MATLAB編程與應用系列-第1章 MATLAB概述
本系列教程來源於出版設計《基於MATLAB編程基礎與典型應用書籍》，如涉及版權問題，請聯系：[email protected]。 出版社：人民郵電出版社， 頁數：525。
本系列教程目前基於MATLABR2006a，可能對於更高級版本的功能和函數有差異，教程中如有問題，請聯系：[email protected]
在科學研究和工程計算領域經常會遇到一些非常復雜的計算問題，利用計算器或手工計算是無法勝任的，只能借助計算機編程來實現，MATLAB正是解決這樣復雜計算問題的強大的科學計算軟件。MATLAB將高性能的數值計算和可視化集成在一起，提供了大量的內置函數，被廣泛地應用於科學計算、控制系統、信息處理等領域的分析、仿真和設計工作。本章將對MATLAB進行簡要的概述，讓用戶對MATLAB有一個基本的認識，為逐步深入學習打下基礎。本章包括以下內容：
- MATLAB簡介?
- MATLAB的安裝
- MATLAB的啟動與退出
- MATLAB的運行環境
- MATLAB的幫助系統
- MATLAB R2006a的新特點
1.1 MATLAB簡介
MATLAB的名字是由MATrix和LABoratory兩詞的前三個字母組合而成。它是一個可視化的計算程序，被廣泛地使用於各種計算機上。
MATLAB具有用法簡單、適用範圍廣、程式結構強又兼具有開放性和延展性等特點。它的特點主要包括以下幾個方面。
（1）數值運算功能強
在MATLAB環境中，有超過500種數學、統計、科學及工程方面的函數可使用，函數的標示自然，使得問題和解答像數學式子一般簡單明了，讓使用者可以全力發揮在解題方面，而不是浪費在電腦操作上。
MATLAB具有強有力的二維、三維圖形工具。MATLAB的物件導向圖形架構讓使用者可執行視覺數據分，並制作高品質的圖形，完成科學性或工程性圖文並茂的文章。
（3）高階但簡單的程式環境
做為一種直譯式的程式語言，MATLAB容許使用者在短時間內寫完程式，所花的時間約為用FORTRAN或C語言的幾分之一，而且不需要編譯及聯結即能執行，同時包含了更豐富、更易用的內建功能。
（4）開放及可延伸的架構
MATLAB的大多數核心文件和工具箱文件都是開放的，容許使用者接觸大多數文件的源代碼，還可以更改現存函數，甚至加入自己的函數使MATLAB成為使用者所需要的環境。
（5）豐富的程式工具箱
MATLAB的工具箱提供了使用者在特別應用領域所需的許多函數。現有工具箱包括符號運算、影像處理、統計分析、訊號處理、神經網路、模擬分析、控制系統、即時控制、系統確認、強建控制、弧線分析、最佳化、模糊邏輯、mu分析及合成和化學計量分析等。
1.2 MATLAB的安裝
1.3 MATLAB的啟動與退出
MATLAB 2006a的啟動和退出，根據使用系統的不同有著不同的操作。
（1）啟動
在Windows和Macintosh系統中，程序通常通過雙擊圖標而啟動（桌面上的快捷方式或者開始菜單中的程序）。
在UNIX系統中，程序是通過在命令行系統提示符後鍵入如下字符啟動：matlab
當啟動MATLAB時，如果matlabrc.m和startup.m文件存在，則執行這些文件。在這些文件中，為滿足個人需要，用戶可以給定命令以調整MATLAB，在提示符>>後鍵入相關命令。
（2）退出
如果要退出MATLAB系統可以直接在命令窗口中輸入quit命令並回車來退出當前系統。quit
另外還可以通過選擇主菜單“文件”下的“quit”選項或直接點擊MATLAB主窗口右上角的關閉按鈕來當前系統。如果想要終止MATLAB正在運行的命令或程序，可以同時按下‘CTRL’和‘c’鍵。MATLAB將停止正在運行的所有工作，並且在屏幕上給出提示符，等待用戶輸入。
註意：命令應在提示符>>後鍵入，在本書後面的其他章節中凡是要求輸入命令的均是輸入提示符>>後的字符。
1.4 MATLAB的運行環境
1.4.1MATLAB的工作界面
MATLAB提供了【File】、【Edit】、【Debug】、【Desktop】、【Window】和【Help】菜單。下面對【File】、【Edit】和【Desktop】菜單進行簡單的說明。
（1）File菜單欄主要負責新建M文件，圖形窗口，仿真模型和GUI設計模型，以及數據導入，路徑和屬性設置以及退出等功能，具體各命令的功能對照表1.1所示。
（2）【Edit】菜單如圖\所示，【Edit】菜單的各菜單項與Windows的【Edit】菜單相似；【Paste to Workspace】可以用來打開數據輸入向導對話框“Import Wizard”，將剪貼板的數據輸入到MATLAB工作空間中。
###1.4.2 命令窗口
【例1.1】簡單的矩陣運算
在命令窗口中輸入以下內容：>>A=[11 12 13;21 22 23; 31 32 33] %創建矩陣A
按回車，得出如下結果：A =<br/>11 12 13<br/>21 22 23<br/>31 32 33
繼續輸入指令：>> B=A*2
按回車，得出如下結果：B =<br/>22 24 26<br/>42 44 46<br/>62 64 66
註意：（1）每行命令的後面如果加上“；”符號表示這行命令的計算結果不顯示，否則默認每行命令所產生的變量結果都顯示。
（2）MATLAB命令窗口中可以使用連續3個或3個以上的黑點“…”來表示續行，即表示下一行是這一行的繼續，但要註意，在Notebook中運行不能使用續行號，要任其自動回繞。
（3）符號“%”表示其之後的內容為註釋，程序將不予以計算。
通過例1.1可以看出命令窗口的使用方法，接下來介紹關於命令的幾個知識點。
（1）輸出格式的重新定義
命令窗口中數值的輸出格式根據數值類型的不同顯示不同的格式。當需要顯示的數值為整數時，則以整數形式顯示；當需要顯示的數值為實數時，則以小數後4位的精度近似顯示，即以“短(Short)”格式顯示，如果數值的有效數字超出了這一範圍，則以科學計數法顯示結果。
用戶可以根據輸出數據的顯示要求來更改輸出數據的顯示格式。第一種方法是，選擇【File】菜單的【Preferences】命令，在彈出的“Preferences”對話框中，選擇“Command Window”項，並對相應參數進行修改，
另外一個方法是在MATLAB工作空間中執行format命令，可以重新定義輸出格式。MATLAB提供的輸出格式有以下幾種.
