MATLAB从入门到精通(第2版)(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者:周建兴,岂兴明,矫津毅,张延伟

出版社:人民邮电出版社

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MATLAB从入门到精通(第2版)

MATLAB从入门到精通(第2版)试读:

前言(第2版)

本书是《MATLAB从入门到精通》的第2版。《MATLAB从入门到精通》一书自2008年出版以来多次重印,深受广大读者的厚爱和青睐,成为许多读者学习MATLAB的必备参考书之一,得到广大读者的认同和认可。由于本书内容全面、示例清楚、简单易懂、系统性较强,被一些高校教师推荐为MATLAB学习的教材之一。在本书出版至今的3年多时间里,广大读者在学习使用过程中,根据实际学习情况,也提出了一些非常中肯的意见和建议,这为本书此次的修订和完善指出了方向。在此次修订中,作者对这些意见和建议均予以认真考虑,并将这些宝贵意见反映到本书的修订中,以期能够最大限度地满足广大读者的需要。

MATLAB是美国Mathworks公司发布的数学商业计算软件,与Mathematica、Maple并称为三大数学软件。MATLAB将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模与仿真等诸多功能集成在视窗环境中,提供了一种高级技术的计算语言和交互环境,为科学研究、工程设计、信号处理与通信及与数值计算有关的众多科学领域提供了一种优秀的计算工具。MATLAB可以完成数值分析、数值和符号计算、工程与科学绘图、控制系统的设计与仿真、数学图像处理技术、数字通信技术、通信系统设计与仿真、财务与金融工程等各种工作。此外,MATLAB的附加工具箱(单独提供的MATLAB专用函数集)进一步扩展了MATLAB环境,解决计算生物学等众多技术领域的问题。本书作为一本MATLAB入门级教材,旨在帮助读者对MATLAB的基本功能进行较为全面、系统的学习,为读者精通和进一步通向更高级、更专业的应用打下坚实的基础。

MATLAB最早起始于20世纪70年代,由美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler用FORTRAN语言编写而成。1984年,Little、Moler、Steve Bangert合作成立了Mathworks公司,正式把MATLAB推向市场,此即MATLAB 1.0版本。到20世纪90年代中期,MATLAB已经成为国际控制行业的标准计算软件。2004年,MATLAB发布了7.0版本,MATLAB软件正式进入7.x版本阶段,2012年3月1日发布的最新版为7.14版本。自2006年开始,MATLAB以a、b版本命名在春秋两季分别发布,如2008年发布了2008a和2008b两版,其余年份相同。尽管在每一新版本中,MATLAB都进行了修订和改进,但对入门级和普通使用者而言,广泛接受和使用的仍然是MATLAB的基本功能,即MATLAB开发环境、MATLAB数学函数库、MATLAB语言、MATLAB图形处理系统和MATLAB应用程序接口(API)五大部分的基本功能。因此,本书主要针对7.x版本中的基础内容进行较为全面、系统的介绍,使读者能够系统地掌握MATLAB的这些基本功能。

在此次出版过程中,根据读者意见,我们对全书中的插图进行了调整,使插图字号更大、字迹更清楚,帮助读者能够更为舒服地阅读相关示例。此外,针对读者提出的排版问题,我们将每页排版形式由纵向页眉改为横向页眉,使读者在阅读过程中,能够方便地在页边处批注或记笔记,更便于读者的阅读和学习。此外,本书在修订过程中还对读者提到的个别内容错漏问题一并进行了修改、完善。

本书此次修订由周建兴、岂兴明、矫津毅、张延伟等人共同完成。在修订过程中,也得到了本书编辑刘洋、清华大学有关师生的热心帮助和大力支持,在此一并表示感谢。

由于作者水平有限,书中错误和不当之处仍在所难免,敬请各位读者批评指正。读者可将意见和建议通过电子邮件发送至本书责任编辑的电子邮箱liuyang@ptpress.com.cn。作 者2012年4月于清华大学

前言(第1版)

