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1、Matlab及其應(yīng)用,1,Matlab及其應(yīng)用,Matlab及其應(yīng)用,2,1 課程內(nèi)容簡介,MATLAB基礎(chǔ) 基于matlab的數(shù)值分析 繪制圖形 符號計算 動態(tài)系統(tǒng)仿真：Simulink基礎(chǔ) 與其它程序交互:轉(zhuǎn)換為c、編譯、實時控制 最優(yōu)化方法,Matlab及其應(yīng)用,3,2 Matlab的學(xué)習(xí)方法,必須做大量的練習(xí)，熟悉其中的函數(shù) 聯(lián)系和自己的課題相關(guān)，深刻的體會 多看幫助文件，又一本好的參考書 會提問題，尋求大家的幫助 記住：Matlab可以做很多事情,Matlab及其應(yīng)用,4,學(xué)會Matlab將改變你的一生,網(wǎng)絡(luò)對你的改變將遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過一臺獨立的計算機,Matlab及其應(yīng)用,5,MATLA
2、B 基礎(chǔ)及其應(yīng)用,第一講 MATLAB基礎(chǔ),概述 MATLAB基本使用 MATLAB的基本矩陣分析 矩陣操作 流程控制,,,,,,Matlab及其應(yīng)用,6,一、概述,MATLAB是一種交互式的以矩陣為基礎(chǔ)的系統(tǒng)計算平臺,它用于科學(xué)和工程的計算與可視化。它的優(yōu)點在于快速開發(fā)計算方法，而不在于計算速度。,Matlab及其應(yīng)用,7,1.1 MATLAB的出現(xiàn),70年代中期，Cleve Moler和他的同事開發(fā)了LINPACK和EISPACK的Fortran子程序庫 70年代末期，Cleve Moler 在新墨西哥大學(xué)給學(xué)生開線性代數(shù)，為學(xué)生編寫了接口程序，這程序取名為MATLAB，即MATrix L
3、ABoratory 1983年春天，工程師John Little與Moler、Steve Bangert一起開發(fā)了第二代專業(yè)版MATLAB 1984年，MathWorks公司成立，MATLAB正是推向市場。,Matlab及其應(yīng)用,8,1.2 學(xué)習(xí)Matlab的基本原因,不希望學(xué)生在編程上化太多時間，課程目的不是學(xué)習(xí)編程 社會化的運行帶來的好處：合理利用可以節(jié)約大量的時間 為什么相同的時間別人比自己做出了更多的事情：碩士論文調(diào)查結(jié)果 面向?qū)ο蟮乃枷霂砭薮蟮暮锰?緊密結(jié)合科學(xué)的前沿 From BBS:博士論文=Matlab+word,Matlab及其應(yīng)用,9,1.3 Matlab的版本演化,Ma
4、tlab 1.0 Pc matlab-matlab 386 Matlab3.5+simulink Matlab 4.0：simlink內(nèi)嵌 Matlab 5.0 :全面的面向?qū)ο?Matlab 5.15.3 Matlab 6.0 Matlab 6.5：購并了MATRIXx Matlab 7.0:2004,Matlab及其應(yīng)用,10,1.4 MATLAB特點,高度適應(yīng)性、開放性：MATLAB的工具箱可以任意增減，任何人可以自己生成MATLAB工具箱 可擴充性： MATLAB的函數(shù)大多為ASCII文件，可以直接編輯、修改 基于矩陣運算的工作平臺。多版本：windows/unix/dos/Macin
5、tosh 極多的工具箱。,Matlab及其應(yīng)用,11,1.5 Matlab能做什么,基本的數(shù)據(jù)處理 優(yōu)化和解方程 動態(tài)過程仿真：實時的和非實時的 數(shù)據(jù)來源：Excel、數(shù)據(jù)庫、A/D等等 嵌入式的控制：Pc/104和DSP 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、小波分析、GA等等 虛擬現(xiàn)實仿真,Matlab及其應(yīng)用,12,Matlab產(chǎn)品家族,Matlab擴展支持在matlab中隊系統(tǒng)的實施和開發(fā)。 工具箱：專用的函數(shù)庫，解決特定領(lǐng)域的問題。 Simulink非線性系統(tǒng)仿真 Blockset是專門為simulink建立的模塊。,Matlab及其應(yīng)用,13,Matlab是所有系統(tǒng)工具的基礎(chǔ),,Matlab及其應(yīng)用,14,
