第1章 MATLAB数学实验与建模基础知识Word文档下载推荐.docx
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R9
1997
MATLAB5.1.1
R9.1
MATLAB5.2
R10
1998
MATLAB5.2.1
R10.1
MATLAB5.3
R11
1999
MATLAB5.31
R11.1
MATLAB6.0
R12
2000
MATLAB6.1
R12.1
2001
MATLAB6.5
R13
2002
MATLAB6.5.1
R13SP1
2003
MATLAB6.5.2
R13SP2
2005
MATLAB7
R14
2004
MATLAB7.0.1
R14SP1
MATLAB7.0.4
R14SP2
MATLAB7.1
R14SP3
MATLAB7.2
R2006a
2006
MATLAB7.3
R2006b
MATLAB7.4
R2007a
2007
MATLAB7.5
R2007b
MATLAB7.6
R2008a
2008
MATLAB7.7
R2008b
MATLAB7.8
R2009a
2009.3.6
MATLAB7.9
R2009b
2009.9.4
MATLAB7.10
R2010a
2010.3.5
MATLAB7.11
R2010b
2010.9.3
续表
MATLAB7.12
R2011a
2011.4.8
MATLAB7.13
R2011b
2011.9.7
MATLAB7.14
R2012a
2012.3.1
MATLAB8.0
R2012b
2012.9.11
MATLAB8.1
R2013a
2013.3.7
1.1.2 MATLABR2013的新特性
MATLABR2013的新特性主要包括以下几方面。
（1）桌面
MATLABR2013的桌面具有如下特性。
❑用于在快速访问工具栏上的控件之间添加分隔条的选项。
❑用于自定义MATLAB应用程序描述的其他图标选项、可自动缩放的缩略图以及文本格式选项。
❑用于在帮助浏览器和在线DocumentationCenter中进行导航的目录（左对齐）。
（2）语言和编程
MATLABR2013在语言和编程方面具有如下特性。
❑est软件包，针对MATLAB语言的一个xUnit风格的测试框架，可用于编写并运行单元测试以及分析测试结果。
❑strsplit和strjoin函数，用于拆分及合并字符串。
（3）数学
MATLABR2013在数学方面具有如下特性。
❑提供scatteredInterpolant和griddedInterpolant支持。
❑具有ones、zeros语法，以及用于创建符合现有变量属性的数组的其他函数。
❑为prod、cumsum、cumprod、median、mode和数论函数提供整型支持。
（4）数据导入和导出
MATLABR2013在数据导入和导出方面具有如下特性。
❑使用VideoReader和VideoWriter对象编写和读取索引色和灰度级AVI文件。
❑使用VideoWriter对象在Mac上编写MPEG-4H.264文件。
❑TIFF对象改进，可用于读取和编写RGB类TIFF图像。
（5）性能
MATLABR2013在性能方面具有如下特性。
❑改进了fft函数在配置有新款Intel和AMD处理器的计算机上的性能。
❑改进了permute函数针对三维和更多维数组的性能。
1.1.3 MATLAB的特点
MATLAB给用户带来的是最直观、最简洁的程序开发环境，它具有以下主要特点。
1.编程环境
MATLAB由一系列工具组成，这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件。
其中许多工具采用的是图形用户界面，包括：
MATLAB桌面和命令窗口，历史命令窗口，编辑器和调试器，路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。
随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单，而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大地方便了用户的使用。
简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时报告出现的错误及进行出错原因分析。
2.简单易用
MATLAB是一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入/输出和面向对象编程的特点。
用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。
