MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用

1、2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用1MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用語(yǔ)言與應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)與分析研究所現(xiàn)代設(shè)計(jì)與分析研究所王王 雷雷2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用2第第 1 1 章章 緒論緒論2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用3本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容l1.1 MATLAB產(chǎn)生的歷史背景產(chǎn)生的歷史背景l(fā)1.2 MATLAB的語(yǔ)言特點(diǎn)的語(yǔ)言特點(diǎn)l1.3 MATLAB和其它語(yǔ)言及類(lèi)似軟件的關(guān)系和其它語(yǔ)言及類(lèi)似軟件的關(guān)系l1.4 MATLAB的使用環(huán)境的使用環(huán)境l本課程的主要內(nèi)容本課程的主要內(nèi)容lMATLAB網(wǎng)絡(luò)資源簡(jiǎn)介網(wǎng)絡(luò)資源簡(jiǎn)介2022年3月7日20時(shí)

2、22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用4MATLAB產(chǎn)生的歷史背景產(chǎn)生的歷史背景l(fā)MATrix LABoratory 矩陣實(shí)驗(yàn)室矩陣實(shí)驗(yàn)室lMathWorksl版本版本1984 v1 ；1993 v4； 本課程本課程 v6.5 或或v7.1 ； l數(shù)值計(jì)算、圖示能力數(shù)值計(jì)算、圖示能力l多學(xué)科、多領(lǐng)域多學(xué)科、多領(lǐng)域l高校、設(shè)計(jì)研究單位高校、設(shè)計(jì)研究單位2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用5MATLAB的語(yǔ)言特點(diǎn)的語(yǔ)言特點(diǎn)l語(yǔ)言簡(jiǎn)潔緊湊，使用方便靈活語(yǔ)言簡(jiǎn)潔緊湊，使用方便靈活l運(yùn)算符、庫(kù)函數(shù)豐富運(yùn)算符、庫(kù)函數(shù)豐富l具有結(jié)構(gòu)化控制語(yǔ)句、面向?qū)ο缶幊烫匦跃哂薪Y(jié)構(gòu)化控制語(yǔ)句、面向?qū)ο缶幊烫匦詌語(yǔ)法

3、限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大語(yǔ)法限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大l程序的可移植性好程序的可移植性好l圖形功能強(qiáng)大圖形功能強(qiáng)大l源程序的開(kāi)放性源程序的開(kāi)放性l功能強(qiáng)勁的工具箱功能強(qiáng)勁的工具箱2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用6MATLAB的語(yǔ)言特點(diǎn)的語(yǔ)言特點(diǎn)l控制、信號(hào)、金融、優(yōu)化、統(tǒng)計(jì)、模糊理論、控制、信號(hào)、金融、優(yōu)化、統(tǒng)計(jì)、模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、小波分析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、小波分析l由該領(lǐng)域內(nèi)學(xué)術(shù)水平很高的專(zhuān)家編寫(xiě)由該領(lǐng)域內(nèi)學(xué)術(shù)水平很高的專(zhuān)家編寫(xiě)l用戶無(wú)需編寫(xiě)自已學(xué)科范圍內(nèi)的基礎(chǔ)程序用戶無(wú)需編寫(xiě)自已學(xué)科范圍內(nèi)的基礎(chǔ)程序l直接進(jìn)行高、精、尖的研究直接進(jìn)行高、精、尖的研究l

4、站在巨人的肩膀上站在巨人的肩膀上2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用7考慮一個(gè)實(shí)際編程例子考慮一個(gè)實(shí)際編程例子l如何編寫(xiě)一個(gè)能求出兩個(gè)矩陣相乘的計(jì)算機(jī)通用如何編寫(xiě)一個(gè)能求出兩個(gè)矩陣相乘的計(jì)算機(jī)通用子程序？子程序？該程序正確嗎？錯(cuò)誤，未考慮矩陣是否可乘2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用8是否正確？錯(cuò)誤，未考慮其一為標(biāo)量加入標(biāo)量判定，是否就是通用程序了？錯(cuò)誤，考慮其一或二者為復(fù)數(shù)矩陣可見(jiàn)，用最底層的編程語(yǔ)言需要考慮的內(nèi)容要多得多，所以調(diào)試起來(lái)不容易，容易出現(xiàn)漏洞MATLAB 實(shí)現(xiàn)：C=A*B2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用9考慮下面一些例子考慮

