(完整版)《MATLAB語言及其應(yīng)用》教案

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1、MATLAB語言及其應(yīng)用 任課教師：羅靖宇 任課班級：09通信（1）（2） 教材：MATLAB程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用（第二版）作者：劉衛(wèi)國主編出版社：高等教育出版社 2.4.3邏輯運(yùn)算 2.5 字符串 2.6 結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和單元數(shù)據(jù) 2.6.1 結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù) 2.6.2 單元數(shù)據(jù) 第3章MATLAB矩陣分析與處理 3.1 特殊矩陣 3.1.1 通用特殊矩陣 3.1.2 用專門學(xué)科特殊矩陣 3.2 矩陣結(jié)構(gòu)變換 3.2.1 對角陣與三角陣 3.2.2 矩陣轉(zhuǎn)置與旋轉(zhuǎn) 3.3矩陣求逆與線性方程組求解 3.3.1 矩陣逆與偽逆 3.3.2 用矩陣求逆方法求解線性方程組 3.4

2、矩陣求值 3.4.1 方陣行列式值 3.4.2 矩陣秩與跡 3.4.3 向量和矩陣范數(shù) 3.4.4 矩陣條件數(shù) 3.5 矩陣特征值與特征向量 3.6 矩陣超越函數(shù) 第4章MATLAB程序設(shè)計(jì) 4.1M文件 4.1.1 M文件分類 4.1.2 M文件建立與打開 4.2 程序控制結(jié)構(gòu) 順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu) 4.3 函數(shù)文件 4.4 程序調(diào)試 第5章MATLAB繪圖 5.1二維圖形 內(nèi)容： 書籍簡介：本書以MATLAB7.0版為藍(lán)本介紹MATLAB的功能與應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)理論和實(shí)踐相結(jié)合，貼近讀者需要。注重在講清有關(guān)數(shù)學(xué)方法和算法原理的前提下，介紹MATLA

3、B的功能；注重和有關(guān)學(xué)科領(lǐng)域業(yè)吉合，突出應(yīng)用。書中有許多應(yīng)用實(shí)例，這些實(shí)例既是對MATLAB重點(diǎn)和難點(diǎn)的詮釋，又可以更好地幫助讀者應(yīng)用MATLAB來解決實(shí)際問題，具有很強(qiáng)的代表性。 全書分為基礎(chǔ)篇、應(yīng)用篇和實(shí)驗(yàn)篇?；A(chǔ)篇包括MATLAB系統(tǒng)環(huán)境、MATLAB數(shù)據(jù)及其運(yùn)算、MATLAB矩陣分析與處理、MATLAB程序設(shè)計(jì)、MATLAB圖、MATLAB數(shù)值計(jì)算、MATLAB符號計(jì)算。應(yīng)用篇包括MATLAB圖形用戶界面設(shè)計(jì)'MATLABNotebook的使用、MATLABSimulink仿真軟件、MATLAB外部程序接口技術(shù)、MATLAB的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)篇和教學(xué)內(nèi)容相配合，包括15亍實(shí)驗(yàn)，以幫助讀者更

4、好地上機(jī)操作。本書可作為高等學(xué)校理工科各專業(yè)大學(xué)生或研究生學(xué)習(xí)的教材，也可供廣大科技工作者參考。 第1章MATLAB系統(tǒng)環(huán)境 1.1 MATLAB概貌 1.1.1 MATLAB發(fā)展 1.1.2 MATLAB主要功能 1.1.3 MATLAB功能演示 1.2 MATLAB環(huán)境準(zhǔn)備 1.2.1 MATLAB安裝 1.2.2 MATLAB啟動與退出 1.3 MATLAB操作界面 1.3.1 主窗口 1.3.2 命令窗口 1.3.3 工作空間窗口 1.3.4 當(dāng)前目錄窗口和搜索路徑 1.3.5 命令歷史記錄窗口 1.3.6 Stalt菜單 1.4 MATLAB幫助系統(tǒng)

5、 1.4.1 幫助命令 1.4.2 幫助窗口 1.4.3 演示系統(tǒng) 第2章MATLAB數(shù)據(jù)及其運(yùn)算 2.1 MATLAB數(shù)據(jù)特點(diǎn) 2.2 變量及其操作 2.2.1 變量與賦值 2.2.2 變量管理 2.2.3 數(shù)據(jù)輸出格式 2.3 MATLAB矩陣表示 2.3.1 矩陣建立 2.3.2 冒號表達(dá)式 2.3.3 矩陣拆分 2.4 MATLAB數(shù)據(jù)運(yùn)算 2.4.1 算術(shù)運(yùn)算 2.4.2 關(guān)系運(yùn)算 3 5.2三維圖形 5.3三維圖形的精細(xì)處理 5.4隱函數(shù)繪圖 5.5底層繪圖操作 5.6光照與材質(zhì) 5.7圖像顯示與動畫第6章MATLAB數(shù)值計(jì)算 6.

