第一章 基础准备及入门matlab基础教程Word文档下载推荐.docx
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2．最常选的通用性工具包组件
SymbolicMathToolbox
符号类数据的操作和计算。
ExtendedSymbolicMathToolbox
更丰富的符号计算函数和指令
3．其他通用性工具包组件
Simulink
不用编写程序，利用方块图实现建模和仿真；
主要用于研究微分和差分方程描写的非线性动态系统。
OptimizationToolbox
包含求函数零点、极值、规划等优化程序。
MatlabCompiler
把MATLAB的M文件编译成独立应用程序。
MatlabbuilderforExcel
与MATLABCompiler配合使用，生成Excel插件。
4．常用专业性工具包组件
ControlSystemToolbox
MATLAB涉及控制的工具包有10多个，而本栏工具包是最基本的，是解决控制问题所必选的。
至于其他控制工具包则是用户根据需要选择的。
SignalProcessingToolbox
是MATLAB信号处理中的基本工具包。
SplineToolbox
内含样条和插值函数。
StatisticsToolbox
包含进行复杂统计分析所需的程序。
5．其他专业性工具包组件（举例）
Stateflow
与Simulink配合使用，主要用于较大型、复杂的（离散事件）动态系统的建模、分析、仿真。
SystemIdentificationToolbox
动态系统辨识。
......
.2Desktop操作桌面的启动
.2.1MATLAB的启动
（1）方法一
当MATLAB安装到硬盘上以后，一般会在Windows桌面上自动生成MATLAB程序图标。
在这种情况下，只要直接点击那图标即可启动MATLAB，打开如图1.2-1的MATLAB操作桌面（Desktop）。
本书作者建议用户优先采用启动“方法一”。
（2）方法二
假如Windows桌面上没有MATLAB图标，那么点击matlab\文件夹下的快捷方式图标
。
（3）方法三
点击matlab\bin\win32文件夹中的matlab.exe（它的图标是
），也会自动创建类似图1.2-1所示的Desktop操作桌面。
唯一的区别是：
采用这种方式创建的MATLAB工作环境以MATLAB所在的根目录为当前目录。
.2.2Desktop操作桌面简介
MATLABR2007a版的Desktop操作桌面，是一个高度集成的MATLAB工作界面。
其默认形式，如图1.2-1所示。
该桌面的上层铺放着三个最常用的界面：
指令窗（CommandWindow）、当前目录（CurrentDirectory）浏览器、历史指令（CommandHistory）窗。
在当前目录窗的后面还铺放一个MATLAB内存工作空间（Workspace）浏览器。
图1.2-1Desktop操作桌面的默认外貌
●指令窗
该窗是进行各种MATLAB操作的最主要窗口。
在该窗内，可键入各种送给MATLAB运作的指令、函数、表达式；
显示除图形外的所有运算结果；
运行错误时，给出相关的出错提示。
●历史指令窗
该窗记录已经运作过的指令、函数、表达式，及它们运行的日期、时间。
该窗中的所有指令、文字都允许复制、重运行及用于产生M文件。
●当前目录浏览器
在该浏览器中，展示着子目录、M文件、MAT文件和MDL文件等。
对该界面上的M文件，可直接进行复制、编辑和运行；
界面上的MAT数据文件，可直接送入MATLAB工作内存。
此外，对该界面上的子目录，可进行Windows平台的各种标准操作。
●工作空间浏览器
该浏览器默认地位于当前目录浏览器的后台。
该窗口罗列出MATLAB工作空间中所有的变量名、大小、字节数；
在该窗中，可对变量进行观察、图示、编辑、提取和保存。
●捷径（Start）键
引出通往本MATLAB所包含的各种组件、模块库、图形用户界面、帮助分类目录、演示算例等的捷径，以及向用户提供自建快捷操作的环境。
.3CommandWindow运行入门
MATLAB的使用方法和界面有多种形式。
但最基本的，也是入门时首先要掌握的是：
MATLAB指令窗（CommandWindow）的基本表现形态和操作方式。
本书作者相信，通过本节的文字解释，读者将对MATLAB使用方法有一个良好的初始感受。
.3.1CommandWindow指令窗简介
MATLAB指令窗默认地位于MATLAB桌面的右方（见图1.2-1）。
假如，用户希望得到脱离操作桌面的几何独立指令窗，只要点击该指令窗右上角的
键，就可获得如图1.3-1所示的指令窗。
图1.3-1几何独立的指令窗
〖说明〗
●图1.3-1指令窗表现了例1.3-1运行的情况。
●若用户希望让独立指令窗嵌放回桌面，则只要点击CommandWindow右上角的
按钮，或选中指令窗菜单{Desktop：
DockCommandWindow}便可。
.3.2最简单的计算器使用法
为易于学习，本节以算例方式叙述，并通过算例归纳一些MATLAB最基本的规则和语法结构。
