第1讲Matlab语言及其应用-课件.ppt
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- 关 键 词:
- Matlab 语言 及其 应用 课件
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1、 MMATLABATLAB 语言及其应用 Application of Matlab Language 2019/3/11 Application of Matlab Language 2 学习Matlab 的意义?在欧美各高等学校,Matlab成为线性代数、自动控制理论、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真、图像处理等诸多课程的基本教学工具,成为诸多课程的基本教学工具,成为本科生、硕士生和博士生的必须掌握的基本技能。?在设计研究单位和工业部门,Matlab已被广泛地用于研究和解决各种具体的工程问题。?可以预见,Matlab将在我国科学研究和工程应用中发挥越来越大的作用。2019/3/11
2、 Application of Matlab Language 3 讲授MATLAB 语言基础入门知识,介绍MATLAB 产品的体系、MATLAB桌面工具的使用方法,重点介绍MATLAB 的数据可视化、数值计算的基本步骤以及如何使用MATLAB 语言编写整洁、高效、规范的程序。并涉及到一些具体的专业应用工具箱(如:信号处理工具箱、图像处理工具箱等)。通过本课程的学习,了解、熟悉、掌握 MATLAB 的基本编程方法,并具有初步的利用计算机处理、解决实际问题的能力,为进一步学习后续的专业课程做好准备。主要内容主要内容 2019/3/11 Application of Matlab Language
3、 4 2 MATLAB的桌面环境及入门知识的桌面环境及入门知识?启动与退出MATLAB?命令窗口及使用?数值表示、变量、表达式?命令历史窗口?工作空间 2019/3/11 Application of Matlab Language 5 2.1 启动与退出启动与退出MATLAB?启动MATLAB?直接用鼠标双击桌面上MATLAB图标?或Windows桌面的“开始”“所有程序”“MATLAB”“MATLAB”。?退出MATLAB?关闭MATLAB桌面?在命令窗口执行quit或exit命令?MATLAB缺省桌面(见下页)2019/3/11 Application of Matlab Languag
4、e 6 菜单栏 工具栏 文件编辑窗口 工作空间 历史命令 窗口 Start 菜单 命令窗口 命令提示符 2.1 2.1 启动与退出启动与退出MATLAB MATLAB(续)2019/3/11 Application of Matlab Language 7 2.2 命令窗口的使用命令窗口的使用?激活命令窗口。?“”与闪烁的光标一起表明系统就绪,等待输入。?命令窗口脱离 MATLAB桌面。?简单计算【例2.2-1】计算(1)在MATLAB命令窗口输入 以下内容:(12+2*(7-4)/32(2)按【Enter】键,指令执行。(3)返回的计算结果:ans=2?2122743?2019/3/11 A
5、pplication of Matlab Language 8 2.2 命令窗口(续)说明?在命令窗口【Enter】键提交命令执行。?Matlab所用运算符(如+、-、等)是各种计算程序中常见的。?计算结果中的“ans”是英文“answer”的一种缩写,其含义就是“运算答案”。ans是Matlab的一个预定义变量。2019/3/11 Application of Matlab Language 9 2.2 命令窗口命令窗口(续)?简单计算(续)】例2.2-2【计算sin(45?)sin(45*pi/180)?Matalb 中正弦函数sin 就是常见的正弦函数。?它的参数值是以“弧度”为单位的。
6、?pi也是Matalb 的预定义变量。?pi=3.14159?Matlab 对字母大小写是敏感的。【例2.2-3】计算 的值,其中x=4.92。?0.521xe?sqrt(2*exp(4.92+0.5)+1)?Matalb 中开平方sqrt(x),是英文square root 的缩写。?Matalb 中指数函数exp(x),常见的表达方式。ans=0.7071 ans=21.2781 2019/3/11 Application of Matlab Language 10 2.2 2.2 命令窗口命令窗口(续)?“clc”清除窗口显示内容的命令。【例2.2-4】计算 的值。?2sin 0.315
7、y?y=2*sin(0.3*pi)/(1+sqrt(5)y=0.5000【例2.2-5】计算 的值。?2cos 0.315y?y=2*cos(0.3*pi)/(1+sqrt(5)y=0.3633?命令行编辑?“”键调回已输入过命令。?修改。2019/3/11 Application of Matlab Language 11 2.2 2.2 命令窗口命令窗口 (续)【例2.2-5】计算半径为5.2m的圆的周长和面积。radius=5.2;%圆的半径 area=pi*5.22,circle_len=2*pi*5.2 area=84.9487 circle_len=32.6726?以上两例,命令行
