Matlab基础及其应用
MATLAB基础及应用
R2015b - 发行时间 2015年9月3日
2016年3月25日 南昌航空大学 软件学院 5
1.3 MATLAB的功能
强大的科学计算、数据处理能力
基本的计算、科研和工程计算的最新研究成果
出色的图形处理与显示能力 功能强大的模块集和专业工具箱
符号运算、优化、图像处理、偏微分方程工具箱
可编程解决复杂问题——M文件 丰富的程序接口——C语言、ZEMAX 丰富的联机帮助系统
2016年3月25日 南昌航空大学 软件学院 6
MATLAB的绘图——cos(x)*sin(y)图形
1 0.5 0 -0.5 -1 4 2 0 -2 -4 -5 0 5
M文件分类
脚本（命令）文件：只是一些命令行的组合，其中 的所有变量也成为工作变量空间的一部分。 函数文件：单独功能的代码块，需要接受参数输入 和输出，函数M文件具有独立的内部变量空间。
MATLAB提供的大部分函数都用函数文件实现。
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南昌航空大学 软件学院
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4.2 MATLAB的编程——脚本文件编程
MATLAB基础及应用
MATLAB—必须掌握的计算机语言之一
科学研究的强大辅助工具
数学运算：线性代数/微积分/概率统计
专业课学习工具
工程或生活中实际问题的解决工具
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南昌航空大学 软件学院
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第一章 认识MATLAB
1.1 MATLAB简介
美国MathWorks公司推出的科学及工程计算
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3.3 MATLAB的绘图——三维网格曲面绘制
MATLAB基础及应用概述
一、MATLAB基础MATLAB® 是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的科学计算语言和编程环境。
Matlab变量◆基本运算变量逗号、分号的意义行内编辑、注释、运算规则◆变量要求变量区分字母的大小写名字不能超过31个字符变量必须以字母开头，之后可以是任意字母、数字或者下滑线变量中不能含有标点符号。
特殊变量◆MATLAB语言中数值有多种显示形式，在缺省情况下，若数据为整数，则就以整数表示；若数据为实数，则以保留小数点后4位的精度近似表示。
MATLAB 语言提供了10种数据显示格式，常用的有下述几种格式：◆short 小数点后4位(系统默认值)◆long 小数点后14位◆short e 5位指数形式◆long e 15位指数形式矩阵的生成◆直接输入法输入矩阵时要以“[ ]”为其标识符号，矩阵的所有元素必须都在括号内。
矩阵同行元素之间由空格或逗号分隔，行与行之间用分号分隔。
矩阵大小不需要预先定义。
矩阵元素可以是运算表达式。
若“[ ]”中无元素表示空矩阵。
A=[1 2 3；4 5 6；7 8 9]◆外部文件读入法load data1.txta=xlsread('1.xls')start->matlab->import wizard◆特殊矩阵的生成◆对于一些比较特殊的矩阵（单位阵、矩阵中含1或0较多），由于其具有特殊的结构，MATLAB提供了一些函数用于生成这些矩阵。
常用的有下面几个：◆zeros(m) 生成m阶全0矩阵◆eye(m) 生成m阶单位矩阵◆ones(m) 生成m阶全1矩阵◆rand(m) 生成m阶均匀分布的随机阵◆randn(m) 生成m阶正态分布的随机矩阵◆linspace（x1,x2,n）生成线性等分向量矩阵操作矩阵下标◆MATLAB通过确认下标，可以对矩阵进行插入子块、提取子块和重排子块的操作。
◆为了提取矩阵a的第n行、第m列的元素值，使用a(n,m)可以得到。
MATLAB 基础及其应用教程
3、函数法
线性等分——linspace( )；对数等分——logspace( )。