6、1數(shù)據(jù)處理與多項(xiàng)式計(jì)算 6.2數(shù)值微積分 6.3離散傅里葉變換 6.4線性方程組求解 6.5非線性方程與最優(yōu)化問題求解 6.6常微分方程的數(shù)值求解 6.7稀疏矩陣 第7章MATLAB符號計(jì)算 7.1符號計(jì)算基礎(chǔ) 7.2符號函數(shù)及其應(yīng)用 7.3符號積分 7.4級數(shù) 7.5符號方程求解應(yīng)用篇 第8章MATLAB圖形用戶界面設(shè)計(jì) 8.1 菜單設(shè)計(jì) 8.2 對話框設(shè)計(jì) 8.3 可視化圖形用戶界面設(shè)計(jì) 第9章MATLABNotebook使用 9.1 NOTEBook的安裝于啟動 9.2 單元的定義與執(zhí)行 9.3 輸出格式控制 第10章MATLABSimlllin

7、k仿真軟件 10.1Simlllink操作基礎(chǔ) 10.2系統(tǒng)仿真模型 10.3系統(tǒng)的仿真 10.4 使用命令操作對系統(tǒng)進(jìn)行仿真 10.5 子系統(tǒng)及其封裝技術(shù) 10.6S函數(shù)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 第11章MATLAB外部程序接口技術(shù) 11.1 MATLAB的數(shù)據(jù)接口 11.2 MATLAB編譯器 11.3 MATLAB計(jì)算引擎 11.4 MEX動態(tài)鏈接函數(shù)接口 第12章MATLAB應(yīng)用 12.1 MATLAB在電路分析中的應(yīng)用 12.2 MATLAB在控制系統(tǒng)分析中的應(yīng)用 12.3 MATLAB在數(shù)學(xué)建模中的應(yīng)用 12.4 MATLAB在力學(xué)及工程結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用

8、12.5 MATLAB在優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)篇 實(shí)驗(yàn)要求 實(shí)驗(yàn)MATLAB運(yùn)算基礎(chǔ) 實(shí)驗(yàn)二MATLAB矩陣分析與處理 實(shí)驗(yàn)三選擇結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)四循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)五函數(shù)文件 實(shí)驗(yàn)六高層繪圖操作 實(shí)驗(yàn)七低層繪圖操作 實(shí)驗(yàn)八數(shù)據(jù)處理與多項(xiàng)式計(jì)算 實(shí)驗(yàn)九數(shù)值微積分與方程數(shù)值求解 實(shí)驗(yàn)十符號計(jì)算基礎(chǔ)與符號微積分實(shí)驗(yàn)十級數(shù)與方程符號求解實(shí)驗(yàn)十二菜單與對話框設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)十三Simulink應(yīng)用實(shí)驗(yàn)十四外部程序接口實(shí)驗(yàn)十五綜合實(shí)驗(yàn) 第1章MATLAB系統(tǒng)環(huán)境 本章重點(diǎn)：發(fā)展、功能、操作界面、幫助課時(shí)安排：2課時(shí)內(nèi)容安排： 1、概述：MATLAB發(fā)展、MATLAB主要功能 （

9、1）發(fā)展 MATLAB名字由MATrix和LABoratory兩詞的前三個(gè)字母組合而成。那是20世紀(jì)七十年代后期的事：時(shí)任美國新墨西哥大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任的CleveMoler教授出于減輕學(xué)生編程負(fù)擔(dān)的動機(jī)，為學(xué)生設(shè)計(jì)了一組調(diào)用LINPACK和EISPACK庫程序的“通俗易用”的接口，此即用FORTRAN編寫的萌芽狀態(tài)的MATLAB。 經(jīng)幾年的校際流傳，在Little的推動下，由Little、Moler、SteveBangert合作，于1984年成立了MathWorks公司，并把MATLAB正式推向市場。從這時(shí)起，MATLAB的內(nèi)核采用C語言編寫，而且除原有的數(shù)值計(jì)算能力外，還新增了數(shù)據(jù)圖

10、視功能。 MATLAB以商品形式出現(xiàn)后，僅短短幾年，就以其良好的開放性和運(yùn)行的可靠性，使原先控制領(lǐng)域里的封閉式軟件包（如英國的UMIST，瑞典的LUND和SIMNON，德國的KEDDC）紛紛淘汰，而改以MATLAB為平臺加以重建。在時(shí)間進(jìn)入20世紀(jì)九十年代的時(shí)候，MATLAB已經(jīng)成為國際控制界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算軟件。 到九十年代初期，在國際上30幾個(gè)數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中，MATLAB在數(shù)值計(jì)算方面獨(dú)占鰲頭，而Mathematica和Maple則分居符號計(jì)算軟件的前兩名。Mathcad因其提供計(jì)算、圖形、文字處理的統(tǒng)一環(huán)境而深受中學(xué)生歡迎。 MathWorks公司于1993年推出MATLAB4