5、下面一些例子【例【例1-1】高等數(shù)學(xué)問(wèn)題：已知函數(shù)，如何】高等數(shù)學(xué)問(wèn)題：已知函數(shù)，如何求導(dǎo)及高階導(dǎo)數(shù)？求導(dǎo)及高階導(dǎo)數(shù)？思路： 由分式求導(dǎo)公式，得出 逐次求導(dǎo)則可以得出問(wèn)題：求導(dǎo)過(guò)程很繁雜，容易出錯(cuò)2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用10計(jì)算機(jī)求解結(jié)果計(jì)算機(jī)求解結(jié)果不是最簡(jiǎn) pretty2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用11基于計(jì)算機(jī)的化簡(jiǎn)結(jié)果基于計(jì)算機(jī)的化簡(jiǎn)結(jié)果l靠手工推導(dǎo)的方法難以準(zhǔn)確得出靠手工推導(dǎo)的方法難以準(zhǔn)確得出手工無(wú)從推導(dǎo)，計(jì)算機(jī)能，Elapsed time is 1.169050 seconds.2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用1

6、2【例【例1-2】代數(shù)方程求根】代數(shù)方程求根l古典方法古典方法 一、二、三、四階：直接方法 五階或以上 Abel定理，認(rèn)為無(wú)解l現(xiàn)代數(shù)值方法現(xiàn)代數(shù)值方法 林士諤-Bairstrow 算法，又稱(chēng)為劈因子法l具體實(shí)例具體實(shí)例2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用13l雙精度變量的數(shù)值方法雙精度變量的數(shù)值方法l代入方程后的誤差代入方程后的誤差l精確解精確解2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用14【例【例1-31-3】試求解極限問(wèn)題result : bea2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用15數(shù)值計(jì)算方法【例【例1-41-4】極數(shù)求和計(jì)算】極數(shù)求和計(jì)算2

7、022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用16【例【例1-5】非線性常微分方程組】非線性常微分方程組l沒(méi)有解析解沒(méi)有解析解l傳統(tǒng)數(shù)值方法傳統(tǒng)數(shù)值方法 計(jì)算步長(zhǎng)選擇 計(jì)算時(shí)間 變步長(zhǎng)l解決方法：計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)語(yǔ)言算法解決方法：計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)語(yǔ)言算法微分方程2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用17【例【例1-6】 最優(yōu)化問(wèn)題最優(yōu)化問(wèn)題l求解方法：一般線性規(guī)劃求解方法：一般線性規(guī)劃l若找不到全局最優(yōu)解，可以試遺傳算法若找不到全局最優(yōu)解，可以試遺傳算法l若要求若要求 為整數(shù)為整數(shù) 整數(shù)規(guī)劃整數(shù)規(guī)劃2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用18【例1-7】二維曲線繪制二維曲線繪

8、制x=0:0.1:2*pi; y1=sin(x);y2=cos(x); plot(x,y1,x,y2)%繪制正弦、余弦曲線繪制正弦、余弦曲線 plot(sin(x),cos(x) axis equal %繪制圓繪制圓 ezplot(1/y-log(x)+log(-1+y)+x-sin(x) %隱函數(shù)繪制隱函數(shù)繪制2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用19【例1-8】三維曲線繪制三維曲線繪制t=0:0.1:6*pi; plot3(sin(t),cos(t),t);%plot3 x,y=meshgrid(-3:0.1:3,-2:0.1:2); z=(x.2-2*x).*exp(-x.