6、設(shè)計自動化工具,,Matlab及其應(yīng)用,15,一般用途工具,,Matlab及其應(yīng)用,16,信號和圖像處理,,Matlab及其應(yīng)用,17,控制系統(tǒng)設(shè)計和分析,,Matlab及其應(yīng)用,18,1.6 網(wǎng)絡(luò)資源,USENET新聞組 MATLAB的新聞組是comp.soft-sys.MATLAB。瀏覽器指向 網(wǎng)絡(luò)上的工具箱 ,Matlab及其應(yīng)用,19,1.6 網(wǎng)絡(luò)資源(2),BBS 哈爾濱工業(yè)大學(xué)bbs: telnet:// 上海交通大學(xué)bbs: telnet:// 清華大學(xué)bbs mathtools www服務(wù) Matlab 大觀園: http://www.matlab-,Matlab及其應(yīng)用,
7、20,1.7 與MATLAB相似的軟件,Mathmatica 數(shù)學(xué)計算功能。復(fù)雜符號計算，主要在理論界 Mathcad 數(shù)學(xué)文字軟件。直接寫出報告 Maple 符號計算功能強大 SciLab 免費的matlab科隆體 仿真軟件：MATRIXx、VisSim等等,Matlab及其應(yīng)用,21,二、MATLAB基礎(chǔ)使用,2.1 MATLAB安裝啟動 Matlab的安裝 定制安裝 關(guān)于Java的問題:XP系統(tǒng)必須安裝虛擬機 安裝pdf文件 Matlab啟動 自動批處理 startup.m matlabrc.m,Matlab及其應(yīng)用,22,2.2 Matlab菜單的含義,多窗口界面 Matlab的設(shè)置
8、 快速啟動 版本控制 圖形粘貼設(shè)置 字體的改變,Matlab及其應(yīng)用,23,2.3幫助的使用,help 命令：已知命令不知道用法 lookfor命令：知道命令的關(guān)鍵詞 Matlab Help:命令查找，索引，說明書 Demo 有效的利用幫助,Matlab及其應(yīng)用,24,2.3.1 怎樣獲得詳盡的幫助信息,首先是MATLAB窗口中的help命令，它最常用、最快，往往也是最有效的。給出關(guān)鍵字就能找到相應(yīng)的說明。Help命令簡單易用，但是它要求準(zhǔn)確給出關(guān)鍵字，如果記憶不準(zhǔn)，就很難找到。這時就應(yīng)該用第二種方案。 Help Desk：這是MATLAB的HTML格式的幫助文檔，有著很好的組織?？梢栽诿钚?/p>
9、鍵入helpdesk，進入“Matlab Help Desk”。Help Desk的搜索可以使用不完全關(guān)鍵字，這樣即使遇到記憶模糊的情況也可以很快查到。 前面兩種方法所得到的幫助信息常常是不夠細(xì)致的，需要用第三種途徑來補充，這就是電子版的使用手冊。MATLAB里包含了大量關(guān)于MATLAB安裝、使用、編程以及各種工具箱等的電子版手冊，全部為PDF格式,具有搜索功能，因此也可以在指定的手冊中搜索關(guān)鍵字，使用非常方便。,Matlab及其應(yīng)用,25,2.4 Matlab變量,基本運算 變量 逗號、分號的意義 行內(nèi)編輯、注釋、運算規(guī)則 變量要求 變量區(qū)分字母的大小寫 名字不能超過19個字符，第19個字