新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C++语言，因此语法特征与C++语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式，使之更利于非计算机专业的科技人员使用。
而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。
3.强处理能力
MATLAB是一个包含大量计算算法的集合，其拥有工程中要用到的600多个数学运算函数，可以方便地实现用户所需的各种计算功能。
函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而且经过了各种优化和容错处理。
在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C++。
在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。
MATLAB的这些函数集包括从最简单、最基本的函数到诸如矩阵、特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。
函数所能解决的问题大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。
4.图形处理
MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，可以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。
高层次的作图包括二维和三维的可视化、图像处理、动画和表达式作图，可用于科学计算和工程绘图。
新版本的MATLAB对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB同样表现了出色的处理能力。
同时对一些特殊的可视化要求，如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。
另外，新版本的MATLAB还着重在图形用户界面（GUI）的制作上做了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。
MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱（Toolbox）。
一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。
目前，MATLAB已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通信、电力系统仿真等，都在工具箱家族中有了自己的一席之地。
5.程序接口
新版本的MATLAB可以利用MATLAB编译器和C/C++数学库和图形库，将自己的MATLAB程序自动转换为独立于MATLAB运行的C和C++代码。
允许用户编写可以和MATLAB进行交互的C或C++语言程序。
另外，MATLAB网页服务程序还容许在Web应用中使用自己的MATLAB数学和图形程序。
MATLAB的一个重要特色就是具有一套程序扩展系统和一组称为工具箱的特殊应用子程序。
工具箱是MATLAB函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一类学科专业和应用而定制的，主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和系统仿真等方面的应用。
6.可移植性及扩充能力
MATLAB的可移植性好，基本上不作任何修改就可在各种型号的计算机和操作系统上使用。
此外，MATLAB的扩充能力极强，其本身丰富的库函数可随时调用，而且也可以随时调用自己的用户文件，用户可以随时扩充用户文件，增加功能，而且还可以充分利用C、FORTRAN等语言的资源，包括已经编好的C、FORTRAN语言程序或子程序。
1.1.4 MATLAB的应用
MATLAB产品族可以用来进行以下各种工作。
❑数值分析。
❑数值和符号计算。
❑工程与科学绘图。
❑控制系统的设计与仿真。
❑数字图像处理技术。
❑数字信号处理技术。
❑通信系统设计与仿真。
❑财务与金融工程。
❑管理与调度优化计算（运筹学）。
MATLAB的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通信、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。
附加的工具箱（单独提供的专用MATLAB函数集）扩展了MATLAB环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。
1.2 MATLAB安装、启动、退出及卸载
