第一章 MATLAB简介 (续表) L应用领域 系数信1通)金工!土图 统据 信「融「程「木!形 工具箱名称 系系数工可 制析|理统}统|学|程」视 Wavelet 。。。| Partial Differential equation Stateflow Signal processing Mu analysis and Synthesis Frequency Domain Identification Map tools @源程序的开放性。开放性也许是 MATLAB最受人们欢迎的特点。除内部函数以外, 所有 MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件,用户可通过对源文件的 修改以及加入自己的文件构成新的工具箱 MATLAB被称为第四代计算机语言,笔者认为, MATLAB和C语言的关系近似于C 语言和汇编语言的关系。如同高级语吉的执行效率要比汇编语言的执行效率低, MATLAB 的执行效率要比一般高级语言的执行效率低,但是 MATLAB的编程效率要远远高于其他 高级语言,并且其程序的可读性及可移植性也很好。和 Visual basic和Ⅴ isual c相比, MATLAB的图形界面编程能力相对弱一些,但对于花很多时间在自己专业上的广大工程 技术人员, MATLAB的强大的库函数带来的简单程序代码具有无可替代的作用。由于 MATLAB可以轻易地再现 FORTRAN和C语言的几乎所有功能,并且具有较强的界面设 计能力,所以即使用户不会 Visual basic和ⅤsuaC,甚至连 FORTRAN和C都不熟悉, 同样可以设计出功能强大、界面优美、稳定可靠的高质量软件。笔者认为, MATLAB应 该是工程人员的首选。对于熟悉 MATLAB的工程人员,软件的开发周期一般多以周计。 13 MATLAB和其他数学类科技软件的关系 如前所述, MATLAB目前已经占据了数值计算市场的主导地位。在这里,还有三个 值得一提的软件,它们是 Maple、 MathCAD和 Mathematica 1.3.1 Maple Maple是由加拿大 Waterloo学发展起来的一种数学软件。由于其无与伦比的符号计 算能力,使得 Maple在符号计算的数学软件中独领风骚。无论是在学生中广为流传的 MathcAD还是 MATLAB,在符号计算方面都得借助于 Maple的威力。 MATLAB虽然自
精通 MATLAB5 身有一定的符号计算能力,但较 Maple要弱一些。 MATLAB能够和 Maple方便地连接, 把符号计算的工作转给 Maple去完成。 符号计算的魅力在于:对于给定的问题,计算机给出的计算结果为没有任何误差的解 析解。比如计算结果为1乃3,经符号计算后决不会显示0.33333.符号计算和数值计算 是完全不同的两个方面。 Maple最突出的功能为其符号计算。 Maple提供了2000多个数学函数,其范围涉及数 学的各个分支:基本代数、欧氏几何学、数论、有理函数、微积分、微分方程、图形学 线性代数、离散数学、群论等等 Maple在数值计算和数据可视化方面也有较强的能力。和 MATLAB相比, Maple的数 值计算另有特色。 Maple能把所求得的解析解转换成任意精度的数值解。对那些没有最终 解析解的问题, Maple能从中间解析解开始计算数值解,这将缩短误差的传递途径,从而 提高解的精度 Maple还提供了一种内部编程语言,允许用户编写自己的程序。 1.3.2 Math CAD MathCAD是 MathSoft公司在80年代推出的一个交互式的数学文字软件。 MathSoft公 司推出 MathCAD的初衷是给广大教师、学生及工程人员提供一个兼备文字、数学和图形 处理能力的集成工作环境,以便于科学分析报告、教案及作业等的完成。精度、速度、算 法稳定性及复杂的符号计算都不是 MathCAD的最初设计目标 Math CAD和 MATLAB一样,要求用户输入的数学公式、方程及矩阵等格式都非常符 合人们习惯的书写格式。和 Maple相比, MathCAD的文字处理能力较强。 MATLAB的文 字处理能力当然更强,但 MATLAB的文字处理借助于微软公司的 Word. mathCAD最值 得称道的是它生成的 Electric Book中的命令、函数和图形都是“活”的,命令中任何参数 的变化都会使相应的结果发生变化。 1.3.3 Mathematica Mathematica有较为广泛的数学计算功能,支持比较复杂的数值计算和符号计算。 Mathematica的初始版本是由美国物理学家 Stephen Wolfram领导的一个小组开发出来用于 量子力学研究的,所以早期的 Mathematica主要在数学和物理领域流传较广。近年来 Wolfram等人正在开发 Mathematica的各种工具箱,以便 Mathematica适应于更多的领域。 目前已经推出了小波分析工具箱、电气工程工具箱等。和 Maple相比, Mathematica的用 户界面友好、使用方便、扩展便利。由于 Mathematica也有符号计算功能,所以它可给出 任意精度的数值解。 14 MATLAB集成环境的组成 MATLAB是一种用于工程计算的高性能语言,它集成了计算功能和数据的可视化。 由于其编程代码很接近数学推导格式,所以编程极其方便。 MATLAB的典型应用包括以 下几个方面:数学计算、算法开发、建模及仿真、数据分析及可视化、科学及工程绘图
