第02讲 理论知识准备(2)--Matlab软件概述

Matlab软件概述(2/2)
下面就简述： Matlab的发展历史
Matlab的主要功能与特点
控制系统Matlab计算及仿真的优秀性能
Matlab的发展历史(1/5)
3.1 Matlab的发展历史
在科学研究与工程技术应用中常常要进行大量的数学运算,通 常是借助Fortran和C语言等高级计算机语言编制计算程序,输 入计算机做近似计算(数值计算)。 但是,这需要熟练地掌握所用语言的语法规则与编制程序 的相关规定及技巧,编制程序绝非易事。
因为Matlab已为用户提供了学习它的方便之路。
Matlab的主要特点 (4/4)
其次,Matlab程序设计语言把编辑、编译、连接、执行、 调试等多个步骤融为一体,并且具有良好的交互功能。 如果直接在命令行输入命令语句,包括调用M文件的 语句,每输入一条语句,Matlab软件就可立即完成编译、 连接和运行的全过程。 如果将Matlab源程序编辑为M文件,编辑后的源文件 就可像库函数一样直接运行,而不再需要编译和连接。 在Matlab里,既可执行程序(M文件),又可通过人机对 话调用不同的库函数,方便快速地达到用户目的。
Matlab的主要功能有： 数值计算功能 符号计算功能
优化工具
数据分析和可视化功能 “活”笔记本功能
工具箱
非线性动态系统建模和仿真功能
Matlab的主要功能 (2/8)--数值计算功能
A. 数值计算功能
Matlab可用于线性代数里的
向量、矩阵和高维数组运算,
Matlab的主要功能 (4/8)--优化工具
C. 优化工具
Matlab不仅提供了功能强大的优化函数,如
非线性优化、
线性规划、 二次规划、 0-1整数规划、 极小极大优化、 多目标规划、 最小二乘法等, 还设计了许多新型智能优化方法,如神经网络优化、遗传算 法优化、模糊逻辑等。
使用Matlab编程运算与人进行科学计算的思路和笔算 时表达方式完全一样,Matlab的语法更贴近人的思维 方式。 因此,Matlab语言易写易读,易于在科技人员之间交流。
用Matlab编写程序,犹如在一张演算纸上排列书写公 式,运算、求解问题十分方便。
Matlab的主要特点 (6/4)--方便的图形功能
它以交互式接受用户输入的各项指令,输出计算结果。
它提供了一个开放式的集成环境,用户可以运行系统提供 的大量命令,包括数值计算、图形绘制等。
Matlab的主要功能与特点 (2/2)
下面分别介绍Matlab的 主要功能和
主要特点
Matlab的主要功能 (1/8)
3.2.1 主要功能
Matlab的主要特点 (7/4)
Matlab还开发了一些面向图形对象的“低级”图形函数, 可以访问硬件系统建立各种“低级”图形对象,它们以图 形句柄为界面。 用户使用图形句柄可以操作图形的局部元素。 Matlab有一系列绘图函数,适用于不同的坐标系,如线性坐 标、极坐标及对数与半对数坐标。 只需调用不同的函数,还可在图上标出图形的标题、 标注坐标、绘制格栅等。 另外,通过设定不同参数可绘出不同线形、颜色和视 角的各种函数图形,使得图形清晰、美观,大大提高分 析与设计计算结果的可视性。
Matlab的主要特点 (2/4)--编程效率高
A. 编程效率高
Matlab程序设计语言提供了丰富的库函数(称为M文件,即 预先编制好的子程序),既有常用的基本库函数,又有种类 齐全、功能丰富多样的专用库函数(工具箱函数)。 编制程序时,这些库函数都可以直接调用,大大提高了 编程效率。 Matlab的基本数据编程单元是不需要指定维数、也不需 要说明数据类型的复数矩阵,所以在Matlab环境下,数组 (向量或矩阵)的操作如同数的操作一样简单方便,不必事 先定义数组及其维数的大小,编制相应的基本数组运算子 程序再进行有关操作。 由于Matlab语言以矩阵为基本操作单元且具有丰富的库 函数,采用它进行程序设计的编程效率要高几倍。
Matlab的主要功能与特点 (1/2)
3.2 Matlab的主要功能与特点
Matlab由主包和功能各异的工具箱组成,其最基本的数据结构 是矩阵,也就是说它的操作对象是以矩阵为单位的。 而随着Matlab的不断发展和各种工具箱的不断开发,它已 经成为一种功能强大的实时工程计算软件,广泛应用于各 种领域。 Matlab的核心是一个基于矩阵运算的快速解释程序。
Matlab研发者--C. Moler
Matlab的发展历史(3/5)
到了20世纪70年代后期,C. Moler博士编写了使用Linpack 和Eispack的接口程序,并将之命名为Matlab(即MATrix和 LABoratory的前3个字母组合,意为“矩阵实验室”)。 这个程序受到了广泛欢迎,作为教学辅助免费软件广 为流传。 20世纪80年代中期,C. Moler和J. Little合作开发了Matlab 第2代专业版,大大提高了它的运算效率。 随着功能逐渐完善, Matlab应用范围也越来越广,且简单高 效、易学易用。