⑴ 线性等分的通用格式为A=linspace(a1,an ,n)，其中a1 是向量的首元素， an 是向量的尾元素，n 表示把a1到an区间等分为n个数（包含a1和an）。省 略n 则默认生成100 个元素的向量 ⑵对数等分的通用格式为A=logspace(a1,an ,n)，其中a1 是向量首元素的幂， 即A(1)=10a1；an 是向量尾元素的幂，即A(n)=10an。n 是向量的维数。省略 n 则默认生成50 个元素的对数等分向量 其他函数：
(2) 在使用线性等分函数前，必须先确定生成向量的元素个数，但使用 冒号表达式将依着步长和an 的限制去生成向量，用不着去考虑元素 个数的多少。
(3) 实际应用时，同时限定尾元素和步长去生成向量，有时可能会出现 矛盾，此时必须做出取舍。要么坚持步长优先，调整尾元素限制；要 么坚持尾元素限制，去修改等分步长。
规定命令窗口中每个页面的显示行数
清除命令窗口的显示内容
清除图形窗口中的图形内容
清除当前坐标内容
关闭当前图形窗口，加参数all 则关闭所有图 形窗口
1-9 目录文件管理命令
命令
pwd cd mkdir dir what
which
示例
pwd cd d:\xt_mat\04 mkdir xt_mat dir what
which inv.m
type delete
type xt06.m delete xt01.m
说明
显示当前目录的名称 把cd 命令后所跟的目录变成当前目录
在当前文件夹下建立一子文件夹 显示当前或指定目录下的文件或子目录清单
显示当前目录下M、MAT、MEX 这3 类文件 清单 寻求某个文件所在的文件夹，在检查文件名冲 突方面 它是非常有用的 显示某个文件的内容或注释 删除文件和图形对象
Matlab基础及其应用-MATLAB的学科应用
13.4.1 图像处理工具箱
MATLAB图像处理工具箱支持4种图像类型，分别为真彩色图像、 索引色图图像、灰度图像和二值图像，由于有的函数对图像类型 有限制，这4种类型可以用工具箱的类型转换函数相互转换。 MATLAB可操作的图像文件包括BMP、HDF、JPEG、PCX、TIFF、XWD 等格式。
13.2 MATLAB在控制系统中的应用
MATLAB基础与应用教程
13.2.1 控制系统工具箱
1．系统分析
控制系统的分析包括系统的时域分析、频域分析、稳定性分析 及根轨迹分析等。
2．系统设计
模型构建和转换函数
13.2 MATLAB在控制系统中的应用
MATLAB基础与应用教程
13.2.2 应用实例
通常用含决策变量的等式或不等式表示。
13.1 MATLAB在优化问题中的应用
13.1.1 优化模型与优化工具
2．优化函数
MATLAB基础与应用教程
13.1 MATLAB在优化问题中的应用
MATLAB基础与应用教程
13.1.2 应用实例
1．一元函数最小值问题 fminbnd函数用于求解有约束的一元函数最小值问题，调用格 式为 [x,fval] = fminbnd(fun,x1,x2,options)
[x, fval] = fmincon(f, x0, A, b, Aeq, beq, lb, ub) 其中，x0是初值，其余参数含义与linprog函数的相同。
13.1 MATLAB在优化问题中的应用
MATLAB基础与应用教程
【例13.3】设有400万元资金，要求4年内使用完，若在一年内 使用资金x万元，则可得效益 万元（效益不能再使用），当年 不用的资金可存入银行，年利率为10%。试制定出资金的使用 计划，以使4年效益之和为最大。
MATLAB编程入门与应用
MATLAB编程入门与应用第一章：MATLAB简介与安装1.1 MATLAB的定义与概述1.2 MATLAB的优势与应用领域1.3 MATLAB的安装与配置第二章：MATLAB基础语法2.1 MATLAB的变量与数据类型2.2 MATLAB的算术运算与逻辑运算2.3 MATLAB的控制流程语句2.4 MATLAB的函数与脚本文件第三章：向量与矩阵运算3.1 MATLAB中的向量与矩阵定义与操作3.2 常见的向量与矩阵运算函数3.3 矩阵运算的应用案例第四章：数据可视化与绘图4.1 MATLAB绘图基础4.2 MATLAB中的二维绘图函数与参数4.3 MATLAB中的三维绘图函数与参数4.4 数据可视化的应用案例第五章：数据处理与统计分析5.1 