常用工具軟件介紹一.ppt

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常用工具軟件介紹,MATLAB------MATrixLABoratory,第一章概論,MATLAB簡(jiǎn)介1.MATLAB的概況MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（MatrixLaboratory）之意。除具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算，文字處理，可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué),工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C,FORTRAN等語(yǔ)言完相同的事情簡(jiǎn)捷得多.當(dāng)前流行的MATLAB5.3/Simulink3.0包括擁有數(shù)百個(gè)內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包(Toolbox).工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包.功能工具包用來(lái)擴(kuò)充MATLAB的符號(hào)計(jì)算,可視化建模仿真,文字處理及實(shí)時(shí)控制等功能.學(xué)科工具包是專業(yè)性比較強(qiáng)的工具包,控制工具包,信號(hào)處理工具包,通信工具包等都屬于此類.開(kāi)放性使MATLAB廣受用戶歡迎.除內(nèi)部函數(shù)外,所有MATLAB主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件,用戶通過(guò)對(duì)源程序的修改或加入自己編寫程序構(gòu)造新的專用工具包.,2.MATLAB產(chǎn)生的歷史背景,最早在70年代中期,CleveMoler博士和其同事在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金的資助下開(kāi)發(fā)了兩個(gè)程序庫(kù)，代表矩陣運(yùn)算的最高水平.到70年代后期,身為美國(guó)NewMexico大學(xué)計(jì)算機(jī)系系主任的CleveMoler給程序取名為MATLAB,該名為矩陣(matrix)和實(shí)驗(yàn)室(labotatory)兩個(gè)英文單詞的前三個(gè)字母的組合.在以后的數(shù)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.1983年春天,CleveMoler到Standford大學(xué)學(xué),MATLAB深深地吸引了工程師JohnLittle.JohnLittle敏銳地覺(jué)察到MATLAB在工程領(lǐng)域的廣闊前景.同年,他和CleveMoler,SteveBangert一起,用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了第二代專業(yè)版.這一代的MATLAB語(yǔ)言同時(shí)具備了數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)圖示化的功能.1984年,CleveMoler和JohnLittle成立了MathWorks公司,正式把MATLAB推向市場(chǎng),并繼續(xù)進(jìn)行MATLAB的研究和開(kāi)發(fā).時(shí)至今日，經(jīng)過(guò)MathWorks公司的不斷完善，MATLAB已經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科，多種工作平臺(tái)的功能強(qiáng)大大大型軟件。在國(guó)外，MATLAB已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗(yàn)。在歐美等高校，MATLAB已經(jīng)成為線性代數(shù)，自動(dòng)控制理論，數(shù)理統(tǒng)計(jì)，數(shù)字信號(hào)處理，時(shí)間序列分析，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等高級(jí)課程的基本教學(xué)工具；成為攻讀學(xué)位的大學(xué)生，碩士生，博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門，MATLAB被廣泛用于科學(xué)研究和解決各種具體問(wèn)題。在國(guó)內(nèi)，特別是工程界，MATLAB一定會(huì)盛行起來(lái)?？梢哉f(shuō)，無(wú)論你從事工程方面的哪個(gè)學(xué)科，都能在MATLAB里找到合適的功能。,2．MATLAB的語(yǔ)言特點(diǎn),一種語(yǔ)言之所以能如此迅速地普及，顯示出如此旺盛的生命力，是由于它有著不同于其他語(yǔ)言的特點(diǎn)，被稱作為第四代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的MATLAB，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來(lái)。MATLAB最突出的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔。MATLAB用更直觀的，符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了C和FORTRAN語(yǔ)言的冗長(zhǎng)代碼。MATLAB給用戶帶來(lái)的是最直觀，最簡(jiǎn)潔的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。以下簡(jiǎn)單介紹一下MATLAB的主要特點(diǎn)。1）。語(yǔ)言簡(jiǎn)潔緊湊，使用方便靈活，庫(kù)函數(shù)極其豐富。