建议读者，在深入学习之前，先读一读本节。
【例1.3-1】求
的算术运算结果。
本例演示：
最初步的指令输入形式和必需的操作步骤。
（1）用键盘在MATLAB指令窗中输入以下内容
>
（12+2*（7-4））/3^2
（2）在上述表达式输入完成后，按[Enter]键，该指令被执行，并显示如下结果。
ans=
2
●本例在指令窗中实际运行的情况参见图1.3-1。
●指令行“头首”的“>
”是“指令输入提示符”，它是自动生成的。
本书在此后的输入指令前将不再带提示符“>
”。
理由是：
（A）为使本书简洁；
（B）本书用MATLAB的M-book写成，而在M-book中运行的指令前是没有提示符的。
●MATLAB的运算符（如+、-等）都是各种计算程序中常见的习惯符号。
●一条指令输入结束后，必须按[Enter]键，那指令才被执行。
●由于本例输入指令是“不含赋值号的表达式”，所以计算结果被赋给MATLAB的一个默认变量“ans”。
它是英文“answer”的缩写。
【例1.3-2】“续行输入”法。
或由于指令太长，或出于某种需要，输入指令行必须多行书写时，该如何处理。
S=1-1/2+1/3-1/4+...
1/5-1/6+1/7-1/8
S=
0.6345
●MATLAB用3个或3个以上的连续黑点表示“续行”，即表示下一行是上一行的继续。
●本例指令中包含“赋值号”，因此表达式的计算结果被赋给了变量S。
●指令执行后，变量S被保存在MATLAB的工作空间（Workspace）中，以备后用。
如果用户不用clear指令清除它，或对它重新赋值，那么该变量会一直保存在工作空间中，直到本MATLAB指令窗被关闭为止。
.3.3数值、变量和表达式
前节算例只是表演了“计算器”功能，那仅是MATLAB全部功能中小小一角。
为深入学习MATLAB，有必要系统介绍一些基本规定。
本节先介绍关于变量的若干规定。
10一数值的记述
MATLAB的数值采用习惯的十进制表示，可以带小数点或负号。
以下记述都合法。
3-990.0019.4561.3e-34.5e33
在采用IEEE浮点算法的计算机上，数值通常采用“占用64位内存的双精度”表示。
其相对精度是eps（MATLAB的一个预定义变量），大约保持有效数字16位。
数值范围大致从
到
10二变量命名规则
●变量名、函数名是对字母大小写敏感的。
如变量myvar和MyVar表示两个不同的变量。
sin是MATLAB定义的正弦函数名，但SIN,Sin等都不是。
●变量名的第一个字符必须是英文字母，最多可包含63个字符（英文、数字和下连符）。
如myvar201是合法的变量名。
●变量名中不得包含空格、标点、运算符，但可以包含下连符。
如变量名my_var_201是合法的，且读起来更方便。
而my,var201由于逗号的分隔，表示的就不是一个变量名。
10三MATLAB默认的预定义变量
在MATLAB中有一些所谓的预定义变量（PredefinedVariable），见表1.3-1。
每当MATLAB启动，这些变量就被产生。
这些变量都有特殊含义和用途。
建议：
用户在编写指令和程序时，应尽可能不对表1.3-1所列预定义变量名重新赋值，以免产生混淆。
表1.3-1MATLAB中最常用的预定义变量
预定义变量
含义
ans
计算结果的默认变量名
NaN或nan
不是一个数（NotaNumber），如0/0，
eps
机器零阈值
Inf或inf
无穷大，如1/0
nargin
函数输入宗量数目
i或j
虚单元
nargout
函数输出宗量数目
pi
圆周率
realmax
最大正实数
realmin
最小正实数
●假如用户对表中任何一个预定义变量中进行赋值，则那个变量的默认值将被用户新赋的值“临时”覆盖。
所谓“临时”是指：
假如使用clear指令清除MATLAB内存中的变量，或MATLAB指令窗被关闭后重新启动，那么所有的预定义变量将被重置为默认值，不管这些预定义变量曾被用户赋过什么值。
●在遵循IEEE算法规则的机器上，被0除是允许的。
它不会导致程序执行的中断，只是在给出警告信息的同时，用一个特殊名称（如Inf，NaN）记述。
这个特殊名称将在以后的计算中以合理的形式发挥作用。
【例1.3-3】运用以下指令，以便初步了解预定义变量。
预定义变量已经存在的事实；
若干预定义变量的数量级概念。
formatlong
1.797693134862316e+308
realmin
2.225073858507201e-308
eps
2.220446049250313e-016
pi
3.141592653589793
10四运算符和表达式
（1）经典教科书上的算术运算符在MATLAB中的表达方式，见表1.3-2。
表1.3-2MATLAB表达式的基本运算符
数学表达式
矩阵运算符
数组运算符
加
a+b
减
a-b
乘
a*b
a.*b
除
a/b或b\a
a./b或b.\a
幂
a^b
a.^b
圆括号
（）
●因为MATLAB面向复数设计，其所有运算定义在复数域上。
所以对于方根问题，运算只返还一个“主解”。
