实验一 Matlab软件初步(终稿)讲解

实验一 MATLAB软件初步

1.1实验目的

在计算机上进行数学实验需要一个功能完备的计算平台，本数学实验系列课程均在MATLAB软件环境中进行数学实验。而本实验的目的就是熟悉MATLAB软件使用环境，并掌握其基本应用，为后续实验课程奠定必要的计算机基础。

1.2 实验要求

本实验要求学生掌握MATLAB软件的基本功能，会使用MATLAB进行简单的数值运算，会使用plot函数绘制简单二维图形，会编写简单的MATLAB程序，会使用常用MATLAB帮助命令。

1.3知识概要

1.3.1 导言

MATLAB是 MATrix LABoratory 的缩写，是由美国MathWorks公司开发的工程计算软件。MATLAB语言是以数组为基本数据单位，包括控制流程语句、函数、数据结构、输入输出及面向对象等特点的高级语言，具有以下主要特点：1）运算符和库函数极其丰富，语言简洁，编程效率高。MATLAB除了提供和C语言一样的运算符外，还提供广泛的矩阵和向量运算符。

2）既具有结构化的控制语句（如for循环、while循环、break语句、if语句和switch语句），又有面向对象的编程特性。

3）图形功能强大。它既包括对二维和三维数据可视化、图像处理、动画制作等高层次的绘图命令，也包括可以完全修改图形局部及编制完整图形界面的、低层次的绘图命令。

1.3.2 MATLAB软件环境

启动MATLAB后，软件界面如下图所示，该界面主要包括命令窗口、工作区窗口、历史命令窗口、当前目录窗口。

图 1 MATLAB 主窗口

1 命令窗口(Command Window)

命令窗口是用户与MATLAB 进行交互的主要场所，命令窗口的空白区域，用于输入和显示计算结果，可以在该区域键入各种MATLAB 命令进行各种操作，键入数学表达式进行计算。

例如，当键入变量赋值命令：123x =+⨯，并回车, 将在命令行的下面显示：

再输入求三角正弦函数值的表达式sin()4

y =并回车，将显示：

在进行程序设计时，首先需要对变量进行命名，MATLAB的变量名称需要符合以下规则：

⏹以字母开头，后面可跟字母，数字和下短线；

⏹大小写字母有区别；

⏹不超过31个字符。

MATLAB中还包含一些已定义的特殊变量，包括

ans 用于结果的缺省变量名

pi 圆周率

eps 计算机的最小数，当和1相加就产生比1大的数

inf 无穷大，如1/0

NaN 不定量，如0/0

i或j i=j= -1的开方

realmin 最小可用正实数

realmax 最大可用正实数

y=的值。

课堂练习1 计算表达式2sin()

3

2 MATLAB工作区(Workspace)

MATLAB的工作区存储着命令窗口输入的命令和创建的所有变量值，可以在工作区查看目前MATLAB已保存的变量名及变量的值。

在命令窗口中输入命令clear，可以清除工作区中的所有变量。同时也可以使用save将工作区中的所有变量可以保存到文件中，而使用load命令则可以将保存好的文件数据读取到MATLAB工作区中。

课堂练习2 在命令窗口中输入“x2=2.3”，观察工作区的变化；然后在命令窗口中输入“clear”命令，再观察工作区的变化；最后在工作区中输入“x2”，观察结果，并翻译报错提示。

3 MATLAB的程序编辑器

MATLAB提供了一个内置的具有编辑和调试功能的程序编辑器，编辑器窗口也有菜单栏和工具栏，使编辑和调试程序非常方M文件包含两类：命令文件和函数文件，都可被别的M文件调用。从“File” 菜单中选择“New” 及“M-file” 项或单击“New M-file”按钮。

1)命令M文件及其运行

命令文件没有输入参数，也不返回输出参数，只是一些命令行的组合。命令M 文件中的命令可以访问MATLAB工作区中的所有变量，而且其中的所有变量也成为工作区的一部分，命令文件运行结束，命令文件产生的变量保留在工作区，直到关闭MATLAB或用命令删除。下面是一个命令文件的例子。程序：

% 文件名f1.m

当这个文件在程序编辑窗口输入并以名为f1.m的M文件存磁盘后，只需简单地在MATLAB命令编辑窗口键入f1即可运行，并显示同命令窗口输入命令一样的结果。

“；”的作用是控制该行计算结果不输出显示。

2)函数M文件及其调用

在MATLAB编辑窗口还可建立函数M文件，我们可以根据需要建立自己的函数文件，它们能够像库函数一样方便地调用，从而可扩展MATLAB的功能。

函数M文件的第一行有特殊的要求，其形式必须为

function [输出变量列表]=函数名（输入变量列表）函数定义注意事项：

⏹函数M文件的文件名必须与其函数名相同；

⏹输出变量如果多于1个，则应该用方括号括起来；输入变量应该用逗号隔

开；当函数无输出参数时，输出参数项空缺或者用空的中括号表示；

⏹函数M文件不能访问工作区中的变量，它的所有变量均为局部变量，只有

输入、输出变量才保留在工作区。

保存该文件在默认文件夹下，注意文件名必须与函数名一致。然后在命令窗口中输入“fun1(3)”，观察结果。

课堂练习

3 在Matlab中通过函数M文件定义函数

sin(2)

()

1

x

f x

x

=

-

，并通过该函数

计算(0),(),(1)

6

f f f

π

的值。

1.3.3数组和函数

MATLAB中最基本的数据对象是数组或矩阵,学习MATLAB首先需要掌握矩阵的定义和相关运算。

1 创建矩阵

1)直接定义。

如定义矩阵

123

456

A

⎡⎤

=⎢⎥

⎣⎦

。

回车区分不同的行。

2)一维等差数组的构造。

可以使用冒号运算符或linspace函数生成。