MATLAB简介

MATLAB是美国MathWorks公司推出的产品,最早的版本出现在20世纪70年代,用FORTRAN语言编写,主要功能是实现程序库的接口功能。MATLAB名称来自于Matrix和Laboratory两个英文单词的前3个字母的组合。进入20世纪90年代以后,MATLAB发展成为国际公认的标准计算软件,在数值计算方面的功能不断增强,此时,MATLAB的内核采用C++语言进行编写,并且增强了数据的可视化功能。

现在,MATLAB不断提供功能更为强大的软件包,并配以翔实丰富的帮助系统,越来越多地得到各个专业领域人员的认可和青睐。时至今日,MATLAB已经发展为高性能的数值计算软件,并且集成了可视化功能,提供了大量的内置函数,被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作。

从近几年开始,MathWorks公司每年都进行两次MATLAB产品发布,时间分别在每年的3月和9月,而且,每一次发布都会包含所有的产品模块,如产品的new feature、bug fixes和新产品模块的推出。每次,MathWorks发布MATLAB的同时,也会发布Simulink。在欧美一些国家,很多大公司在将产品投入实际使用之前都会进行仿真试验,这些公司主要使用的仿真软件就是Simulink。MATLAB提供了自己的编译器:全面兼容C++以及FORTRAN两大语言。因此,MATLAB成为工程师、科研工作者最易上手的编程语言、最好的工具和环境。编写目的

MATLAB版本在更新过程中,不断加入新的组件或功能,帮助用户在更为深入的专业仿真处理领域获得更好的体验。但对于大部分用户的使用而言,在掌握基本的MATLAB操作和使用方法,以及帮助系统的帮助方式以后,能够更快地进行比较专业和深入的仿真处理分析。对于比较专业的部分,如控制部分、信号处理、小波分析、金融分析等部分的仿真和分析过程,用户可以在本书介绍的基本方法和处理能力的基础上,结合这些专业的领域内的知识,来完成仿真分析的处理过程。

对于大多数的读者和用户而言,在学习软件初期迫切需要能够对MATLAB的基本概念和基础操作进行介绍的书籍。因此,本书以相对稳定的MATLAB 7.x版本为基础进行这些内容方面的介绍。本书按照一般读者的学习规律,在介绍基本知识和基本操作的基础上,对MATLAB进行仿真处理的各个主题方面进行详细深入的讲解。同时,便于用户能够在学习本书的基础上,接触和掌握MATLAB强大的文本帮助系统,以及导航器/浏览器帮助系统,从而增强读者在掌握基础知识和操作基础上,利用帮助文件系统,进行自主学习。本书特点

和其他相关书籍相比较,本书的主要特点如下。

1.内容完整、全面

本书内容安排考虑到MATLAB进行仿真和运算分析时的基础知识和实践操作,从基础的变量、函数、数据类型等入手,到数学分析、图形可视化、Simulink仿真、文件读写等,详细全面地帮助读者掌握MATLAB的分析方法。

2.版本更新与内容稳定并重

随着MathWorks公司每年两次发行MATLAB软件,新内容不断增加到新版本中。但相对于更新的版本,在基础编程、基础知识和基础操作方面保持了一贯的稳定性。因此,本书在编写时兼顾了版本的更新和内容的稳定。

3.内容深入,示例清楚

MATLAB的基础内容中涉及比较多的方面。本书在对相关主题介绍的同时,将函数或命令中比较常用的部分进行重点的分析介绍。同时,通过示例对函数和命令中的一些典型知识点进行讲解,从而帮助用户掌握和深入学习。

4.精心编排,便于查阅

本书在讲述MATLAB功能时,精心选择了有代表性的示例。同时,将相关内容和函数命令通过表格的形式归纳总结,从而便于读者在学习的同时,翻阅查找相关部分的命令、函数。因此,非常有利于读者阅读和查阅。本书主要内容

本书在内容安排方面遵循深入浅出的原则,通过相对独立的示例和说明作为补充。在书稿编写时,将内容比较基础和简单的部分安排在全书的前面章节,而将内容比较深入和专业的部分安排在本书的后面章节。这样,对于初级用户来讲,可以很快熟悉MATLAB的基础知识,掌握MATLAB的基础操作。此外,由于内容相对独立,因此,对于中高级用户来说,则可以跳过某些章节,直接学习所需的内容。

本书的主要内容安排如下:

第1章MATLAB 7.x概述,主要对MATLAB的发展和特点进行简单介绍。在此基础上,以MATLAB 7.6为例讲解了MATLAB的安装过程。在运行环境中,则详细介绍了MATLAB的相关工作界面和工作环境。在本章后面部分详细介绍了MATLAB强大的帮助系统。

第2章MATLAB基础知识,主要对MATLAB数值、变量、函数、表达式和数据类型进行讲解。在本章中,还对数值数据类型,如整数、浮点数、复数,以及数组、单元数组、结构体、字符串数据、关系和逻辑运算等内容进行详细阐述。

第3章矩阵运算,主要介绍了矩阵函数、特殊矩阵和矩阵分析。在此基础上,对和矩阵运算直接相关的线性方程组求解以及大量矩阵分解方法进行了详细讲解。

第4章MATLAB 7.x编程基础,主要介绍了M文件编辑器、脚本文件编写、流程控制命令、M函数文件、程序的调试和剖析等内容。其中,对函数流程控制命令、M函数文件等在MATLAB编程中常用到的内容进行了深入讲解。

第5章数据可视化,主要介绍了二维图形绘制、三维图形绘制、四维图形绘制、复数变量图形绘制和特殊图形绘制函数或命令。通过这些绘图命令的使用,可大大提高使用MATLAB进行图形数据可视化的分析和处理能力。

第6章数据分析,主要介绍了数据插值、曲线拟合、傅里叶分析等基本的数据分析方法。同时,对比较深入的内容,如优化问题、常微分方程、函数零点问题、数值积分、概率论和数理统计等,都做了详细分析。

第7章符号计算,主要介绍了符号对象、符号表达式及其操作、符号函数等与符号计算相关的基础内容。在此基础上,对符号微积分、符号积分变换、符号代数方程求解、符号微分方程求解等专业内容进行了讲解。此外,对和符号计算相关的Maple命令的使用以及图形化符号分析内容进行了讲解。

第8章Simulink仿真系统,主要介绍了Simulink基础知识,如启动、仿真、模块浏览、模型窗口界面、模型操作、信号、Sink模块,以及仿真系统设置等内容。在此基础上,深入讲解了线性连续系统建模、非线性连续系统建模、封装子系统及受控执行、离散时间系统和混合系统的相关内容。此外,对通过命令行方式进行Simulink仿真系统也做了讲解。

第9章句柄图形,主要介绍了句柄图形体系、图形对象的创建、图形对象的设置、高级绘图对象和坐标轴对象等内容。通过这些底层命令的访问和操作,可以帮助用户创建更为丰富和细致的图形对象。

第10章图形用户界面,主要介绍了图形用户界面的控件、回调函数的编写,以及对话框对象、界面菜单等相关的图形用户界面对象的使用和创建。此外,对图形用户界面创建工具GUIDE进行了比较详细的讲解,包括启动、图形界面编辑、属性设置、创建工具等,同时也结合示例对这些内容进行了具体分析。

第11章文件读取I/O,主要介绍了命令行方式工作空间数据的输出和导入、底层文件读取I/O命令、文件名称处理、二进制文件处理、文本文件处理、图像文件处理等内容。这些格式多样的读取方式大大增强了MATLAB和其他软件之间的交换能力。

第12章MATLAB 7.x的编译器,主要介绍了编译器的安装和配置、编译器的编译过程、主要的编译命令,并对编译生成独立运行的应用程序、调用M文件中的函数接口、编译生成共享库函数等内容通过示例来加以讲解。

第13章应用程序接口,主要讲解了用C语言和FORTRAN语言编写MEX文件、MAT文件,以及使用MATLAB引擎技术在C或FORTRAN程序中调用MATLAB,还对MATLAB和Java语言的程序接口进行了介绍和说明。读者对象

本书主要通过对MATLAB基础知识、基础操作、M文件的编程方法等方面的介绍,力求全面展示MATLAB的基础使用方法。同时,在对这些命令进行介绍的过程中,配合以详细的示例和注释说明,帮助读者更好地理解命令的操作方式和目的。由于在本书的编写过程中,考虑到MATLAB版本的更新与内容的相对稳定性,因此,本书非常适合初、中级MATLAB学习者学习和使用,同时,本书也适合作为高校学生和广大科研工作人员的必备参考书籍。对高级用户,本书也有很好的帮助作用。致谢

