學時：51（講課17，上機34）學分：3適用對象：工程類專業本科生教學方法：授課、上機練習和自學相結合考核要求：平時成績（以上機為主）50%，最終考試50%授課教師：張健（34178323@)上課：星期1（1、2節），教1-528上機：星期1（7、8、9、10節），教1-608Matlab工程應用基礎

ApplicationofMatlabinEngineering學時：51（講課17，上機34）學分：3高效的科學計算工具使科技人員終身受益

科學計算工具的發展算盤（最早的計算工具）計算尺（1630年發明）計算器（1970年發明）取代計算尺計算機（1950年發明）科學計算語言為標志中國尚需努力2023/10/62第1章基礎準備與入門高效的科學計算工具使科技人員終身受益

科學計算工具的發展算盤工具改進教學科研計算機取代計算器更有革命性的影響與計算器取代計算尺的過程有三點不同（1）效率提高（2）影響理論研究和建模方法（3）需要一定的培訓為什么學習MATLAB？2023/10/63第1章基礎準備與入門工具改進教學科研計算機取代計算器更有革命性的影響2023/1教學基本要求1.了解Matlab語言特點、熟悉Matlab視窗環境、掌握Matlab幫助功能的基本使用方法。2.掌握Matlab中變量和函數的有關概念、以及矩陣和多項式的構造和運算方法。初步具有將一般數學問題轉化為計算模型的能力，并能夠使用常用的幾種常用的函數進行簡單的問題求解。3.搞清符號變量和符號表達式的定義，并能用符號運算解決一般的微積分和方程求解問題。掌握Matlab程序設計的幾種基本控制轉移語句，學會使用數組和簡單M文件的編程，了解類和對象的概念。4.掌握二維平面圖形和三維立體圖形的繪制方法，進行數據可視化處理。理解用戶圖形界面程序的構造，掌握編程方法。5.能夠使用Matlab在電路、信號系統、通信中進行仿真2023/10/64第1章基礎準備與入門教學基本要求1.了解Matlab語言特點、熟悉Matlab視第一章基礎準備與入門電子信息工程教研室第一章基礎準備與入門電子信息工程教研室2023/10/6本章學習內容MATLAB是矩陣實驗室（Matrix

Laboratory）之意。除具備卓越的數值計算能力外，它還提供了專業水平的符號計算，文字處理，可視化建模仿真和實時控制等功能。本章主要介紹MATLAB的基本情況、安裝過程、用戶界面等。6第1章基礎準備與入門2023/10/6本章學習內容MATLAB是矩陣實驗室（Ma1.1MATLAB概述MATLAB是一種科學計算軟件，適用于工程應用各領域的分析設計與復雜計算，它使用方便，輸入簡捷，運算高效且內容豐富，很容易由用戶自行擴展。因此，當前已成為美國和其他發達國家大學數學和科學研究中最常用且必不可少的工具。2023/10/67第1章基礎準備與入門1.1MATLAB概述MATLAB是一種科學計算軟件，適1.1.1MATLAB產生的歷史背景70年代中后期，cleveMoIg博士和其同事在美國國家科學基金的資助下開發了調用EISPACK和LINPACK的NRTRM子程序庫。EISPACK是特征值求解的FORTRAN程序庫，LINPACK是解線性方程的程序庫。在當時，這兩個程序庫代表矩陣運算的最高水平。2023/10/68第1章基礎準備與入門1.1.1MATLAB產生的歷史背景70年代中后期，cle到70年代后期，身為美國NewMexico大學計算機系系主任的CleveMoler，在給學生講授線性代數課程時，想教學生使用EISPACK和LINPACK程序庫，但他發現學生用FORTRAN編寫接口程序很費時間，于是他開始自己動手，利用業余時間為學生編寫EISPACK和LINPACK的接口程序。CleveMoler給這個接口程序取名為MATLAB，該名為矩陣(matrix)和實驗室(1aboratry)兩個英文單詞的前三個字母的組合。在以后的數年里，MATLAB在多所大學里作為教學輔助軟件使用，并作為面向大眾的免費軟件廣為流傳。2023/10/69第1章基礎準備與入門到70年代后期，身為美國NewMexico大學計算機系系主目前，在大學里，MATLAB已成為線性代數、自動控制理論、數理統計、數字信號處理、時間序列分析、動態系統仿真等高級課程的基本教學工具；成為攻讀學位的大學生、碩士生、博士生必須掌握的基本技能。1984年，C1eveMoler和JohnLittle成立了Mathworks公司，正式把MATLAB推向市場。

