作者：赵书兰
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
MATLAB编程与最优化设计应用试读：
前言
最优化设计的英文是Optimization Design，是在现代计算机广泛应用的基础上发展起来的一项技术，是根据最优化原理和方法，综合各方面的因素，以人机配合方式或采用“自动探索”的方式，在计算机上进行半自动或全自动设计，以选出在现有工程条件下的最好设计方案的一种现代设计方法。
实践证明，最优化设计是保证产品具有优良的性能、减轻自重或体积、降低工程造价的一种有效的设计方法。同时也可使设计者从大量烦琐和重复的计算工作中解脱出来，使之有更多的精力从事创造性的设计，并大大提高设计效率。最优化设计方法已广泛应用到建筑结构、化工、冶金、铁路、航空、造船、机床、汽车、自动控制系统、电力系统及电动机、电器等工程设计领域，并取得了显著效果。
最优化理论和方法自古就有，最典型的实例即是黄金分割，最优化方法成为科学方法则是在17世纪后。牛顿和莱布尼茨所创建的微积分理论为最优化问题的解决提供了理论基础，而后产生的变分法和简单的库存模型等精确的解析方法可以称为古典最优化方法。最优化设计主要以数学规划为基础，研究各种系统的优化途径及方案，为决策者提供科学决策的依据。
优化设计具有以下特征。（1）产品分析的定理化——有限元法。（2）产品分析的动态化——动态设计。（3）产品质量分析的可靠性——可靠性分析。（4）产品设计的最优化——最优化设计。（5）产品设计过程的高效化和自动化——CAD。
与此同时，随着计算机应用技术的飞速发展，各种可用于最优化方法设计与实现的软件层出不穷，丰富了科研人员的开发研究手段，提高了人们解决实际问题的效率。MATLAB即为其中的一种。
MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，主要用于算法开发、数据分析及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。MATLAB软件在许多科学领域中成为计算机辅助设计、算法研究和应用开发的基本工具，在MATLAB环境下利用M函数实现非线性控制系统的建模与仿真方法，该方法简单直观，维护性较好，具有可移植性。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，因此用MATLAB来解算问题要比用C、FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。MATLAB已被广泛应用于自动控制、系统工程、信息工程、应用数学、机电工程、电子工程、计算机、优化设计等专业领域。
MATLAB具有如下特点。（1）高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来。（2）具有完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化。（3）友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握。（4）功能丰富的应用工具箱（如信号处理工具箱、优化设计工具箱等），为用户提供了大量方便实用的处理工具。
应用于最优化设计的特征及MATLAB的特点，利用MATLAB求解最优化问题，可把问题简单化，也可快速、准确地给出最优化的解。
编写本书的目的是力求降低学习难度，通过丰富的算法、经典的实践例子来引导学习。本书介绍MATLAB编程及最优化设计，内容覆盖了MATLAB编程及最优化设计相关概念、算法、函数、应用，做到理论与实践相结合。
本书与同类图书相比，具有如下优势。（1）本书以MATLAB的编程为基础，引领读者跨入MATLAB的大门，并向读者展示了MATLAB的强大功能。（2）本书的内容涵盖了最优化理论和方法，以MATLAB计算功能求解最优化问题。（3）本书做到了理论与实践相结合。理论的检验和验证也必须通过实践实现，最优化技术理论和系统实验相结合是有效的途径之一。（4）本书深入浅出、循序渐进地让读者从整体上把握最优化计算的实质，进而可将实际问题抽象成易于理解的数学模型，同时利用MATLAB语言进行求解。（5）本书力求内容丰富，各章节相互联系，内容具有系统性、科学性、实用性和引导性；同时，各章节又相对独立，自成体系，为读者提供了极大方便。（6）在介绍最优化设计的章节中，每章后都应用MATLAB解决各领域中的实际最优化问题，最后以一个综合实例总结本章内容，从而降低读者的学习门槛、提高学习效率。
本书共11章，主要包括如下内容。
第1章：介绍了MATLAB入门，主要包括MATLAB特色、工作环境、帮助系统等内容。
第2章：介绍了MATLAB编程基础，主要包括数据类型、基本运算、数组创建及其运算、单元数组及结构体等内容。
第3章：介绍了MATLAB矩阵及数据分析，主要包括矩阵特征量、矩阵分解、数据处理分析及数据预处理等内容。
