,这些双精度数在系统内部用二进制来表示。这是计算机通常的表示数据的方式,但也带来了一些问题,比如有很多实数不能被精确地表示,对能够表示的值也有一个限制,并且还存在一个浮点相对误差限。 所谓相对误差限是指MATLAB 7.1语言能够区分
15、两个不同大小的数时,这两个数之间的最小差值。浮点数举例 下边3个式子的计算结果是相同的,但是由于这些数字都是使用二进制存储的,在使用双精度数来表达这些数时,往往就会出现一些误差 a=0.33-0.5+0.17 a = 2.7756e-017 b=0.33+0.17-0.5 b = 0 c=0.17-0.5+0.33 c = 5.5511e-017 (4)复数 MATLAB 7.1语言对复数的处理也是十分简便的,在处理复数问题时,不需要进行其他任何的附加操作。 a2=pi+3.14i a2 = 3.1416 + 3.1400i b=4*(1+3/sqrt(-1) b = 4.0000 -12.0
16、000i 复数的数学运算 举例 a=1+2*i a = 1.0000 + 2.0000i b=3-4i b = 3.0000 - 4.0000i c=pi+sin(pi/2)*i c = 3.1416 + 1.0000i d=a+b d = 4.0000 - 2.0000i第二章 数值向量和数组 向量及其运算方法 数组及其运算方法 多项式的创建和运算方法 关系和逻辑运算1.向量及其运算 在命令窗口中直接输入向量 等差元素向量的生成 向量与数的四则运算 向量与向量之间的加减运算 点积、叉积和混合积(1)在命令窗口中直接输入向量在在MATLAB 7.1中,生成向量最中,生成向量最简单的方法就是在命
17、令窗口中按简单的方法就是在命令窗口中按一定格式直接输入。输入的格式一定格式直接输入。输入的格式要求是,向量元素用要求是,向量元素用“ ”括起来,括起来,元素之间用空格、逗号或者分号元素之间用空格、逗号或者分号相隔。需要注意的是,用它们相相隔。需要注意的是,用它们相隔生成的向量形式是不相同的:隔生成的向量形式是不相同的:用空格或逗号生成行向量;用分用空格或逗号生成行向量;用分号生成列向量。号生成列向量。 a2=15,21,27,93,101; a1=15;21;27;93;101; a1 a1 = 15 21 27 93 101 a2 a2 = 15 21 27 93 101 (2)等差元素向量
18、的生成 当向量的元素过多,同当向量的元素过多,同时向量各元素有等差的时向量各元素有等差的规律,此时采用直接输规律,此时采用直接输入法将过于繁琐。针对入法将过于繁琐。针对该种情况该种情况 ,可以使用冒,可以使用冒号号(:) 和和linspace函数来函数来生成等差元素向量。生成等差元素向量。 vec1=10:5:60 vec1 = 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 vec2=linspace (10,60,11) vec2 = 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60(3) 向量与数的四则运算 向量与数的加法向量与数的加法(减法减法):向量
19、中的每个元素与向量中的每个元素与数的加法数的加法(减法减法)运算。运算。 向量与数的乘法向量与数的乘法(除法除法):向量中的每个元素与向量中的每个元素与数的乘法数的乘法(除法除法)运算。运算。 vec1=80:-9:10 vec1 = 80 71 62 53 44 35 26 17 vec1+101 ans = 181 172 163 154 145 136 127 118 (4)向量与向量之间的加减运算 向量与向量的加法向量与向量的加法(减法减法)运算:向量中的每个元运算:向量中的每个元素与另一个向量中相对应的元素的加法素与另一个向量中相对应的元素的加法(减法减法)运运算。算。 vec1=l
20、inspace(200,500,7) vec2=linspace(900,600,7) vec3=vec1+vec2 vec3 = Columns 1 through 5 1100 1100 1100 1100 1100 Columns 6 through 7 1100 1100 (5) 点积、叉积和混合积 两个向量的点积等于其中一个向量的模与另一个两个向量的点积等于其中一个向量的模与另一个向量在这个向量的方向上的投影的乘积向量在这个向量的方向上的投影的乘积 叉积的几何意义是指过两个相交向量的交点,并叉积的几何意义是指过两个相交向量的交点,并与此两向量所在平面垂直的向量与此两向量所在平面垂直的
21、向量 向量的混合积的几何意义是它的绝对值表示以向向量的混合积的几何意义是它的绝对值表示以向量为棱的平行六面体的体积量为棱的平行六面体的体积 点积、叉积运算举例 点积 运算 x1=11 22 33 44 x2=1,2,3,4 a=dot(x1,x2) a = 330 sum(x1.*x2) ans = 330 叉积运算 x1=11 22 33 x1 = 11 22 33 x2=1 2 3 x2 = 1 2 3 x3=cross(x1,x2) x3 = 0 0 02. 数组及其运算 数组寻址和排序 数组的基本数值运算 数组的关系运算 数组的逻辑运算 (1) 数组寻址和排序 通过对数组下表的访问来实
22、现数组寻址 A=rand(1,5) A = 0.9501 0.2311 0.6068 0.4860 0.8913 A(4) ans = 0.4860 A(2:3) ans = 0.2311 0.6068 使用sort函数对数组进行排序 X = 3 7 5; 0 4 2 sort(X,1) ans = 0 4 2 3 7 5 sort(X,2) ans = 3 5 7 0 2 4(2)数组的基本数值运算 数组的加法(减法) 数组的乘法(除法) 数组的乘方数值运算举例 加减法 X=1 4 7; Y=2 5 8; Z=X-Y Z = -1 -1 -1 V=X+Y V = 3 9 15 乘方 X=1
23、4 7 X = 1 4 7 Y=2 5 8 Y = 2 5 8 Z=X.Y Z = 1 1024 5764801(3)数组的关系运算 两个数通常可以用6种关系来进行描述:小于()、小于等于()、大于等于( =)、等于(= =)和不等于( =) 比较两个元素的大小时,如果结果为1,则表明关系式为真;如果结果为0,则表明关系式为假。例如关系式4+3 P=3 5 0 1 0 12 P = 3 5 0 1 0 12 y=poly2sym(P) y = 3*x5+5*x4+x2+12 disp(y) 3*x5+5*x4+x2+12 特征多项式输入法 MATLAB 7.1提供了poly函数,使用它可以由矩
24、阵的特征多项式创建多项式。使用该方法生成多项式时,其首项的系数必为1 。 A= 3 1 4 1; 5 9 2 6;5 3 5 8; 9 7 9 3 A = 3 1 4 1 5 9 2 6 5 3 5 8 9 7 9 3 p=poly(A); disp(poly2sym(p) x4-20*x3-16*x2+480*x+98 由多项式的根逆推多项式 如果已知某个多项式的根,那么,使用poly函数,可以很轻松地产生其对应的多项式。 roots=-4 -2+2i -2-2i 5 roots = -4.0000 -2.0000 + 2.0000i -2.0000 - 2.0000i 5.0000 p=p
25、oly(roots) p = 1 3 -16 -88 -160 disp(poly2sym(p) x4+3*x3-16*x2-88*x-160 (2)多项式的运算 多项式的求值 求多项式的根 多项式的四则运算 多项式的求值 MATLAB 7.1提供了两个函数来对多项式进行求值,即polyval和polyvalm。前者以数组为计算单位,后者以矩阵为计算单位。 p=1.0000 -20.0000 -16.0000 480.0000 98.0000 p = 1 -20 -16 480 98 x=4 x = 4 polyval(p,x) ans = 738求多项式的根 在MATLAB 7.1语言里,多
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