MATLAB语言及其应用
教 案
任课教师：罗靖宇
任课班级：09通信（1）（2）
教材：MATLAB程序设计与应用（第二版） 作 者：刘卫国主编 出版社：高等教育出版社
内容：
书籍简介：本书以MATLAB 7.0版为蓝本介绍MATLAB功能与应用强调理论和实践相结合贴近读者需要注重讲清有关数学方法和算法原理前提下介绍MATLAB功能；注重和有关学科领域结合，突出应用书中有许多应用实例些实例既是对MATLAB重点和难点诠释又可以更好地帮助读者应用MATLAB来解决实际问题具有很强代表性。
全书分为基础篇应用篇和实验篇基础篇包括MATLAB系统环境MATLAB数据及其运算MATLAB矩阵分析与处理 MATLAB程序设计MATLAB图MATLAB数值计算MATLAB符号计算应用篇包括MATLAB图形用户界面设计MATLAB Notebook使用MATLAB Simulink 仿真软件MATLAB外部程序接口技术MATLAB应用实验篇和教学内容相配合包括15实验以帮助读者更好地上机操作。本书可作为高等学校理工科各专业大学生或研究生学习教材也可供广大科技工作者参考。
第1章 MATLAB系统环境 1.1 MATLAB概貌 1.1.1 MATLAB 发展 1.1.2 MATLAB 主要功能 1.1.3 MATLAB功能演示 1.2 MATLAB环境 准备 1.2.1 MATLAB 安装 1.2.2 MATLAB 启动与退出 1.3 MATLAB操作界面 1.3.1 主窗口 1.3.2 命令窗口 1.3.3 工作空间窗口
1.3.4 当前目录窗口和搜索路径 1.3.5 命令历史记录窗口 1.3.6 Stalt菜单
1.4 MATLAB帮助系统 1.4.1 帮助命令 1.4.2 帮助窗口 1.4.3 演示系统 第2章 MATLAB数据及其运算 2.1 MATLAB数据 特点 2.2 变量及其操作 2.2.1 变量与赋值 2.2.2 变量 管理 2.2.3 数据 输出格式 2.3 MATLAB矩阵 表示 2.3.1 矩阵 建立 2.3.2 冒号表达式 2.3.3 矩阵 拆分 2.4 MATLAB数据 运算 2.4.1 算术运算 2.4.2 关系运算
2.4.3 逻辑运算 2.5 字符串
2.6 结构数据和单元数据 2.6.1 结构数据 2.6.2 单元数据
第3章 MATLAB矩阵分析与处理 3.1 特殊矩阵
3.1.1 通用 特殊矩阵 3.1.2 用 专门学科 特殊矩阵
3.2 矩阵结构变换 3.2.1 对角阵与三角阵 3.2.2 矩阵 转置与旋转
3.3 矩阵求逆与线性方程组求解 3.3.1 矩阵 逆与伪逆
3.3.2 用矩阵求逆方法求解线性方程组 3.4 矩阵求值
3.4.1 方阵 行列式值 3.4.2 矩阵 秩与迹 3.4.3 向量和矩阵 范数 3.4.4 矩阵 条件数 3.5 矩阵 特征值与特征向量 3.6 矩阵 超越函数 第4章 MATLAB程序设计 4.1 M文件
4.1.1 M文件 分类 4.1.2 M文件 建立与打开
4.2 程序控制结构
顺序结构、选择结构、循环结构 4.3 函数文件 4.4 程序调试 第5章 MATLAB绘图 5.1 二维图形
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5.2 三维图形
5.3 三维图形的精细处理 5.4 隐函数绘图 5.5 底层绘图操作 5.6 光照与材质 5.7 图像显示与动画 第6章 MATLAB数值计算 6.1 数据处理与多项式计算 6.2 数值微积分 6.3 离散傅里叶变换 6.4 线性方程组求解
6.5 非线性方程与最优化问题求解 6.6 常微分方程的数值求解 6.7 稀疏矩阵
第7章 MATLAB符号计算 7.1 符号计算基础 7.2 符号函数及其应用 7.3 符号积分 7.4 级数
7.5 符号方程求解 应用篇
第8章 MATLAB图形用户界面设计 8.1 菜单设计 8.2 对话框设计
8.3 可视化图形用户界面设计 第9章 MATLABNotebook 使用 9.1 NOTEBook的安装于启动 9.2 单元的定义与执行 9.3 输出格式控制
第10章 MATLABSimlllink仿真软件 10.1 Simlllink操作基础 10.2 系统仿真模型 10.3 系统的仿真
10.4 使用命令操作对系统进行仿真 10.5 子系统及其封装技术 10.6 S函数的设计与应用 第11章 MATLAB外部程序接口技术 11.1 MATLAB的数据接口 11.2 MATLAB编译器 11.3 MATLAB计算引擎 11.4 MEX动态链接函数接口 第12章 MATLAB 应用
12.1 MATLAB在电路分析中的应用 12.2 MATLAB在控制系统分析中的应用 12.3 MATLAB在数学建模中的应用 12.4 MATLAB在力学及工程结构分析中的应用
12.5 MATLAB在优化设计中的应用 实验篇 实验要求
实验 MATLAB运算基础 实验二 MATLAB矩阵分析与处理 实验三 选择结构程序设计 实验四 循环结构程序设计 实验五 函数文件 实验六 高层绘图操作 实验七 低层绘图操作 实验八 数据处理与多项式计算 实验九 数值微积分与方程数值求解 实验十 符号计算基础与符号微积分 实验十 级数与方程符号求解 实验十二 菜单与对话框设计 实验十三 Simulink 应用 实验十四 外部程序接口 实验十五 综合实验
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第1章 MATLAB系统环境
本章重点：发展、功能、操作界面、帮助 课时安排：2课时 内容安排：
1、概述：MATLAB 发展、MATLAB 主要功能 （1）发展
MATLAB名字由MATrix和 LABoratory 两词的前三个字母组合而成。那是20世纪七十年代后期的