本书主要由周建兴、岂兴明、矫津毅、张延伟等人执笔完成。在编写过程中,也得到了清华大学有关师生的热心帮助和大力支持,在此一并表示感谢。

由于作者水平有限,书中错误和不当之处在所难免,敬请各位读者批评指正。读者可将意见和建议通过电子邮件发送至本书责任编辑的电子邮箱liuyang@ptpress.com.cn。作 者2008年7月于清华大学第1章MATLAB 7.x概述MATLAB是美国MathWorks公司推出的产品,最早的版本出现在20世纪70年代,用FORTRAN语言编写,主要功能是实现程序库的接口功能。MATLAB名称由Matrix和Laboratory两个英文单词的各前3个字母组合得到。进入20世纪90年代以来,MATLAB发展成为国际公认的标准计算软件,在数值计算方面的功能不断增强,此时,MATLAB的内核采用C语言进行编写,并且增强了数据的可视化功能。现在,MATLAB 7.x不断提供功能更为强大的软件包,并配以翔实丰富的帮助系统,越来越多地得到各个专业应用领域的认可和青睐。本章对MATLAB 7.x的基本内容进行介绍,主要包括:◆ MATLAB 7.x的安装◆ MATLAB 7.x的启动和工作环境◆ MATLAB 7.x的通用命令◆ MATLAB 7.x的帮助系统1.1 MATLAB简介

时至今日,MATLAB已经发展为综合高性能的数值计算软件。现在的MATLAB,已经将高性能的数值计算和可视化集成在一起,提供了大量的内置函数,广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作,而且利用MATLAB产品的开放式结构,用户和读者可以非常容易地对MATLAB的功能进行扩充,从而在不断深化对问题认识的同时,不断完善MATLAB产品以提高产品自身的竞争能力。1.1.1 MATLAB的发展

从2006年开始,MathWorks公司每年进行两次MATLAB产品发布,时间分别在每年的3月和9月,而且,每一次发布都会包含所有的产品模块,如产品的new feature、bug fixes和新产品模块的推出。在R2008a(MATLAB 7.6,Simulink 7.1)中,主要更新了10个产品模块,增加了多达350个新特性,增加了对64位Windows的支持,并新推出了.net工具箱。

MATLAB作为和Mathematica、Maple并列的三大数学软件之一,其强项就是其强大的矩阵计算以及仿真能力。每次MathWorks发布MATLAB的同时,也会发布仿真工具Simulink。在欧美国家,很多大公司在将产品投入实际使用之前都会进行仿真试验,所主要使用的仿真软件就是Simulink。MATLAB提供了自己的编译器,全面兼容C++以及FORTRAN两大语言。因此,MATLAB成为工程师、科研工作者手上最好的语言、最好的工具和环境之一。

MATLAB Compiler是一种编译工具,它能够将使用MATLAB提供的编程语言——M语言编写的函数文件编译生成为函数库、可执行文件、COM组件等,扩展了MATLAB功能,使MATLAB能够与其他高级编程语言,如C/C++,进行混合编程,取长补短,提高程序的运行效率,丰富程序开发的手段。

此外,利用M语言还开发了相应的MATLAB专业工具箱函数供用户直接使用。这些工具箱应用的算法是开放的、可扩展的,用户不仅可以查看其中的算法,还可以针对一些算法进行修改,甚至允许开发自己的算法以扩充工具箱的功能。目前,MATLAB产品的工具箱有40多个,分别涵盖了数据获取、科学计算、控制系统设计与分析、数字信号处理、数字图像处理、金融财务分析以及生物遗传工程等专业领域。

Simulink是基于MATLAB的框图设计环境,可以用来对各种动态系统进行建模、分析和仿真,它的建模范围广泛,可以针对任何能够用数学来描述的系统进行建模,例如航空航天动力学系统、卫星控制制导系统、通信系统、船舶及汽车等,其中包括了连续、离散,条件执行,事件驱动,单速率、多速率和混杂系统等。