10、符后的字符被忽略 變量必須以字母開頭，之后可以是任意字母、數(shù)字或者下滑線 變量中不能含有標(biāo)點符號。,Matlab及其應(yīng)用,26,2.4.1 特殊變量,Matlab及其應(yīng)用,27,2.4.2 復(fù)數(shù),不需要特殊的處理。復(fù)數(shù)可以表示為：a=10-9i 復(fù)數(shù)運算不需要特殊處理，可以直接進行,Matlab及其應(yīng)用,28,2.4.3 顯示格式,MATLAB中所有的量為雙字長浮點數(shù)，顯示按下面顯示規(guī)則： 在缺省情況下，當(dāng)結(jié)果為整數(shù)，作為整數(shù)顯示；當(dāng)結(jié)果為實數(shù)，以小數(shù)后4位的精度近似顯示。 如果結(jié)果中的有效數(shù)字超出了這一范圍，以科學(xué)計數(shù)法顯示結(jié)果。 format命令改變顯示格式，常用的的格式有 long (
11、16位) bank(2個十進制位) hex(十六進制) short(缺省) short e(5位加指數(shù)) +(符號) long e(16位加指數(shù)) rat(有理數(shù)近似),Matlab及其應(yīng)用,29,2.5 文件管理功能,who(whos) cd(chdir,pwd) dir(ls) type what which clc,edit ! echo load clear/pack save diary,Matlab及其應(yīng)用,30,三、MATLAB的基本矩陣運算,3.1 簡單矩陣輸入 命令行簡單鍵盤輸入 用于很少數(shù)據(jù)輸入 矩陣的方向：, ; NaN Inf 文件形式輸入 可以用來讀入試驗數(shù)據(jù) 大量的
12、數(shù)據(jù)輸入 load數(shù)據(jù) 文本文件：全部是數(shù)據(jù)，不含有數(shù)據(jù) mat文件：matlab自有的數(shù)據(jù)格式,Matlab及其應(yīng)用,31,2語句生成矩陣,線性等間距格式矩陣，使用from:step:to linspace命令 a=linspace(1,10,5); logspace命令 b=logspace(0,2,10) 矩陣連接 c=a b; zeros ones eye randn ,Matlab及其應(yīng)用,32,3. 引入特殊的文件格式,引入輸入：import wizard 可以引入的文件格式： 文本文件: .txt .dat 圖片文件: .gif .bmp .jpg .avi 聲音：.wav .a
13、u 電子表格：.csv .xls .wk1,Matlab及其應(yīng)用,33,直接讀入特殊格式文件：文本類型,Matlab及其應(yīng)用,34,直接讀入特殊格式文件：二進格式,Matlab及其應(yīng)用,35,3.2 矩陣運算,矩陣的轉(zhuǎn)置 用符號來表示和實現(xiàn) 非共軛轉(zhuǎn)置 . 矩陣的四則運算 +-*/ 點乘：.* 右除：./ 左除：. 矩陣的乘方 矩陣乘方 .元素對元素的乘方,Matlab及其應(yīng)用,36,3.3 矩陣的超越函數(shù),MATLAB中exp、sprt、sin、cos等命令可以直接使用在矩陣上，這種運算只是定義在矩陣的單個元素上，即分別對矩陣的每個元素進行運算。MATLAB中也提供了基本的三角函數(shù)。 注意
14、其中的取整,Matlab及其應(yīng)用,37,3.3 矩陣的超越函數(shù),Matlab及其應(yīng)用,38,3.4 關(guān)系和邏輯運算,1 關(guān)系操作符 MATLAB常用的關(guān)系操作符有：(大于)、=(大于或等于)、 = =(等于)、 !=(不等于)。 MATLAB的關(guān)系操作符可以用來比較兩個大小相同的數(shù)組，或者比較一個數(shù)組和一個標(biāo)量。在與標(biāo)量比較時，結(jié)果和數(shù)組大小一樣。 a=1:9; b=a4 b = 0 0 0 0 1 1 1 1 1 c=a(a4) c = 5 6 7 8 9,Matlab及其應(yīng)用,39,2 邏輯操作符,邏輯操作符定義了一種與或非的關(guān)系表達(dá)式。MATLAB的邏輯操作符
15、有 find(a15) ans = 7 8 9 10 11 矩陣的排序使用sort函數(shù)，它將矩陣按照升序排列。,Matlab及其應(yīng)用,46,5矩陣的查找和排序,子矩陣的查找使用find命令完成，它返回關(guān)系表達(dá)式為真的下標(biāo)。 矩陣的排序使用sort函數(shù)，它將矩陣按照升序排列。 應(yīng)用: 去噪聲:a(find(a