Matlab的主要功能 (8/8)--非线性动态系统建模和仿真功能
G. 非线性动态系统建模和仿真功能
Matlab提供了模拟动态系统的交互式程序Simulink, 用鼠 标驱动方式,允许用户通过绘制框图来模拟一个系统,并动 态地控制该系统。 Simulink能处理线性、非线性、连续、离散等多种系统。
Matlab的发展历史(2/5)
Matlab的产生和数学计算是紧密相 联的. 1967年,在美国国家基金会的资 助下,C. Moler博士等人于采用 Fortran语言编写了特征值求解 子程序库Linpack和线性方程求 解子程序库Eispack。 这两个程序库代表了当时 矩阵数值计算软件的最高 水平。
Matlab的主要特点 (1/4)
3.2.2 主要特点
Matlab及其工具箱构成的计算与应用平台系统规模大、功能 强,但其应用却非常便捷、使用效率高。 Matlab在使用上具有以下主要特点。 编程效率高 界面友好、用户使用方便 方便的图形功能
扩充能力强(开放性)
语句简单、内涵丰富 智能化程度高
在数学、应用科学和工程计算领域,常常会遇到符号计算 问题,仅有优异的数值计算功能并不能满足计算的全部需 要。
Matlab环境下的符号计算功能主要有: 符号表达式的基本运算, 向量与矩阵的符号表达式运算,
代数方程的符号表达式求根,
符号微积分运算, 常微分方程的符号表达式求解等。
Matlab的主要功能 (6/8)-- “活”笔记本功能
E. “活”笔记本功能
Matlab的Notebook把Word与Matlab集成为一个整体,为文 字处理、科学计算、工程设计构造了一个统一的工作环 境,是一个能够解决各种计算问题的文字处理软件。 只要在命令窗口中执行Notebook或者在Word环境中建立 M-book模板,就可以进入一个新环境。 在编辑科技文稿的同时可进行科学演算,还可以作图。 这些演算的结果可以即时显示于操作命令之后。
扩展部分称为工具箱,是用Ma用于解决某一方面的专门问题, 或实现某一类的新算法。 Matlab通过不断推出的应用于各个工程计算与应用领域 的计算、仿真、分析与系统设计的工具箱,深入到应用数 学、控制工程、信号分析与处理、图像处理、通信、数 据库等领域。
于是,1984年,Moler博士等组建了Mathworks公司,专门 研究、扩展并改进Matlab,并将其正式推向商业市场。
Matlab的发展历史(4/5)
1990年,Mathworks公司推出了以框图为基础的控制系统 仿真工具Simulink,它方便了系统的研究与开发,使控制工 程师可以直接构造系统框图进行仿真,并提供了控制系统 中常用的各种环节的模块库。 1993年,Mathworks公司推出的Matlab 4.0版在原来的基础 上又作了较大改进,并推出了Windows版,使命令执行和图 形绘制可以在不同窗口进行。 Mathworks公司已推出到了Matlab 7.0版。
Matlab的主要特点 (5/4)
第三,Matlab语言可设置中断点,存储多个中间结果,还可进 行跟踪调试。 运行M文件时,如果有错,计算机屏幕上还会给出详细 的出错信息提示,让用户修改,直到正确为止。 Matlab语言灵活方便,调试手段丰富,调试速度快。 Matlab是演算纸式(便签式)的科学工程计算语言。
在这个环境中输入的一切命令能够被随时激活、修改、 重新运算并更新原有结果。Notebook称为Matlab的“活” 笔记本,是撰写科技论文、演算理工学科习题的理想工具。
Matlab的主要功能 (7/8)-- 工具箱
F. 工具箱
Matlab软件包括基本部分和专业扩展两个部分。
基本部分主要是一些基本的数学运算及数学函数。
Matlab的主要特点 (8/4)
此外,Matlab还开发了图形用户界面(GUI)技术,方便用户 自行开发基于图形界面的交互式平台。 基于所开发的交互式平台,使用者可以在图形界面上 实现计算、仿真、分析与设计的全部工作。
Matlab软件概述(1/2)
3 Matlab软件概述
Matlab程序设计语言是美国Mathworks公司20世纪80年代中期 推出的高性能数值计算软件。 经过20 余年的开发、扩充与不断完善,Matlab已经发展成 为功能强大、适合多学科应用的大型系统软件,成为数值 计算、控制系统仿真与设计、信号处理等领域的最重要 的软件。 Matlab已经成为线性代数、控制理论、数理统计、数字 信号处理、动态系统仿真等课程的基本仿真计算与设计 的工具,成为大学学习的必修内容。
Matlab的主要功能 (5/8)--数据分析和可视化功能