第4章：介绍了MATLAB函数分析，主要包括函数法线与切面、函数的零极点、函数积分、线性方程的数值解等内容。
第5章：介绍了MATLAB科学计算，主要包括程序结构、交互式命令、插值、回归分析及曲线拟合等内容。
第6章：介绍了MATLAB优化设计概述，主要包括优化设计背景、优化设计的数学模型、目标函数的极值条件等内容。
第7章：介绍了MATLAB线性规划，主要包括线性规划问题的形式、线性规划问题的求解、线性规划实例等内容。
第8章：介绍了MATLAB整数规划，主要包括整数规划理论知识、求解整数规划、0-1型整数规划及整数规划实例等内容。
第9章：介绍了MATLAB非线性规划，主要包括非线性规划理论知识、约束非线性规划基本概念、求解非线性规划及非线性规划实例等内容。
第10章：介绍了MATLAB其他规划，主要包括二次规划问题、多目标规划问题、动态规划问题及现代智能优化问题等内容。
第11章：介绍了MATLAB图与网络优化，主要包括图论基本知识、树的基本概念、最短路径、网络最大流、最小费用最大流等内容。
本书适用于计算应用、最优化领域和科学计算方向的研究人员使用，也可作为高等院校学习该类课程的本科生和研究生的教材，还可供读者作为查询最优化数学问题求解方法的参考书。
本书主要由赵书兰编写，此外参加编写的人员还有周品、赵书梅、赵新芬、栾颖、刘志为、丁伟雄、雷晓平、李娅、杨文茵、何正风、周灵、余智豪、崔如春和张德丰。
由于时间仓促，加之作者水平有限，所以错误和疏漏之处在所难免。在此，诚恳地期望得到各领域的专家和广大读者的批评指正。
编著者
第1章 MATLAB入门
MATLAB是由美国Mathworks公司发布的主要面向科学计算、可视化及交互式程序设计的高科技计算环境。随着Mathworks公司的不断研究，MATLAB语言已成为带有独特的数据结构、输入/输出、结构控制语句和函数，并且面向对象的高级语言。MATLAB将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
1.1 MATLAB的特色
MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。在数学类科技应用软件中，MATLAB在数值计算方面首屈一指，有自身的特色。1.1.1 MATLABR的特点
MATLAB具有以下显著特点：（1）高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来；（2）具有完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化；（3）友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握；（4）功能丰富的应用工具箱（如信号处理工具箱、通信工具箱等），为用户提供了大量方便、实用的处理工具。1.1.2 MATLAB的优势
MATLAB具有如下优势。
1.编程环境
MATLAB由一系列工具组成，这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面，包括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着MATLAB的商业化及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大地方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误并进行出错原因分析。
2.简单易用
MATLAB是一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入/输出和面向对象编程。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的、复杂的应用程序（M文件），再一起运行。新版本的MATLAB语言基于最为流行的C++语言，因此语法特征与C++语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写习惯，更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。
3.处理能力强
MATLAB是一个包含大量计算算法的集合，拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便地实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C++。在计算要求相同的情况下，使用MATLAB，编程工作量会大大减少。MATLAB的这些函数集包括从最简单、最基本的函数到诸如矩阵、特征向量、快速傅里叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题大致包括：矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程组的求解、符号运算、傅里叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作及建模动态仿真等。