事：时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的Cleve Moler教授出于减轻学生编程负担的动机，为学生设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序的“通俗易用”的接口，此即用FORTRAN编写的萌芽状态的MATLAB。
经几年的校际流传，在Little的推动下，由Little、Moler、Steve Bangert合作，于1984年成立了MathWorks公司，并把MATLAB正式推向市场。从这时起，MATLAB的内核采用C语言编写，而且除原有的数值计算能力外，还新增了数据图视功能。
MATLAB以商品形式出现后，仅短短几年，就以其良好的开放性和运行的可靠性，使原先控制领域里的封闭式软件包（如英国的UMIST，瑞典的LUND和SIMNON，德国的KEDDC）纷纷淘汰，而改以MATLAB为平台加以重建。在时间进入20世纪九十年代的时候，MATLAB已经成为国际控制界公认的标准计算软件。
到九十年代初期，在国际上30几个数学类科技应用软件中，MATLAB在数值计算方面独占鳌头，而Mathematica和Maple则分居符号计算软件的前两名。Mathcad因其提供计算、图形、文字处理的统一环境而深受中学生欢迎。
MathWorks公司于1993年推出MATLAB4.0版本，从此告别DOS版。4.x版在继承和发展其原有的数值计算和图形可视能力的同时，出现了以下几个重要变化：（1）推出了SIMULINK。这是一个交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境。它的出现使人们有可能考虑许多以前不得不做简化假设的非线性因素、随机因素，从而大大提高了人们对非线性、随机动态系统的认知能力。（2）开发了与外部进行直接数据交换的组件，打通了MATLAB进行实时数据分析、处理和硬件开发的道路。（3）推出了符号计算工具包。1993年MathWorks公司从加拿大滑铁卢大学购得Maple的使用权，以Maple为“引擎”开发了Symbolic Math Toolbox 1.0。MathWorks公司此举加快结束了国际上数值计算、符号计算孰优孰劣的长期争论，促成了两种计算的互补发展新时代。（4）构作了Notebook 。MathWorks公司瞄准应用范围最广的Word ，运用DDE和OLE，实现了MATLAB与Word的无缝连接，从而为专业科技工作者创造了融科学计算、图形可视、文字处理于一体的高水准环境。
1997年仲春，MATLAB5.0版问世，紧接着是5.1、5.2，以及和1999年春的5.3版。与 4.x相比，现今的MATLAB拥有更丰富的数据类型和结构、更友善的面向对象、更加快速精良的图形可视、更广博的数学和数据分析资源、更多的应用开发工具。（关于MATLAB5.x的特点下节将作更详细的介绍。）
诚然，到1999年底，Mathematica也已经升到4.0版，它特别加强了以前欠缺的大规模数据处理能力。Mathcad 也赶在2000年到来之前推出了Mathcad 2000 ，它购买了Maple内核和库的部分使用权，打通了与MATLAB的接口，从而把其数学计算能力提高到专业层次。但是，就影响而言，至今仍然没有一个别的计算软件可与MATLAB匹敌。
在欧美大学里，诸如应用代数、数理统计、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通信、时间序列分析、动态系统仿真等课程的教科书都把MATLAB作为内容。这几乎成了九十年代教科书与旧版书籍的区别性标志。在那里，MATLAB是攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本工具。
在国际学术界，MATLAB已经被确认为准确、可靠的科学计算标准软件。在许多国际一流学术刊物上，（尤其是信息科学刊物），都可以看到MATLAB的应用。
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在设计研究单位和工业部门，MATLAB被认作进行高效研究、开发的首选软件工具。如美国National
Instruments公司信号测量、分析软件LabVIEW，Cadence公司信号和通信分析设计软件SPW等，或者直接建筑在MATLAB之上，或者以MATLAB为主要支撑。又如HP公司的VXI硬件，TM公司的DSP，Gage公司的各种硬卡、仪器等都接受MATLAB的支持。 （2）主要功能：计算、图形、程序、工具
2、MATLAB环境：准备、MATLAB 安装、MATLAB 启动与退出 虚拟光驱
3种启动方式：菜单方式、到安装路劲下双击MATLAB.exe运行方式、桌面快捷方式、 3种退出方式：菜单、关闭窗口、命令quit或exit
3、MATLAB操作界面：主窗口、命令窗口、工作空间窗口、当前目录窗口和搜索路径、命令历史记录窗口、Start菜单
4、MATLAB帮助系统：帮助命令help、lookfor命令、帮助窗口、演示系统 5、MATLAB功能演示
例1-1 绘制正弦曲线和余弦曲线。 x=[0:0.5:360]*pi/180; plot(x,sin(x),x,cos(x));
例1-2 求方程 3x4+7x3 +9x2-23=0的全部根。
p=[3,7,9,0,-23]; %建立多项式系数向量 x=roots(p) %求根 例1-3 求积分 例1-4
1?[xln(1?x)]dx0 quad('x.*log(1+x)',0,1)
求解线性方程组。
?2x1?3x2?x3?4??8x1?3x2?2x3?2即：aX?b ?45x?x?9x?1723?1a=[2,-3,1;8,3,2;45,1,-9]; b=[4;2;17]; x=inv(a)*b
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