《《MATLAB語(yǔ)言及其應(yīng)用》全套課件（清華大學(xué)）》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《MATLAB語(yǔ)言及其應(yīng)用》全套課件（清華大學(xué)）（340頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、MATLAB 語(yǔ)言及其應(yīng)用,授課教師:李欣 單位：清華大學(xué),2,課程的作用 課程的目的 課程的特點(diǎn) 課程安排,3,課程的作用,在歐美各高等學(xué)校，Matlab成為線性代數(shù)、自動(dòng)控制理論、數(shù)字信號(hào)處理、時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真、圖像處理等諸多課程的基本教學(xué)工具，成為本科生、碩士生和博士生的必須掌握的基本技能。 在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門(mén)，Matlab已被廣泛地用于研究和解決各種具體的工程問(wèn)題。 可以預(yù)見(jiàn)，Matlab將在我國(guó)科學(xué)研究和工程應(yīng)用中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。,4,講授MATLAB語(yǔ)言基礎(chǔ)入門(mén)知識(shí)，介紹MATLAB產(chǎn)品的體系、MATLAB桌面工具的使用方法，重點(diǎn)介紹MATLAB的數(shù)據(jù)可視化、數(shù)
2、值計(jì)算的基本步驟以及如何使用MATLAB語(yǔ)言編寫(xiě)整潔、高效、規(guī)范的程序。并涉及到一些具體的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用工具箱（如：信號(hào)處理工具箱、圖像處理工具箱等）。 通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，了解、熟悉、掌握 MATLAB的基本編程方法，并具有初步的利用計(jì)算機(jī)處理、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)后續(xù)的專(zhuān)業(yè)課程做好準(zhǔn)備。,本課程的目的（ Objectives of This Course ）,本課程的特點(diǎn)（ Features of This Course ） 交叉性課程，是計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)理論知識(shí)以及諸多工程理論知識(shí)的綜合。 實(shí)踐性課程。 內(nèi)容多，課時(shí)少，要求同學(xué)上課認(rèn)真聽(tīng)講，要充分利用上機(jī)實(shí)踐消化、理解、 掌握課上講
3、解內(nèi)容。,5,課程安排,課堂教學(xué)：共24學(xué)時(shí)；（1-12周） 上機(jī)試驗(yàn)：共24學(xué)時(shí)。 （2-13周，周二7-8節(jié)，九實(shí)401、402、403） 學(xué)習(xí)成績(jī)： 1)上機(jī)實(shí)驗(yàn)成績(jī)占30%; 2)考勤 10% ; 3) 考試60% （隨堂考試）。 主要參考書(shū) 精通MATLAB 6.5張志涌 等編著，北航出版，2003年 高等應(yīng)用數(shù)學(xué)問(wèn)題的Matlab求解 薛定宇等著，清華大學(xué)出版社，2004年 Matlab程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用 劉衛(wèi)國(guó)主編，高等教育出版社,6,授課宗旨,講授MATLAB的通用功能。 寓教于例，由淺入深。 關(guān)于科學(xué)計(jì)算，著重強(qiáng)調(diào)理論概念、算法和實(shí)際計(jì)算三者之間的關(guān)系。,7,第一講 Matlab
