MATLAB编程与应用系列-第1章 MATLAB概述

Posted 2021-01-16

本系列教程来源于出版设计《基于MATLAB编程基础与典型应用书籍》，如涉及版权问题，请联系：[email protected]。 出版社：人民邮电出版社， 页数：525。

本系列教程目前基于MATLABR2006a，可能对于更高级版本的功能和函数有差异，教程中如有问题，请联系：[email protected]

在科学研究和工程计算领域经常会遇到一些非常复杂的计算问题，利用计算器或手工计算是无法胜任的，只能借助计算机编程来实现，MATLAB正是解决这样复杂计算问题的强大的科学计算软件。MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，提供了大量的内置函数，被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作。本章将对MATLAB进行简要的概述，让用户对MATLAB有一个基本的认识，为逐步深入学习打下基础。本章包括以下内容：

• MATLAB简介?
• MATLAB的安装
• MATLAB的启动与退出
• MATLAB的运行环境
• MATLAB的帮助系统
• MATLAB R2006a的新特点

1.1 MATLAB简介

MATLAB的名字是由MATrix和LABoratory两词的前三个字母组合而成。它是一个可视化的计算程序，被广泛地使用于各种计算机上。
MATLAB具有用法简单、适用范围广、程式结构强又兼具有开放性和延展性等特点。它的特点主要包括以下几个方面。
（1）数值运算功能强
在MATLAB环境中，有超过500种数学、统计、科学及工程方面的函数可使用，函数的标示自然，使得问题和解答像数学式子一般简单明了，让使用者可以全力发挥在解题方面，而不是浪费在电脑操作上。
（2）先进的资料视觉化功能
MATLAB具有强有力的二维、三维图形工具。MATLAB的物件导向图形架构让使用者可执行视觉数据分，并制作高品质的图形，完成科学性或工程性图文并茂的文章。
（3）高阶但简单的程式环境
做为一种直译式的程式语言，MATLAB容许使用者在短时间内写完程式，所花的时间约为用FORTRAN或C语言的几分之一，而且不需要编译及联结即能执行，同时包含了更丰富、更易用的内建功能。
（4）开放及可延伸的架构
MATLAB的大多数核心文件和工具箱文件都是开放的，容许使用者接触大多数文件的源代码，还可以更改现存函数，甚至加入自己的函数使MATLAB成为使用者所需要的环境。
（5）丰富的程式工具箱
MATLAB的工具箱提供了使用者在特别应用领域所需的许多函数。现有工具箱包括符号运算、影像处理、统计分析、讯号处理、神经网路、模拟分析、控制系统、即时控制、系统确认、强建控制、弧线分析、最佳化、模糊逻辑、mu分析及合成和化学计量分析等。

1.2 MATLAB的安装

1.3 MATLAB的启动与退出

MATLAB 2006a的启动和退出，根据使用系统的不同有着不同的操作。
（1）启动
在Windows和Macintosh系统中，程序通常通过双击图标而启动（桌面上的快捷方式或者开始菜单中的程序）。
在UNIX系统中，程序是通过在命令行系统提示符后键入如下字符启动：
matlab
当启动MATLAB时，如果matlabrc.m和startup.m文件存在，则执行这些文件。在这些文件中，为满足个人需要，用户可以给定命令以调整MATLAB，在提示符>>后键入相关命令。
（2）退出
如果要退出MATLAB系统可以直接在命令窗口中输入quit命令并回车来退出当前系统。
quit
另外还可以通过选择主菜单“文件”下的“quit”选项或直接点击MATLAB主窗口右上角的关闭按钮来当前系统。如果想要终止MATLAB正在运行的命令或程序，可以同时按下‘CTRL’和‘c’键。MATLAB将停止正在运行的所有工作，并且在屏幕上给出提示符，等待用户输入。

注意：命令应在提示符>>后键入，在本书后面的其他章节中凡是要求输入命令的均是输入提示符>>后的字符。

1.4 MATLAB的运行环境

1.4.1MATLAB的工作界面

MATLAB提供了【File】、【Edit】、【Debug】、【Desktop】、【Window】和【Help】菜单。下面对【File】、【Edit】和【Desktop】菜单进行简单的说明。

（1）File菜单栏主要负责新建M文件，图形窗口，仿真模型和GUI设计模型，以及数据导入，路径和属性设置以及退出等功能，具体各命令的功能对照表1.1所示。
（2）【Edit】菜单如图所示，【Edit】菜单的各菜单项与Windows的【Edit】菜单相似；【Paste to Workspace】可以用来打开数据输入向导对话框“Import Wizard”，将剪贴板的数据输入到MATLAB工作空间中。
###1.4.2 命令窗口
【例1.1】简单的矩阵运算
在命令窗口中输入以下内容：
>>A=[11 12 13;21 22 23; 31 32 33] %创建矩阵A
按回车，得出如下结果：
A =<br/>11 12 13<br/>21 22 23<br/>31 32 33
继续输入指令：
>> B=A*2
按回车，得出如下结果：
B =<br/>22 24 26<br/>42 44 46<br/>62 64 66