4.MATLAB的图形功能强大
在Fortran和C语言中，绘图都很不容易，但在MATLAB中，数据的可视化非常简单。MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力。
5.源程序的开放性
开放性也许是MATLAB最受人们欢迎的特点之一。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及加入自己的文件构成新的工具箱。
6.模块集合工具箱
MATLAB针对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。目前，MATLAB已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通信、电力系统仿真等，这些都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。1.1.3 MATLAB R2012a新建功能
MATLAB R2012a包括了MATLAB、Simulink和Polyspace产品的新功能，以及对77种其他产品的更新和补丁修复。
1.MATLAB产品系列方面
MATLAB产品系列中实现了以下重要的新功能。（1）MATLAB：统一了用于一维、二维与三维数值积分的函数并提升了基本数学函数和内插函数的性能。（2）MATLAB Compiler：可以下载 MATLAB Compiler Runtime（MCR），简化编译后的程序和组件的分发。（3）Image Processing Toolbox：通过亮度指标优化进行自动图像配准。（4）Statistics Toolbox：增强了使用线性、广义线性和非线性回归进行拟合、预测和绘图的界面。（5）System Identification Toolbox：识别连续时间传递函数。
2.代码生成产品
在代码生成的产品方面实现了以下重要的新功能。（1）HDL Coder：可替代Simulink HDL Coder的新产品，添加了直接从MATLAB生成HDL代码的功能。（2）HDL Verifier：可替代EDA Simulator Link的新产品，添加了Altera FPGA在环支持。（3）MATLAB Coder：可从用户定义的系统对象生成代码并自动生成动态共享库。（4）Embedded Coder：AUTOSAR 4.0兼容性，减少了数据副本，并通过Simulink Web视图实现代码生成报告的链接。
3.工具箱
用于在MATLAB和Simulink中进行设计的系统工具箱（System Toolbox）实现了以下重要的新功能。（1）Computer Vision System Toolbox：Viola-Jones对象检测、MSER特征检测和CAMShift跟踪。（2）Communications System Toolbox：USRP 无线电支持、LTE MIMO信道模型及LDPC、Turbo解码器和其他算法的GPU支持。
4.Simulink产品
在Simulink产品系列中实现了以下重要的新功能。（1）Simulink：从目标硬件（包括 LEGO MINDSTORMS NXT和 BeagleBoard）上的 Simulink直接运行模型的能力。（2）SimMechanics：具有新的三维可视化功能的第二代多体建模和仿真技术。（3）Real-Time Windows Target：使用Simulink标准模式实时执行Windows中的模型。
1.2 MATLAB的安装与运行
1.2.1 MATLAB的安装MATLAB R2012a的安装过程与MATLAB R2008的安装与激活基本相同，都增加了对MATLAB的激活环节，具体安装步骤如下。（1）将MATLAB R2012a的安装盘放入CD-ROM驱动器，系统将自动运行程序，进入初始化界面，如图1-1所示。（2）启动安装程序后显示的安装界面如图1-2所示。选中“使用Internet安装”单选按钮，再单击【下一步】按钮。图1-1 MATLAB R2012a安装的启动界面图1-2 “MathWorks 安装程序”对话框（3）弹出如图1-3所示的“许可协议”对话框，若同意MathWorks公司的安装许可协议，选中“是”单选按钮，单击【下一步】按钮。图1-3 “许可协议”对话框（4）弹出如图1-4所示的“提供安装信息”对话框，输入软件外包装封面或安装许可文件内提供的密钥，单击【下一步】按钮。图1-4 “提供安装信息”对话框（5）若输出正确的密钥，系统将弹出如图1-5所示的“安装类型”对话框，可以选择“典型”或“自定义”安装类型。如果选择“典型”，MATLAB R2012a安装工具默认安装所有工具箱及组件，此时所需空间超过8GB。