matlab编程基础与工程应用第一章课件

1.1 MATLAB产品体系
MATLAB的名称源自Matrix Laboratory，是面对科学计 算、可视化以及交互式程序设计的一种软件。MATLAB产品 由若干个模块组成，不同的模块完成不同的功能，其中有 MATLAB、 MATLAB Toolboxes、 MATLAB Compiler、 Simulink、Simulink Blockset、Real-Time Workshop (RTW)、 Stateflow、Stateflow Coder。
1.2 MATLAB桌面环境
1.2.1 MATLAB的安装和启动
对于PC机用户来讲，在使用MATLAB前，首先需要安装 MATLAB。本书在操作系统windows7下安装MATALB 2010a。 当MATLAB光盘插入光驱后，一般会自启动“安装向导”； 或者用户在光盘上找到setup.exe，双击后进行安装。安装的界 面都是标准界面，用户根据屏幕提示，可以选择Install manually without using the Internet 并点击 Next ；安装许可协议，选择 Yes 并点击 Next；输入安装码；选择安装类型时可以选择 Typical，如果你对Matlab 比较熟悉，可以选择 Cumstom ，点击 Next；选择安装目录时，可以根据自己习惯选一个安装目录或 Restore Default Folder重置为默认安装目录，点击 Next等完成安 装。


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安装完成后MATLAB会产生两个目录，一个目录是 MATLAB软件所在目录，是用户安装过程中指定的，比 如c:\Program Files\MATLAB；另一个是MATLAB自动 生成的目录，该目录是供用户使用的工作目录，专供 用户存放、操作MATLAB时产生的中间文件，一般在 C:\Users\wang\Documents\MATLAB文件下（注意： \wang为计算机用户名，会随计算机用户名的不同而 改变）。 MATLAB安装成功后，一般会在桌面上生成 MATLAB快捷图标，双击快捷图标可以启动MATLAB； 也可以从“开始菜单”→“所有程 序”→“MATLAB”→ “R2010a” →“MATLAB R2010a”启动。
如果命令窗口内容较多，可以在输入提示符下输入： >> clc 可以看到命令窗口的内容被清除。 如果工作空间窗口变量较多，可以在输入提示符下输入： >> clear 可以看工作空间窗口的变量被清除。 当MATLAB运行时，能自动为变量即函数分配内存空间。 有时对于容量较大的变量可能出现“Out of memory”的 错误提示，有时甚至用clear命令也解决不了，这时可以 使用pack命令，将不连续的内存空间变得连续，或许能 解决问题。 >> pack
指令 clc clf clear cd exit 、quit edit pwd dir、ls what which dos 清除命令窗口中显示的内容 清除图形窗口 清除工作空间中保存的变量 显示当前的路径或者切换路径 关闭/退出 MATLAB 打开 M 文件编辑器 显示当前路径 显示当前路径下的文件 显示当前路径下的 MATLAB 文件 判断当前文件所在路径 执行 DOS 系统指令 说明
图1-4 当前目录浏览器及弹出菜单
（3）工作空间（Workspace）窗口 工作空间窗口能够列出MATLAB工作空间中所有的变 量名、变量大小、字节数；在该窗口可以对变量进行编 辑、提出、保存。
（4）历史命令（Command History）窗口 历史命令窗口记录已经运行过的指令、函数、表达式、 以及它们的运行日期、时间。该窗口中的所有指令都可以复 制、重运行、以及产生M文件。
表1-1 MTALAB命令窗口数据显示格式的指令
指令 format format short format long format short e format long e format short g format long g format rat format hex format compact format loose format + format bank 说明 默认的数据格式，同 short 格式一致 小数点后 4 位有效数字，对于大于 1000 数据，使用科学记数法表示 小数点后 15 位数字表示 5 位科学记数表示 15 位科学记数表示 在 format short 和 format short e 中自动选择数据显示格式 在 format long 和 format long e 中自动选择数据显示格式 使用近似分数表示数值 十六进制表示 显示变量之间没有空行 显示变量之间有空行 显示大矩阵用，正数、负数、零分别用+、-、空格表示 使用金融数据显示法，小数点后只有两位有效数字
从图1-2中可以看到命令窗口、工作空间窗口、历史命令窗口以及当前目录 浏览器窗口的右上角分别排列着“窗口最小化（Minimize Command Window）”、 “窗口最大化（Maximize Command Window）”、“将窗 口设置为独立窗口（Undock Command Window）”、“关闭（Close Command Window）”四个按钮。MATLAB的窗口不仅如图1-2所示内嵌在 MATLAB界面中，还可以浮动在界面上。 用户如果需要将某一窗口浮动出界面，请点击“Undock Command Window”按钮，如图1-3所示：命令窗口浮动出工作界面。另外浮动出的命 令窗口右上角同样有一个“Dock Command Window”按钮，点击该按钮， 可以将浮动出的窗口重新内嵌在MATLAB的操作界面里。也可以通过菜单 “Desktop”→“Desktop Layout”→“Default”，将窗口设置为默认，从而自动 内嵌在MATLAB界面中。 用户如果需要关闭某一窗口，可以点击“Close Command Window”按钮， 关闭之后该窗口就在操作界面中消失了。如果需要关闭的窗口再次出现， 仍然可以通过菜单“Desktop”→“Desktop Layout”→“Default”，将窗口设置 为默认后，关闭的窗口又再次出现在工作界面。
1.3 MATLAB命令行窗口数据显示格式设置
如图1-3的命令窗口所示，屏幕上sin(/3)的运算结果为 0.8660，这个结果具有固定的小数点后四位有效数字，是按 照MATLAB的数据显示格式—“format short”显示的。实际 上MATLAB的数值数据通常占有64 bit内存，以16位有效数 字的“双精度”运算和输出。MATALB为了能够简洁、紧凑 地显示数值输出，采用“format short”格式显示小数点后 四位有效数字，并不是运算结果的精度只有小数点后四位有 效数字。 用户根据需要，可以在MATLAB的命令窗口中，直接输 入表1-1所示的指令来控制命令窗口数据显示格式。
（5）当前目录显示窗口
MATLAB安装后，会自动生成一个用户目录。例如， 如图1-2所示的C:\Users\wang\Documents\MATLAB。 该目录会显示在“当前目录显示窗口”中，如果用 户不特别设置存放数据和文件的目录，MATLAB总 是默认地将文件存放在当前目录上。如果用户需要 修改当前工作目录，可以点击右侧的目录浏览器进 行修改。 （6）如果在命令行窗口输入edit，会启动M文件 编辑器窗口，可以编辑M文件（详见第2.6节）。
图1-1 MTALAB产品体系
本书主要讲解图1-1 MATLAB产品体系中的最底层的 MATLAB和MATLAB Toolboxes，它是MATLAB产品家族的基 础，提供了基本的数学算法，例如矩阵运算、数值分析算法 等；另外集成了2D和3D图形功能，以完成相应数值可视化的 工作；并且还提供了一种交互式的高级编程语言——M语言， 利用M语言可以通过编写脚本或者函数文件实现用户自己的 算法。由于这一部分在产品体系的最底层，因此不论安装哪 个版本的MATLAB，本书所讲内容都是相同的，而且集中在 MATLAB核心模块中。
图1-3 命令窗口浮动出MTALAB界面
（1）命令窗口（command Window） 命令窗口是MATLAB操作的最主要窗口。在该窗口可 以键入MATLAB的命令、函数、表达式。MATLAB的运算 结果除了用图形方式进行可视化输出外，其他所有运算 结果，以及运行错误时的提示报告都是在命令窗口显示 的。运算结果用黑色字体显示，而运行错误时的提示报 告则用红色字体显示（如图1-3所示）。 （2）当前目录（Current Folder）浏览器 当前目录浏览器显示当前目录显示窗口中的子目录、 以及子目录中的M文件、MAT文件等。在该窗口中选中文 件后单击右键，可以直接对文件进行复制、编辑、运行 等操作。窗口中的MAT文件可以直接送入MATLAB的工作 空间。另外在该窗口的下方有一个“选中目标简况”窗 口，显示所选文件的概括信息。
另外命令行窗口中字体的风格、大小、颜色也可以通过 “File”→“Perference”→“Fonts” 弹出对话框进行设置，如图1-7所示。
1.4 MATLAB常用控制指令
MATLAB还有控制用户环境的指令，比如MATLAB的退出、打开M 文件编辑器、清除图形窗等如表1-2所列。
表1-2 常用的MTALAB控制指令
MATLAb 编程基础与工程应用
机械工业出版社 王敏杰 朱连轩 潘金凤
第一章 MATLAB安装与桌面环境
MATLAB是美国MathWorks公司发布的商业数学软件，主要面 对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。 MATLAB的名称源自Matrix Laboratory两个词的组合，意为矩阵实 验室。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动 态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗 环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众 多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了 传统非交互式程序设计语言的编辑模式，代表了当今国际科学计 算软件的先进水平。 MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数 学类科技应用软件，尤其在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以 进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连 接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信 号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领 域。