Simulink提供了利用鼠标拖放的方法建立系统框图模型的图形界面,而且Simulink还提供了丰富的功能块以及不同的专业模块集合,利用Simulink几乎可以做到不书写一行代码就完成整个动态系统的建模工作。

Stateflow是一个交互式的设计工具,它基于有限状态机的理论,可以用来对复杂的事件驱动系统进行建模和仿真。Stateflow与Simulink和MATLAB紧密集成,可以将Stateflow创建的复杂控制逻辑有效地结合到Simulink的模型中。

在MATLAB产品族中,自动化的代码生成工具主要有Real-Time Workshop(RTW)和Stateflow Coder,这两种代码生成工具可以直接将Simulink的模型框图和Stateflow的状态图转换成高效优化的程序代码。利用RTW生成的代码简洁、可靠、易读。目前RTW支持生成标准的C语言代码,并且具备了生成其他语言代码的能力。整个代码的生成、编译以及相应的目标下载过程都是自动完成的,用户需要做的仅仅是使用鼠标点击几个按钮。

MathWorks公司针对不同的实时或非实时操作系统平台,还开发了相应的目标选项,配合不同的软硬件系统,可以完成快速控制原型(Rapid Control Prototype)开发、硬件在回路(Hardware-in-Loop)的实时仿真、产品代码生成等工作。

另外,MATLAB开放性的可扩充体系允许用户开发自定义的系统目标,利用Real-Time Workshop Embedded Coder能够直接将Simulink的模型转变成效率优化的产品级代码。代码不仅可以是浮点的,还可以是定点的。

现在,MATLAB开放的产品体系使MATLAB成为了诸多领域的开发首选软件,并且,MATLAB还具有500余家第三方合作伙伴,分布在科学计算、机械动力、化工、计算机通信、汽车、金融等领域。接口方式包括了联合建模、数据共享、开发流程衔接等。1.1.2 MATLAB的主要特点

现在,MATLAB已经发展成为功能强大的仿真平台和系统,在新版本的发布中,不断增加新的功能和有效的操作方法,已经得到了公认的认可和好评。本书将对MATLAB 7.x的一些基础内容进行系统介绍。这些内容对不断升级和更新的MATLAB产品而言,都是相对稳定的。需要学习最新功能的读者,可以在本书介绍的这些内容的基础上,结合MATLAB帮助系统,很快便能掌握。因此,本书主要内容集中在以下一些方面。

● 开发环境:MATLAB 7.x提供了非常友好的工作环境界面支持。读者可以根据需要对这些环境进行定制和操作,还可以为自己的操作定义快捷键。

● 代码开发:支持编写各种函数,既包括M脚本语言编写的函数,也包括匿名函数编写的内嵌函数等。

● 数值处理:单精度算法、数值计算、矩阵代数、符号计算、微分方程等多种问题的数值求解和处理方法。

● 数据可视化:在新的绘图界面中,用户可以通过直接输入图形交互界面来完成图形的创建和编辑功能。当然,对于比较底层的开发,M函数代码提供了功能比较强大的处理能力。

● 文件I/O:MATLAB 7.x支持功能强大的文件输入输出功能,与多种格式的文件之间形成交互操作,增加了程序设计的灵活性和兼容性。1.2 MATLAB 7.x的安装

MATLAB是一个功能强大的数学工具软件,在适当的系统环境中安装后才能够正常运行。此处介绍MATLAB的安装过程。本书在介绍时,主要以MATLAB R2008a(MATLAB 7.6,Simulink 7.1)的安装过程为例进行介绍,在对MATLAB的主要内容介绍时兼顾到各个版本的常用功能。

相对于MATLAB 7.6之前的版本,MATLAB 7.6提供了更加个性化的安装选择。由于MATLAB公司现在每年两次推出新版本的MATLAB软件体系,因此,本书以MATLAB 7.6为主进行介绍,其他版本的安装方法与此基本相同,读者可以参照本书介绍的方法来完成相应的安装过程。更高级的功能,读者可以根据相应的需求参阅相关的帮助文件。此处,以Windows XP系统中的安装过程为例进行介绍。

在光驱中放入MATLAB 7.6安装盘,系统会自动弹出安装向导。如果在安装时,安装向导没有启动,则用户可以打开安装盘,双击安装目录下的setup.exe文件,也可以启动安装过程。系统自动将安装过程复制到内存进行安装。

