中北大学 信息与通信工程学院MATLAB 程序设计与应用第一篇 基本概述1 MATLAB小转与外观2 初探MATLAB第二篇 绘图功能3 二维平面绘图4 三维立体绘图5 特殊图形6 图像显示与读写7 动画制作8 句柄图形与GUI设计9 GUIDE：GUI设计环境第三篇 变量与数据结构10 矩阵的处理与运算11 字符与字符串12 多维数组13 单元数组14 结构数组15 稀疏矩阵第四篇 程序设计16 MATLAB的运算符17 M文件18 程序流程控制19 程序调试20 文件输出及输入21 程序计时22 程序代码与内存的优化23 应用程序接口第五篇 数值运算与其它应用24 线性代数25 多项式的处理与分析26 一般数学函数的处理与分析27 内插方法28 曲线拟合与回归分析29 常微分方程30 GUI应用举例31 数据与函数的可视化中北大学 信息与通信工程学院1 MATLAB小转与外观1.1 MATLAB小转1.2 MATLAB第五版外观1.3 MATLAB第六版外观本章介绍MATLAB与 MathWorks公司的背景和历史，并说明MATLAB第五版和第六版的外观。中北大学 信息与通信工程学院1.1 MATLAB 小转MATLAB是由MathWorks 软件公司于1984年推出的数学软件。其名称是由矩阵实验室 （MATrix LABoratory）合成的。由此可知最早的开发理念是提供一套完善的矩阵计算命令。但是，随着数值运算需求的发展，MATLAB已经成为各种系统仿真、科学计算可视化为一体的交互式软件系统。MATLAB虽然在1984年首次推出商业版，但其前身早在1978年就已出现。作者是任教于美国新墨西哥大学的 Cleve Moler 教授。事实上MATLAB 的许多核心计算技术来源于LINPACK和EISPACK 。这是两个美国国科会计划所开发的数值计算软件。 Cleve Moler 教授也是计划负责人之一。虽然Cleve Moler 教授是MATLAB的原作者，但是第一个将MATLAB商品化的人不是他，而是Jack Little,他在Stanford大学主修控制，当他接触到MATLAB时，直觉告诉他这是一个潜力很大的软件。因此，他在毕业后没有多久，既决定将MATLAB用C语言重写，并于1984年成立MathWorks 软件公司，首次推出MATLAB商用版。中北大学 信息与通信工程学院1.1 MATLAB 小转MathWorks虽然已经是超过500人的大公司，但是至今还是私人企业，没有上市。这与Jack Little的个人理念有关，他认为MATLAB的发展方向应该与顾客的需求与软件的完整性为首要目标，而不是以获利为主。因此MATLAB一直在稳定中求进步。由于Jack Little保守的个性，也使MathWorks不涉及MATLAB和SimuLink以外的事业。MATLAB 早期以矩阵运算为主(第1,2,3版)。但随着科学计算可视化需求的日增，MATLAB 第4版推出句柄图形，这是一个里程碑。另一个里程碑则是MATLAB 第5版，允许用户建立自己的数据类型，而不再只是局限于二维的矩阵。MATLAB语言比较好学，它的语法规则简单，更适合于专业科技人员的思维方式和书写习惯。它用解释方式工作，因此更加简洁和智能化，人机交互性能好。中北大学 信息与通信工程学院1.1 MATLAB 小转MATLAB是一个计算核心，围绕这个核心，有许多针对不同应用所开发的应用程序，称为工具箱（ToolBoxes）例如Control ToolBox，Signal processing ToolBox，Wavelet ToolBox，Optimization ToolBox，Spline ToolBox，Symbolic ToolBox。工具箱实际上是用MATLAB的基本语句编写成的程序的集合，用以解决某一方面的专门问题。任何人都可以自己生成工具箱，因此，很多研究成果被直接做成MATLAB的工具箱直接发布。在互联网上有大量的免费的MATLAB工具箱可以使用。除了MATLAB以外， MathWorks 还有两项主要产品SimuLink和 Stateflow。 SimuLink用于连续和离散时间的动态系统仿真。 Stateflow 用于仿真有限状态机（Finite State Machines）和事件驱动系统（Event-driven Systems）。中北大学 信息与通信工程学院1.2 MATLAB 第五版外观进入MATLAB第五版界面后，可以看到标准的下拉式菜单（Pull-down Menu），File，Edit，Window，Help。其中File | Preference 是比较重要的。使用这个界面，可以设置MATLAB的数值显示方式、文本编辑器、命令窗口的字体和背景、拷贝图形的选项等。MATLAB主界面中还有其它窗口，其中四个是直接和MATLAB的操作相关。工作空间浏览器（ Workspace Browser ）当前目录浏览器（ Current Directory Browser ）SIMULINK库浏览器（SIMULINK Library Browser）在线帮助（On-line Help）中北大学 信息与通信工程学院1.2 MATLAB 第五版外观工作空间浏览器：MATLAB用来储存变量的空间，称为工作空间。工作空间浏览器用来浏览工作空间中的变量，包括其名称、数据类型、字节大小等。路径浏览器：MATLAB在执行每个命令时，会根据一个搜寻路径寻找命令的位置。路径浏览器的功能是对搜寻路径进行修改。SIMULINK库浏览器：SIMULINK是一个仿真工具，它不是MATLAB的一个部分，所有如果您没有安装SIMULINK，就不会有此图标。在线帮助：此图标打开MATLAB的在线帮助窗口，您可以一路单击所要的类别或命令，直到得到所需要的帮助信息。