图1-5 “安装类型”对话框（6）默认路径为C:\Program File\MATLAB\R2012a。用户可以通过单击【浏览】按钮选择其他安装文件夹，如这里选择安装在“F:\MATLAB R2012a”下，如果F盘下没有“MATLAB R2012a”文件夹，安装程序将自动建立，此时“选择文件夹”对话框的下部将显示安装硬盘剩余空间及软件安装所需空间大小（图示为全部安装所需空间）。单击【下一步】按钮，如图1-6所示。（7）系统将弹出如图1-7所示的“确认”对话框，可以看到用户所默认安装的MATLAB组件、安装文件夹等相关信息。单击【安装】按钮，安装开始。（8）软件在安装过程中将显示安装进度条，如图1-8所示。用户需要等待产品组件安装完成，同时可以查看正在安装的产品组件及剩余的安装时间。安装完成后将弹出如图1-9所示的对话框。图1-6 “选择文件夹”对话框图1-7 “确认”对话框图1-8 安装进度对话框（9）在安装完产品组件之后，MathWorks公司需要用户进行产品配置。在如图1-9所示的“产品配置说明”对话框中，单击【下一步】按钮。图1-9 “产品配置说明”对话框（10）接着即完成MATLAB R2012a的安装，如图1-10所示。图1-10 完成MATLAB的安装（11）完成MATLAB安装后，在MATLAB安装目录下的bin文件夹中找到MATLAB.exe文件，双击该文件即可弹出“MathWork软件激活”对话框，如图1-11所示。图1-11 “MathWork软件激活”对话框（12）在图1-11所示的对话框中选中“不使用Interent手动激活”单选按钮，单击【下一步】按钮，弹出“登录或提供许可证文件”对话框，如图1-12所示，接着单击【下一步】按钮。图1-12 “登录或提供许可证文件”对话框（13）在弹出的“离线激活”对话框中，选中“输入许可证文件的完整路径（包括文件名）”单选按钮，即单击右侧的“浏览”按钮，找到许可文件的完整路径，如图1-13所示。接着单击【下一步】按钮。图1-13 “离线激活”对话框（14）即可完成MATLAB R2012a激活，界面如图1-14所示。图1-14 完成MATLAB激活界面
至此即可完成MATLAB R2012a的安装与激活，然后再双击MATLAB.exe文件，即可运行MATLAB R2012a。
安装好MATLAB后，运行MATLAB，得到MATLAB的工作界面如图1-15所示。图1-15 MATLAB的工作界面1.2.2 MATLAB的运行
启动MATLAB R2012a有以下3种方法：（1）在系统桌面单击“开始”菜单下的“所有程序”子菜单下的“MATLAB R2012a”命令，即可打开工作界面；（2）双击桌面上的MATLAB快捷图标即可打开如图1-15所示的MATLAB工作界面；（3）找到安装MATLAB的文件夹，双击MATLAB图标，即可打开MATLAB工作界面。
退出MATLAB系统有三种方法：（1）单击File菜单或按“Alt+F”组合键，选择Exit MATLAB命令；（2）单击窗口右上角的关闭图标；（3）同时按下“Ctrl+Q”组合键。
1.3 MATLAB工作环境
当MATLAB R2012a运行后，系统会打开MATLAB的运行环境，即主窗口。主窗口中包括命令窗口、工作空间窗口、历史命令窗口和当前目录窗口等。（1）命令窗口（Command Window）：命令窗口是MATLAB进行操作的最主要窗口。在命令提示符“>>”下，可输入MATLAB的各种命令、函数、表达式，并能显示运行的数值或符号计算结果，图形结果会通过其他窗口显示。在该窗口中运行过程函数或命令将会在历史命令窗口中保留下来，变量结果则会保存在工作空间窗口中。（2）历史命令（Command History）窗口：在该窗口中将会保留在命令窗口中执行过的函数、命令、表达式和注释等。同时，在历史命令窗口中会将每次MATLAB R2012a启动的时间记录下来，所有记录的命令、函数表达式和注释等均以目录树的形式显示。在该窗口中，用户可以选择其中的一些命令或函数编写为M文件，或重新执行。（3）当前目录（Current Folder）窗口：显示当前工作目录下的M文件、MDL文件等。在该窗口内，可以对M文件进行复制、编辑和运行，也可导入MAT文件。（4）工作空间（Workspace）窗口：在该窗口中，可显示命令窗口运行时产生的变量，能够详细显示所有的变量名、变量大小和字节数。同时，可单击变量进行观察、编辑、提取和保存。（5）开始（Start）按钮：单击该按钮后，会弹出MATLAB R2012a的功能菜单，包括各种工具箱、仿真模块、帮助联机演示实例等。1.3.1 命令窗口
命令窗口是MATLAB R2012a的主要工作界面。在默认情况下，命令窗口提示符为，用户可在此处输入函数、命令、表达式进行运算和操作。当用户单击Undock Command Window按钮时，命令窗口将会成为单独脱离的窗口，如图1-16所示。图1-16 命令窗口独立形式