数据导入与导出5.2 数据清洗与预处理5.3 常见的数据处理与统计分析函数5.4 数据处理与统计分析的应用案例第六章：图像处理与计算机视觉6.1 图像处理基础6.2 MATLAB中的图像处理函数与工具箱6.3 图像处理与计算机视觉的应用案例第七章：信号处理与数字信号处理7.1 信号处理基础7.2 MATLAB中的信号处理函数与工具箱7.3 信号处理与数字信号处理的应用案例第八章：机器学习与深度学习8.1 机器学习与深度学习基础8.2 MATLAB中的机器学习与深度学习工具箱8.3 机器学习与深度学习的应用案例第九章：MATLAB编程技巧与调试9.1 MATLAB编程技巧与规范9.2 MATLAB中的调试方法与工具9.3 常见的MATLAB编程问题与解决方法第十章：MATLAB与其他编程语言的结合10.1 MATLAB与C/C++的结合10.2 MATLAB与Python的结合10.3 MATLAB与Java的结合第十一章：MATLAB在工程与科学领域的应用11.1 MATLAB在工程领域的应用11.2 MATLAB在科学研究中的应用11.3 MATLAB在其他领域的应用与前景展望结语通过本文的介绍，读者对MATLAB的编程入门与应用有了更加全面的了解。
matlab基础与应用课程设计
matlab基础与应用课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解MATLAB的基本概念，掌握MATLAB编程环境的使用方法；2. 学会使用MATLAB进行基本的数据处理、分析和可视化；3. 掌握MATLAB的基本编程语法和常用函数，能够编写简单的程序解决问题；4. 了解MATLAB在工程、科学计算及数据处理领域的应用。
技能目标：1. 能够运用MATLAB进行数据输入、输出和基本运算；2. 能够运用MATLAB进行线性代数、数值计算和符号计算；3. 能够运用MATLAB进行二维和三维图形绘制，实现数据可视化；4. 能够运用MATLAB编写简单的函数和脚本，实现特定功能的程序设计。
情感态度价值观目标：1. 培养学生严谨的科学态度，注重实践操作，提高问题解决能力；2. 激发学生对计算机编程和数据分析的兴趣，培养自主学习、合作交流的能力；3. 增强学生的创新意识，鼓励将MATLAB应用于实际生活和学术研究；4. 培养学生尊重知识产权，遵循学术道德，树立正确的价值观。
课程性质：本课程为选修课，旨在让学生了解并掌握MATLAB这一工具，提高其在数据处理、分析和编程方面的能力。
学生特点：学生具备一定的数学基础和计算机操作能力，对编程和数据分析有一定兴趣。
教学要求：结合课本内容，注重理论与实践相结合，强调实际操作和问题解决能力的培养。
通过课程学习，使学生能够独立完成简单的MATLAB程序设计，并能够将其应用于实际问题的求解。
二、教学内容1. MATLAB概述- MATLAB简介- MATLAB的优势与应用领域- MATLAB的安装与界面介绍2. MATLAB基础知识- 数据类型与变量- 运算符与表达式- 控制流（循环、条件语句）- 函数与脚本文件3. MATLAB数据处理与分析- 数据导入与导出- 矩阵运算- 数据可视化- 常用数据处理函数4. MATLAB数值计算- 线性方程组求解- 非线性方程求解- 微分与积分计算- 特殊函数计算5. MATLAB符号计算- 符号表达式的创建与运算- 符号方程求解- 符号积分与微分- 符号函数绘图6. MATLAB图形与可视化- 二维图形绘制- 三维图形绘制- 图形修饰与动画制作- GUI设计与应用7. MATLAB应用案例- 工程应用案例- 科学计算案例- 数据分析案例- 其他应用案例教学内容安排与进度：按照教材章节顺序，逐步讲解MATLAB基础知识、数据处理与分析、数值计算、符号计算、图形与可视化等内容。
第一讲MATLAB基础及其应用
小批量生产 大批量生产
各种性能测试
7
1.1.2 MATLAB软件的发展概述
● 70年代中期，Cleve Moler和他的同事开发了 LINPACK和EISPACK的Fortran子程序库。
● 70年代末期，Cleve Moler 在新墨西哥大学给 学生开线性代数，为学生编写了接口程序，这 程序取名为MATLAB，即Matrix Laboratory。