MATLAB的安装非常简单，在官方网站下载MATLABR2013a，解压程序，直接运行进行安装。
下面详细介绍MATLABR2013a的安装、启动、退出和卸载的过程。
1.2.1 MATLAB安装
MATLABR2013a在安装过程中的具体步骤如下。
（1）将MATLABR2013a的安装盘放入CD-ROM驱动器，系统将自动运行程序，进入初始化界面，如图1-1所示。
图1-1 MATLABR2013a安装的启动界面
（2）启动安装程序后显示的安装界面如图1-2所示。
选中【不使用Internet安装】单选按钮，再单击【下一步】按钮。
图1-2 “MathWorks安装程序”对话框
（3）弹出如图1-3所示的“许可协议”对话框，若同意MathWorks公司的安装许可协议，选中【是】单选按钮，单击【下一步】按钮。
图1-3 “许可协议”对话框
（4）弹出如图1-4所示的“文件安装密钥”对话框，输入软件外包装封面或安装许可文件内提供的钥匙，单击【下一步】按钮。
图1-4 “文件安装密钥”对话框
（5）若输入正确的钥匙，系统将弹出如图1-5所示的“安装类型”对话框，可以选择“典型”或“自定义”安装类型。
如果选择“典型”类型，MATLABR2013a安装工具默认安装所有工具箱及组件，此时所需空间约为8.3GB。
图1-5 “安装类型”对话框
（6）默认安装路径为C:
\ProgramFile\MATLAB\R2013a。
用户可以通过单击【浏览】按钮选择其他安装文件夹，如选择安装在F:
\MATLABR2013a下，若F盘下没有MATLABR2013a文件夹，安装程序自动建立，此时“选择文件夹”对话框的下部将显示安装硬盘剩余空间及软件安装所需空间大小（图示为全部安装所需空间大小）。
单击【下一步】按钮，如图1-6所示。
图1-6 “选择文件夹”对话框
（7）确定安装路径的下一步，系统将弹出如图1-7所示的“确认”对话框，可以看到用户所默认安装的MATLAB组件、安装文件夹等相关信息。
单击【安装】按钮，安装开始。
图1-7 “确认”对话框
（8）软件在安装过程中将显示安装进度条，如图1-8所示。
用户需要等待产品组件安装完成，同时可以查看正在安装的产品组件及安装剩余的时间。
（9）在安装完产品组件之后，MathWorks公司需要用户进行产品配置。
在如图1-9所示的“产品配置说明”对话框中，单击【下一步】按钮。
图1-8 “安装进度条”对话框
图1-9 “产品配置说明”对话框
（10）接着即完成MATLABR2013a的安装，如图1-10所示。
图1-10 完成MATLAB安装
（11）完成MATLAB安装后，在MATLAB安装目录下的bin文件夹中找到文件，双击该文件即可弹出MATLAB激活界面，如图1-11所示，选中【不使用Internet手动激活】单选按钮，接着单击【下一步】按钮。
图1-11 “MathWorks软件激活”对话框
（12）在弹出的“离线激活”对话框中选中【输入许可文件的完整路径（包括文件名）】单选按钮，单击右侧的【浏览】按钮，找到许可文件的完整路径，如图1-12所示。
接着单击【下一步】按钮。
图1-12 “离线激活”对话框
（13）完成MATLABR2013a的激活，效果如图1-13所示。
图1-13 “激活完成”对话框
1.2.2 MATLAB启动和退出
图1-14 设置初始目录
MATLABR2013a安装结束后，用户可以通过单击“开始”菜单中的MATLAB来启动MATLAB系统，也可以在MATLAB的安装目录下找到，然后双击运行。
此外，用户可以在桌面建立MATLAB的快捷菜单，通过双击快捷方式图标，也可以启动MATLAB系统。
MATLAB默认的启动目录为C:
\ProgramFile\MATLAB\R2013a，可以进行修改。
右击桌面上的MATLABR2013a快捷图标，在弹出的快捷菜单中选择“属性”选项，会弹出快捷菜单的属性设置对话框，如图1-14所示。
设置MATLAB的初始目录为E:
\MATLAB2013a\example\01。
退出MATLAB软件有以下两种方法：
❑在MATLAB的命令窗口中输入exit或quit。
❑单击MATLAB主窗口右上角的【关闭】按钮。
1.2.3 MATLAB卸载
如果想卸载MATLAB软件，可以通过Windows控制面板中的添加或删除程序来卸载实现，如图1-15所示。
图1-15 控制面板的“卸载或更改程序”界面
在图1-15中，选中MATLABR2013a并右击，选择弹出的“卸载/更改”选项，弹出如图1-16所示的窗口，用户可以在其中选择要卸载的程序或工具箱，系统默认全部程序和工具箱都为选中状态。
单击【卸载】按钮，可进行MATLAB的卸载。
图1-16 卸载MATLAB窗口
1.3 MATLAB工作环境
MATLABR2013a的工作界面如图1-17所示，主要包括工具栏选项、当前目录窗口、命令窗口、工作空间窗口和历史命令窗口。