中北大学 信息与通信工程学院1.3 MATLAB 第六版外观MATLAB第六版中有更多的窗口，可以有用View菜单控制它们，这些窗口分别是View | Command Window命令窗口View | Command History命令历史窗口View | Help Browser在线帮助浏览器View | Workspace Browser工作空间浏览器View | Launch Pad交互界面分类目录窗口View | Profiler程序性能解析窗口中北大学 信息与通信工程学院1.3 MATLAB 第六版外观1.Command Window命令窗口是MATLAB操作最主要的窗口。在这个窗口中可以键入各种MATLAB的命令、函数、表达式，并显示除图形以外的所有结果。命令窗口的每一行前有提示符。命令窗口内显示的字符和数值采用不同的颜色。输入的命令、表达式和计算结果采用黑色字体，字符串用红色，if ，for等关键词采用蓝色。MATLAB把命令窗口中输入的命令都记录在Command History中，因此MATLAB的命令窗口不仅可以对输入的命令编辑和运行，而且可以对已输入的命令进行回调、编辑、重新运行。2. Command History历史命令窗口出现在MATLAB界面的左下方，用来记录并显示已运行的命令、函数、表达式，并允许用户对它们进行选择、复制和重运行。用户可以方便地输入和修改长命令，选择多行命令产生M文件。中北大学 信息与通信工程学院1.3 MATLAB 第六版外观3. Current Directory Browser 当前目录浏览器窗口默认地出现在MATLAB界面左上方后台，用来设置当前目录，可以随时显示当前目录下的MATLAB文件的信息，包括文件名、文件类型、最后修改时间和文件说明等。并可以复制、编辑和运行M文件，以及加载MAT类型的数据文件。4. Workspace Browser工作空间浏览器窗口在MATLAB界面左上方后台，用来显示MATLAB工作空间中的变量名、数据结构、类型、大小和在内存中的字节数。在该窗口中，还可以对工作空间中的变量进行观察、编辑、提取和保存。中北大学 信息与通信工程学院1.3 MATLAB 第六版外观5. Array Editor在默认情况下，数组编辑窗口不随MATLAB界面出现，只有在工作空间窗口中选择数值、字符变量，单击鼠标右键出现选单，选择Open或双击该变量时才会出现数组编辑器窗口，并且相应的变量会出现在窗口中。用户可以直接在数组编辑器窗口中修改打开的数组，甚至可以更改数据结构和显示方式。6. Launch Pad交互界面分类目录窗口不随MATLAB界面出现，可以从MATLAB菜单View中打开，在这个窗口中，以展开的树状结构显示当前安装的MATLAB交互界面，便于用户迅速查阅。7. Editor/Debugger在默认情况下，M文件编辑、调试窗口不随MATLAB启动出现。只有需要编写M文件时，才启动该窗口，可以编辑M文件，对M文件进行交互式调试。中北大学 信息与通信工程学院1.3 MATLAB 第六版外观8. Help Navigator/Browser帮助导航、浏览器窗口在默认情况下不随MATLAM启动出现，当单击工具栏上的？图标，或选择View-Help时出现。主要作用是显示MATLAB的帮助信息。9. Profiler程序性能解析窗口用来对MATLAB中各命令的耗时进行分析，是MATLAB6.5新增的窗口，选择View-Profiler或在命令窗口中输入Profile Viewer命令都可激活这个窗口。中北大学 信息与通信工程学院2 初探MATLAB2.1 使用变量与基本运算 2.5 M文件2.2 向量与矩阵的处理 2.6 搜索路径2.3 常用数学函数 2.7 工作空间与变量2.4 程序流程控制本章介绍 MATLAB 的基本环境和操作，如果您是MATLAB的初学者，建议您先熟悉本章各节的内容，能够帮助您很快进入状态。当然，如果您是MATLAB老手，可以直接跳到后面各章节。中北大学 信息与通信工程学院2.1 使用变量与基本运算基本运算在Command Window下进行。基本运算符号 + - * / (5*2+3.5)/5 ans=2.7000 %其中ans是存计算结果的默认变量x=32x=32; %表达式式后加; 表示结果不在屏幕上显示x=5*sin(pi/3),y=cos(pi/2) %在一行中的多条语句用，或；隔开x=5*sin(pi/3)+cos(pi/4).+exp(2) %如果一个语句过长，可以用 .将其延伸到下一行MATLAB变量名第一个字符必须是英文字母，字母间不能有空格，最多只能有31各字母或数字。变量不需要预先声明，变量以默认的double数据类型保存。中北大学 信息与通信工程学院2.2 向量与矩阵的处理MATLAB的特色在于可以方便的使用向量和矩阵进行存储和运算，用到 , ; ( ) :1、矩阵的表示A=1 2;3 4 或 A=1 ,2;3, 4B=1 2 3 或 B=1 ,2, 3 %行向量C=1;2;3%列向量行向量看作只有一行的矩阵，列向量看作只有一列的矩阵。2、矩阵的处理A=1 2 3;4 5 6;7 8 9 输入一个33的矩阵A=1 2 34 5 67 8 9对矩阵中的单个元素处理，A(1,2)=5 表示将矩阵A中第1行，第2列的元素改为5。B=A(2,1:3) %取出A的第2行的元素B=4 5 6中北大学 信息与通信工程学院2.2 向量与矩阵的处理A; 1 1 %在A中加入第4行ans=1 34 67 91 1%取出矩阵的一部分形成一个新矩阵B=A(1:2,1:2)B =1 24 5A( 1,:)= %删除A的第1行：表示所有行A = % 表示空矩阵4 5 67 8 9A( :