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1.3.3 MATLAB网络资源
❖ www服务
mathworks Matlab 中文论坛:
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1.4 考核方式
❖ 课堂测试+实验 测试20% 实验80%
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Demo>>MATLAB>>Graphics >>Plot相关例子
2020/2/21 Demo>>MATLAB>>3D Visualization
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4．开放性好，易于扩充。所有MATLAB的核心文 件及工具箱文件都是可读可改的源文件，用户 可以通过对源文件的修改以及加入自己的文件
来构成新的工具箱。
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《MATLAB在化学中的应用》
《机械工程设计分析和MATLAB应用》
《机电系统动态仿真——基于MATLAB/Simulink》
《MATLAB在振动信息处理中的应用》
《MATLAB 7.0 在图像处理中的应用》
《MATLAB神经网络仿真与应用》
《小波分析理论与MATLAB 7实现》
一般用途工具
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Matlab基础及其应用ppt课件 共34页
Di
a21
a2,i1
b2
a2,i1
a2n
an1 an,i1 bn an,i1 ann
线性方程组求解
数值求解方法： 1.直接法 Gauss消去法、Gauss-Jordan消去法、矩阵分 解法等。
2.迭代法 Jacobi迭代法、Gauss-Seidel迭代法和超松弛迭 代法等。
菜单 三．Matlab 界面与初步操作
快捷工具栏
workspace
工作目录选择栏 指令窗口
Command window运行入门
• 最简单的计算器使用法； • 数值、变量和表达式； • 指令行中的标点符号； • 计算结果的图形表示；
求 [12 2 (7 4)] 32 的运算结果。
4 2 2 A 1 3 2
1 3 3 3 2 2
35 20 60 B 10 15 50
20 12 45
输入下面Matlab指令 A=[4 2 3;1 3 2;1 3 3;3 2 2]; B=[35 20 60 45;10 15 50 40; …20 12 45 20]; C=A*B
Cleve Moler 博士
在70年代中期,Cleve Moler博士和其同事在美国 国家科学基金的资助下开发了调用EISPACK和 LINPACK的FORTRAN子程序库.EISPACK是特征 值求解的FORTRAN程序库,LINPACK是解线性方 程的程序库.在当时,这两个程序库代表矩阵运算的 最高水平.
t
•
画出衰减振荡曲线 其它的包络线 y0
y
t
e3
e 3 sin 3t 及 。的取值范围是
[0,4 ] 。
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上机安排
从9月21日(也就是下个星期四)起,每个星 21日(也就是下个星期四)起,每个星 期四安排为上机时间. 上机地点:主楼东312(物电机房) 上机地点:主楼东312(物电机房) 上机时间:18:00～20: 上机时间:18:00～20:00 20:00～22:00 20:00～22:
主要内容
线性方程组求解
D1 D2 Dn , x2 = , , xn = x1 = D D D
a11
a12 a1n
a21 a22 a2 n D= an1 an 2 … ann
N阶行列式的计算需要n! 次乘法,求解n阶线性方程 组,共需要做(n+1)!次乘 法.如n=20,则,需做: 21!=5.10909×1019
C= 220 105 125 165 146 475 320 89 300 205 101 345 225 114 370 255
考虑一个实际编程例子 如何编写一个能求出两个矩阵相乘的计算机通 用子程序?
是否正确?