MATLAB程序書寫形式自由，利用起豐富的庫(kù)函數(shù)避開(kāi)繁雜的子程序編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作。由于庫(kù)函數(shù)都由本領(lǐng)域的專家編寫，用戶不必?fù)?dān)心函數(shù)的可靠性。可以說(shuō)，用MATLAB進(jìn)行科技開(kāi)發(fā)是站在專家的肩膀上。2）運(yùn)算符豐富。由于MATLAB是用C語(yǔ)言編寫的，MATLAB提供了和C語(yǔ)言幾乎一樣多的運(yùn)算符，靈活使用MATLAB的運(yùn)算符將使程序變得極為簡(jiǎn)短。3）MATLAB既具有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句（如for循環(huán)，while循環(huán)，break語(yǔ)句和if語(yǔ)句），又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦浴?）程序限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。例如，在MATLAB里，用戶無(wú)需對(duì)矩陣預(yù)定義就可使用。,5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn)行。6）MATLAB的圖形功能強(qiáng)大。在FORTRAN和C語(yǔ)言里，繪圖都很不容易，但在MATLAB里，數(shù)據(jù)的可視化非常簡(jiǎn)單。MATLAB還具有較強(qiáng)的編輯圖形界面的能力。7）MATLAB的缺點(diǎn)是，它和其他高級(jí)程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。由于MATLAB的程序不用編譯等預(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序?yàn)榻忉寛?zhí)行，所以速度較慢。8）功能強(qiáng)大的工具箱是MATLAB的另一特色。MATLAB包含兩個(gè)部分：核心部分和各種可選的工具箱。核心部分中有數(shù)百個(gè)核心內(nèi)部函數(shù)。其工具箱又分為兩類：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。功能性工具箱主要用來(lái)擴(kuò)充其符號(hào)計(jì)算功能，圖示建模仿真功能，文字處理功能以及與硬件實(shí)時(shí)交互功能。功能性工具箱用于多種學(xué)科。而學(xué)科性工具箱是專業(yè)性比較強(qiáng)的，如control,toolbox,signlproceessingtoolbox,commumnicationtoolbox等。這些工具箱都是由該領(lǐng)域內(nèi)學(xué)術(shù)水平很高的專家編寫的，所以用戶無(wú)需編寫自己學(xué)科范圍內(nèi)的基礎(chǔ)程序，而直接進(jìn)行高，精，尖的研究。9）源程序的開(kāi)放性。開(kāi)放性也許是MATLAB最受人們歡迎的特點(diǎn)。除內(nèi)部函數(shù)以外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可讀可改的源文件，用戶可通過(guò)對(duì)源文件的修改以及加入自己的文件構(gòu)成新的工具箱。,MATLAB對(duì)軟硬件的要求,對(duì)硬件的要求CPU：奔騰或更高、AMDAthlon或更高內(nèi)存：至少128MB，推薦256MB以上硬盤：至少預(yù)留260MB的磁盤空間（根據(jù)需要安裝的內(nèi)容而定）顯卡256色以上光驅(qū)：安裝時(shí)使用對(duì)軟件的要求MicrosoftWindowsMe/98/NT/2000/XP,1.2MATLAB的基本組成及特點(diǎn),MATLAB開(kāi)發(fā)環(huán)境桌面和命令窗口命令的歷史記錄瀏覽器工作間文件和搜索路徑MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)MATLAB語(yǔ)言MATLAB圖形處理系統(tǒng)MATLAB應(yīng)用程序接口（API）,學(xué)習(xí)內(nèi)容安排,MATLAB語(yǔ)言概述數(shù)組及其運(yùn)算MATLAB控制流數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化M文件編程及數(shù)值計(jì)算方法及實(shí)現(xiàn)（一）數(shù)值計(jì)算方法及實(shí)現(xiàn)（二）符號(hào)計(jì)算初步SIMULINK交互式仿真集成環(huán)境初探MATLAB應(yīng)用舉例,成績(jī)?cè)u(píng)定方法,總成績(jī)＝平日成績(jī)＋實(shí)驗(yàn)成績(jī)＋考試成績(jī)平日成績(jī)＝（點(diǎn)名次數(shù)－缺勤次數(shù)）/點(diǎn)名次數(shù)k1+課堂回答問(wèn)題成績(jī)k2實(shí)驗(yàn)成績(jī)＝∑（實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)＋回答問(wèn)題成績(jī)）9＋實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)實(shí)驗(yàn)必須參加，不參加為0分實(shí)驗(yàn)時(shí)不可做與實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)的操作，否則取消實(shí)驗(yàn)資格，成績(jī)以0分計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)對(duì)課堂內(nèi)容充分復(fù)習(xí)，并準(zhǔn)備回答問(wèn)題實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完成后，經(jīng)教師檢查，給出成績(jī)后，方可結(jié)束實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)完整，并認(rèn)真回答問(wèn)題,MATLAB基本運(yùn)算與函數(shù),1.