注意：（1）每行命令的后面如果加上“；”符号表示这行命令的计算结果不显示，否则默认每行命令所产生的变量结果都显示。
（2）MATLAB命令窗口中可以使用连续3个或3个以上的黑点“…”来表示续行，即表示下一行是这一行的继续，但要注意，在Notebook中运行不能使用续行号，要任其自动回绕。
（3）符号“%”表示其之后的内容为注释，程序将不予以计算。

通过例1.1可以看出命令窗口的使用方法，接下来介绍关于命令的几个知识点。
（1）输出格式的重新定义
命令窗口中数值的输出格式根据数值类型的不同显示不同的格式。当需要显示的数值为整数时，则以整数形式显示；当需要显示的数值为实数时，则以小数后4位的精度近似显示，即以“短(Short)”格式显示，如果数值的有效数字超出了这一范围，则以科学计数法显示结果。

用户可以根据输出数据的显示要求来更改输出数据的显示格式。第一种方法是，选择【File】菜单的【Preferences】命令，在弹出的“Preferences”对话框中，选择“Command Window”项，并对相应参数进行修改，

另外一个方法是在MATLAB工作空间中执行format命令，可以重新定义输出格式。MATLAB提供的输出格式有以下几种.

指令	含义
format	默认值，相当于format short
format short	保证小数点后有四位有效数字
format long	用15位数字表示
format short e	用5位科学计数法表示
format long e	用15位科学计数法表示
format short g	从format short和format short e中选择最佳输出方式
format hex	用16进制表示
format bank	用货币形式表示
format rat	用近似的有理数表示
format compact	显示变量之间不加空行
format loose	显示变量之间加空行
format +	显示大矩阵用；正数、负数、零分别用+、-、空格表示

（2）常见的通用操作指令
MATLAB提供了一些基本的操作指令，例如查看、保存或删除当前工作空间中的变量等，熟悉和掌握这些通用的基本的操作指令，对后面的学习将会提供很大的帮助。表1.4列出了一些常见的通用操作指令及其具体含义。

指令	含义
clc	擦去一页命令窗口,光标回屏幕左上角
clear	从工作空间清除所有变量
clf	清除图形窗口内容
who	列出当前工作空间中的变量
whos	列出当前工作空间中的变量及信息或用工具栏上的Workspace浏览器
delete <文件名>	从磁盘删除指定文件
whech <文件名>	查找指定文件的路径
clear all	从工作空间清除所有变量和函数
help <命令名>	查询所列命令的帮助信息
save name	保存工作空间变量到文件name.mat
save name x y	保存工作空间变量x y到文件name.mat
load name	下载‘name’文件中的所有变量到工作空间
load name x y	下载‘name’文件中的变量x y到工作空间
diary name1.m	保存工作空间一段文本到文件name1.m
type name.m	在工作空间查看name.m文件内容
what	列出当前目录下的m文件和mat文件

（3）常见的指令行编辑操作
常见的命令窗口中指令行的编辑操作方法及其具体含义见表1.5所示。
表1.5 命令窗口中实施指令行编辑的常用操作键

键名	快捷键	作用
↑	Ctrl+p	调用上一次的命令
↓	Ctrl+n	调用下一行的命令
←	Ctrl+b	退后一格
→	Ctrl+f	前移一格
Ctrl +←	Ctrl+r	向右移一个单词
Ctrl +→	Ctrl+l	向左移一个单词
Home	Ctrl+a	光标移到行首
End	Ctrl+e	光标移到行尾
Esc	Ctrl+u	清除一行
Del	Ctrl+d	清除光标后字符
Backspace	Ctrl+h	清除光标前字符
	Ctrl+k	清除光标至行尾字
	Ctrl+c	中断程序运行

（4）命令窗口中的标点符号
标点符号在MATLAB中具有重要的地位，在使用过程中读者一定要注意。各标点符号的功能见表1.6所示。

表1.6 MATLAB常用标点符号的功能

名称	符号	功能
空格		用于输入变量之间的分隔符以及数组行元素之间的分隔符。
逗号	,	用于要显示计算结果的命令之间的分隔符；用于输入变量之间的分隔符；用于数组行元素之间的分隔符。
点号	.	用于数值中的小数点，对于矩阵向量相乘时，表示对应位置元素相乘。
分号	;	用于不显示计算结果命令行的结尾；用于不显示计算结果命令之间的分隔符；用于数组元素行之间的分隔符。
冒号	:	用于生成一维数值数组，表示一维数组的全部元素或多维数组的某一维的全部元素。
百分号	%	用于注释的前面，在它后面的命令不需要执行。
单引号	‘ ’	用于括住字符串。
圆括号	( )	用于引用数组元素；用于函数输入变量列表；用于确定算术运算的先后次序。
方括号	[ ]	用于构成向量和矩阵；用于函数输出列表。
花括号	{ }	用于构成元胞数组。
下划线	-	用于一个变量、函数或文件名中的连字符。
续行号	…	用于把后面的行与该行连接以构成一个较长的命令。
“At”号	@	用于放在函数名前形成函数句柄；用于放在目录名前形成用户对象类目录。

注意：以上的符号一定要在英文状态下输入，因为MATLAB不能识别中文标点符号。

作者：德特数据
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