MATLABR2013a的菜单和以前版本有很大的不同，在MATLABR2013a工作界面中没有菜单，而有3个工具栏选项，分别为HOME、PLOTS及APPS。
图1-17 MATLAB的工作界面
1.3.1 命令窗口
命令窗口是MATLAB的主要工作界面。
在默认情况下，命令窗口提示“>
>
”符，用户可在此处输入函数、命令、表达式进行运算和操作。
当用户单击命令窗口右上角的
按钮时，得到如图1-18所示的菜单。
图1-18 命令窗口操作菜单
各菜单项的含义如下。
❑ClearCommandWindow：
清除命令窗口。
❑SelectAll：
选择命令窗口中所有内容。
❑Find：
对命令窗口内容进行查找。
❑Print：
打印命令窗口。
❑PageSetup：
对命令窗口进行页面设置。
❑Minimize：
将命令窗口最小化。
❑Maximize：
将命令窗口最大化。
❑Undock：
将命令窗口单独脱离工作环境，当选择该选项时，弹出如图1-19所示的独立命令窗口。
图1-19 独立命令窗口
一般来说，一个命令行输入一条命令，命令行按Enter键结束。
但一个命令行也可以输入若干条命令，各命令之间以逗号分隔，若前一命令后带有分号，则逗号可以省略。
使用方向键和控制键可以编辑、修改已输入的命令，↑键回调上一行命令，↓键回调下一行命令。
使用“moreoff”表示不允许分页，“moreon”表示允许分页，“more（n）”表示指定每页输出的行数。
按Enter键表示前进一行，按空格键显示下一页，按q键结束当前显示。
在MATLAB中的3个小黑点即为“续行号”，表示一条语句可分几行编写；
分号“;
”的作用是不在命令窗口中显示中间结果，但定义的变量将驻留在内存中。
MATLAB命令窗口中常用的命令及功能如表1-2所示。
表12 MATLAB命令窗口中常用的命令及功能
命 令
功 能
cls
擦去一页命令窗口，光标回屏幕左上角
clear
清除工作空间中所有的变量
clearall
从工作空间清除所有变量和函数
clear变量名
清除指定的变量
clf
清除图形窗口内容
delete<
文件名>
从磁盘中删除指定的文件
help<
命令名>
查询所列命令的帮助信息
which<
查找指定文件的路径
who
显示当前工作空间中所有变量的一个简单列表
whos
列出变量的大小、数据格式等详细信息
what
列出当前目录下的.m文件和.mat文件
loadname
下载name文件中的所有变量到工作空间
loadnamexy
下载name文件中的变量x、y到工作空间
savename
保存工作空间变量到文件中
savenamexy
保存工作空间变量x、y到文件中
pack
整理工作空间内存
Size（变量名）
显示当前工作空间中变量的尺寸
Length（变量名）
显示当前工作空间中变量的长度
↑或Ctrl+P
调用上一行的命令
↓或Ctrl+N
调用下一行的命令
←或Ctrl+B
退后一格
→或Ctrl+F
前移一格
Ctrl+←
向左移一个单词
Ctrl+→
向右移一个单词
Home或Ctrl+A
光标移到行首
End或Ctrl+E
光标移到行尾
Esc或Ctrl+U
清除一行
Del或Ctrl+D
清除光标后字符
Backspace或Ctrl+H
清除光标前字符
Ctrl+K
清除光标至行尾字
Ctrl+C
中断程序运行
1.3.2 工作空间窗口
工作空间是MATLAB用于存储各种变量和结果的内存空间。
在该窗口中显示工作空间中所有变量的名称、字节数和变量类型，可对变量进行观察、编辑、保存和删除。
独立工作空间窗口如图1-20所示。
当单击工作空间窗口右侧的
按钮时，可打开如图1-21所示的工作空间操作菜单。
❑New：
在工作空间中新建变量。
❑Save：
保存工作空间中的变量。
❑ClearWorkspace：
清除工作空间。
❑Refresh：
刷新工作空间。
❑ChooseColumns：
选择工作空间中变量的列。
❑SortBy：
对工作空间中的变量进行排序。
❑Paste：
对工作空间变量进行粘贴。
全选工作空间变量。
打印工作空间。
对工作空间进行页面设置。
对工作空间窗口进行最小化。
对工作空间窗口进行最大化。
将工作空间窗口单独脱离工作环境。
❑Close：
关闭工作空间窗口。
图1-20 工作空间窗口
图1-21 工作空间操作菜单
1.3.3 命令历史窗口
命令历史窗口记录着用户在CommandWindow窗口中输入过的所有命令，独立命令历史窗口如图1-22所示。
当单击命令历史窗口右侧的
按钮时，可打开如图1-23所示的命令历史操作菜单。
图1-22 命令历史窗口
图1-23 命令历史操作菜单
❑ClearCommandHistory：
清除命令历史窗口内容。
全选命令历史窗口内容。
查找命令历史窗口内容。
❑Pri
升级会员 