错误,未考虑其一为标量
加入标量判定,是否就是通用程序了? 错误,考虑其一或二者为复数矩阵 MATLAB 实现:C=A*B
例,用简短命令计算并绘制在0≤x≤6范 围内的sin(2x),sinx2,sin2x.
x=linspace(0,6) y1=sin(2*x),y2=sin(x.^2),y3=(sin(x)).^2; plot(x,y1,x, y2,x, y3)
Cleve Moler 博士
在70年代中期,Cleve Moler博士和其同事在美国 国家科学基金的资助下开发了调用EISPACK和 LINPACK的FORTRAN子程序库.EISPACK是特征 值求解的FORTRAN程序库,LINPACK是解线性方 程的程序库.在当时,这两个程序库代表矩阵运算的 最高水平.
1983年春天,Cleve Moler到Standford大学讲学, 1983年春天,Cleve Moler到Standford大学讲学, MATLAB深深地吸引了工程师John Little. MATLAB深深地吸引了工程师John Little.John Little敏 Little敏 锐地觉察到MATLAB在工程领域的广阔前景,同年,他和 锐地觉察到MATLAB在工程领域的广阔前景,同年,他和 Cleve Moler,Steve Bangert一起,用C语言开发了第 Moler, Bangert一起,用C 二代专业版.这一代的MATLAB语言同时具备了数值计算 二代专业版.这一代的MATLAB语言同时具备了数值计算 和数据图示化的功能 .
原料产品关系表
原料 防护帽 垫肩 产品 硬塑料 泡沫塑料 尼龙线 劳动力 4 1 1 3 2 3 3 2 臀垫 2 2 3 2
订单 4 45 40 20
订单 1 订单 2 订单 3 35 20 60 防护帽 10 15 50 垫肩 20 12 45 臀垫
管理者接到四份订单如上表所示. 管理者接到四份订单如上表所示. 问应该如何计算每份订单所需的原材料, 问应该如何计算每份订单所需的原材料, 以便组织生产? 以便组织生产? 输入下面Matlab指令
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Matlab 概述与入门; 数据类型和运算; 数值计算; 符号运算; 数据和函数的可视化; Matlab编程; Matlab编程;
第一章 MATLAB语言概述 MATLAB语言概述
一,MATLAB产生的历史背景 一,MATLAB产生的历史背景
Cleve Moler is chairman and chief scientist at The MathWorks. Moler was a professor of math and computer science for almost 20 years at the University of Michigan, Stanford University and the University of New Mexico.
二,MATLAB的语言特点 二,MATLAB的语言特点
1.
2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
语言简洁紧凑,使用方便灵活,库函数极 语言简洁紧凑,使用方便灵活, 其丰富; 其丰富; 运算符丰富; 运算符丰富; 兼聚结构化与面向对象编程的特性; 兼聚结构化与面向对象编程的特性; 程序设计自由度大; 程序设计自由度大; 良好的程序可移植性; 良好的程序可移植性; 强大的图形功能; 图形功能 强大的图形功能; 功能性工具箱和学科性工具箱; 工具箱和学科性工具箱 功能性工具箱和学科性工具箱; 源程序的开放性. 源程序的开放性.
a11 a1,i 1 b1 a21 a2,i 1 b2 Di = an1 an ,i 1 bn
a1,i +1 a1n a2,i +1 a2 n an ,i +1 ann
线性方程组求解
数值求解方法: 1.直接法 Gauss消去法,Gauss-Jordan消去法,矩 Gauss消去法,Gauss-Jordan消去法,矩 阵分解法等. 迭代法 Jacobi迭代法,Gauss-Seidel迭代法和超松 Jacobi迭代法,Gauss-Seidel迭代法和超松 弛迭代法等.