11、.0版本，從此告別DOS版。4.x版在繼承和發(fā)展其原有的數(shù)值計(jì)算和圖形可視能力的同時(shí)，出現(xiàn)了以下幾個(gè)重要變化：（1）推出了SIMULINK。這是一個(gè)交互式操作的動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、分析集成環(huán)境。它的出現(xiàn)使人們有可能考慮許多以前不得不做簡化假設(shè)的非線性因素、隨機(jī)因素，從而大大提高了人們對非線性、隨機(jī)動態(tài)系統(tǒng)的認(rèn)知能力。（2）開發(fā)了與外部進(jìn)行直接數(shù)據(jù)交換的組件，打通了MATLAB進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析、處理和硬件開發(fā)的道路。（3）推出了符號計(jì)算工具包。1993年MathWorks公司從加拿大滑鐵盧大學(xué)購得Maple的使用權(quán)，以Maple為“引擎”開發(fā)了SymbolicMathToolbox1.0。Mat

12、hWorks公司此舉加快結(jié)束了國際上數(shù)值計(jì)算、符號計(jì)算孰優(yōu)孰劣的長期爭論，促成了兩種計(jì)算的互補(bǔ)發(fā)展新時(shí)代。（4）構(gòu)作了Notebook。MathWorks公司瞄準(zhǔn)應(yīng)用范圍最廣的Word，運(yùn)用DDE和OLE，實(shí)現(xiàn)了MATLAB與Word的無縫連接，從而為專業(yè)科技工作者創(chuàng)造了融科學(xué)計(jì)算、圖形可視、文字處理于一體的高水準(zhǔn)環(huán)境。 1997年仲春，MATLAB5.0版問世，緊接著是5.1、5.2，以及和1999年春的5.3版。與4.x相比，現(xiàn)今的MATLAB擁有更豐富的數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)、更友善的面向?qū)ο蟆⒏涌焖倬嫉膱D形可視、更廣博的數(shù)學(xué)和數(shù)據(jù)分析資源、更多的應(yīng)用開發(fā)工具。（關(guān)于MATLAB5.x的特

13、點(diǎn)下節(jié)將作更詳細(xì)的介紹。） 誠然，到1999年底，Mathematica也已經(jīng)升到4.0版,它特別加強(qiáng)了以前欠缺的大規(guī)模數(shù)據(jù)處理能力。Mathcad也趕在2000年到來之前推出了Mathcad2000，它購買了Maple內(nèi)核和庫的部分使用權(quán)，打通了與MATLAB的接口，從而把其數(shù)學(xué)計(jì)算能力提高到專業(yè)層次。但是，就影響而言，至今仍然沒有一個(gè)別的計(jì)算軟件可與MATLAB匹敵。 在歐美大學(xué)里，諸如應(yīng)用代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、自動控制、數(shù)字信號處理、模擬與數(shù)字通信、時(shí)間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等課程的教科書都把MATLAB作為內(nèi)容。這幾乎成了九十年代教科書與舊版書籍的區(qū)別性標(biāo)志。在那里，MATLAB是攻讀學(xué)

14、位的大學(xué)生、碩士生、博士生必須掌握的基本工具。 在國際學(xué)術(shù)界，MATLAB已經(jīng)被確認(rèn)為準(zhǔn)確、可靠的科學(xué)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件。在許多國際一流學(xué)術(shù)刊物上,（尤其是信息科學(xué)刊物），都可以看到MATLAB的應(yīng)用。 在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門，MATLAB被認(rèn)作進(jìn)行高效研究、開發(fā)的首選軟件工具。如美國NationalInstruments公司信號測量、分析軟件LabVIEW,Cadence公司信號和通信分析設(shè)計(jì)軟件SPW等，或者直接建筑在MATLAB之上，或者以MATLAB為主要支撐。又如HP公司的VXI硬件，TM公司的DSP，Gage公司的各種硬卡、儀器等都接受MATLAB的支持。 (2)主要功能：計(jì)算、

15、圖形、程序、工具 2、MATLAB環(huán)境：準(zhǔn)備、MATLAB安裝、MATLAB啟動與退出 虛擬光驅(qū) 3種啟動方式：菜單方式、到安裝路勁下雙擊MATLAB.exe運(yùn)行方式、桌面快捷方式、 3種退出方式：菜單、關(guān)閉窗口、命令quit或exit 3、MATLAB操作界面：主窗口、命令窗口、工作空間窗口、當(dāng)前目錄窗口和搜索路徑、命令歷史記錄窗口、Start菜單 4、MATLAB幫助系統(tǒng)：幫助命令help、lookfor命令、幫助窗口、演示系統(tǒng) 5、MATLAB功能演示 例1-1繪制正弦曲線和余弦曲線。 x=[0:0.5:360]*pi/180;plot(x,sin(x),x,cos(x