要得复数的全部方根，必须专门编写程序（见例1.3-6）。
●因为MATLAB面向矩阵/数组设计，标量被看作
的矩阵/数组。
●数组运算的“乘、除、幂”规则与相应矩阵运算根本不同。
前者的算符比后者多一个“小黑点”。
（参见例1.3-9，例1.3-10。
更详细说明请看第3章）
●MATLAB用左斜杠或右斜杠分别表示“左除”或“右除”运算。
对标量而言，“左除”和“右除”的作用结果相同。
但对矩阵来说，“左除”和“右除”将产生不同的结果。
（2）MATLAB书写表达式的规则与“手写算式”几乎完全相同。
●表达式由变量名、运算符和函数名组成。
●表达式将按与常规相同的优先级自左至右执行运算。
●优先级的规定是：
指数运算级别最高，乘除运算次之，加减运算级别最低。
●括号可以改变运算的次序。
●书写表达式时，赋值符“=”和运算符两侧允许有空格，以增加可读性。
10五面向复数设计的运算——MATLAB特点之一
MATLAB的所有运算都是定义在复数域上的。
这样设计的好处是：
在进行运算时，不必像其他程序语言那样把实部、虚部分开处理。
为描述复数，虚数单位用预定义变量i或j表示。
复数
直角坐标表示和极坐标表示之间转换的MATLAB指令如下。
real（z）给出复数
的实部
imag（z）给出复数
的虚部
abs（z）给出复数
的模
angle（z）以弧度为单位给出复数
的幅角
【例1.3-4】复数
表达，及计算
正确的复数输入法；
涉及复数表示方式的基本指令。
（1）经典教科书的直角坐标表示法
z1=4+3i%合法，但建议少用或不用
z1=
4.0000+3.0000i
●本书建议读者不要使用这种输入格式。
因为这种书写格式，只适用于“数值标量”复数，而不适用于“数值矩阵”。
●在这种书写格式中，4i是一个完整的虚数，在4和i之间不许“空格”存在。
（2）采用运算符构成的直角坐标表示法和极坐标表示法
z2=1+2*i%运算符构成的直角坐标表示法
z3=2*exp（i*pi/6）%运算符构成的极坐标表示法
z=z1*z2/z3
z2=
1.0000+2.0000i
z3=
1.7321+1.0000i
z=
1.8840+5.2631i
（3）复数的实虚部、模和幅角计算
real_z=real（z）
image_z=imag（z）
magnitude_z=abs（z）
angle_z_radian=angle（z）%弧度单位
angle_z_degree=angle（z）*180/pi%度数单位
real_z=
1.8840
image_z=
5.2631
magnitude_z=
5.5902
angle_z_radian=
1.2271
angle_z_degree=
70.3048
【例1.3-5】图示复数
的和（配图1.3-2）。
MATLAB的运算在复数域上进行；
指令后“分号”的作用；
复数加法的几何意义；
展示MATLAB的可视化能力（让读者感受，但不要求理解）。
z1=4+3*i;
z2=1+2*i;
%在一个物理行中，允许输入多条指令。
%但各指令间要用“分号”或“逗号”分开。
%指令后采用“分号”，使运算结果不显示。
z12=z1+z2
%以下用于绘图
clf,holdon%clf清空图形窗。
逗号用来分隔两个指令。
plot（[0,z1,z12],'
-b'
'
LineWidth'
3）
plot（[0,z12],'
-r'
plot（[z1,z12],'
ob'
MarkerSize'
8）
holdoff,gridon,
axisequal
axis（[0,6,0,6]）
text（3.5,2.3,'
z1'
）
text（5,4.5,'
z2'
text（2.5,3.5,'
z12'
xlabel（'
real'
ylabel（'
image'
shg
z12=
5.0000+5.0000i
图1.3-2两个复数相加
【例1.3-6】用MATLAB计算
能得到–2吗（配图1.3-3）？
MATLAB运算定义在复数域的实质；
指令后“分号”抑制运算结果的显示；
MATLAB的方根运算规则；
更复杂指令的表示方式；
展现MATLAB的图形表现力。
（对于本例指令，读者能有体验就可，不必强求理解。
（1）直接计算时，得到处于第一象限的方根。
a=-8;
r_a=a^（1/3）%求3次根
r_a=
1.0000+1.7321i
（2）
的全部方根计算如下
%先构造一个多项式
p=[1,0,0,-a];
%p是多项式
的系数向量
%指令末尾的“英文状态分号”使该指令运行后，不显示结果。
R=roots（p）%求多项式的根
R=
-2.0000
1.0000+1.7321i
1.0000-1.7321i
（3）图形表示
MR=abs（R
（1））;
%计算复根的模
t=0:
pi/20:
2*pi;
%产生参变量在0到2*pi间的一组采样点
x=MR*sin（t）;
y=MR*cos（t）;
plot（x,y,'
b:
'
）,gridon%画一个半径为R的圆
%注意“英文状态逗号”在不同位置的作用
holdon
plot（R
（2）,'
.'