2023/10/610第1章基礎準備與入門目前，在大學里，MATLAB已成為線性代數、自動控制理論、數1.1.2MATLAB的語言特點1.運算符豐富2.語言簡單易學，容易使用，庫函數極其豐富3.MATLAB既具有結構化的控制語句，又有面向對象編程的特性。4.程序限制不嚴格，程序設計自由度大2023/10/611第1章基礎準備與入門1.1.2MATLAB的語言特點1.運算符豐富2023/5.程序的可移植性很好6.MATLAB的圖形功能強大7.功能強大的工具箱8.源程序的開放性9、MATLAB的缺點2023/10/612第1章基礎準備與入門5.程序的可移植性很好2023/10/612第1章基礎準1.1.3MATLAB的組成1.MATLAB開發環境是一個集成的工作環境，包括MATLAB命令窗口、文件編輯調試器、工作空間、數組編輯器和在線幫助文檔等。2.MATLAB語言具有程序流程控制、函數、數據結構、輸入輸出和面向對象的編輯特點，是基于矩陣/數組的語言。3.MATLAB的數學函數庫包含了大量的計算算法，包括基本函數、矩陣運算和復雜算法等。4.MATLAB的圖形處理系統能夠將二維和三維數組的數據用圖形表示出來，并可以實現圖像處理、動畫顯示和表達式作圖等功能。5.MATLAB應用程序接口使MATLAB語言能與C或FORTRAN等其他編程語言進行交互。2023/10/613第1章基礎準備與入門1.1.3MATLAB的組成1.MATLAB開發環境是一個1.2MATLAB的安裝與內容選擇MATLAB只有在適當的外部環境中才能正常運行。因此，恰當地配置外部系統是保證MATLAB運行良好的先決條件。對于在PC機上使用MATLAB的用戶來說，需要自己安裝MATLAB。下面介紹從光盤上安裝MATLAB的方法。隨著MATLAB版本的更新，安裝也越來越簡便，對于MATLAB7.1，用戶只要按照安裝界面的提示逐步進行即可。2023/10/614第1章基礎準備與入門1.2MATLAB的安裝與內容選擇MATLAB只有在適當的Step1：安裝前的準備Step2：開始安裝Step3：輸入用戶信息Step4：瀏覽如圖1.3所示的軟件許可協議（LicenseAgreement）Step5：選擇安裝類型2023/10/615第1章基礎準備與入門Step1：安裝前的準備2023/10/615第1章基礎組件名稱功能1、必須選擇的本原性組件MATLAB這是最核心的部分。沒有它就沒有MATLAB環境。有了它，就可以對各類數據（除符號類數據外）進行操作、運算和可視化2.最常用的通用性工具包組件SymbolicMath符號類數據的操作和計算3.其他通用性工具包組件Simulink不用編寫程序，利用方塊圖實現建模和仿真；主要用于研究微分和差分方程描寫的非線性動態系統Optimization包含求函數零點、極值、規劃等優化程序MatlabComplier把MATLAB的M文件編譯成DLL文件，或EXE獨立應用程序MatlabC/C++MathLibiary與MATLABComplier配合使用MatlabC/C++GraphicLibiary與MATLABComplier配合使用4.常用專業性工具包組件ControlSystemMatlab涉及控制的工具包有10多個，而本欄工具包是最基本的，是解決控制問題所必選的。至于其他控制工具包則是用戶根據需要選擇的SignalProcessing是MATLAB信號處理中的基本工具包Spline內含樣條和差值函數Statistics包含進行復雜統計分析所需的程序5.其他專業性工具包組件（舉例）Stateflow與Simulink配合使用，主要用于較大型、復雜的（離散事件）動態系統的建模、分析、仿真SystemIdentification據時域信號進行動態系統的辨識………..2023/10/616第1章基礎準備與入門1、必須選擇的本原性組件MATLAB這是最核心的部分。沒有它Step6：定義安裝的目錄和所要求安裝的產品，圖1.5是自定義安裝類型的設置界面。Step7：確認前面設置的安裝目錄，如圖1.6單擊“Intall”安裝按鈕就可以進行安裝，并顯示一個用以表示當前安裝進度的對話框圖1.7。如果用戶安裝的產品不在當前的光盤上，則會彈出一個對話框。用戶只要按照安裝提示插入另一張光盤即可繼續安裝。2023/10/617第1章基礎準備與入門Step6：定義安裝的目錄和所要求安裝的產品，圖1.5是自定Step8：閱讀產品配置報告，如圖1.8所示。Step9：完成安裝，當安裝完畢時，會自動彈出setupcomplete對話框。在該對話框中，用戶可以選擇在退出安裝后自動啟動MATLAB7.1，如果用戶不希望退出安裝后自動啟動它，可以取消選擇框。單擊“Finish”按鈕結束安裝。2023/10/618第1章基礎準備與入門Step8：閱讀產品配置報告，如圖1.8所示。2023/10如果把MATLAB安裝在C盤，重裝系統時所有資料容易丟失，所以，一般情況下，建議不要將MATLAB的Work文件夾放在C盤。在“\Matlab\bin”路徑的目錄下存放著MATLAB的許多重要文件，如果用戶操作不慎，比如誤刪了一些重要的系統文件，MATLAB的允許就可能出現意想不到的問題，所以對MATLAB初學者來說，這一點更應該引起注意。2023/10/619第1章基礎準備與入門如果把MATLAB安裝在C盤，重裝系統時所有資料容易丟失，所1.3MATLAB用戶界面概述雙擊桌面上的MATLAB應用程序圖標（或單擊開始/程序/MATLAB中的MATLAB圖標）。MATLAB啟動后，將顯示如圖1.9所示的工作界面，它表示MATLAB系統已建立，用戶可與MATLAB系統進行交互操作。2023/10/620第1章基礎準備與入門1.3MATLAB用戶界面概述雙擊桌面上的MATLAB應用要想退出MATLAB環境，可以使用以下任何一種方式：1.在MATLAB的命令窗口輸入“exit”命令。2.在MATLAB的命令窗口輸入“quit”命令。3.直接單擊MATLAB的命令窗口的按鈕。2023/10/621第1章基礎準備與入門要想退出MATLAB環境，可以使用以下任何一種方式：2023包含一行標題欄、一行菜單欄、一行工具欄、五個工作窗口和一行注釋欄。五個工作窗口分別為:發射臺（