16、)); 例1-2求方程3x4+7x3+9x2-23=0的全部根。 p=[3,7,9,0,-23];%建立多項(xiàng)式系數(shù)向量 x=roots(p)%求根 例1-3求積分人x噸+x)]dx quad('x.*log(1+x)',0,1)0例1-4求解線性方程組。 2x-3x+x=4 123 <8x+3x+2x=2即.aX=b 123" 45x+x-9x=17 123 a=[2,-3,1;8,3,2;45,1,-9]; b=[4;2;17]; x=inv(a)*b 15 第2章MATLAB數(shù)據(jù)及其運(yùn)算 本章重點(diǎn)：變量、格式、矩陣、運(yùn)算、字符串課時(shí)安排：4課時(shí) 內(nèi)容

17、安排： 1、MATLAB數(shù)據(jù)的特點(diǎn) (1)矩陣是MATLAB最基本、最重要的數(shù)據(jù)對象。 例如： 35 (2)向量可以看成是僅有一行或一列的矩陣。例如：[123]，[2839] (3) 單個(gè)數(shù)據(jù)(標(biāo)量)可以看成是矩陣的特例。單個(gè)數(shù)據(jù)看著也看著矩陣。例如：10=[10] (4) 數(shù)據(jù)類型 MATLAB定義了15種數(shù)據(jù)類型： Char,float,double,int8,intl6,int32,int64,uint8,uintl6,uint32,uint64,cell,structure,java類，函數(shù)句柄，用戶定義類型 一般情況下，矩陣的每個(gè)元素必須具有相同的數(shù)據(jù)類型，在

18、實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)需要將不同 類型的數(shù)據(jù)構(gòu)成矩陣的元素，也就是結(jié)構(gòu)體(Structure)和元胞(Cell)數(shù)據(jù)類型。 LIYANG22'M廠 'LIYANG'22 'M'、 'WANG'31'W' V 'WANG'31 'W'> 'TANG'18'M' 'TANG18'M'_ 2、變量及其操作 2．1變量命名： 以字母開頭(不是數(shù)字、漢字開頭)后接字母、數(shù)字、下劃線的最多63個(gè)字符，區(qū)分大小寫。 2．2變量賦值操作 (1)變量=表達(dá)式 例如：a=123;b='ok' (2) 表達(dá)式；%把表達(dá)式值賦值給預(yù)定義變量ans 例如：123456 例如：

19、將總『豊畀寫成MATLAB表達(dá)式 log(5) e0.3+ln(5+cos(3))亠 將寫成MATLAB表達(dá)式 123tg(20) (3)預(yù)定義變量：ans,eps,pi,i,j,inf,Inf,NaN,nan,nargin,nargout,realmax,realmin,lasterr,lastwarn例如：2+6i，3+pi (4)變量管理:內(nèi)存變量的顯示與刪除，who,whos,clear. (5)工作空間瀏覽器 (6)變量編輯器： (7)內(nèi)存變量文件： save文件名[變量名表][-append][-ascii] load文件名[變量名表][-ascii] 2．

20、3數(shù)據(jù)輸出格式： 采用十進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)常數(shù)，可用日常記數(shù)法和科學(xué)記數(shù)法，format formatshort formatlong formatshorte formatlonge formatrat formathex formatcompact formatloose 3、MATLAB矩陣表示 矩陣：nXm的數(shù)據(jù)存儲空間 向量：單行或單列的矩陣 標(biāo)量：1X1的矩陣數(shù)組：矩陣是數(shù)組的特例，矩陣是二維數(shù)組，向量是一維數(shù)組。 空矩陣：[]表示無任何元素 3.1 矩陣建立 1. 直接輸入法 矩陣元素應(yīng)用方括號([])括住 每行內(nèi)的元素間用逗號(.)或空格隔開

21、行與行之間用分號(;)或回車鍵隔開； 元素可以是數(shù)值或表達(dá)式。 例如：a=[2,3;5,6;8,9] cB=[4,2+3i;5i,6i] xp=[23;45] 復(fù)數(shù)矩陣 2?利用M文件建立矩陣 (1)啟動有關(guān)編輯程序或MATLAB文本編輯器，并輸入待建矩陣. (2) 把輸入的內(nèi)容以純文本方式存盤(設(shè)文件名為mymatrix.m)。 (3) load文件名，就會自動建立一個(gè)名為MYMAT的矩陣，可供以后使用。 3. 建立大矩陣大矩陣可由方括號中的小矩陣建立起來。例如 A=[123;456;789];C=[A,eye(size(A));ones(size(A)),A] 4.