在命令窗口中执行上述指令，控制数据的显示格式， 仅对当前的MATLAB窗口起作用，假如MATLAB被关 闭，这种设置也就失效了。但是数据的显示格式设置， 如果是在“File”→“Perference” →“Fonts”→“Command Window” 弹出对话框 “Text display”的“Numberic format”进行选择的，这 种设置将被永久保留，除非用户进行重新设置。
1.2.2 MATLAB操作界面
图1-2 MTALAB操作界面


MATLAB R2010a 的操作界面如1-2所示，该界面主要 平铺这四个常用工作窗口，分别为命令窗口（command Window）、当前目录（Current Folder）浏览器、工作空间 （Workspace）窗口、历史命令（Command History）窗口。 上述窗口的右上角分别排列着“窗口最小化（Minimize Command Window）”、 “窗口最大化（Maximize Command Window）”、“将窗口设置为独立窗口（Undock Command Window）”、“关闭（Close Command Window）” 四个按钮。MATLAB的窗口不仅如图1-2所示内嵌在 MATLAB界面中，还可以浮动在界面上。如图1-3所示，命 令窗口浮动出界面。另外浮动出的命令窗口右上角同样样 有一个“Dock Command Window”按钮，点击该按钮，可 以将浮动出的窗口重新内嵌在MATLAB的界面里。也可以 通过菜单“Desktop”→“Desktop Layout”→“Default”， 将窗口设置为默认，从而自动内嵌在MATLAB界面中。