《MATLAB概述》PPT课件.ppt
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1、MATLAB基础尚涛,电子信息工程学院尚涛,电子信息工程学院Tel:010-823172221 通过本课程的学习,使学生初步掌握初步掌握当前流行的MATLAB语言的基础知识基础知识,学会运用MATLAB进行科学数据处理、计算和建模的基本基本技能技能,为今后从事毕业设计、工程设计、产品开发和科学研究打下较好的基础。课程任务2教学内容与学时安排第一节第一节 概述及运算基础(概述及运算基础(2 2)第二节第二节 数值运算和符号运算数值运算和符号运算 (2 2)第三节第三节 MATLABMATLAB绘图绘图(2 2)第四节第四节 MATLABMATLAB语言程序设计语言程序设计(2 2)考试形式总学时
2、:16(其中上机学时8)平时成绩(10%)+实验成绩(40%)+期末考试(50%)3蔡多多390221 390222冯珂390223 390224陈乐文390225 390226陈庆余390241 390271 390291平时成绩:出席,每节由教辅统计实验:实验结果和实验报告(周一-周四)考试:9月15日周三下午7 8节 地点(再通知)4本课程选用教材MATLABMATLAB基础及应用基础及应用张学敏 编著中国电力出版社2009年2月 5参考书目l刘同娟,郭键,刘军,刘同娟,郭键,刘军,MATLAB建模、仿真及应用,建模、仿真及应用,北京:中国电力出版社,北京:中国电力出版社,2009 年年
3、4月。月。l胡良剑,孙晓君,胡良剑,孙晓君,MATLAB数学实验,北京:高等教数学实验,北京:高等教育出版社,育出版社,2006年年6月。月。l马莉,马莉,MATLAB数学实验与建模,北京:清华大学出数学实验与建模,北京:清华大学出版社,版社,2010年年1月。月。l张圣勤,张圣勤,MATLAB 7.0实用教程,北京:机械工业出版实用教程,北京:机械工业出版社,社,2006年年7月。月。l陈怀琛,吴大正,高西全,陈怀琛,吴大正,高西全,MATLAB及在电子信息课及在电子信息课程中的应用(第程中的应用(第3版),北京:电子工业出版社,版),北京:电子工业出版社,2006年年3月。月。lhttp:
4、/ Learning MATLAB Using the Control System Toolbox.6仿真软件的简介1 1、程序编程阶段:所有问题(如:微分方程求所有问题(如:微分方程求解、矩阵运算、绘图等)都是用高级算法语言解、矩阵运算、绘图等)都是用高级算法语言(如如C C、FORTRANFORTRAN等)来编写。等)来编写。2 2、程序软件包阶段:出现了出现了“应用子程序库应用子程序库”。3 3、交互式语言阶段(仿真语言:仿真语言可用一仿真语言可用一条指令实现某种功能,如条指令实现某种功能,如“系统特征值的求解系统特征值的求解”,使用人员不必考虑什么算法,以及如何实,使用人员不必考虑什
5、么算法,以及如何实现等低级问题。现等低级问题。4、模型化图形组态阶段:符合设计人员对基于模符合设计人员对基于模型图形化的描述。型图形化的描述。一、仿真的发展7二、仿真的分类v 按模型分类按模型分类1、物理仿真:采用物理模型,有实物介入!、物理仿真:采用物理模型,有实物介入!l具有效果逼真,精度高等优点,但造价高或耗时长,具有效果逼真,精度高等优点,但造价高或耗时长,大多在一些特殊场合下采用(如导弹、卫星一类飞行大多在一些特殊场合下采用(如导弹、卫星一类飞行器的动态仿真,发电站综合调度仿真与培训系统等),器的动态仿真,发电站综合调度仿真与培训系统等),具有实时性、在线的特点。具有实时性、在线的特
6、点。2、数学仿真:采用数学模型、数学仿真:采用数学模型l在计算机上进行,具有非实时性、离线的特点,经济、在计算机上进行,具有非实时性、离线的特点,经济、快速、实用。快速、实用。8v按计算机类型分类按计算机类型分类1、模拟仿真:采用数学模型,在模拟计算机上进行的、模拟仿真:采用数学模型,在模拟计算机上进行的实验研究。实验研究。50年代年代2、数字仿真:采用数学模型,在数字计算机上借助于、数字仿真:采用数学模型,在数字计算机上借助于数值计算方法所进行的仿真实验。数值计算方法所进行的仿真实验。60年代年代3、混合仿真:结合了模拟仿真与数字仿真。、混合仿真:结合了模拟仿真与数字仿真。4、现代计算机仿真