4、概述,前言 Matlab軟件概述 Matlab的桌面環(huán)境及入門(mén)知識(shí),8,1 Matlab概述,內(nèi)容 Matlab發(fā)展歷史 Matlab產(chǎn)品家族(Matlab family of products)體系 Matlab 語(yǔ)言的特點(diǎn)。 目的 全面了解 Matlab軟件包 激發(fā)對(duì)Matlab軟件的學(xué)習(xí)興趣。,9,1.1 MATLAB的歷史及影響,70年代中期，Cleve Moler博土及其同事在美國(guó)國(guó)家基金會(huì)的幫助下，開(kāi)發(fā)了LINPACK和EISPACK的FORTRAN語(yǔ)言子程序庫(kù)，這兩個(gè)程序庫(kù)代表了當(dāng)時(shí)矩陣運(yùn)算的最高水平。 到了70年代后期，身為美國(guó)新墨西哥州大學(xué)計(jì)算機(jī)系系主任的CIeve Mole
5、r，在給學(xué)生上線性代數(shù)課時(shí)，為了讓學(xué)生能使用這兩個(gè)子程序庫(kù)，同時(shí)又不用在編程上花費(fèi)過(guò)多的時(shí)間，開(kāi)始著手用FORTRAN語(yǔ)言為學(xué)生編寫(xiě)使用LINPACK和EISPACK的接口程序，他將這個(gè)程序取名為MATLAB，其名稱(chēng)是由MATrix和 LABoratory（矩陣實(shí)驗(yàn)室）兩個(gè)單詞的前三個(gè)字母所合成。 在1978年，Malab就面世了。這個(gè)程序獲得了很大的成功，受到了學(xué)生的廣泛歡迎。在以后的幾年里，Matlab在多所大學(xué)里作為教學(xué)輔助軟件使用，并作為面向大眾的免費(fèi)軟件廣為流傳。,Cleve Moler,10,將MATLAB商品化的不是Cleve Moler,而是一個(gè)名叫Jack Little的人。
6、當(dāng)免費(fèi)的MATLAB軟件到Stanford大學(xué)，Jack Little正在該校主修控制，便接觸到了當(dāng)時(shí)MATLAB，直覺(jué)告訴他，這是一個(gè)具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ能浖?。因此他在畢業(yè)沒(méi)多久，就開(kāi)始用C語(yǔ)言重新編寫(xiě)了MATLAB的核心。在Moler的協(xié)助下，于1984年成立MathWorks公司，首次推出MATLAB商用版。在其商用版推出的初期，MATLAB就以其優(yōu)秀的品質(zhì)（高效的數(shù)據(jù)計(jì)算能力和開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)）占據(jù)了大部分?jǐn)?shù)學(xué)計(jì)算軟件的市場(chǎng)，原來(lái)應(yīng)用于控制領(lǐng)域里的一些封閉式數(shù)學(xué)計(jì)算軟件包（如英國(guó)的UMIST、瑞典的LUND和SIMNON、德國(guó)的KEDDC）就紛紛被淘汰或在MATLAB上重建。,Jack L
7、ittle,11,Cleve Moler至今仍是該公司的首席科學(xué)家，他以60多歲的高齡，還常常親自進(jìn)行撰寫(xiě)程序的工作，非常令人佩服。如果你有數(shù)值運(yùn)算方面的高水平問(wèn)題，寄到 MathWorks 后，大部份還是會(huì)由 Cleve Moler親自回答。在1994年，Pentium芯片曾發(fā)生Fdiv的bug， 當(dāng)時(shí)Cleve Moler是第一個(gè)以軟件方式解決此 bug的人，曾一時(shí)膾炙人口。,在公司初創(chuàng)的五年，Jack Little非常辛苦，常常身兼數(shù)職（董事長(zhǎng)、總經(jīng)理、推銷(xiāo)、程序開(kāi)發(fā)等），但公司一直穩(wěn)定發(fā)展，從當(dāng)初的一人公司，到1993年的200人，到2000年的 500余人，到2005年公司員工達(dá)到了
8、1300人，不但打敗其他競(jìng)爭(zhēng)軟件，而且前景一片欣欣向榮。根據(jù)Jack Little個(gè)人說(shuō)法，MATLAB早期成功的兩大因素是：選用了C語(yǔ)言及選定PC為主要平臺(tái)，這似乎和微軟的成功有相互呼應(yīng)之妙。,MathWorks公司，目前仍然是私人企業(yè)，并未上市，這和Jack Little個(gè)人理念有關(guān)，他認(rèn)為MATLAB的設(shè)計(jì)方向應(yīng)該一直是以顧客的需求與軟件的完整性為首要目標(biāo)，而不是以盈利為主要目的，因此MATLAB一直是在穩(wěn)定中求進(jìn)步，而不會(huì)因?yàn)樯鲜卸馐芄蓶|左右其發(fā)展方向。這也是為什么MATLAB新版本總是姍姍來(lái)遲的原因，因?yàn)樗麄儾粫?huì)因?yàn)槭袌?chǎng)的需求而推出不成熟的產(chǎn)品。此外，由于Jack Little保守