一章 MATLAB简介 应用开发(包括图形界面)。 MATLAB的最基本的数据是不需定义大小的数组 MATLAB主要包括以下五个部分: 1. MATLAB语言 MATLAB语言是以矩阵和向量为基本数据单位,包括控制流程语句、函数、数据结 构、输入输出及面向对象等特点的高级语言。它既适合编写只有区区几行的小程序(如对 数据文件进行处理的程序),也适合开发复杂的大型程序 2. MATLAB工作环境 它包括变量查看器、程序编辑器以及 MATLAB附带的大量M文件(用 MATLAB语 言编写的可在 MATLAB中运行的程序) 3.句柄图形 这是 MATLAB的图形系统。它既包括对二维和三维数据可视化、图像处理、动画制 作等高层次的绘图命令,也包括可以完全修改图形局部及编制完整图形界面的、低层次的 绘图命令。 4. MATLAB数学函数库 MATLAB的数学函数库极其庞大,既包括最基本的sum(求和)、sin、cos函数,也 包括如求矩阵特征值和特征向量、矩阵求逆、 bissel函数、 Fourer变换等复杂算法, MATLAB 把它们统统编制成函数。 5. MATLAB API(Application Program Interface MATLAB的AP库允许用户在 MATLAB和C及 FORTRAN语言之间相互调用。它 使用户既能在C和 FORTRAN语言里调用 MATLAB程序,也能把 MATLAB当作计算引 擎在 MATLAB里读写MAT文件。 15小结 在本章中,简单地介绍了 MATLAB的产生和发展历程, MATLAB的主要特点以及 MATLAB和 Maple、 MathCAD、 Mathematica的比较。通过本章的学习,可以对 MATLAB 的用途有一个基本的了解
第二章 MATLAB的基础知识 本章主要介绍 MATLAB4和 MATLAB50的安装及帮助用户熟悉 MATLAB50的 环境。在带领用户领略 MATLAB50的强大功能的同时帮助用户轻松入门。 21 MATLAB4x和 MATLAB5x的安装 由于 MATLAB50增加了许多新的功能以及更方便的联机帮助信息,因此,和 MATLAB40、 MATLAB42版本大不一样。 MATLAB40和 MATLAB42版本所需磁盘 空间较小,如果只安装其核心部分, MATLAB40的安装盘为4张高密3吋盘, MATLAB 42的安装盘为5张。如前所述, MATLAB适合多种机型和多种操作系统。下面将先简单 介绍 MATLAB50在PC机的 Windows操作系统中的安装过程,由于 MATLAB40很小 巧,很适合机器配置比较低的用户,安装方法和50版本又有较大区别,在本节的后面将 附带介绍40版本的安装。 211 MATLAB5x的安装 MATLAB5x比 MATLAB4x提供了更强的功能和更加全面、便利的帮助信息。当 然, MATLAB5x也比 MATLAB4x提出了更高的软硬件要求。下面将介绍 MATLAB5.0 在PC机上安装的资源要求和安装过程。 MATLAB 5.X的资源要求 IBM或与之完全兼容的带数学协处理器的ntel486、奔腾及其以上机型; Microsoft windows95或 Windows NT的操作系统; 光驱; 至少8位显示器适配卡和至少能显示256色的彩色显示器 内存要求: Microsoft windows95至少要8MB内存,推荐l6MB。在 Microsoft Windows nr351或40上至少12MB内存,推荐16MB 对于网络用户,只支持分配了静态P地址的用户; 建议安装声卡; ●如果用户想安装 Notebook,机器里需先安装 Microsoft word60、 MS Word70或 Ofeg7中的一种。如果用户想创建MEX文件,需安装 Microsoft、 Borland或 Watcom的C语言编译器,或者是 Microsoft的 PowerStation Fortran编译器。如果 用户想完全阅读 MATLAB5x的帮助信息,用户需预先安装 Netscape Navigator 20以上版本或者是 Microsoft Internet Explorer3.0以上版本来阅读其中的超文本 帮助信息,用户还需安装 Adobe Acrobat Reader来阅读其中的PDF格式的帮助文 件。在 MATLAB5x的安装盘上,附带了 Adobe Acrobat Reader 2 MATLAB5x的安装过程 特别值得注意的是,不要把 MATLAB5x的版本安装在 MATLAB4x的目录上。如
第二章 MATLAB的基础知识 果用户想把 MATLAB52的版本安装在 MATLAB51的版本上,应先将用户自己编写的 程序备份,以防带来不可挽回的后果。笔者建议最好直接安装最新版本 ①将 MATLAB50的光盘放入光驱中,如果操作系统为 Windows95,安装程序会自 动运行。如果是其他操作系统,双击seup.exe文件。 ②按照安装程序的提示,用户进入到如图21所示的用户信息输入画面。 图2-1 MATLAB50的安装提示信息 用户在相应的位置输入用户名称、单位及25位用户帐号,并选择安装的 MATLAB的 版本,即可继续安装。当 MATLAB复制文件完成后会弹出如图22所示的对话框,询问 是否安装 Notebook。 Notebook能和Word60及其以上版本实现无缝链接,即用户可以在 word的环境下编写程序, Notebook会自动把该程序段送入 MATLAB中处理,处理完后 又会自动把运算结果和所绘制的图形插入到Word中,这对于整理报告、完成书稿极其方 便。如果在安装过程中选择安装 MATLAB和 Excel的链接,安装完毕后需重新启动计算 机后才能运行 MATLAB 图22 Notebook安装对话框 212 MATLAB4x的安装 1. MATLAB4x对系统资源的要求 基于 IBM-PC XT的286,386,486或奔腾前各种机型,386及其以下机型必须有