30,'
Color'
r'
）%画第一象限的方根
plot（R（[1,3]）,'
o'
15,'
b'
）%画另两个方根
axis（[-3,3,-3,3]）,axissquare%保证屏幕显示呈真圆
holdoff
图1.3-3（-8）的全部三次方根分布
●本例有助于理解MATLAB的计算特点。
●对复数进行方根运算时，MATLAB只给出处于“第一象限”的那个根。
10六面向数组设计的运算——MATLAB特点之二
在MATLAB中，标量数据被看作
的数组（Array）数据。
所有的数据都被存放在适当大小的数组中。
为加快计算速度（运算的向量化处理），MATLAB对以数组形式存储的数据设计了两种基本运算：
一种是所谓的数组运算；
另一种是所谓的矩阵运算。
在此仅以算例展示MATLAB的计算特点，更详细的叙述请见第3章。
【例1.3-7】实数数组
的“一行”输入法。
二维数组的最基本、最常用输入法；
二维数组输入的三大要素。
（1）在键盘上输入下列内容
AR=[1,3;
2,4]
（2）按[Enter]键，指令被执行。
（3）在指令执行后，MATLAB指令窗中将显示以下结果：
AR=
13
24
在MATLAB中，不必事先对数组维数及大小做任何说明，内存将自动配置。
二维数组输入的三大要素：
数组标识符“[]”；
元素分隔符空格或逗号“,”；
数组行间分隔符分号“;
”或“回车键”。
所有标点符号都是“英文状态的符号”。
●MATLAB对字母大小写是敏感的。
比如本例中的数组赋给了变量AR，而不是Ar,aR,或ar。
在全部键入一个指令行内容后，必须按下[Enter]键，该指令才会被执行。
请读者务必记住此点。
出于叙述简明的考虑，本书此后将不再重复提及此操作。
【例1.3-8】实数数组
的“分行”输入法。
AI=[5,7
6,8]
AI=
57
68
●本例采用这种输入法是为了视觉习惯。
当然，对于较大的数组也可采用此法。
●在这种输入方法中，“回车”符用来分隔数组中的行。
【例1.3-9】对复数数组
进行求实部、虚部、模和幅角的运算。
复数数组的生成；
MATLAB指令对数组元素“并行操作”的实质。
（1）创建复数数组
AR=[1,3;
2,4];
AI=[5,7;
6,8];
A=AR-AI*i%形成复数矩阵
A=
1.0000-5.0000i3.0000-7.0000i
2.0000-6.0000i4.0000-8.0000i
（2）求复数数组的实部和虚部
A_real=real（A）
A_image=imag（A）
A_real=
24
A_image=
-5-7
-6-8
（3）求复数数组中各元素的模和幅角——循环法（笨拙！
form=1:
2
forn=1:
Am1（m,n）=abs（A（m,n））;
Aa1（m,n）=angle（A（m,n））*180/pi;
%以度为单位计算幅角
end
end
Am1,Aa1
Am1=
5.09907.6158
6.32468.9443
Aa1=
-78.6901-66.8014
-71.5651-63.4349
（4）求复数数组中各元素的模和幅角——直接法
Am2=abs（A）
Aa2=angle（A）*180/pi
Am2=
A
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