7、:采用先进的微型计算机,基于专、现代计算机仿真:采用先进的微型计算机,基于专用的仿真软件、仿真语言来实现,其数值计算功能强用的仿真软件、仿真语言来实现,其数值计算功能强大,使用方便,易学。大,使用方便,易学。80年代以来年代以来9三、常见的几种仿真软件lPSPICE、ORCAD:通用的电子电路仿真软件,适通用的电子电路仿真软件,适合于元件级仿真。合于元件级仿真。lSYSTEM VIEW:系统级的电路动态仿真软件系统级的电路动态仿真软件lNS2 OPNET GlobeSim:网络协议仿真软件网络协议仿真软件lMATLAB:具有强大的数值计算能力,包含各种工具有强大的数值计算能力,包含各种工具箱,
8、其程序不能脱离具箱,其程序不能脱离MATLAB环境而运行,所以环境而运行,所以严格讲,严格讲,MATLAB不是一种计算机语言,而是一种不是一种计算机语言,而是一种高级的科学分析与计算软件。高级的科学分析与计算软件。lSIMULINK:是:是MATLAB附带的基于模型化图形组附带的基于模型化图形组态的动态仿真环境。态的动态仿真环境。10电子信息工程学院网络与信息安全实验室Ad hoc 网络安全协议仿真软件网络安全协议仿真软件11计算机学院虚拟现实技术与系统国家重点实验室l支持异地分布式虚拟现实研究与开发的支撑环支持异地分布式虚拟现实研究与开发的支撑环境境DVENET、分布交互仿真开发与运行平台、
9、分布交互仿真开发与运行平台BH HLA/RTI 12四、仿真技术的应用1、航空与航天工业、航空与航天工业2、电力工业、电力工业3、原子能工业、原子能工业4、石油、化工及冶金工业、石油、化工及冶金工业5、非工程领域、非工程领域l医学医学l社会学社会学l宏观经济与商业策略的研究宏观经济与商业策略的研究13五、应用仿真技术的意义1、经济,采用仿真实验仅需成本的、经济,采用仿真实验仅需成本的1/101/5,而且,而且设备可以重复使用。设备可以重复使用。2、安全,采用仿真实验可以有效降低危险程度,对、安全,采用仿真实验可以有效降低危险程度,对系统的研究起到保障作用。系统的研究起到保障作用。3、快捷,提高
10、设计效率:比如电路设计,服装设计、快捷,提高设计效率:比如电路设计,服装设计等等。等等。4、具有优化设计和预测的特殊功能、具有优化设计和预测的特殊功能14六、仿真技术的发展趋势1、硬件方面:基于多、硬件方面:基于多CPU并行处理技术的全数字仿真并行处理技术的全数字仿真将有效提高仿真系统的速度,大大增强数字仿真的实将有效提高仿真系统的速度,大大增强数字仿真的实时性时性。2、应用软件方面:直接面向用户的数字仿真软件不断、应用软件方面:直接面向用户的数字仿真软件不断推陈出新,各种专家系统与智能化技术将更深入地应推陈出新,各种专家系统与智能化技术将更深入地应用于仿真软件开发之中,使得在人机界面、结果输
11、出、用于仿真软件开发之中,使得在人机界面、结果输出、综合评判等方面达到更理想的境界。综合评判等方面达到更理想的境界。3、分布式数字仿真:充分利用网络技术,协调合作,、分布式数字仿真:充分利用网络技术,协调合作,投资少,效果好。投资少,效果好。4、虚拟现实技术:综合了计算机图形技术、多媒体技、虚拟现实技术:综合了计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术、显示技术以及仿真技术等多学科,术、传感器技术、显示技术以及仿真技术等多学科,使人置身于真实环境之中。使人置身于真实环境之中。15第第1讲讲 MATLAB概述及运算基础概述及运算基础l尚涛,电子信息工程学院尚涛,电子信息工程学院lTel:010-82
12、31722216本讲目标l了解MATLAB的基本知识l熟悉MATLAB的开发环境l掌握利用MATLAB进行基本运算的方法17主要内容l1.1 科学工程计算与科学工程计算与MATLABl1.2 基本运算功能基本运算功能l1.3 基本数据类型基本数据类型l1.4 数学函数数学函数181.1科学工程计算与MATLABl科学研究和工程实践中的计算问题科学研究和工程实践中的计算问题l简单问题:计算器或直接手工推导l复杂问题:计算机编程l计算机编程计算机编程l高级编程语言lMicrosoft:VisualC+、VisualBasiclBorland:Delphi、C+BuilderlSun:Javal科学
13、计算软件工具lMathWorks:MATLAB19科研和工程技术人员的首选MATLABlMATLAB具有用法简单、灵具有用法简单、灵活、结构性强、延展性好等优活、结构性强、延展性好等优点,逐渐成为科技计算、视图点,逐渐成为科技计算、视图交互系统和程序中的首选语言交互系统和程序中的首选语言工具。工具。l功能强大的数值运算功能l强大的图形处理能力l高级但简单的程序环境l丰富的工具箱与模块集l易于扩充20MATLAB是什么?MATLAB(MATrix LABoratory)是)是一种以矩一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言,着重针对科学阵运算为基础的交互式程序语言,着重针对科学计算、工程计算和绘图的
