第一章、matlab語(yǔ)言概述

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1、第一章MATLAB概述1.1MATLAB是21世紀(jì)的科學(xué)計(jì)算軟件在科學(xué)研究和工程應(yīng)用等領(lǐng)域中會(huì)涉及到大量的科學(xué)計(jì)算問(wèn)題，自從計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以來(lái)，人們就一直在使用計(jì)算機(jī)這個(gè)有力的工具幫助解決科學(xué)計(jì)算問(wèn)題，并由此發(fā)明了許多用于科學(xué)計(jì)算的程序語(yǔ)言，如BASIC、FORTRAN、C等等。隨著時(shí)代的變化、隨著計(jì)算機(jī)的普及和快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言在不斷地變化發(fā)展、在不斷地推陳出新。在當(dāng)今時(shí)代，什么程序語(yǔ)言是最流行的科學(xué)計(jì)算語(yǔ)言呢？答案是——MATLAB語(yǔ)言。MATLAB之所以能夠成為最好的和最流行的科學(xué)計(jì)算語(yǔ)言，是因?yàn)樗哂袕?qiáng)大的科學(xué)計(jì)算及數(shù)據(jù)處理能力和出色的圖形處理功能等特點(diǎn)。451.1.1

2、MATLAB具有強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算及數(shù)據(jù)處理能力MATLAB擁有600多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便地實(shí)現(xiàn)用戶(hù)所需的各種計(jì)算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果，而且經(jīng)過(guò)了各種優(yōu)化及容錯(cuò)處理，因此使用起來(lái)穩(wěn)定性和可靠性非常高，在通常情況下，可以用它來(lái)代替底層編程語(yǔ)言，如C和C++等。在計(jì)算要求相同的情況下，使用MATLAB的編程工作量會(huì)大大減少。MATLAB函數(shù)所能解決的問(wèn)題包括矩陣運(yùn)算、多維數(shù)組操作（陣列運(yùn)算）、復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)函數(shù)運(yùn)算、非線性方程求根、線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程組的求解、符號(hào)運(yùn)算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的

3、統(tǒng)計(jì)分析、工程中的優(yōu)化問(wèn)題、稀疏矩陣運(yùn)算、建模和動(dòng)態(tài)仿真等等。451.1.2MATLAB具有出色的圖形處理功能在科學(xué)計(jì)算中，往往需要用各種圖形把數(shù)值計(jì)算的結(jié)果形象地表現(xiàn)出來(lái)，以幫助人們更好地理解、認(rèn)識(shí)和發(fā)現(xiàn)其中的科學(xué)規(guī)律。MATLAB不僅提供數(shù)值計(jì)算功能和符號(hào)運(yùn)算功能，而且自誕生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，使計(jì)算結(jié)果的可視化要求得到充分滿(mǎn)足。MATLAB在二維曲線和三維曲面的繪制和處理等方面的功能比一般數(shù)據(jù)可視化軟件更加完善，在一些其他軟件所沒(méi)有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等）方面也表現(xiàn)得非常出色。在MATLAB6.x中有一個(gè)對(duì)圖形對(duì)象屬性進(jìn)行設(shè)置

4、的圖形屬性編輯界面，該界面比MATLAB5.x中的界面功能更為全面，操作也更為方便。MATLAB456.x對(duì)圖形的輸出也做了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，提供了更為豐富的屬性設(shè)置，以提高圖形輸出的效果。對(duì)一些特殊的可視化要求，例如圖形動(dòng)畫(huà)等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶(hù)不同層次的要求。另外，新版本的MATLAB還著重在圖形用戶(hù)界面（GUI）的制作上做了很大的改善，對(duì)這方面有特殊要求的用戶(hù)也可以得到滿(mǎn)足。MATLAB將數(shù)值計(jì)算功能、符號(hào)運(yùn)算功能和圖形處理功能高度地集成在一起，在數(shù)值計(jì)算、符號(hào)運(yùn)算和圖形處理上做到了無(wú)縫的銜接，極大地方便了用戶(hù)，這是它在科學(xué)計(jì)算中能得到廣泛應(yīng)用的重要原因之

5、一。1.1.3MATLAB程序語(yǔ)言簡(jiǎn)單易用早期用于科學(xué)計(jì)算的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，由于計(jì)算機(jī)內(nèi)存容量和運(yùn)算速度的限制等原因，常常要定義常量、變量、向量和矩陣等的不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型，結(jié)果導(dǎo)致編程過(guò)于復(fù)雜化。和這些語(yǔ)言不一樣，45MATLAB語(yǔ)言對(duì)他們進(jìn)行了高度抽象，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)類(lèi)型的高度統(tǒng)一，即常量、變量、向量和矩陣等都具有相同的數(shù)據(jù)類(lèi)型。MATLAB語(yǔ)言認(rèn)為所有的數(shù)據(jù)都是一個(gè)對(duì)象類(lèi)，都具有相同的屬性。因此，用戶(hù)不需要事先分別定義常量、變量、向量和矩陣等的數(shù)據(jù)類(lèi)型就可以直接使用他們（當(dāng)然MATLAB的這種設(shè)計(jì)思想是以高性能計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和普及作為前提條件的），編程得到了很大簡(jiǎn)化。例如，在MATLAB

6、中，基本的計(jì)算單元用復(fù)雙精度矩陣來(lái)表示，其大小是n行m列，矩陣各數(shù)據(jù)元素存放在兩個(gè)雙精度向量中，一個(gè)存放實(shí)部數(shù)據(jù)（指針pr指向它），另一個(gè)存放虛部數(shù)據(jù)（指針pi指向它）。如果是實(shí)數(shù)，則復(fù)雙精度矩陣中pi為空。復(fù)數(shù)或?qū)崝?shù)則可以理解為1×1的矩陣。MATLAB語(yǔ)言是一種“數(shù)學(xué)形式的語(yǔ)言”，它的操作和功能函數(shù)指令就是用平時(shí)計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)書(shū)上的英文單詞和符號(hào)來(lái)表達(dá)的，45比BASIC、FORTRAN和C等語(yǔ)言更接近于人們書(shū)寫(xiě)的數(shù)學(xué)計(jì)算公式、更接近于人們進(jìn)行科學(xué)計(jì)算的思維方式，用MATLAB語(yǔ)言編寫(xiě)程序猶如在演算紙上排列公式與求解問(wèn)題，故有人稱(chēng)MATLAB編程語(yǔ)言為“演算紙”式科學(xué)算法語(yǔ)言。

7、因此，MATLAB語(yǔ)言簡(jiǎn)單自然，學(xué)習(xí)和使用更容易。MATLAB程序文件是一個(gè)純文本文件，擴(kuò)展名為.m，用任何字處理軟件都可以對(duì)它進(jìn)行編輯。MATLAB本身就像一個(gè)解釋系統(tǒng)，對(duì)其中的函數(shù)程序的執(zhí)行以一種解釋執(zhí)行的方式進(jìn)行，程序不必經(jīng)過(guò)編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤，進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。因此，程序調(diào)試容易、編程效率高。MATLAB的用戶(hù)界面精致，接近Windows的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單。新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢(xún)、幫助系統(tǒng)，極大地方便了用戶(hù)的使