MATLAB 7.6的安装文件提供了安装方式的选择,可以通过网络安装,也可以通过手动控制、不经过网络来完成安装过程,如图1.1所示,此处选择使用手动方式来完成安装过程。图1.1 选择安装类型

单击Next按钮后,系统弹出如图1.2所示的软件协议界面。选择接受协议要求后,单击Next按钮弹出如图1.3所示的安装提示界面。此时,用户需要输入安装序列号后再进行下面的安装。图1.2 阅读软件协议图1.3 输入安装序列号

此时,系统弹出的安装选项如图1.4所示。此时,需要用户选择Typical(典型安装)还是Custom(自定义安装)方式。如果选择典型安装,那么,系统安装程序将按照典型的安装设置来选择相应的组件进行安装;如果选择自定义安装方式,那么在下一步骤中用户可以根据自己的要求和任务,选择满足自己要求的安装组件包和控件。对于初学者,建议使用典型安装选项进行安装;对于高级用户,可以选择自定义方式进行定制安装,满足自己对于比较高级的仿真要求和任务。图1.4 选择自定义安装

此处,以选择自定义方式进行软件安装为例来进行介绍。单击Next按钮进入下一步骤,如图1.5所示,安装程序提示用户指定或选择安装路径。单击Next按钮,进入下一安装步骤,安装程序显示R2008a(MATLAB 7.6,Simulink 7.1)版本软件提供的所有软件包和组件,而且都显示在本安装面板的列表框中。滑动列表框右侧的滑块,可以查看所有的安装选项。在本列表框中,显示了所有的安装组件及其相应的版本号。图1.5 指定安装路径

需要注意的是,默认情况下,系统安装程序会将MATLAB程序安装在系统盘。由于MATLAB自身安装所占的空间加大,对资源的要求比较高;同时,如果经常使用MATLAB,系统会产生很多临时文件,如M文件、Simulink仿真文件以及编译产生的中间文件等,这些文件的存在会给系统盘的运行带来较大的负担,因此可以选择安装在其他盘。

在图1.6所示的安装步骤中,可以选择的组件包及其相应的版本号说明了组件相对于以前版本的更新情况。用户可以选择相应的组件包前的复选框,选中该组件包完成安装。默认情况下,安装程序会选择所有的组件进行安装。但其中的一些组件包专业性非常强,涉及某一专业领域内比较深入的内容和要求。这些部分对于一般用户来讲不太必要,因此,这些专业性较强的组件可以选择不安装,在必要的时候再进行安装。此处选择安装的软件包,是使用比较常见的MATLAB 7.6功能,选择的组件包如表1.1所示。图1.6 选择安装组件表1.1 MATLAB 7.6安装选择的典型组件

当然,随着用户对MATLAB软件使用的要求以及处理的专业问题的变化,可以对所安装的组件包进行升级安装或进一步安装。此时,用户可以随时选择MATLAB软件提供的工具箱选择相应的组件进行安装。

当选择完MATLAB的安装组件之后,单击组件选择界面的Next按钮,安装系统弹出如图1.7所示的界面,可以选择设置MATLAB软件桌面图标和快捷键。在此界面上,用户可以选择设置密码复选框,选择该选项后可以设置软件的使用密码;同时,可以选择快捷方式添加位置,可选项包括桌面快捷方式、启动菜单和快速启动栏3个位置。此外,还可以设置关联文件选项,用户选择这些关联选项后,当再次打开这些文件时,可以在MATLAB中直接单击打开。图1.7 MATLAB使用选项界面

单击Next按钮进行下一安装步骤,如图1.8所示,此时出现安装选项的汇报界面。单击Install按钮后,安装程序按照所选择的安装选项进行软件安装,同时,进度条将会显示安装进度。图1.8 安装选项汇报界面1.3 MATLAB 7.x的运行环境

完成MATLAB 7.x的安装后,如果在安装过程中选择创建启动的快捷方式,那么可以通过多种方式启动MATLAB 7.x软件,进入软件的工作环境。1.3.1 MATLAB 7.x的启动