8、中用到了等号“=”。?计算结果不再赋给“ans”,而是赋给用户指定的变量y、area、circle_len。?无论是预定义变量还是用户自定义变量都被存储在系统的工作空间内,即系统定义的一个存储窗口变量的内存空间。?Who、whos 命令用来显示工作空间的变量?clear 命令用来清除工作空间的变量。2019/3/11 Application of Matlab Language 12 2.2 2.2 命令窗口命令窗口 (续)who whos Your variables are:ans circle_len y area radius Name Size Bytes Class ans 1x1
9、 8 double array area 1x1 8 double array circle_len 1x1 8 double array radius 1x1 8 double array y 1x1 8 double array Grand total is 5 elements using 40 bytes 2019/3/11 Application of Matlab Language 13 2.2 2.2 命令窗口命令窗口 (续)clear y who Your variables are:ans circle_len area radius clear ans area whos
10、Your variables are:Name Size Bytes Class circle_len 1x1 8 double array radius 1x1 8 double array Grand total is 2 elements using 16 bytes 2019/3/11 Application of Matlab Language 14 2.2 2.2 命令窗口命令窗口(续)?数值显示格式设置?缺省显示格式:简洁的短(short g)格式?窗口命令及语法格式:format 显示格式关键字 如:format long 位数字显示?常见通用命令 命令 含义 clc 清除命令
11、窗口的显示内容 clear 清除Matlab工作空间中保存的变量 who或whos 显示Matlab工作空间中的变量信息 dir 显示当前工作目录的文件和子目录清单 cd 显示或设置当前工作目录 type 显示指定m文件的内容 help或doc 获取在线帮助 quit或exit 关闭/推出MATALB 2019/3/11 Application of Matlab Language 15 2.3 工作空间工作空间?查看工作空间内存变量,可以由who、whos。?命名新变量。?修改变量名?删除变量?绘图?保存变量数据?装入数据 2019/3/11 Application of Matlab La
12、nguage 16 2.4 历史窗口历史窗口?历史窗口:?首先记录每次启动时间?并记录在命令窗口输入命令,此次运行期间,输入的所有命令被记录为一组,并以此次启动时间为标志。?使用历史窗口:?可以查看命令窗口输入过的命令或语句?可以选择一条或多条命令执行拷贝、执行、创建M文件等。要清除历史记录,可以选择Edit菜单中的Clear Command History 命令 2019/3/11 Application of Matlab Language 17 2.5 当前目录窗口和搜索路径 当前目录窗口:指Matlab 运行时的工作目录。?只有在当前目录和搜索路径下的文件、函数才可以被运行和调用。?如
13、果没有特殊指明,数据文件也将存放在当前目录下;?用户可以将自己的工作目录设置成当前目录,从而使得所有操作都在当前目录中进行。2019/3/11 Application of Matlab Language 18 搜索路径:搜索路径:指Matlab 执行过程中对变量、函数和文件进行搜索的路径。?在File菜单中选择Set Path 命令或在命令窗口输入pathtool 命令,出现搜索路径设置对话框:!修改完搜索路径后,需要进行保存。2019/3/11 Application of Matlab Language 19【功能演示【功能演示-1】求方程 xxxx53223719130?的全部根。p=
14、2,0,-3,71,-9,13;p=2,0,-3,71,-9,13;建立多项式系数向量 x=roots(p);求根 x=-3.4914 1.6863+2.6947i 1.6863-2.6947i 0.0594+0.4251i 0.0594-0.4251i 2019/3/11 Application of Matlab Language 20【功能演示-2】求解线性方程组 xyzxyzxyz?2328234453923a=2,3,-1;8,2,3;45,3,9;a=2,3,-1;8,2,3;45,3,9;建立系数矩阵a b=2;4;23;建立列向量b x=inv(a)*b x=0.5531 0.