如果用户需要对命令窗口中的一些属性进行设置，单击File选项下的Preference选项，在弹出的预设值对话框中，对命令窗口中的一些显示风格、大小等进行设置，如图1-17所示。图1-17 命令窗口属性设置
在图1-17所示的命令窗口属性对话框中，命令窗口的字体风格、大小、颜色和数值计算结果的显示格式都可进行设置。设置后，单击OK按钮，这些设置将会立即生效，并且将这些设置保存下来，不会随着MATLAB本身的开启和关闭而改变。
在MATLAB中，数值计算的默认类型格式为双精度类型（double），但数据的显示格式可设置为不同的格式。在该栏目中的Numeric format和Numeric display下拉列表中可选择数据的显示位数和显示格式。
数据显示格式设置如表1-1所示。表1-1 数据显示格式设置1.3.2 历史命令窗口
用户在命令窗口中运行的命令都被默认保留在History Window（历史窗口）中，并且标明指令运行的日期和时间，历史命令窗口记录着用户在Command Window输入过的所有命令，在命令窗口中选择Desktop菜单下的Undock Command Window命令，即可将其单独弹出，如图1-18所示。图1-18 历史命令窗口
在历史命令窗口中可以完成多种操作。右击，在弹出的菜单中可以选择相应的命令进行操作。（1）复制和粘贴命令：选中历史命令窗口中的一行或多行命令，历史命令窗口将会高亮显示这些命令。右击，在弹出的菜单中选择Copy命令，可以完成复制操作。复制后的命令文本可以粘贴在工作空间中运行或粘贴在其他文本编辑器中。（2）运行历史命令行：如果用户需要运行历史命令窗口中的若干行命令或单行命令，选择该命令行后，从右击后弹出的快捷菜单中选择Evaluate Selection命令就可以完成对命令行的重新执行。（3）创建M文件：对于所执行的历史命令，如果必要也可以编写为M脚本文件或函数文件。此时，可以在历史命令窗口中选择需要创建的命令，右击，在弹出的快捷菜单中选择Creat Script命令，即可将所执行的历史命令中的一部分创建成M文件。当选择该命令后，系统弹出M文件编辑器，将所有选择的命令作为M文件的一部分内容自动输入到M文件编辑器中。此时，可以按照M文件保存、执行和调试。（4）日志文件创建：在命令行中输入Diary命令，可以将当前命令窗口中的所有内容都写入日志，包括命令和计算结果等。文件的保存格式为ASCII码形式，因此，可以很容易地使用文本阅读器阅读这些文件。在默认情况下，Diary保存的日志文件路径为当前的工作目录。通过日志命令Diary增加日志名称并开始记录命令窗口中的内容，然后执行相关的函数命令，最后通过日志命令Diaryoff结束日志内容的记录。需要注意的是，通过日志命令记录时，并不能记录图形文件。记录结束后，可以在当前工作文件下找到日志文件并打开阅读。1.3.3 目录和文件管理
在使用MATLAB进行大量的运算和操作后，将会产生大量的函数和数据库。怎样更好地管理文件目录和文件，即怎样搜索到相应的函数和数据，并找出这些函数和数据库的路径，提高搜索效率，对MATLAB的运行影响也比较大。为此，MATLAB提供了目录管理器和文件管理器。
1.当前文件管理器
当前文件（Current Folder）管理器位于MATLAB主界面的左侧。如果用户单击Undoc Folder（解除停靠）按钮，该窗口界面将会作为单独的界面显示，如图1-19所示。图1-19 当前文件管理器界面
解除该命令窗口的停靠后，将显示独立的界面。在该界面中包括菜单栏、工具栏及文件的详细列表。在文件详细列表中，可选择运行M文件、装载MAT数据文件、编辑文件等功能。进行操作时，在需要进行处理的文件上右击，将会弹出快捷菜单，在该菜单中选择相应的菜单命令即可完成操作，选择Run命令可执行M文件，选择Open命令可打开这些文件。如果需要输入MAT文件，则可选择Import Data命令，在出现的数据导入向导中导入数据。
2.设置当前目录
MATLAB打开时，创建的M文件都保存在默认路径下。在该文件夹中，用户可以在保存M文件结果和输出数据时以此为当前目录进行处理。以此为工作目录对正常运行文件和管理文件比较有利。
如果用户需要更改当前目录，则可选择以下两种方式：（1）第一种方式，从路径下拉菜单中选择。（2）第二种方式，单击工具栏当前路径右侧的按钮，弹出路径选择对话框，在该路径选择对话框中，用户可以选择需要更改的路径和位置，如图1-20所示。图1-20 选择新的工具路径界面
此外，在当前目录下，还可创建新的文件夹，可通过单击新建文件夹按钮来完成创建，用户可以输入文件夹名称，完成文件夹的创建。然后单击该文件夹，进入该文件夹所在的目录，即改变了当前的目录。如果用户在命令行状态下进行文件夹位置的控制，则可在命令行提示符下输入cd命令来改变当前目录的位置和路径。该命令的作用和前面的操作方式起到的作用大致相同。习惯采用命令行方式进行工作的用户可以使用该命令。1.3.4 工作空间