9、的個(gè)性，也使得MathWorks不曾跨足MATLAB/Simulink以外的行業(yè)，當(dāng)前商場(chǎng)上紛紛擾擾的并購(gòu)或分家，MathWorks完全是絕緣體。,12,1992年，支持Windows 3.x的MATLAB 4.0版本推出，增加了Simulink，Control，Neural Network，Signal Processing等專(zhuān)用工具箱。,1993年11月，MathWorks公司推出了Matlab 4.1，其中主要增加了符號(hào)運(yùn)算功能。當(dāng)升級(jí)至Matlab 4.2c，這一功能在用戶(hù)中得到廣泛應(yīng)用。,1997年，Matlab 5.0版本問(wèn)世了,實(shí)現(xiàn)了真正的32位運(yùn)算，加快數(shù)值計(jì)算，圖形表現(xiàn)有效。
10、,2001年初，MathWorks公司推出了Matlab 6.0（R12）。,2002年7月，推出了Matlab 6.5(R13)，在這一版本中Simulink升級(jí)到了5.0，性能有了很大提高，另一大特點(diǎn)是推出了JIT程序加速器，Matlab的計(jì)算速度有了明顯的提高。,2005年9月，推出了MAILAB 7.1(Release14 SP3)，在這一版本中Simulink升級(jí)到了6.3，軟件性能有了新的提高，用戶(hù)界面更加友好。值得說(shuō)明的是，Matlab V7.1版采用了更先進(jìn)的數(shù)學(xué)程序庫(kù)，即“LAPACK”和“BLAS”。 目前，Matlab軟件支持多種系統(tǒng)平臺(tái)，如常見(jiàn)的WindowsNT/XP
11、、UNIX、Linux等。,Matlab版本的發(fā)展,13,MATLAB就是這樣經(jīng)過(guò)了近30年的專(zhuān)門(mén)打造、20多年的千錘百煉，它以高性能的數(shù)組運(yùn)算（包括矩陣運(yùn)算）為基礎(chǔ)，不僅實(shí)現(xiàn)了大多數(shù)數(shù)學(xué)算法的高效運(yùn)行函數(shù)和數(shù)據(jù)可視化，而且提供了非常高效的計(jì)算機(jī)高級(jí)編程語(yǔ)言，在用戶(hù)可參與的情況下，各種專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的工具箱不斷開(kāi)發(fā)和完善，MATLAB取得了巨大的成功，已廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、工程應(yīng)用，用于數(shù)值計(jì)算分析、系統(tǒng)建模與仿真。 早在20世紀(jì)90年代初，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的大學(xué)就將MATLAB列為一種必須掌握的編程語(yǔ)言。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)的很多大學(xué)也將MATLAB列為了本科生必修課程。 與Maple、Mathemati
12、ca數(shù)學(xué)計(jì)算軟件相比，MATLAB以數(shù)值計(jì)算見(jiàn)長(zhǎng)，而Maple等以符號(hào)運(yùn)算見(jiàn)長(zhǎng)，能給出解析解和任意精度解，而處理大量數(shù)據(jù)的能力遠(yuǎn)不如MATLAB。 MATLAB軟件功能之強(qiáng)大、應(yīng)用之廣泛，已成為為21世紀(jì)最為重要的科學(xué)計(jì)算語(yǔ)言?？梢?jiàn)學(xué)習(xí)掌握這一工具的重要性。,14,MATLAB產(chǎn)品由若干模塊組成，不同的模塊完成不同的功能，其中有：,實(shí)際上MATLAB本身就是一個(gè)極其豐富的資源庫(kù)，那么應(yīng)該從哪一部分開(kāi)始著手、學(xué)習(xí)使用MATLAB呢？這就有必要了解這一軟件產(chǎn)品的體系結(jié)構(gòu) 。,MATLAB Compiler這種編譯器可以將MATLAB程序文件編譯生成標(biāo)準(zhǔn)的C/C+語(yǔ)言文件，而生成的標(biāo)準(zhǔn)的C/C+文件