9、2-y.2-x.*y); surf(x,y,z)%surf colorbar contour3(x,y,z,10) view(0,90)2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用20l傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)l狀態(tài)方程狀態(tài)方程l零極點(diǎn)零極點(diǎn)lBode圖圖lNyquist圖圖【例1-9 】 自動(dòng)控制自動(dòng)控制3243272424( )10355024sssG sssssnum=1 , 7 , 24 , 24;den=1 , 10 , 35 , 50 , 24;S=tf(num,den)G=ss(S)L=zpk(S)bode(S)nyquist(S)2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與

10、應(yīng)用21MATLAB和其它語(yǔ)言及類(lèi)似軟件的關(guān)系和其它語(yǔ)言及類(lèi)似軟件的關(guān)系C執(zhí)行效率低，編程效率高執(zhí)行效率低，編程效率高M(jìn)ATLAB匯編匯編VB、VC、delphi、PB、Java 2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用22其它計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)語(yǔ)言其它計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)語(yǔ)言Maple （Waterloo Maple）Mathematica （Wolfram Reaearch）MathCAD 解析運(yùn)算、公式推導(dǎo)、定理證明 純數(shù)學(xué)領(lǐng)域Matlab（Mathworks） 數(shù)值運(yùn)算、編程、工具箱、繼承Maple2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用23應(yīng)用編程方法對(duì)工程問(wèn)題求解應(yīng)用編程方法

11、對(duì)工程問(wèn)題求解l用數(shù)學(xué)方法對(duì)預(yù)知模型進(jìn)行分析用數(shù)學(xué)方法對(duì)預(yù)知模型進(jìn)行分析l從數(shù)據(jù)中獲得統(tǒng)計(jì)結(jié)果從數(shù)據(jù)中獲得統(tǒng)計(jì)結(jié)果l對(duì)模型或數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，以便于理解其對(duì)模型或數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，以便于理解其含義含義l從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得到或驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)公式從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得到或驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)公式l監(jiān)視監(jiān)視/控制控制/分析外部事件分析外部事件2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用24MATLAB的使用環(huán)境的使用環(huán)境l命令窗口命令窗口l程序編輯器程序編輯器l工作空間工作空間l變量瀏覽器變量瀏覽器l路徑瀏覽器路徑瀏覽器l幫助系統(tǒng)幫助系統(tǒng)2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用25 本課程的相關(guān)內(nèi)容本課程

12、的相關(guān)內(nèi)容l第第1章章 緒論緒論l第第2章章 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)l第第3章章 圖形繪制圖形繪制l第第4章章 線性代數(shù)問(wèn)題線性代數(shù)問(wèn)題l第第5章章 微積分問(wèn)題微積分問(wèn)題2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用26l第第6章章 數(shù)據(jù)插值與函數(shù)擬合數(shù)據(jù)插值與函數(shù)擬合l第第7章章 代數(shù)方程與微分方程代數(shù)方程與微分方程l第第8章章 工程優(yōu)化工程優(yōu)化l第第9章章 工程統(tǒng)計(jì)工程統(tǒng)計(jì)l第第10章章 其它工具箱的應(yīng)用其它工具箱的應(yīng)用 本課程的相關(guān)內(nèi)容本課程的相關(guān)內(nèi)容2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用27互聯(lián)網(wǎng)資源互聯(lián)網(wǎng)資源lThe MathWorks公司官方網(wǎng)站公司官方網(wǎng)站

13、產(chǎn)品與全套工具箱手冊(cè)下載http:/ 第三方工具箱下載 http:/l產(chǎn)品在中國(guó)獨(dú)家代理產(chǎn)品在中國(guó)獨(dú)家代理 (北京九州恒潤(rùn)公司北京九州恒潤(rùn)公司) http:/2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用28l學(xué)新網(wǎng)學(xué)新網(wǎng) http:/ lMATLAB與應(yīng)用論壇與應(yīng)用論壇 (薛定宇薛定宇) http:/l中國(guó)仿真互動(dòng)中國(guó)仿真互動(dòng) http:/l一些高校的一些高校的bbs 清華大學(xué)、哈工大、上海交大、西安交大等互聯(lián)網(wǎng)資源互聯(lián)網(wǎng)資源2022年3月7日20時(shí)22分MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用29參考書(shū)參考書(shū)l高會(huì)生等譯高會(huì)生等譯. MATLAB原理與工程應(yīng)用原理與工程應(yīng)用. 北京：北京：電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社. 2002￥49.00l薛定宇等薛定宇等. 高等應(yīng)用數(shù)學(xué)問(wèn)題的高等應(yīng)用數(shù)學(xué)問(wèn)題的 MATLAB 求解求解. 北京：清華大學(xué)出版社北京：清華大學(xué)出版社. 2