14、需求。计算、工程计算和绘图的需求。首创者首创者 Cleve Moler 教授曾在密西根大学、斯坦教授曾在密西根大学、斯坦福大学和新墨西哥大学任数学与计算机科学教授福大学和新墨西哥大学任数学与计算机科学教授,和和 John Little 等人成立了等人成立了 The MathWorks 公司。公司。该公司于该公司于1984年推出年推出MATLAB,1988年年3.0版,版,1992年年4.0版,版,1997年年5.0版,版,2000年年6.0版,版,2001年年6.5版,版,我们使用版本为我们使用版本为7.0版版。21MATLAB特色举例例例1 矩阵生成与运算矩阵生成与运算射雕英雄传射雕英雄传中
15、的一个中的一个“数学问题数学问题”,该问题用半数学该问题用半数学语言描述就是:如何生成一个语言描述就是:如何生成一个 3x3 矩阵矩阵,并将自然数并将自然数 1,2,.,9 分别置成这分别置成这 9 个矩阵元素,才能使得每一行、每个矩阵元素,才能使得每一行、每一列、且主、反对角线上元素相加都等于一个相同的数。一列、且主、反对角线上元素相加都等于一个相同的数。魔方矩阵(即九宫算术)A=magic(3)求矩阵的行列式和特征值求矩阵的行列式和特征值det(A)eig(A)22MATLAB特色举例x,y=meshgrid(-3:1/8:3);z=3*(1-x).2.*exp(-(x.2)-(y+1).
16、2)-10*(x/5-x.3-y.5).*exp(-x.2-y.2)-1/3*exp(-(x+1).2-y.2);surf(x,y,z),shadinginterp;colorbar例例2 考虑一个二元函数,如何用三维图形的方式表考虑一个二元函数,如何用三维图形的方式表现出这个曲面?现出这个曲面?23MATLAB特色举例例例3 微分方程的数值解法。微分方程的数值解法。著名的著名的 Lorenz 模型(蝴蝶效应)模型(蝴蝶效应)24求解该微分方程,绘制出时间曲线与相空间曲线,如下所示。t_final=100;x0=0;0;1e-10;t,x=ode45(lorenzeq,0,t_final,x0
17、);plot(t,x),figure;plot3(x(:,1),x(:,2),x(:,3);axis(10 40-20 20-20 20);描述微分方程:function xdot=lorenzeq(t,x)xdot=-8/3*x(1)+x(2)*x(3);-10*x(2)+10*x(3);-x(1)*x(2)+28*x(2)-x(3);endMATLAB特色举例251.2基本运算功能lMATLAB的基本运算可分为三类:的基本运算可分为三类:l算术运算l关系运算l逻辑运算261.2.1算术运算27使用变量来进行更复杂的问题求解 a=15+20-50+3*9a=12b=30 b=30 c=a*b
18、c=360 d=a3-b*cd=-907228逗号或分号的区别x=2,y=3%逗号隔开,屏幕有回显逗号隔开,屏幕有回显x=2y=3m=2;n=3;%分号隔开,无回显分号隔开,无回显m%在提示符后直接输入变量名可查看变量的值在提示符后直接输入变量名可查看变量的值m=229基本算术运算符运运 算算符符 号号运运 算算符符 号号加+减-乘*数组相乘.*左除数组左除.右除/数组右除./幂次方数组幂次方.30例1-1求解算术表达式的值(12+2*(7-4)/33 ans=0.666731format命令MATLABMATLAB命令命令含含 义义范范 例例formatshort短格式3.1416forma
19、tshorte短格式科学格式3.1416e+000formatlong长格式3.14159265358979formatlonge长格式科学格式3.141592653589793e+000formatrat有理格式355/113formathex十六进制格式400921fb54442d18formatbank银行格式3.14321.2.2关系运算运运 算算符符 号号运运 算算符符 号号大于小于=小于等于 x=2;x3ans=0 xz1=1+2iz1=1.0000+2.0000iz2=3+4jz2=3.0000+4.0000i371.3.2字符串类型l字符串:包含在一对单引号中的字符集合字符串:
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