13、可以被任何一種C/C+編譯器編譯生成函數(shù)庫(kù)或可執(zhí)行文件，以提高程序的運(yùn)行效率。,1.2 MATLAB產(chǎn)品的體系結(jié)構(gòu),MATLAB,MATLAB Toolboxes,MATLAB Compiler,Simulink,Simulink Blocksets,Real-Time Workshop (RTW),Stateflow,Stateflow Coder,由這些模塊產(chǎn)品之間的關(guān)系可以圖1.1表示。,圖1.1 MATLAB產(chǎn)品體系結(jié)構(gòu),圍繞著MATLAB這個(gè)計(jì)算核心，形成了諸多針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域的算法程序包，被稱(chēng)為專(zhuān)用工具箱（Toolbox），這些工具箱的列表以及每個(gè)工具箱的使用詳見(jiàn)MATLAB在線幫
14、助文檔。MATLAB本身所提供的工具箱大概有40多個(gè)，另外還有其他公司或研究單位開(kāi)發(fā)提供的工具箱，這些工具箱的總數(shù)已有100多個(gè)，而且新的工具箱還在不斷增加。如果你有特別的應(yīng)用領(lǐng)域，可以首先到網(wǎng)上查找是否已有相關(guān)的工具箱，很可能已有人將你要做的應(yīng)用程序作成工具箱了。,Simulink是窗口圖形方式的、專(zhuān)門(mén)用于連續(xù)時(shí)間或離散時(shí)間的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、分析和仿真的核心。,Real-Time Workshop是一種實(shí)時(shí)代碼生成工具，它能夠根據(jù)Simulink模型生成程序源代碼，并打包、編譯所生成的源代碼生成實(shí)時(shí)應(yīng)用程序。,從現(xiàn)有的Simulink 和Stateflow自動(dòng)生成C語(yǔ)言程序代碼的功能、定點(diǎn)運(yùn)算
15、模塊集（Fixed-point Blockset）與C語(yǔ)言程序代碼到VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language，一種標(biāo)準(zhǔn)的硬件電路設(shè)計(jì)語(yǔ)言 ）的自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，可以看出，高級(jí)的系統(tǒng)仿真或低級(jí)的芯片算法設(shè)計(jì)，都可用MATLAB、Simulink、Stateflow及相關(guān)的工具箱來(lái)完成。,Stateflow是基于有限狀態(tài)機(jī)理論針對(duì)復(fù)雜的事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真的工具。,Stateflow Coder是基于Stateflow狀態(tài)圖生成高效、優(yōu)化的程序代碼。,圍繞著Simulink仿真核心所開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序包
16、，稱(chēng)為模塊集（Blocksets）,MATLAB產(chǎn)品提供許多專(zhuān)用模塊集，如Communication Blockset、DSP Blockset、SimPowerSystem Blockset、Signal Processing Blockset等，詳見(jiàn)MATLAB在線幫助文檔。,MATLAB是MATLAB產(chǎn)品家族的計(jì)算核心與基礎(chǔ)，是集高性能數(shù)值計(jì)算與數(shù)據(jù)可視化于一體的高效編程語(yǔ)言。,15,1.3 MATLAB編程語(yǔ)言的特點(diǎn),語(yǔ)法規(guī)則簡(jiǎn)單。尤其內(nèi)定的編程規(guī)則，與其他編程語(yǔ)言（如C、Fortran等）相比更接近于常規(guī)數(shù)學(xué)表示。對(duì)于數(shù)組變量的使用，不需類(lèi)型聲明，無(wú)需事先申請(qǐng)內(nèi)存空間。,MATLAB