工作空间是MATLAB用于存储各种变量和结果的内存空间。在工作空间窗口中显示工作空间中所有变量的名称、字节数和变量类型，可对变量进行观察、编辑、保存和删除。在命令窗口中选择Desktop菜单下的Undock Workspace命令，即可将其单独打开，如图1-21所示。图1-21 工作空间1.3.5 搜索路径管理
在MATLAB中，所有的文件都通过一组比较严谨的目录文件夹结构进行管理。在进行文件、函数和数据搜索时，MATLAB将会按照已经设定的搜索路径进行搜索。检查的次序大致为：首先检查搜索的内容是否为变量；如果不是变量，那么检查是否是内置函数；如果不是内置函数，那么检查当前目录中是否有M文件形式的搜索目标；如果没有，则将在MATLAB设置的其他搜索路径中进行搜索。
如果用户有多个文件需要和MATLAB进行信息交换，或经常需要进行数据交换，那么可将这些文件放在MATLAB的搜索路径上，保证这些文件可以在搜索路径上被调用。如果某个目录需要运行产生的数据和文件，那么还需要将该目录设置为当前目录。实际运行时，如果某个目录需要运行产生的数据和文件，那么还需要将该目录设置为当前目录。实际运行时，如果运行环境和当前目录不一致，那么系统会提示进行路径修改。
如果用户需要设置新的路径，即可在命令窗口中输入pathtool命令，或从菜单栏中选择File菜单下的Set Path命令来设置路径中的各个参数。输入命令或选择命令后，弹出如图1-22所示的路径设置对话框。图1-22 路径设置对话框
图1-22中的按钮含义分别如下。
●Add Folder...：添加新的路径。
●Add with subfolders：在搜索路径上添加子目录。
●Move to Top：将选中的目录移到搜索路径顶端。
●Move Up：将选中的目录在搜索路径中上移一位。
●Move Down：将选中的目录在搜索路径中下移一位；
●Move to Bottom：将选中的目录移到搜索路径底端；
●Remove：将选中的目录移出搜索路径；
●Default：恢复到原始的MATLAB默认路径；
●Revert：恢复上次改变搜索路径前的设置。
1.4 帮助系统
MATLAB拥有强大的运算能力和处理能力；同时，也提供了相当详细的帮助文件系统，能够帮助用户更快地熟悉和掌握MATLAB软件。这无论是对于初学者还是对于MATLAB高级用户而言，都是非常用利的。1.4.1 命令行帮助查询
在MATLAB的命令空间运行时，可以通过Help命令获得关于命令和函数的非常详细的帮助和说明。这些命令和函数的M源文件在编写时都提供了翔实的注释，并通过纯文本的形式显示，如函数的调用格式、可选参数、输入参数、输出参数的含义等。这些帮助文本是最原始帮助文件的一部分。
如果直接在命令行中输入Help命令，那么可以获得关于Help帮助的所有主题。
如果需要查询其中的某个函数或命令，在命令行中输入Help命令或函数后即可得到相应的帮助。如果需要查询该函数的出现文件，则可以在命令行中输入Lookfor命令来查询，另外，如果不知道函数的具体名称，可采用Lookfor加该函数关键词进行查询。在以上帮助文件的显示中都会出现超链接。如果用户单击这些超链接，即会显示浏览器方式的帮助文件。1.4.2 联机演示系统
为了帮助用户了解MATLAB R2012a的新功能，MATLAB帮助文件中对比较基本的运行操作和帮助说明都做了帮助演示视频（Demo）。用户可以通过观看这些帮助演示视频获得最直接的帮助。在帮助命令行中输入Demo命令后，系统弹出浏览器方式的帮助视频，如图1-23所示。图1-23 联机演示界面
图1-23所示的MATLAB R2012a的帮助窗口中有两个选项卡，分别为“Contents”（帮助主题）、“Search Results”（搜索结果）。
当知道要查寻内容的所属主题或想要学习某个主题的内容时，可以用“Contents”。知道了某个问题的关键词时，多数用“Search Results”，这时，一般在文本框“Search”中输入关键词就可以查寻。
用“Search Results”获取帮助时，左边是两个小窗口（分别为搜索小窗口和查询结果目录窗口），右边是一个大窗口（显示查询结果窗口）。如在“Search”文本框中输入“sin”函数，按回车键，图1-24所示为用联机帮助查询sin函数的结果。图1-24 sin函数查询结果
1.5 了解MATLAB
前面已介绍了MATLAB的安装和查询帮助，对MATLAB环境有一定的了解。下面通过几个示例来加深对MATLAB的了解。1.5.1 命令行编程
在命令窗口，用户可以直接调用MATLAB内部已编译好的M文件，也可直接在命令行提示符下输入命令，然后按回车键运行。【例1-1】 在命令窗口中定义两个矩阵，并对这两个矩阵进行相应的运算。【例1-2】 已知函数，利用fzero函数找出函数在x=1.2附近的零点位置。
如果要计算它在x∈[−2，2]的面积。即实现的MATLAB代码为：
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]