| 指令 | 含義 |
|---|---|
format |
默認值，相當於format short |
format short |
保證小數點後有四位有效數字 |
format long |
用15位數字表示 |
format short e |
用5位科學計數法表示 |
format long e |
用15位科學計數法表示 |
format short g |
從format short和format short e中選擇最佳輸出方式 |
format hex |
用16進制表示 |
format bank |
用貨幣形式表示 |
format rat |
用近似的有理數表示 |
format compact |
顯示變量之間不加空行 |
format loose |
顯示變量之間加空行 |
format + |
顯示大矩陣用；正數、負數、零分別用+、-、空格表示 |
（2）常見的通用操作指令
MATLAB提供了一些基本的操作指令，例如查看、保存或刪除當前工作空間中的變量等，熟悉和掌握這些通用的基本的操作指令，對後面的學習將會提供很大的幫助。表1.4列出了一些常見的通用操作指令及其具體含義。
| 指令 | 含義 |
|---|---|
clc |
擦去一頁命令窗口,光標回屏幕左上角 |
clear |
從工作空間清除所有變量 |
clf |
清除圖形窗口內容 |
who |
列出當前工作空間中的變量 |
whos |
列出當前工作空間中的變量及信息或用工具欄上的Workspace瀏覽器 |
delete <文件名> |
從磁盤刪除指定文件 |
whech <文件名> |
查找指定文件的路徑 |
clear all |
從工作空間清除所有變量和函數 |
help <命令名> |
查詢所列命令的幫助信息 |
save name |
保存工作空間變量到文件name.mat |
save name x y |
保存工作空間變量x y到文件name.mat |
load name |
下載‘name’文件中的所有變量到工作空間 |
load name x y |
下載‘name’文件中的變量x y到工作空間 |
diary name1.m |
保存工作空間一段文本到文件name1.m |
type name.m |
在工作空間查看name.m文件內容 |
what |
列出當前目錄下的m文件和mat文件 |
（3）常見的指令行編輯操作
常見的命令窗口中指令行的編輯操作方法及其具體含義見表1.5所示。
表1.5 命令窗口中實施指令行編輯的常用操作鍵
| 鍵名 | 快捷鍵 | 作用 |
|---|---|---|
| ↑ | Ctrl+p | 調用上一次的命令 |
| ↓ | Ctrl+n | 調用下一行的命令 |
| ← | Ctrl+b | 退後一格 |
| → | Ctrl+f | 前移一格 |
| Ctrl +← | Ctrl+r | 向右移一個單詞 |
| Ctrl +→ | Ctrl+l | 向左移一個單詞 |
| Home | Ctrl+a | 光標移到行首 |
| End | Ctrl+e | 光標移到行尾 |
| Esc | Ctrl+u | 清除一行 |
| Del | Ctrl+d | 清除光標後字符 |
| Backspace | Ctrl+h | 清除光標前字符 |
| Ctrl+k | 清除光標至行尾字 | |
| Ctrl+c | 中斷程序運行 |
（4）命令窗口中的標點符號
標點符號在MATLAB中具有重要的地位，在使用過程中讀者一定要註意。各標點符號的功能見表1.6所示。
表1.6 MATLAB常用標點符號的功能
| 名稱 | 符號 | 功能 |
|---|---|---|
| 空格 | 用於輸入變量之間的分隔符以及數組行元素之間的分隔符。 | |
| 逗號 | , | 用於要顯示計算結果的命令之間的分隔符；用於輸入變量之間的分隔符；用於數組行元素之間的分隔符。 |
| 點號 | . | 用於數值中的小數點，對於矩陣向量相乘時，表示對應位置元素相乘。 |
| 分號 | ; | 用於不顯示計算結果命令行的結尾；用於不顯示計算結果命令之間的分隔符；用於數組元素行之間的分隔符。 |
| 冒號 | : | 用於生成一維數值數組，表示一維數組的全部元素或多維數組的某一維的全部元素。 |
| 百分號 | % | 用於註釋的前面，在它後面的命令不需要執行。 |
| 單引號 | ‘ ’ | 用於括住字符串。 |
| 圓括號 | ( ) | 用於引用數組元素；用於函數輸入變量列表；用於確定算術運算的先後次序。 |
| 方括號 | [ ] | 用於構成向量和矩陣；用於函數輸出列表。 |
| 花括號 | { } | 用於構成元胞數組。 |
| 下劃線 | - | 用於一個變量、函數或文件名中的連字符。 |
| 續行號 | … | 用於把後面的行與該行連接以構成一個較長的命令。 |
| “At”號 | @ | 用於放在函數名前形成函數句柄；用於放在目錄名前形成用戶對象類目錄。 |
註意：以上的符號一定要在英文狀態下輸入，因為MATLAB不能識別中文標點符號。
作者：德特數據
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