22、 冒號表達(dá)式： (1)使用冒號表達(dá)式生成向量冒號表達(dá)式的一般格式： e1:e2:e3 其中el為初始值，e2為步長，e3為終止值。冒號表達(dá)式可產(chǎn)生一個(gè)由el開始到e3結(jié)束，以步長e2自增的行向量。 在冒號表達(dá)式中如果省略e2不寫，則步長為1。 當(dāng)e2省略或e2>0,e1>e3;e2v0,e1ve3都為空矩陣。 (2)使用linspace和logspace函數(shù)生成向量linspace(a,b,n)%o生成線性等分向量logspace(a,b,n)%生成對數(shù)等分向量 說明： a、b、n三個(gè)參數(shù)分別表示開始值、結(jié)束值和元素個(gè)數(shù)； linspace函數(shù)生成從a到b之間線性分布的n個(gè)元

23、素的行向量,n如果省略則默認(rèn)值為100；linspace(a,b,n)與a:(b-a)/(n-1):b等價(jià)。 logspace函數(shù)生成從10a到10b之間按對數(shù)等分的n個(gè)元素的行向量,n如果省略則默認(rèn)值為50。 3.2矩陣的拆分： 1. 矩陣元素訪問 MATLAB允許用戶對一個(gè)矩陣的單個(gè)元素進(jìn)行賦值和操作。而不影響其它元素的值。例如A=ones(4);A(3,2)=200只改變該元素的值，而不影響其他元素的值。如果給出的行下標(biāo)或列下標(biāo)大于原來矩陣的行數(shù)和列數(shù)，則MATLAB將自動擴(kuò)展原來的矩陣，并將擴(kuò)展后未賦值得矩陣元素置為0A(4,6)=10也可以采用矩陣元素的序號來引用矩陣元素。矩

24、陣元素按列編號，先第一列，再第二列，依次類推。 A(6) 顯然，下標(biāo)(subscrip)與序號(index)是一一對應(yīng)的。以mXn矩陣A為例，矩陣元素A(i,j)的序號為(j-1)*m+i。其相互轉(zhuǎn)換關(guān)系也可利用sub2ind和ind2sub函數(shù)求得 sub2ind(size(A),2,3) [c,d]=ind2sub(size(A),6) 2. 利用冒號獲得子矩陣 ① A(:,j)表示取A矩陣的第j列全部元素；A(i,:)表示A矩陣第i行的全部元素；A(i,j)表示取A矩陣第i行、第j列的元素。 ② A(i:i+m,:)表示取A矩陣第i?i+m行的全部元素；A(:,k:k+m)

25、表示取A矩陣第k?k+m列的全部元素,A(i:i+m,k:k+m)表示取A矩陣第i?i+m行內(nèi)，并在第k?k+m列中的所有元素。A=[1,2,3,4,5;11,12,13,14,15;21,22,23,24,25;31,32,33,34,35]; A(2:3,4:5)A(2:3,1:2:5)此外，還可利用一般向量和end運(yùn)算符等來表示矩陣下標(biāo)，從而獲得子矩陣。end表示某一維的末尾元素下標(biāo)。 A=[1,2,3,4,5;11,12,13,14,15;21,22,23,24,25;31,32,33,34,35]; A(end,:)%取A最后一行元素A([1,4],3:end)%取A第1、4行

26、中第3列到最后一列元素 3. 利用空矩陣刪除矩陣元素 在MATLAB中，定義□為空矩陣。給變量X賦空矩陣的語句為X=[]。 注意:X=[]與clearX不同，clear是將X從工作空間中刪除，而空矩陣則存在于工作空間，只是維數(shù)為0。 將某些元素從矩陣中刪除，采用將其置為空矩陣的方法就是一種有效的方法。 A=[1,2,3,4,5;11,12,13,14,15;21,22,23,24,25;31,32,33,34,35]; A（:,[2,4]）=[]%刪除A的第2列和第4列兀素 4矩陣合并 矩陣的合并就是把兩個(gè)以上的矩陣連接起來得到一個(gè)新矩陣，“[]”符號可以作為矩陣合并操作符，命

27、令格式如下： c=[ab]%將矩陣a和b水平方向合并為C c=[a;b]%將矩陣a和b垂直方向合并為C 5、MATLAB數(shù)據(jù)運(yùn)算： 算術(shù)運(yùn)算：+,-,*,/,\,人 點(diǎn)運(yùn)算：.*,./,.\， MATLAB常用函數(shù)：sin,asin,cos,,acos,tan,atan,sqrt,log,abs,rem,exp,mod,round,gcd,fix 關(guān)系運(yùn)算（返回真1或假0）:<,<=,>,>=,==,!=邏輯運(yùn)算（（返回真1或假0））:&,|,~ 位運(yùn)算：bitand,bitor,bitxor,bitshift關(guān)系與邏輯運(yùn)算函數(shù)：all,any,exit,find,isempt