LaunchPad）、工作區（Workspace）、命令歷史（CommandHistory）、當前路徑（CurrentDirectory）和命令窗口（CommandWindows）。歷史命令發射臺命令窗口

標題欄

菜單欄

常用工具欄

工作區當前路徑1.3.2MATLAB的工作界面2023/10/622第1章基礎準備與入門包含一行標題欄、一行菜單欄、一行工具欄、五個工作窗口和一行注1.MATLAB菜單及其功能MATLAB的菜單和工具欄界面與Windows程序的界面類似，用戶只要稍加實踐就可以掌握其功能和使用方法。File（文件）菜單Edit（編輯）菜單View（視圖）菜單Window（窗口）菜單Web（連網信息）Help（幫助）菜單

2023/10/623第1章基礎準備與入門1.MATLAB菜單及其功能2023/10/623第1章File菜單File菜單所包含的各選項的含義分述如下：【New及其子菜單】：允許用戶建立一個新的文件（M文件）、新的圖形窗（Fjgure）、仿真模型文件（.mdl）和圖形用戶界面文件（GUI）。【Open….】：從指定的相應路徑和文件名打開一個已經存在的文件。【CloseCommandWindow】：關閉命令窗口。【ImportData】：從其他文件導入數據，并在彈出的對話框選擇文件名和路徑。【SaveWorkspaceAs….】：將工作空間中的所有變量數據保存在指定路徑下相應的文件中。【Setpath】：設置MATLAB的搜索路徑。【Perferences…】：允許用戶對系統的一些性能參數進行設置，如數據格式、字體大小與顏色等。2023/10/624第1章基礎準備與入門File菜單2023/10/624第1章基礎準備與入門Edit菜單：用于復制、粘貼等操作，與一般的windows程序類似，在此不作詳細介紹。Debug菜單：用于設置程序的調試。Desktop菜單：用于設置主窗口中需要打開的窗口。Windows菜單：提供了在已打開的各窗口之間切換的功能。Help菜單：用于進入不同的幫助系統。2023/10/625第1章基礎準備與入門Edit菜單：用于復制、粘貼等操作，與一般的windows程當用戶單擊“Currentdirectory”窗口時，使得該窗口成為當前窗口，那么會增加一個如圖1.11所示的View菜單，用于設置如何顯示當前目錄下的文件。圖1.11單擊當前窗口時增加View菜單當用戶單擊“Workspace”窗口時，使得該窗口成為當前窗口，那么會增加如圖1.12所示的View菜單和Graphics菜單。菜單View用于設置如何在工作空間管理窗口中顯示變量，菜單Graphics用于打開繪圖的工具，用戶可以使用這些工具來繪制變量。

