本章介绍matlab软件的一般命令,数组操作和运算函数,绘图命令,循环和选择结构,通过实例练习解决一些简单问题。
2.1 引言。
matlab是matrix laboratory的缩写,由美国mathworks公司开发的工程计算软件,迄今已推出了7.1版。当今数学类科技应用软件可分为两类,一类是数值计算型,如matlab,xmath,gauss等,这类软件擅长数值计算,对处理大批数据效率高;另一类是数学分析型软件,如mathematica,maple等,这类软件以符号计算见长,能给出解析解和任意精度解,其缺点是处理大量数据时效率高。
现在,matlab已经发展为适合多学科,功能强大的大型软件,成为高级课程的基本教学工具,如matlab可以做:
微积分:微分,积分,求极限,泰勒展开,级数求和;
代数:求逆,特征值,行列式,代数方程解的简化,数学表达式的指定精度求值;
数值分析:插值与拟合,数值微分与积分,函数逼近,代数方程和微分方程的数值解和符号解;
统计计算:均值,方差,概率,参数估计,假设检验,相关性和回归分析,统计绘图,随机数产生器等;
优化问题的求解:线性规划,非线性规划等问题的求解;
动态系统模拟**等;
它已成为大学生,研究生和博士生必须掌握的基本技能,同时,,matlab也被研究单位和工业部门广泛应用,使科学研究和解决各种具体问题的效率大大提高。
matlab集成环境主要包括五部分:matlab语言,matlab工作环境,句柄图形,matlab数学函数库,matlab api (application program interface)。
matlab主要有以下特点:
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) 图形功能强大。包括对二维和三维数据可视化,图像处理,动画制作等高低层次的绘图命令。
3) 功能强大的工具箱。工具箱可分两类:功能***箱和学科***箱。
前者主要用来扩充其符号计算功能,图示建模**,文字处理及与硬件实时交互的功能。而学科***箱是专业性较强的,如优化,统计,控制,小波,图像处理和通信工具箱等。
4) 易于扩充。除内部函数外,所有matlab的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件,用户可修改文件和加入自己的文件,可与库文件一样被调用。
2.1.1 安装(windows操作平台)
1. 将源光盘插入光驱;
2. 在光盘的根目录下找到matlab的安装文件。
3. 鼠标双击该安装文件,按提示逐步完成安装;
4. 安装完成后,在程序栏里便有了matlab选项。
2.1.2 启动。
在”开始程序matlabmatlab”中单击matlab,便会出现matlab command window(即命令窗口).
2.2 matlab环境。
matlab既是一种语言,又是一个编程环境。
2.2.1 命令窗口。
命令窗口是用户与matlab进行交互的主要场所。matlab语句的一般形式为:
变量=表达式。
如,键入:x=4.5回车,将显示。x=
再键入:y=sin(x*pi)回车,将显示:y
的作用:1. 表达式后面跟分号‘;’将不显示结果;
2. 跟‘,’或不跟任何符号,将显示表达式的计算结果;
3. 当一个表达式没写完就需换行时,应在该行末键入‘…’之后再回车换行。如:
s=1-1/2+1/3+1/4+sin(3*x*y)-cos(x)..
用于命令行编辑的控制键和方向键。
1. 按‘↑’键,会显示刚才键入的命令行;
2. 反复按‘↑’键,可以**以前键入的所有命令行;
3. ‘键可以移动光标;
4. 还有‘home’,‘end’,‘esc’键等。‘esc’清除一行。
变量。1. 以字母开头,后面可跟字母,数字和下**;
2. 大小写字母有区别,不超过31个字母。
特殊变量名。
ans 用于结果的缺省变量名;pi 圆周率;eps计算机的最小数;inf无穷大;nan不定量;i或j -1的开方;realmin最小可用正实数 ;realmax最大可用正实数。
工作区。接受matlab命令的内存区域,存储着命令编辑区输入的命令和创建的所有变量值。
查看或保存工作区变量:
who 或whos 显示当前工作区中的所有变量。
clear清除工作区中的所有变量。
clear(变量名) 清除指定工作区的变量。
s**e(文件名) 将当前工作区的变量储存在一个mat-文件中。
load(文件名) 调出一个mat-文件。
quit回车或单击右上角的‘’,退出工作区。
2.2.2 程序编辑器。
m文件:命令文件和函数文件。
1. m文件的建立。
1) 进入程序编辑器(matlab editor/debug):从‘file’菜单中选择‘new’及‘m-file’项。
2) 输入程序。
3) 保存程序:单击‘s**e’按钮,出现一对话框,在文件名一框中键入一文件名,单击‘保存’。
2. 命令m文件及其运行。
命令m文件:一些命令行的组合,没有输入参数,也不返回输出参数。如:
文件名。x=4;y=6;z=2;
items=x+y+z
cost=x*25+y*22+z*99