28、y,issparse,xor 6、字符串： 倉U建:s='please' 字符串函數(shù):setstr,mat2str,int2str,num2str,str2num,strcat,strcmp 7、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和單兀數(shù)據(jù)：結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)：建立、引用、修改、結(jié)構(gòu)函數(shù)單元（cell）數(shù)據(jù)：建立、引用、函數(shù) 第3章MATLAB矩陣分析與處理 本章重點(diǎn)：特殊矩陣、矩陣變換、矩陣求值 課時(shí)安排：4課時(shí) 內(nèi)容安排： 1．特殊矩陣的建立 1.1 通用特殊矩陣：zeros,ones,eye,rand,randn 幾個(gè)產(chǎn)生特殊矩陣的函數(shù)： zeros產(chǎn)生全0矩陣(零矩陣) ones產(chǎn)生全1矩陣(么

29、矩陣) eye產(chǎn)生單位矩陣 rand產(chǎn)生0~1間均勻分布的隨機(jī)矩陣 randn產(chǎn)生0~1間正態(tài)分布的隨機(jī)矩陣 這幾個(gè)函數(shù)的調(diào)用格式相似，下面以產(chǎn)生零矩陣的zeros函數(shù)為例進(jìn)行說明。其調(diào)用格式是： zeros(m)產(chǎn)生mXm零矩陣 zeros(m,n)產(chǎn)生mXn零矩陣。 zeros(size(A))產(chǎn)生與矩陣A同樣大小的零矩陣 相關(guān)的函數(shù)有： size(A)返回包含2個(gè)元素的向量，分別是A的行數(shù)、列數(shù) length(A)給出行數(shù)和列數(shù)中的較大者，即 length(A)=max(size(A))； ndims(A)給出A的維數(shù)。 reshape(A,m,n)它在矩陣總元

30、素保持不變的前提下，將矩陣A重新排成mXn的二維矩陣。 例2.3分別建立3X3、3X2和與矩陣A同樣大小的零矩陣。 (1) 建立一個(gè)3X3零矩陣：zeros(3) (2) 建立一個(gè)3X2零矩陣：zeros(3,2) (3) 建立與矩陣A同樣大小零矩陣：zeros(size(A)) (4)將矩陣xv重新排成2X5、5X2矩陣xv=[23,34,65,67,54,38,78,76,32,56]; ym=reshape(xv,2,5)newym=reshape(xv,5,2) 1.2 專門學(xué)科特殊矩陣：magic，vander,hilb,toeplitz,compan,pascal

31、magic矩陣的每行、每列、及兩條對角線的元素之和都相等。用法：magic(n) vander矩陣的最后一列全為1,倒數(shù)第二列為一個(gè)指定的向量，其他各列是其后列與倒數(shù)第二列的點(diǎn)乘。用法：vander(n)toeplitz矩陣除第一行和第一列外，其他每個(gè)元素都與其相鄰左上角的元素相同。用法：toeplitz(x,y)或者(x)，這里x和y都為向量，生成以x為第一列，y為第一行的toeplitz矩陣 Hilb矩陣的每個(gè)元素是hj= 用法：hilb(n) 伴隨矩陣compan:設(shè)多項(xiàng)式p(x)二axn+axn-1+A+ax+a，則多項(xiàng)式的伴隨矩陣nn—110 a ——一n1a

32、n 1 a ——n2a n 0 a ——n3a n 0 A A a——一1 a n 0 a——一0 a n 0 為：A= 0 1 0 A 0 0 0 0 0 A 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 Pascal矩陣就是楊輝三角形矩陣，第1行和第1列都為1，其余元素為其相鄰的右面和上面元素之和。 2、矩陣結(jié)構(gòu)變換： 2.1矩陣轉(zhuǎn)置:B=A' 2.2 方陣行列式 det(x):計(jì)算方陣行列式 2.3 矩陣秩 rank(x)：求矩陣的秩 2.4 矩陣的逆矩陣

33、inv(x)求矩陣的逆矩陣 2.5 矩陣的特征值與特征向量 [v,d]=eig(x)：求矩陣的特征向量v和特征值d 2.6 產(chǎn)生對角陣 diag(x)：產(chǎn)生矩陣x的對角陣 2.7 矩陣的正交陣表示 [q,r]=qr(x) 2.8 產(chǎn)生上三角矩陣與下三角矩陣 triu(x)和tril(x)：分別產(chǎn)生x的上、下三角矩陣，其 余元素補(bǔ)0 3．?dāng)?shù)組翻轉(zhuǎn) 常用數(shù)組翻轉(zhuǎn)函數(shù)：flipud(x)、fliplr(x)、flipdim(x,dim)、rot90(x,k) 4、矩陣求逆與線性方程組求解： (1)矩陣逆inv(A):用于矩陣A的秩為滿秩的方陣Ao 偽逆pinv(A):對于