2023/10/626第1章基礎準備與入門當用戶單擊“Currentdirectory”窗口時，使得2、MATLAB工具欄

用MATLAB的M文件編輯器新建一個M文件；用MATLAB編輯器打開一個文件；將選中的內容剪切到剪貼板；將選中的內容復制到剪貼板；將剪貼板中的內容粘貼到光標指定的位置；撤消最近一次的操作；打開Simulink瀏覽器；打開MATLAB幫助窗口。當前工作路徑2023/10/627第1章基礎準備與入門2、MATLAB工具欄用MATLAB的M文件編輯器3.命令窗口命令窗口是進行MATLAB操作最主要的窗口，如圖1.14所示，“>>”為運算提示符，表示MATLAB處于準備狀態。在該窗口中，用戶可以運行函數、執行MATLAB的基本操作命令，以及對MATLAB系統的參數設置等操作。MATLAB具有良好的交互性，當在提示符后輸入一段正確的運算式時，只需按Enter鍵，命令窗口中就會直接顯示運算結果。在MATLAB命令窗口中運行的所有命令都共享一個相同的工作空間，所以它們共享所有的變量，初學者應當重視2023/10/628第1章基礎準備與入門3.命令窗口2023/10/628第1章基礎準備與入門當用戶使用命令窗口進行工作時，用戶可以根據需要，對數值計算結果的顯示格式、字體風格、大小等進行設置。設置命令窗口時，首先選擇“File”菜單中的“Perferences”項，則會出現如圖1.15所示的參數設置對話框，單擊Commandwindows標簽即可進入命令窗口的設置。2023/10/629第1章基礎準備與入門當用戶使用命令窗口進行工作時，用戶可以根據需要，對數值計算結4.工作空間窗口工作空間窗口是MATLAB的重要組成部分，例如表達式x=100產生了一個名為x的變量，而且這個變量x被賦予值100，這個值就被存儲在計算機的內存中。工作空間窗口就是用來顯示當前計算機內存中MATLAB變量的名稱、數據結構、該變量的字節數及其類型，在MATLAB中不同的變量類型對應不同的變量名圖標，如圖1.16所示。在MATLAB命令窗口中運行的所有命令都共享一個相同的工作空間，所以它們共享所有的變量，初學者應當重視。2023/10/630第1章基礎準備與入門4.工作空間窗口2023/10/630第1章基礎準備與入在工作空間窗口中，用鼠標雙擊所選變量則進入數組編輯器（ArrayEditor），如圖1.17所示，此時用戶可對變量的維數、內容等進行修改。若在工作空間選擇某變量后，再單擊鼠標右鍵即可實現對該變量的曲線、曲面等圖形的繪制。2023/10/631第1章基礎準備與入門在工作空間窗口中，用鼠標雙擊所選變量則進入數組編輯器（Arr5.當前路徑窗口當前路徑窗口主要顯示當前工作在什么路徑下，包括M文件的打開路徑等，如圖1.18所示。當前路徑窗口允許用戶對MATLAB的路徑進行查看和修改，如果修改了路徑立即產生作用。通常啟動MATLAB系統之后的默認當前路徑是“\Matlab\Work”，如果不改變當前目錄，用戶自己的工作空間和文件都將保存到該目錄。2023/10/632第1章基礎準備與入門5.當前路徑窗口2023/10/632第1章基礎準備與入6.命令歷史窗口在默認設置下，命令歷史窗口自動顯示于MATLAB界面中，用戶也可以選擇Desktop/Workspace命令調出或隱藏該命令窗口，其窗口形式如圖1.19所示。命令歷史窗口顯示用戶在命令窗口中所輸入的每條命令的歷史記錄，并標明使用時間，這樣可以方便用戶查詢。如果用戶想再次執行某條已經執行過的命令，只需在命令歷史窗口中雙擊該命令；如果用戶需要從命令歷史窗口中刪除一條或多條命令，只需選中這些命令，并單擊右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Deleteselection命令即可。2023/10/633第1章基礎準備與入門6.命令歷史窗口2023/10/633第1章基礎準備與入1.4MATLAB的幫助系統MATLAB為用戶提供了非常完善的幫助系統，包括幫助命令、幫助窗口、HTML格式幫助、pdf格式幫助及幫助演示等。有效地使用幫助系統所提供的信息，是用戶掌握好MATLAB應用最佳途徑。2023/10/634第1章基礎準備與入門1.4MATLAB的幫助系統MATLAB為用戶提供了非常完Matlab常用的窗口幫助命令2023/10/635第1章基礎準備與入門Matlab常用的窗口幫助命令2023/10/635第1章MATLAB的幫助瀏覽器窗口非常全面，幾乎包括該軟件的所有內容。幫助瀏覽器窗口如圖1.20所示，打開幫助瀏覽器窗口的方法有以下幾種：單擊工具欄的“？”圖標。選擇菜單“help”的不同下拉幫助菜單。選擇菜單“desktop”→“help”