线性方程组求解
a11x1 + a12 x2 … + a1n xn = b1 a x + a x … + a x = b 21 1 22 2 2n n 2 an1 x1 + an 2 x2 + ann xn = bn
当D=|A|≠0, 方程组有解,可 用Cramer法则 求解.
a11 a12 a1n x1 b1 a a22 a2 n x2 b2 21 × = an1 an 2 … ann xn bn
参考教材:MATLAB基础及应用 参考教材:MATLAB基础及应用 参考教材 参考书目: 参考书目: 参考书目
《Matlab程序设计教程》,李海涛,邓樱,高等教育出版社/2005.5.1 Matlab程序设计教程》 李海涛,邓樱,高等教育出版社/2005.5.1 程序设计教程 张志涌,北京航空航天大学出版社/2003.3 《精通MATLAB 6.5版》,张志涌,北京航空航天大学出版社/2003.3 精通MATLAB 6.5版 《科学运算语言MATLAB5.3程序设计及应用》,薛定宇,清华大学出版社 科学运算语言MATLAB5.3程序设计及应用》 薛定宇, MATLAB5.3程序设计及应用 /2000 《数值方法和MATLAB实现与应用》,拉克唐瓦尔德(美),机械工业出版 数值方法和MATLAB实现与应用》 拉克唐瓦尔德( ),机械工业出版 MATLAB实现与应用 社/2004.9
一,MATLAB产生的历史背景 一,MATLAB产生的历史背景
Jack Little is president, CEO, and a co-founder of The MathWorks, Inc. He was a co-author and principal architect of early versions of the company's flagship MATLAB product as well as the Signal Processing Toolbox and the Control Systems Toolbox. Jack Little CEO / Founder
4 1 A= 1 3 35 10 B= 20 2 2 3 2 3 3 2 2 20 60 45 15 50 40 12 45 20
A=[4 2 3;1 3 2;1 3 3;3 2 2]; B=[35 20 60 45;10 15 50 40; …20 12 45 20]; C=A*B
MATLAB的第一个商业化的版本是1984年推出的 MATLAB的第一个商业化的版本是1984年推出的 是3.0的DOS版本 3.0的DOS版本 1992年 1992年MathWorks 公司于推出了4.0版本, 公司于推出了4.0版本, 1994年的4.2版本扩充了4.0版本的功能,尤其在 1994年的4.2版本扩充了4.0版本的功能,尤其在 图形界面设计方面更提供了新的方法. 1997年推出的5.0版允许了更多的数据结构,如单 1997年推出的5.0版允许了更多的数据结构,如单 元数据,多维矩阵,对象与类等,使其成为一种更 方便编程的语言. 1999年推出的 1999年推出的 MATLAB 5.3版在很多方面又进一 5.3版在很多方面又进一 步改进了 MATLAB 语言的功能.
时至今日,经过MathWorks公司的不断完善, 时至今日,经过MathWorks公司的不断完善, MATLAB已经发展成为适合多学科,多种工作平台 MATLAB已经发展成为适合多学科,多种工作平台 的功能强大的大型软件.在国外,MATLAB已经经 的功能强大的大型软件.在国外,MATLAB已经经 受了多年考验.在欧美等高校,MATLAB已经成为 受了多年考验.在欧美等高校,MATLAB已经成为 线性代数,自动控制理论,数理统计,数字信号处 理,时间序列分析,动态系统仿真等高级课程的基 本教学工具;成为攻读学位的大学生,硕士生,博 本教学工具;成为攻读学位的大学生,硕士生,博 士生必须掌握的基本技能.在设计研究单位和工业 部门,MATLAB被广泛用于科学研究和解决各种具 部门,MATLAB被广泛用于科学研究和解决各种具 体问题.在国内,特别是工程学术界,MATLAB也 体问题.在国内,特别是工程学术界,MATLAB也 逐步盛行起来.可以说,无论你从事工程方面的哪 个学科,都能在MATLAB里找到合适的功能. 个学科,都能在MATLAB里找到合适的功能.
特点:完全不必具备其它语言的基础,各年 特点:完全不必具备其它语言的基础, 特点 级各专业的同学都可选修. 级各专业的同学都可选修.
MATLAB课程安排 MATLAB课程安排
学时: 32学时(基于matlab6.5版本) 学时: 32学时(基于matlab6.5版本) 安排:讲课16学时,上机16学时 安排:讲课16学时,上机16学时 考核要求:实验报告必须齐备. 考核方式: 考核方式: 实验报告