16、示。 字符串連接可以直接從數(shù)組連接中得到。,Matlab及其應(yīng)用,48,字符串函數(shù),eval(string) 作為一個MATLAB 命令求字符串的值 eval(try,catch) blanks(n) 返回一個n 個零或空格的字符串 deblank 去掉字符串中后拖的空格 feval 求由字符串給定的函數(shù)值 findstr 從一個字符串內(nèi)找出字符串 isletter 字母存在時返回真值 isspace 空格字符存在時返回真值 isstr 輸入是一個字符串，返回真值 lasterr 返回上一個所產(chǎn)生MATLAB 錯誤的字符串 strcmp 字符串相同，返回真值 strrep 用一個字符串替換另一
17、個字符串 strtok 在一個字符串里找出第一個標(biāo)記,Matlab及其應(yīng)用,49,四、腳本,對于簡單問題，使用直接輸入命令簡單有效；對稍復(fù)雜和多次重復(fù)的應(yīng)用，直接輸入命令比較麻煩。MATLAB提供了邏輯解決方案，它允許用戶把多個命令放在一個簡單的文本文件中，如同在MATLAB中鍵入命令一般，這種文件稱為腳本文件，由于腳本文件以m為擴展名，它常稱為M文件。腳本文件為文本形式的，對跨平臺處理十分有利。 使用腳本文件，可以把命令保存在磁盤上，便于以后的訪問；同時對使用大的數(shù)組也帶來的方便；增加注釋可以為腳本中的命令作文擋以免以后忘記。,Matlab及其應(yīng)用,50,4.1 流程控制,為了便于應(yīng)用，MA
18、TLAB提供了一些流程控制的命令。這些命令對腳本編寫帶來了一些方便，但是需要注意的是，盡量不要使用這些流程控制命令，尤其是循環(huán)控制命令。 1 for循環(huán) for循環(huán)允許一組命令以固定的次數(shù)重復(fù)，它的一般形式是 for x=array command end for 和end之間的命令串按數(shù)組array的每一列執(zhí)行一次，直到n次后終止。,Matlab及其應(yīng)用,51,For循環(huán)應(yīng)當(dāng)注意的一些方面,for循環(huán)不能使用內(nèi)部重新賦值循環(huán)變量而終止； for循環(huán)內(nèi)部接受任何有效的MATLAB數(shù)組； for循環(huán)可以嵌套； 只要有矩陣形式可以解決的問題，不要使用for循環(huán)。使用for循環(huán)的算法執(zhí)行很慢，一個好
19、的MATLAB算法部應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)循環(huán)語句。Tic/toc 循環(huán)可以使用break跳出，但只跳出所在的循環(huán)，不跳出整個嵌套結(jié)構(gòu)。,Matlab及其應(yīng)用,52,2while循環(huán),與for循環(huán)以固定的次數(shù)求一組指令相反，while循環(huán)以不定的次數(shù)求一組語句的值。While循環(huán)的一般形式為： while expression commonds end 只要表達(dá)式expression里的所有元素為真，就執(zhí)行命令串commands。通常表達(dá)式求值給一個標(biāo)量值，單數(shù)組值也同樣有效。,Matlab及其應(yīng)用,53,3 if-else-enf結(jié)構(gòu),很多情況下，命令的序列必須根據(jù)關(guān)系的檢驗有條件的執(zhí)行，它由if-el
20、se-end結(jié)構(gòu)提供。它的結(jié)構(gòu)如下： if expression1 commands1 elseif expression2 commands2 elseif else commands end,Matlab及其應(yīng)用,54,If- Then- Else,在執(zhí)行過程中，MATLAB依次檢查各個表達(dá)式，只執(zhí)行第一個表達(dá)式為真的命令串，接下來的關(guān)系表達(dá)式不檢驗，跳過其余的if-else-end結(jié)構(gòu)，而且，最后的else命令可有可無。,Matlab及其應(yīng)用,55,4.2 函數(shù),把一個比較大的任務(wù)分解為多個比較小的任務(wù)，它們之間通過調(diào)用實現(xiàn)參數(shù)傳遞，小任務(wù)可以是函數(shù)。 1 函數(shù)調(diào)用 常見的函數(shù)