**erage-cost=cost/items
1) 在程序编辑窗口输入,以名为的m文件存磁盘;
2) 在matlab命令编辑窗口输入exl,便会顺序执行该文件中的命令。
3. 函数m文件及其调用。
函数m文件的形式为:
function [输出变量列表]=函数名(输入变量列表)
函数体语句;
如:function f=f1(x)
f=100*(x(2)-x(1)^2)^2-(1-x(1))^2;
注意函数m文件的文件名必须与其函数名相同)
调用格式:x=[2 3];
f=f1(x)
结果为:f=99
2.2.3 文件管理。
what 返回当前目录下的m,mat,mex文件的列表。
dir 列出当前目录下的所有文件。
cd 显示当前的工作目录。
type test 在命令窗口下显示的内容。
delete test 删除m文件。
which test 显示m文件所在的目。
2.3 数组和函数。
2.3.1 数组的运算。
1) 数组的简单构造:
数组常采用‘:’和函数‘linspace’两种输入方式,如:
x=1:5 (从1到5公差为1的等差数组)
x=0:0.1:1 (从0到1,公差为0.1)
x=linspace(0,pi,11) (11个从0到pi的等间隔数)
2) 数组的运算。
设a=[a1 a2 a3],b=[b1 b2 b3],c=标量。
标量加法 a+ c =[a1+c a2+c a3+c]
乘法 a*c=[ a1*c a2*c a3*c]
数组加法 a+b=[ a1+ b1 a2+ b2 a3+ b3]
乘法 a.*b= [a1*b1 a2*b2 a3*b3]
数组右除 a./b= [a1/b1 a2/b2 a3/b3]
左除 a.\b= [b1 /a1 b2/ a2 b3/ a3]
数组求幂 a.^c=[ a1^c a2^c a3^c]
c. ^a=[ a1^c a2^c a3^c]
a.^b= [a1^b1 a2^b2 a3^b3]
sort(v)按升序排列;max(v)求最大值;min(v)求最小值;sum(v)求和;mean(v) 求平均
2.3.2 矩阵的创建。
1) 矩阵的直接定义键入:a=[1 2 3;4 5 6]
或键入:a=[1 2 3
2) 特殊矩阵
zeros(m,n) ones(m,n) eye(n) rand(m,n) diag(v) triu(x)
3) 矩阵的剪裁和拼接
键入:a=[1 2 3 ;4 5 6;7 8 9];a(3,:)a的第三行。
输出:ans= 7 8 9
键入:b=a(2:3,:)a的第二,三行。
输出:b=
键入:a(:,1) %a的第一列。
输出:ans=
输入:c=[b,zeros(2,1)]
输出: c=
2.3.3 矩阵的运算。
矩阵加法,– 矩阵减法,* 乘法,‘ 转置,^ 乘幂,/ 左除,\ 右除。
如:a是可逆矩阵,ax=b的解是a左除b,即x=a\b;xa=b的解x= b/a.,rank(a) 矩阵秩,inv(a) 矩阵的逆,det(a) 行列式,orth(a) 正交化,poly(a) 特征多项式。
2.3.4 数学函数。
sin(x),cos(x),tan(x),cot(x),exp(x) ,log(x),log10(x),sqrt(x)平方根。
朝零方向取整 fix(x),朝方向取整floor(x),朝方向取整ceil(x),四舍五入到最近的整数round(x),符号函数sign(x)
2.4 图形功能。
2.4.1 二维图形。
1) 基本绘图命令
plot(x,y,‘color-linestyle-marker’)
x,y---转折点;color-linestyle-marker---连线颜色,线型,数据点图标。
颜色:y黄,r红,g绿,b蓝,w 白,k 黑,m紫,c 灰,-实线,:点线,--虚线。
数据点图标:.小黑点,+加法,*星号,o小圆圈,pentagram 五角星。
第二章MATLAB
2 matlab 一个强有力的科学计算与。控制系统cad软件。2.1 概述。matlab的名字由matrix和laboratory两词的前三个字母组合而成,始创者是时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的cleve moler教授。于1984年由mathworks公司推出 dos版 1993年推出ma...
第二章MATLAB
2 matlab 一个强有力的科学计算与。控制系统cad软件。2.1 概述。matlab的名字由matrix和laboratory两词的前三个字母组合而成,始创者是时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的cleve moler教授。于1984年由mathworks公司推出 dos版 1993年推出ma...
MATLAB第二章
目录。第二章matlab基础 1 2.1 变量和数组 1 2.2 matlab变量的初始化 3 2.2.1 用赋值语句初始化变量 3 2.2.2 用捷径表达式 short expressions 来赋值 4 2.2.3 用内置函数来初始化 5 2.2.4用关键字input初始化变量 6 测试2.1 ...