如果在安装过程中选择创建快捷方式,那么可以从桌面快捷方式进入工作环境。或者从启动位置打开MATLAB 7.x的启动选项,如图1.9所示。对于多次使用的用户,在Windows的常用软件启动位置也会出现MATLAB 7.x的启动图标。图1.9 从程序中启动MATLAB 7.x

如果用户在安装过程中未选中常见快捷方式,那么,可以从安装文件所在的文件夹中通过双击matlab.exe来启动软件。这里选择的文件路径为D:\Program Files\MATLAB71\bin\win32\MATLAB.exe。

但需要注意的是,当从安装文件目录下启动MATLAB 7.x程序时,系统将会自动将该文件夹作为当前路径,所创建的M文件等也会保存在此处。而选择其他方式时,当前工作目录则为D:\Program Files\MATLAB71\work,这样更利于创建文件的管理和保存。1.3.2 MATLAB 7.x的工作环境

当MATLAB 7.x运行时,在系统中会形成一个或多个窗口,其中标题为MATLAB的窗口为MATLAB窗口,既是MATLAB的工作界面,也是MATLAB运行的主窗口。当然其他还有一些窗口不可见。但可以在MATLAB工作界面的启动按钮处全部看到,如图1.10所示。图1.10 MATLAB 7.x的工作环境

MATLAB 7.x中常见到的窗口主要为命令窗口、历史命令窗口和工作空间窗口。下面对比较常用的窗口分别进行简单介绍。(1)命令窗口(Command Window):该窗口为MATLAB进行操作的最主要的窗口。在命令提示符(>>)下,可以输入MATLAB运行的各种命令、函数、表达式,并能显示运行的数值或符号计算结果,图形结果会单独通过其他方式显示。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(History Command)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 7.x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,或重新执行得到结果。(3)当前目录浏览器(Current Directory Browser)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;也可以导入MAT文件。默认情况下,该窗口置于后台。(4)工作空间浏览器(Workspace Browser)窗口:在该窗口中,可以显示命令窗口中运行时产生的变量,能够详细显示所有的变量名、变量大小和字节数。同时,可以单击变量进行观察、编辑、提取和保存。(5)数组编辑器(Array Editor):当对数组进行编辑或查看时,该编辑器将会自动弹出,并显示数组中的相关数组元素和内容。(6)开始(Start)按钮:单击该按钮后,会弹出MATLAB 7.x的现场菜单,包括各种交互界面的选择,以及帮助文件查看、窗口设置等。(7)M文件编辑器/调试器(Editor/Debugger):默认情况下该界面并不显示。只有当用户需要编写M文件时,选择“打开文件”等操作时,该窗口才会弹出。(8)帮助导航/浏览器(Help Navegator/Browser):该窗口只有在选择使用帮助文件时,才会弹出。在该窗口中,用户可以通过单击超链接获得相关命令或函数的帮助和说明。

此外,在MATLAB 7.x的工作环境中,还提供了工具栏,如图1.11所示。该工具栏中提供了一些常见的命令选项,如新建、打开、保存等。同时,还可以在该工具栏中看到当前的工作路径,如果需要更改工作路径,则可以在下拉菜单中选择或单击下拉菜单右侧的按钮来选择当前的工作路径。图1.11 MATLAB 7.x的工具栏1.3.3 命令窗口(Command Window)

命令窗口是MATLAB 7.x的主要工作界面。在默认情况下,命令窗口提供>>提示符,用户可以在此处输入函数、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。命令窗口的形式如图1.12所示。图1.12 单独显示的命令窗口

如果用户需要对命令窗口中的一些属性进行设置,则可选择File/Preference菜单项,弹出预设值对话框,对命令窗口中的一些显示风格、大小等进行设置,如图1.13所示。图1.13 命令窗口风格预设值

在图1.13所示的命令窗口预设值对话框中,对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以进行设置。进行设置后,单击OK按钮,这些设置将会立即生效,并且将这些设置永久保存下来,不会因为MATLAB 7.x的关闭和开启而改变。

在MATLAB 7.x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以设置不同的格式。在该栏目中的Numeric format和Numeric display下拉列表中可以选择数据的显示位数和显示格式。此处以圆周率pi的显示为例,对这些显示位数和显示格式进行小结和介绍,如表1.2所示。表1.2 数据显示格式设置