21、調(diào)用形式為： out1,out2,=function(in1,in2,) 一個函數(shù)可以嵌套，也可以調(diào)用其它的函數(shù)，甚至調(diào)用自己（也就是遞歸調(diào)用）。 函數(shù)文件，函數(shù)名稱和文件名必須相同。,Matlab及其應(yīng)用,56,函數(shù),需要注意函數(shù)文件的放置位置，一般自己的函數(shù)文件放在當(dāng)前目錄；如果對一個專題有了足夠多的函數(shù)，可以生成一個工具箱，放在一個固定的目錄下，并在MATLAB中加入這個目錄路徑即可。 使用函數(shù)可以加快計算速度。MATLAB首次執(zhí)行一個函數(shù)時，它將打開的文件編譯為存儲器內(nèi)部形式，加速了執(zhí)行速度。普通的m文件不被編譯，在每次編譯時，文件將逐行解釋執(zhí)行。 函數(shù)的前一部分注釋為幫助行，在使用h
22、elp命令是看到的為這些注釋行。,Matlab及其應(yīng)用,57,2 參數(shù)傳遞,MATLAB函數(shù)的輸入輸出數(shù)目都可以變化，通過這個特性，可以實現(xiàn)一些自定義的功能。函數(shù)的輸入輸出參數(shù)數(shù)目可以通過變量nargin和nargout獲得。函數(shù)調(diào)用中可以使用少于規(guī)定的輸入輸出參數(shù)數(shù)目，但是不能更多。 在MATLAB中，參數(shù)具有自己的專有工作空間。函數(shù)中的參數(shù)和命令行參數(shù)不在一個空間中，它們的唯一聯(lián)系為函數(shù)的輸入輸出變量。輸入?yún)?shù)在函數(shù)中是可讀的，但任何改動不會傳遞回上一級空間。 使用global命令可以將變量說明為全局的，則在函數(shù)、命令行等都可以共享這些變量。在實際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)盡量避免使用全局變量。,Mat
23、lab及其應(yīng)用,58,3 函數(shù)注意,函數(shù)可以按少于函數(shù)M 文件中所規(guī)定的輸入和輸出變量進行調(diào)用，但不能用多于函數(shù)M 文件中所規(guī)定的輸入和輸出變量數(shù)目。如果輸入和輸出變量數(shù)目多于函數(shù)M 文件中function 語句一開始所規(guī)定的數(shù)目，則調(diào)用時自動返回一個錯誤。 當(dāng)調(diào)用一個函數(shù)時，所用的輸入和輸出的參量的數(shù)目，在函數(shù)內(nèi)是規(guī)定好的。函數(shù)工作空間變量nargin 包含輸入?yún)⒘總€數(shù)；函數(shù)工作空間變量nargout 包含輸出參量個數(shù)。事實上，這些變量常用來設(shè)置缺省輸入變量，并決定用戶所希望的輸出變量。在M 文件函數(shù)里，變量nargout 可用來檢驗輸出參量的個數(shù)，并按要求修正輸出變量的創(chuàng)建。,Matlab
24、及其應(yīng)用,59,3 函數(shù)注意,函數(shù)有它們自己的專用工作空間，它與MATLAB 的工作空間分開。函數(shù)內(nèi)變量與MATLAB 工作空間之間唯一的聯(lián)系是函數(shù)的輸入和輸出變量。如果函數(shù)任一輸入變量值發(fā)生變化，其變化僅在函數(shù)內(nèi)出現(xiàn)，不影響MATLAB 工作空間的變量。函數(shù)內(nèi)所創(chuàng)建的變量只駐留在函數(shù)的工作空間，而且只在函數(shù)執(zhí)行期間臨時存在，以后就消失。因此，從一個調(diào)用到下一個調(diào)用，在函數(shù)工作空間變量存儲信息是不可能的。,Matlab及其應(yīng)用,60,3 函數(shù)注意,當(dāng)調(diào)用一個函數(shù)時，輸入變量不會拷貝到函數(shù)的工作空間，但使它們的值在函數(shù)內(nèi)可讀。然而，改變輸入變量內(nèi)的任何值，那么數(shù)組就拷貝到函數(shù)工作空間。進而，按缺