15、2051 -0.2784 2019/3/11 Application of Matlab Language 21 符号计算符号计算 syms x y z 建立符号变量 x,y,z=solve(2*x+3*y-z-2,8*x+2*y+3*z-4,45*x+3*y+9*z-23)x=151/273 y=8/39 z=-76/273 2019/3/11 Application of Matlab Language 22【功能演示【功能演示-3-3】求解定积分】求解定积分 求解求解 I=quad(x.*log(1+x),0,1)ans=0.250 或 syms x nt(x*log(1+x),0,1)
16、ans=1/4 ln()xxd x?101 2019/3/11 Application of Matlab Language 23【功能演示【功能演示-4】多项式曲线拟合】多项式曲线拟合 考虑如下 x-y 一组实验数据:x=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 x=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 y=1.2,3,4,4,5,4.7,5,5.2,6,7.2 y=1.2,3,4,4,5,4.7,5,5.2,6,7.2 注:?一次多项式拟合:p1=polyfit(x,y,1)?三次多项式拟合:p3=polyfit(x,y,3)?plot 原始数据、一次拟合曲线和三次拟合曲线 x2=1:
17、0.1:10;y1=polyval(p1,x2)y3=polyval(p3,x2)plot(x,y,*,x2,y1,:,x2,y3)321205(25)y xxxIn MAByTLA?2019/3/11 Application of Matlab Language 24 拟合曲线图 由图可见,三次拟合结果较好。2019/3/11 Application of Matlab Language 25 2.3 数值表示、变量及表达式?数值的记述数值的记述 MatlabMatlab的数只采用习惯的十进制表示,可以带小数点的数只采用习惯的十进制表示,可以带小数点和负号;其缺省的数据类型为双精度浮点型(d
18、ouble)。例如:3 -10 0.001 1.3e10 1.256e-6?变量命令规则变量命令规则?变量名、函数名对字母的大小写是敏感的。如myVar与myvar表示两个不同的变量。?变量名第一个字母必须是英文字母。?变量名可以包含英文字母、下划线和数字。?变量名不能包含空格、标点。?变量名最多可包含63个字符(6.5及以后的版本)。2019/3/11 Application of Matlab Language 26 2.3 2.3 数值表示、变量及表达式数值表示、变量及表达式 (续)?Matlab预定义的变量 变量名 意义 ans 最近的计算结果的变量名 eps MATLAB 定义的正的
19、极小值=2.2204e-16 pi 圆周率 inf 值,无限大 i或j 虚数单元,sqrt(-1)NaN 非数,0/0、/说明?每当MATLAB 启动完成,这些变量就被产生。?MATLAB 中,被0除不会引起程序中断,给出报警的同时用 inf或NaN给出结果。?用户只能临时覆盖这些预定义变量的值,Clear或重启MATLAB可恢复其值。2019/3/11 Application of Matlab Language 27 2.3 数值表示、变量及表达式(续)?运算符和表达式 运算 数学表达式 MATLAB 运算符 MATLAB 表达式 加 a+b+a+b 减 a-b-a-b 乘 axb*a*b
20、 除 a/b 或ab/或 a/b 或ab 幂 ab ba说明?Matlab 用“”和”/”分别表示“左除”和“右除”。对标量而言,两者没有区别。对矩阵产生不同影响。?MATLAB 表达式的书写规则与“手写方式”几乎完全相同。?表达式按与常规相同的优先级自左至右执行运算。?优先级:指数运算级别最高,乘除次之,加减最低。?括号改变运算的次序。2019/3/11 Application of Matlab Language 28 2.3 数值表示、变量及表达式(续)?复数及其运算?MATLAB中复数的表达:z=a+bi,其中a、b为实数。?MATLAB把复数作为一个整体,象计算实数一样计算复数。【例
21、2.3-1】复数z1=3+4i,z2=1+2i,z3=计算 62ie?123z zzz?z1=3+4*i,z2=1+2*i,z3=2*exp(i*pi/6),z=z1*z2/z3 z_real=real(z),z_image=imag(z),z_angle=angle(z),z_length=abs(z),Matlab数据及其运算数据及其运算 Matlab数据类型非常丰富,除数值型、字符型等基本数据类型外,还有结构体、单元等更为复杂的数据类型。各种数据类型都以矩阵形式存在,矩阵是Matlab最基本的数据对象,并且矩阵的运算是定义在复数域上的。2019/3/11 Application of M
22、atlab Language 30 2.2 Matlab矩阵(数组)的表示?数组的概念?一维数组变量的创建?二维数组变量的创建?数组元素的标识与寻访?数组运算?多维数组 2019/3/11 Application of Matlab Language 31 2.2.1.数组(array)的概念?数组定义:按行(row)和列(column)顺序排列的实数或复数的有序集,被称为的实数或复数的有序集,被称为数组。数组中的任何一个数都被称为这个数组的元素,由其所在的行和列标识,这个标识也称为数组元素的下标或索引。Matlab 将标量视为11的数组。对m行、n列的2维数组a:计为mn的数组a;*行标识、
23、列标识均从1开始;行标识从上到下递增;列标识从左到右递增。1 2 3 4 5 2 2 3 4 5 3 2 3 4 5 4 2 3 4 5 a(3,4)=34 row is first a=2019/3/11 Application of Matlab Language 32?数组的分类?一维数组,也称为向量(vector)。?行向量(row vector)、列向量(column vector)。?二维数组(矩阵matrix)。?多维数组。?有效矩阵:每行元素的个数必须相同,每列元素的个数也必须相同。2.2.1.数组(array)的概念 2019/3/11 Application of Matl
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