34、不為滿秩的矩陣A,不存在逆矩陣，但可以一個(gè)與A的轉(zhuǎn)置矩陣A'同型的矩陣B,使得： A.B.A=A和B.A.B=B 此時(shí)稱矩陣B為矩陣A的偽逆，也稱廣義逆矩陣：B=pinv(A)(2)用矩陣求逆方法求解線性方程組: 5、跡:trace(A) 矩陣對角線元素之和，也等于矩陣的特征值之和。 6、矩陣范數(shù):norm 用以度量矩陣或向量在某種意義下的長度。 設(shè)向量V=(v1,v2,A,vn)，則范數(shù): (1)1-范數(shù)：IIVII=》IvI 1ii=1 norm(V,1) (2)2-范數(shù)：IIVII=：Yv2 25i'i=1 norm(V,2)或norm(V) 3) oo

35、-范數(shù)：IIVII=max{IvI} 1

36、據(jù)輸入： A=input（‘提示信息'，選項(xiàng)） （2）輸入輸出： disp（輸出項(xiàng)） （3）程序暫停： pause（延遲秒數(shù)） （4）程序強(qiáng)行中止：Ctrl+C鍵例題：輸入系數(shù)，求并顯示一元二次方程ax2+bx+c=0的根 2. 選擇程序設(shè)計(jì) （1）if語言 if語句與end組成一個(gè)復(fù)合命令條件滿足則執(zhí)行語句，格式： if條件 語句組 end 例如：if(fix(x)==x)disp(x); end (2)雙分支語句ifelseif條件 語句組1 else 語句組2 end 例如：輸入x計(jì)算函數(shù)y值： cos(x+1)/(x-10),x豐10 x、：

37、x+lnx,x=10 （3）多分支if語句 格式： if條件1 語句組1 elseif條件2 語句組2 elseif條件m 語句組m else 語句組n end例如：從鍵盤輸入，判斷輸入的是否為大寫字母、小寫字母、數(shù)字還是其他字符。（4）switch語句 根據(jù)不同的取值，分別執(zhí)行不同的語句。格式：switch表達(dá)式 case表達(dá)式1 語句組1 case表達(dá)式2 語句組2 case表達(dá)式m 語句組m otherwise case表達(dá)式n 語句組n end 當(dāng)表達(dá)式的值等于表達(dá)式1時(shí)，則執(zhí)行語句組1；當(dāng)表達(dá)式的值等于表達(dá)式2時(shí)，則執(zhí)行語句組2；…，當(dāng)表

38、達(dá)式的值等于表達(dá)式m時(shí)，則執(zhí)行語句組m；當(dāng)表達(dá)式的值不等于case所列的所有表達(dá)式時(shí)，則執(zhí)行語句組n。 例如：輸入百分?jǐn)?shù)，根據(jù)成績判斷優(yōu)、良、中、及格、不及格等次 （6）try語句用于判斷執(zhí)行語句是否存在邏輯錯(cuò)誤（非語法錯(cuò)誤，如除法的除數(shù)為零），格式：try 語句組1 catch 語句組2 end 先試探執(zhí)行語句1，若存在錯(cuò)誤，則執(zhí)行語句2；若不存在錯(cuò)誤則只執(zhí)行語句1而不執(zhí)行語句2. 錯(cuò)誤信息賦給保留的lasterr變量 3循環(huán)程序設(shè)計(jì) （1）for語句格式1：for循環(huán)變量=表達(dá)式1：步長：表達(dá)式3循環(huán)體語句 end 兀2111 例題：根據(jù)==1+++A+，求兀的值

39、，n分別取100,1000,10000. 62232n2 格式2： for循環(huán)變量=矩陣 循環(huán)體語句 end 將矩陣的每列賦給循環(huán)變量。 （3）while語句 格式：while條件循環(huán)體 end 例題： （4）break和continue語句 例題 （5）循環(huán)嵌套 例題 4.3 M函數(shù) 1．M函數(shù)格式 function輸出參數(shù)=函數(shù)名（輸入?yún)?shù)1，輸入?yún)?shù)2，…）注釋部分函數(shù)體語句 例題 2．return語句 3．函數(shù)調(diào)用 一般函數(shù)調(diào)用 遞歸函數(shù)調(diào)用 4、函數(shù)參數(shù)的可調(diào)性 5、全局變量 global變量名 4.4 程序調(diào)試 第5章MATLA