25、省，如果輸出變量與輸入變量相同，例如，函數(shù)x=fun(x, y, z) 中的x ，那么就將它拷貝到函數(shù)的工作空間。因此，為了節(jié)約存儲和增加速度，最好是從大數(shù)組中抽取元素，然后對它們作修正，而不是使整個數(shù)組拷貝到函數(shù)的工作空間。,Matlab及其應(yīng)用,61,3 函數(shù)注意,如果變量說明是全局的,函數(shù)可以與其它函數(shù)、MATLAB 工作空間和遞歸調(diào)用本身共享變量。為了在函數(shù)內(nèi)或MATLAB 工作空間中訪問全局變量，在每一個所希望的工作空間，變量必須說明是全局的。 實際編程中，無論什么時候應(yīng)盡量避免使用全局變量。要是用了全局變量，建議全局變量名要長，它包含所有的大寫字母，并有選擇地以首次出現(xiàn)的M 文件的
26、名字開頭。如果遵循建議，則在全局變量之間不必要的互作用減至最小。,Matlab及其應(yīng)用,62,3 函數(shù)注意,MATLAB 以搜尋腳本文件的同樣方式搜尋函數(shù)M 文件。例如，輸入 cow ，MATLAB 首先認(rèn)為cow 是一個變量。如果它不是，那么MATLAB 認(rèn)為它是一個內(nèi)置函數(shù)。如果還不是，MATLAB 檢查當(dāng)前cow.m 的目錄或文件夾。如果它不存在，MATLAB 就檢查cow.m 在MATLAB 搜尋路徑上的所有目錄或文件夾。 從函數(shù)M 文件內(nèi)可以調(diào)用腳本文件。在這種情況下，腳本文件查看函數(shù)工作空間，不查看MATLAB 工作空間。從函數(shù)M 文件內(nèi)調(diào)用的腳本文件不必用調(diào)用函數(shù)編譯到內(nèi)存。函數(shù)
27、每調(diào)用一次，它們就被打開和解釋。因此，從函數(shù)M 文件內(nèi)調(diào)用腳本文件減慢了函數(shù)的執(zhí)行。,Matlab及其應(yīng)用,63,3 函數(shù)注意,當(dāng)MATLAB 運行時，它緩存了存儲在Toolbox 子目錄和Toolbox 目錄內(nèi)的所有子目錄中所有的M 文件的名字和位置。這使MATLAB 很快地找到和執(zhí)行函數(shù)M 文件。被緩存的M 文件函數(shù)當(dāng)作是只讀的。如果執(zhí)行這些函數(shù)，以后又發(fā)生變化，MATLAB 將只執(zhí)行以前編譯到內(nèi)存的函數(shù)，不管已改變的M 文件。而且，在MATLAB 執(zhí)行后，如果M 文件被加到Toolbox 目錄中，那么它們將不出現(xiàn)在緩存里，因此不可利用。所以，在M 文件函數(shù)的使用中，最好把它們存儲在Too
28、lbox 目錄外，或許最好存儲在MATLAB 目錄下，直至它們被認(rèn)為是完備的。當(dāng)它們是完備時，就將它們移到一個只讀的Toolbox 目錄或文件夾的子目錄內(nèi)。最后，要確保MATLAB 搜索路徑改變，以確認(rèn)它們的存在。,Matlab及其應(yīng)用,64,3 函數(shù)注意,MATLAB 函數(shù)error 在命令窗口顯示一個字符串，放棄函數(shù)執(zhí)行，把控制權(quán)返回給鍵盤。這個函數(shù)對提示函數(shù)使用不當(dāng)很有用，如在以下文件片段中： if length(val)1 error( VAL must be a scalar. ) end 這里，如果變量val 不是一個標(biāo)量，error 顯示消息字符串，把控制權(quán)返回給命令窗口和鍵盤。,Matlab及其應(yīng)用,65,腳本,echo input x=input( ); keyboard return pause debug: matlab edit tic /toc,Matlab及其應(yīng)用,66,思考題,進行下列計算，給出不使用for和while等循環(huán)語句的計算方法; 1 2.求出y=x*sin(x) 在0
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