1.4.1使用幫助瀏覽器窗口2023/10/636第1章基礎準備與入門MATLAB的幫助瀏覽器窗口非常全面，幾乎包括該軟件的所有內在圖1.20中可以通過幫助主題、索引、搜索和演示4各面板來查找幫助信息。2023/10/637第1章基礎準備與入門在圖1.20中可以通過幫助主題、索引、搜索和演示4各面板來查MATLAB還提供了豐富的幫助命令，在命令窗口中輸入相關命令來得到幫助信息。1.help命令help命令可以獲得MATLAB命令和M文件的幫助信息，如果知道準確的命令名稱或主題詞，使用help命令來查找最快捷。1）獲得具體命令的幫助信息help命令名稱根據命令名稱顯示具體命令的用法說明；如果命令名稱省略，則列出所有主要的幫助主題，每個幫助主題與MATLAB搜索路徑的一個目錄名稱相對應。1.4.2使用幫助命令2023/10/638第1章基礎準備與入門MATLAB還提供了豐富的幫助命令，在命令窗口中輸入相關命令2）分類搜索幫助信息當用戶希望知道某類命令的幫助信息時，使用help進行分類搜索幫助信息。help類型名通過分類搜索可以得出該類的所有命令。help分類搜索類型表如表1.2所示。表1.2help分類搜索類型類型名內容類型名內容general通用命令graphics通用圖形函數elfun基本數學函數control控制系統工具箱函數elmat基本矩陣和矩陣操作ops操作符和特殊字符matfun矩陣函數，數值線性代數polyfun多項式和內插函數datafun數據分析和傅里葉變換lang語言結構和調試strfun字符串函數demos演示命令iofun低級文件輸入輸出函數funfun非線性數值功能函數2023/10/639第1章基礎準備與入門2）分類搜索幫助信息類型名內容類型名內容general通用命2.lookfor命令lookfor命令是在所有的幫助條目中搜索關鍵字，常用來查找具有某種功能而不知道準確名字的命令。lookfortopiclookfor命令是對知道關鍵字的文件進行查找，由于要查找的文件很多需要較長時間，可能會出現很多查找的結果。2.打開幫助窗口命令打開幫助瀏覽器窗口的常用命令有：helpwin：打開幫助窗口。helpdesk：打開幫助桌面。demo：打開演示窗口。2023/10/640第1章基礎準備與入門2.lookfor命令2023/10/640第1章基礎準1.Demos演示Demos演示界面操作非常方便，為用戶提供了圖文并茂的演示實例。通過演示程序學習是一個很好的學習方法。打開“MATLABDemoWindow”有幾種方法：在MATLAB界面單擊菜單“help”→“demos”在MATLAB命令窗口中，運行“Demos”命令，例如“demosmatlabprogramming”。在幫助導航/瀏覽器窗口中，選擇“demos”面板。2.PDF幫助MATLAB把幫助導航/瀏覽器中的部分內容制成了PDF文件，PDF文件被分類存放在“….matlab\help\pdf-doc”文件夾中。打開這種PDF文件有兩種方法：在資源管理器中打開在“….\matlab\help\pdf-doc”文件夾下的相應PDF文件，用鼠標雙擊文件即可用Acrobatreader打開。在幫助導航/瀏覽器窗口的左側幫助導航器中，用鼠標展開所需主題的目錄數，再選中該主題下的“printabledocumentation(PDF)”，在打開的超文本頁面中，點擊PDF超鏈接，就會自動引出并打開相應的PDF幫助文件。1.4.3其他幫助2023/10/641第1章基礎準備與入門1.Demos演示1.4.3其他幫助2023/10/643.通過Web查找幫助信息MathWorks公司提供了技術支持網站，通過該網站用戶可以找到相關的MATLAB書籍介紹、MATLAB使用建議、常見問題解答和其他MATLAB用戶提供的應用程序等。在MATLAB工作界面或各獨立出現的窗口中選擇菜單“help”→“websources”，選擇其下拉菜單項進入web查詢。也可以登陸網址來查詢最新的信息。2023/10/642第1章基礎準備與入門3.通過Web查找幫助信息2023/10/642第1章基遠程幫助系統除以上3種方法可以獲得幫助以外，還可以通過網絡獲得遠程幫助，例如在MathWorks