40、B繪圖本章重點(diǎn)：掌握繪制二維和三維圖形的常用函數(shù)，掌握繪制圖形的輔助操作課時(shí)安排：4課時(shí)內(nèi)容安排： 5.1 二維繪圖 1.繪制單根二維曲線 plot函數(shù)的基本調(diào)用格式為：plot（x,y） 其中x和y為長度相同的向量，分別用于存儲x坐標(biāo)和y坐標(biāo)數(shù)據(jù)。2．繪制多根二維曲線 plot函數(shù)的輸入?yún)?shù)是矩陣形式 含多個(gè)輸入?yún)?shù)的plot函數(shù)，調(diào)用格式為：plot（xl,yl,x2,y2,...,xn,yn）具有兩個(gè)縱坐標(biāo)標(biāo)度的圖形，調(diào)用格式為：plotyy（x1,y1,x2,y2）圖形保持：holdon/off 3．設(shè)置曲線樣式 要設(shè)置曲線樣式可以在plot函數(shù)中加繪圖選項(xiàng)，其調(diào)用格式

41、為：plot（x1,y1，選項(xiàng)I,x2,y2，選項(xiàng)2,...,xn,yn，選項(xiàng)n） 4．圖形標(biāo)注與坐標(biāo)控制。有關(guān)圖形標(biāo)注函數(shù)的調(diào)用格式為：title（圖形名稱）xlabel（x軸說明）ylabel（y軸說明）text（x,y,圖形說明）legend（圖例1,圖例2,...）axis函數(shù)坐標(biāo)標(biāo)注函數(shù)調(diào)用格式為：axis（［xminxmaxyminymaxzminzmax］）axis函數(shù)功能豐富，常用的格式還有：axisequal：縱、橫坐標(biāo)軸采用等長刻度。axissquare:產(chǎn)生正方形坐標(biāo)系（缺省為矩形）。axisauto:使用缺省設(shè)置。axisoff：取消坐標(biāo)軸。axison：顯示坐標(biāo)軸。

42、 5.其它二維圖形 polar函數(shù)用來繪制極坐標(biāo)圖，其調(diào)用格式為：polar（theta,rho，選項(xiàng)）二維統(tǒng)計(jì)分析圖形很多，常見的有條形圖、階梯圖、桿圖和填充圖等，所采用的函數(shù)分別是bar（x,y,選項(xiàng)）stairs（x,y選項(xiàng)）stem（x,y選項(xiàng)） fill（x1,y1，選項(xiàng)1,x2,y2，選項(xiàng)2,...） 5.2 三維繪圖 1．三維曲線 調(diào)用格式為：plot3（x1,y1,z1,選項(xiàng)1,x2,y2,z2，選項(xiàng)2,...,xn,yn,zn，選項(xiàng)n）2．三維曲面 surf函數(shù)和mesh函數(shù)的調(diào)用格式為：mesh（x,y,z,c） surf(x,y,z,c) 3．其它三維圖

43、形 [x,y,z]=sphere(n)%球體 [x,y,z]=cylinder(R,n)%圓柱體 bar3函數(shù)繪制三維條形圖 stem3函數(shù)繪制離散序列數(shù)據(jù)的三維桿圖 pie3函數(shù)繪制三維餅圖 5.3 三維繪圖的精細(xì)處理 1．視點(diǎn)處理 函數(shù)view,其調(diào)用格式為：view(az,el) 2．色彩處理 向量元素在[0,1]范圍取值，3個(gè)元素分別表示紅、綠、藍(lán)3種顏色的相對亮度，稱為RGB三元組。 色圖是mx3的數(shù)值矩陣，它的每一行是RGB三元組。 三維表面圖形的著色,surf函數(shù)用缺省的著色方式對網(wǎng)格片著色。除此之外，還可以用shading命令來改變著色方式。 3．圖形

44、裁剪處理 例5-25繪制三維曲面圖，并進(jìn)行插值著色處理，裁掉圖中x和y都小于0部分。程序如下： [x,y]=meshgrid(-5:0.1:5); z=cos(x).*cos(y).*exp(-sqrt(x42+y.A2)/4); surf(x,y,z);shadinginterp; pause%程序暫停 i=find(x<=0&y<=0); z1=z;z1(i)=NaN;surf(x,y,z1);shadinginterp; 為了展示裁剪效果，第一個(gè)曲面繪制完成后暫停，然后顯示裁剪后的曲面。 5.4 隱函數(shù)繪圖 ezplot函數(shù)繪制隱函數(shù)圖形 5.5 低層繪圖 5.6 圖像和動畫 第6章MATLAB數(shù)值計(jì)算本章重點(diǎn)： 課時(shí)安排：4課時(shí)內(nèi)容安排：第7章MATLAB符號計(jì)算本章重點(diǎn)： 課時(shí)安排：2課時(shí)內(nèi)容安排： 第8章MATLAB圖形用戶界面 本章重點(diǎn)： 課時(shí)安排：2課時(shí)內(nèi)容安排： 第10章Simulink 本章重點(diǎn)： 課時(shí)安排：6課時(shí)內(nèi)容安排：