在MATLAB下進(jìn)行基本數(shù)學(xué)運(yùn)算，只需將運(yùn)算式直接打入提示號(hào)（>>）之後，并按入Enter鍵即可。例如：>>(5*2+1.3-0.8)*10/25ans=4.2000MATLAB會(huì)將運(yùn)算結(jié)果直接存入一變數(shù)ans，代表MATLAB運(yùn)算後的答案（Answer）并顯示其數(shù)值於螢?zāi)簧稀?2.我們也可將上述運(yùn)算式的結(jié)果設(shè)定給另一個(gè)變數(shù)x：x=(5*2+1.3-0.8)*10^2/25x=42此時(shí)MATLAB會(huì)直接顯示x的值。由上例可知，MATLAB認(rèn)識(shí)所有一般常用到的加（+）、減（-）、乘（*）、除（/）的數(shù)學(xué)運(yùn)算符號(hào)，以及冪次運(yùn)算（^）。若不想讓MATLAB每次都顯示運(yùn)算結(jié)果，只需在運(yùn)算式最後加上分號(hào)（；）即可，如下例：y=sin(10)*exp(-0.3*4^2);若要顯示變數(shù)y的值，直接鍵入y即可：>>yy=-0.0045,MATLAB常用的基本數(shù)學(xué)函數(shù),小整理：MATLAB常用的基本數(shù)學(xué)函數(shù)abs(x)：純量的絕對(duì)值或向量的長(zhǎng)度angle(z)：復(fù)數(shù)z的相角(Phaseangle)sqrt(x)：開(kāi)平方real(z)：復(fù)數(shù)z的實(shí)部imag(z)：復(fù)數(shù)z的虛部conj(z)：復(fù)數(shù)z的共軛復(fù)數(shù)：,round(x)：四舍五入至最近整數(shù)fix(x)：無(wú)論正負(fù)，舍去小數(shù)至最近整數(shù)floor(x)：地板函數(shù)，即舍去正小數(shù)至最近整數(shù)ceil(x)：天花板函數(shù)，即加入正小數(shù)至最近整數(shù)rat(x)：將實(shí)數(shù)x化為分?jǐn)?shù)表示rats(x)：將實(shí)數(shù)x化為多項(xiàng)分?jǐn)?shù)展開(kāi)sign(x)：符號(hào)函數(shù)(Signumfunction)。當(dāng)x0時(shí)，sign(x)=1。,MATLAB常用的三角函數(shù),sin(x)：正弦函數(shù)cos(x)：馀弦函數(shù)tan(x)：正切函數(shù)asin(x)：反正弦函數(shù)acos(x)：反馀弦函數(shù)atan(x)：反正切函數(shù)atan2(x,y)：四象限的反正切函數(shù),sinh(x)：超越正弦函數(shù)cosh(x)：超越馀弦函數(shù)tanh(x)：超越正切函數(shù)asinh(x)：反超越正弦函數(shù)acosh(x)：反超越馀弦函數(shù)atanh(x)：反超越正切函數(shù),數(shù)組的相關(guān)運(yùn)算,變數(shù)也可用來(lái)存放向量或矩陣，并進(jìn)行各種運(yùn)算，如下例的列向量（Rowvector）運(yùn)算：x=[1352];y=2*x+1y=37115小提示：變數(shù)命名的規(guī)則1.第一個(gè)字母必須是英文字母2.字母間不可留空格3.最多只能有19個(gè)字母，MATLAB會(huì)忽略多馀字母我們可以隨意更改、增加或刪除向量的元素：y(3)=2%更改第三個(gè)元素y=3725y(6)=10%加入第六個(gè)元素y=3725010y(4)=[]%刪除第四個(gè)元素，y=372010,作業(yè)一,1MATLAB對(duì)軟硬件的要求2MATLAB環(huán)境的啟動(dòng)方法3MATLAB的主窗口中6個(gè)下拉菜單的功能有哪些？4在命令窗進(jìn)行矩陣的直接輸入時(shí)，空格、逗號(hào)和分號(hào)的作用是什么？,在上例中，MATLAB會(huì)忽略所有在百分比符號(hào)（%）之後的文字，因此百分比之後的文字均可視為程式的注解（Comments）。MATLAB亦可取出向量的一個(gè)元素或一部份來(lái)做運(yùn)算：x(2)*3+y(4)%取出x的第二個(gè)元素和y的第四個(gè)元素來(lái)做運(yùn)算ans=9y(2:4)-1%取出y的第二至第四個(gè)元素來(lái)做運(yùn)算ans=61-1在上例中，2:4代表一個(gè)由2、3、4組成的向量,若要輸入矩陣，則必須在每一列結(jié)尾加上分號(hào)（；），如下例：A=[1234;5678;9101112];A=123456789101112,同樣地，我們可以對(duì)矩陣進(jìn)行各種處理：A(2,3)=5%改變位於第二行，第三列的元素值A(chǔ)=123456589101112,B=A(2,1:3)%取出部份矩陣BB=565A=[AB]%將B轉(zhuǎn)置後以行向量并入AA=123455658691011125,A(:,2)=[]%刪除第二行（：代表所有列）A=13455586911125A=[A;4321]%加入第四列A=134555869111254321A([14],:)=[]%刪除第一和第四列（：代表所有行）A=5586,試驗(yàn)任務(wù),1、計(jì)算：x=(5*2+1.3-0.8)*10^2/25y=sin(10)*exp(-0.3*4^2);2、已知：x=[1352];y=2*x+1對(duì)y：更改第三個(gè)元素為3加入第六個(gè)元素為10刪除第四個(gè)元素，取出x的第二個(gè)元素和y的第四個(gè)元素來(lái)做運(yùn)算x*3+y取出y的第二至第四個(gè)元素來(lái)做運(yùn)算,,輸入矩陣A=123456789101112改變位於第二行，第三列的元素值為9取出A中的第二行123元素做部份矩陣B求B的轉(zhuǎn)置陣C,