例1.1 MATLAB 7.x运行程序示例。1.3.4 历史命令(History Command)窗口

在命令窗口中输入函数、命令或表达式等进行处理时,可以将这些执行过的命令在历史窗口中保存下来,以便用户在进行运行过程中能够返回执行命令或进行重复操作。这些命令也可以通过命令记录工具diary记录下来。

历史命令窗口位于工作界面的左下角,可以单击Undock按钮后解除附着。在历史窗口中可以完成多种操作。单击鼠标右键,在弹出菜单中可以选择相应的操作来进行。图1.14所示为历史命令窗口中的选择操作命令。图1.14 历史命令窗口中的操作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。单击鼠标右键,在弹出菜单中选择Copy菜单项,可以完成复制操作。复制后的命令行文本可以粘贴在工作空间中运行或在其他文本编辑器中。图1.15所示为复制历史命令行操作。图1.15 复制历史命令行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,此时选择该命令行后,从右键快捷菜单中选择Evaluate Selection菜单项就可以完成对命令行的重新执行。图1.16所示为选择命令行进行执行操作。在命令窗口执行后,即可完成对历史命令的重新执行和操作结果,图1.17所示为执行后的显示结果。图1.16 选择执行历史命令图1.17 执行历史命令后的结果3.创建M文件

对于所执行的历史命令,如果有必要也可以编写为M脚本文件或函数文件。此时,可以在历史命令窗口中选中需要创建的命令后,单击鼠标右键,在弹出菜单中选择Create M-File菜单项,即可将所执行的历史命令中的一部分创建为M文件。选择创建的过程如图1.18所示。图1.18 创建M文件

当选择该菜单项后,系统弹出M文件编辑器,将所选择的命令作为M文件的一部分内容自动输入到M文件编辑器中,如图1.19所示。此时,可以按照M文件保存、执行和调试。图1.19 创建编写的M文件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,可以很容易使用文本文件阅读器阅读这些文件。默认情况下,diary保存的日志文件路径为当前的工作目录。下面使用该命令创建diary日志。

例1.2 保存日志文件。

关于help命令查询相关函数和命令的使用方法在后面章节中将会经常遇到,读者在使用MATLAB 7.x的过程中也经常会用到。此处,通过日志命令diary log0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diary off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,读者可以在当前工作目录下找到日志文件打开阅读。图1.20所示为通过MATLAB 7.x的编辑器阅读日志文件的示例。图1.20 阅读日志文件1.3.5 目录和文件管理

在使用MATLAB 7.x进行大量的运算和操作后,将会产生大量的函数或数据库。如何更好地管理文件目录和文件,即如何搜索到相应的函数和数据、有效管理这些函数和数据库的路径、提高搜索效率,对MATLAB 7.x的运行影响也比较大。为此,在MATLAB 7.x中提供了目录管理器和文件管理。1.当前目录管理

当前目录(Current Directory)管理器位于MATLAB 7.x的工作后台,当用户在运行环境中选择Current Directory选项卡后,可以显示目录管理器的界面。如果用户单击Undock(解除停靠)按钮后,该窗口界面将会作为单独的弹出界面显示,如图1.21所示。图1.21 当前目录管理器界面

当解除该命令窗口的停靠后,将显示独立的管理界面。在该界面中包括菜单栏、工具栏以及文件的详细列表。在文件详细列表中,可以选择运行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单击鼠标右键,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可以执行M文件,选择Open可以打开这些文件。如果需要输入MAT文件,则可以选择Import Data菜单项,在出现的数据导入向导中导入数据。图1.22所示为运行M文件的示例。图1.22 从当前目录管理器中运行M文件2.设置当前目录

默认情况下,MATLAB 7.x启动后的工作目录将会在MATLAB71\work目录下。在该文件夹中,用户可以在保存M文件结果、输出数据等时都将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、管理文件比较有利。

如果用户需要更改当前目录,则可以通过以下两种方式。

第一种方式,单击工具栏当前路径右侧的按钮,系统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1.23所示。图1.23 通过浏览文件夹选择新的工作目录

第二种方式,选择进入上一级按钮,即可进入上一级目录。

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