17、語(yǔ)言主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：,MATLAB基本的語(yǔ)言環(huán)境提供了數(shù)以千計(jì)的計(jì)算函數(shù)，極大的提高了用戶(hù)的編程效率。如，一個(gè)fft函數(shù)即可完成對(duì)指定數(shù)據(jù)的快速傅里葉變換，這一任務(wù)如果用C語(yǔ)言來(lái)編程實(shí)現(xiàn)的話，至少要用幾十條C語(yǔ)言才能完成。,因此，MATLAB是一個(gè)簡(jiǎn)單易用、功能強(qiáng)大的高效編程語(yǔ)言。,平臺(tái)無(wú)關(guān)性（可移植性）。MATLAB軟件可以運(yùn)行在很多不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)上，如Windows Me/NT/2000/XP、很多不同版本的UNIX以及Linux。無(wú)論你在哪一個(gè)平臺(tái)上編寫(xiě)的程序都可以運(yùn)行在其它平臺(tái)上，對(duì)于MATLAB數(shù)據(jù)文件也一樣，是平臺(tái)無(wú)關(guān)的。極大保護(hù)了用戶(hù)的勞動(dòng)、方便了用戶(hù)。其繪圖功能也是平
18、臺(tái)無(wú)關(guān)的。無(wú)論任何系統(tǒng)平臺(tái)，只要MATLAB能夠運(yùn)行，其圖形功能命令就能正常運(yùn)行。,MATLAB是一種腳本式（scripted）的解釋型語(yǔ)言，無(wú)論是命令、函數(shù)或變量，只要在命令窗口的提示符下鍵入，并“回車(chē)（Enter）”，MATLAB都予以解釋執(zhí)行。,16,功能強(qiáng)大 數(shù)值運(yùn)算優(yōu)勢(shì) 符號(hào)運(yùn)算優(yōu)勢(shì)(Maple) 強(qiáng)大的2D、3D數(shù)據(jù)可視化功能 許多具有算法自適應(yīng)能力的功能函數(shù),17,語(yǔ)言簡(jiǎn)單、內(nèi)涵豐富 語(yǔ)言及其書(shū)寫(xiě)形式非常接近于常規(guī)數(shù)學(xué)書(shū)寫(xiě)形式； 其操作和功能函數(shù)指令就是常用的計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)書(shū)上的一些簡(jiǎn)單英文單詞表達(dá)的，如：help、clear等； 完備的幫助系統(tǒng)，易學(xué)易用。 擴(kuò)充能力、可開(kāi)發(fā)能力較
19、強(qiáng) MATLAB完全成了一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng) 用戶(hù)可以開(kāi)發(fā)自己的工具箱 可以方便地與Fortran、C等語(yǔ)言接口 編程易、效率高 Matlab以數(shù)組為基本計(jì)算單元 具有大量的算法優(yōu)化的功能函數(shù),18,2 MATLAB的桌面環(huán)境及入門(mén)知識(shí),啟動(dòng)與退出MATLAB 命令窗口及使用 數(shù)值表示、變量、表達(dá)式 命令歷史窗口 工作空間 獲取在線幫助,19,2.1 啟動(dòng)與退出MATLAB,啟動(dòng)MATLAB 直接用鼠標(biāo)雙擊桌面上MATLAB7.1圖標(biāo) 或Windows桌面的“開(kāi)始”“所有程序”“MATLAB7.1” “MATLAB7.1”。 退出MATLAB 關(guān)閉MATLAB桌面 在命令窗口執(zhí)行quit或exit命令 MATLAB缺省桌面（見(jiàn)下頁(yè)）,20,菜單欄,工具欄,文件編輯窗口,工作空間,歷史命令 窗口,Start 菜單,命令窗口,命令提示符,2.1 啟動(dòng)與退出MATLAB （續(xù)）,21,2.2 命令窗口的使用,激活命令窗口。 “” 與閃爍的光標(biāo)一起表明系統(tǒng)就緒，等待輸入。 命令窗口脫離MATLAB桌面。 簡(jiǎn)單計(jì)算 【例2.2-1】計(jì)算 （1）在MATLAB命令窗口輸入 以下內(nèi)容： (12+2*(7-4)/32 （2）按【Enter】鍵，指令執(zhí)行。 （3）返回的計(jì)算結(jié)果： ans= 2,22,2.2 命令窗口 （續(xù)）,說(shuō)明 在命令窗口【* 次數(shù)：1357533 已用完，請(qǐng)聯(lián)系開(kāi)發(fā)者*
《MATLAB語(yǔ)言及其應(yīng)用》全套課件（清華大學(xué)）
