MATLAB论文

本 科 考 试 试 卷

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考试科目： MATLAB与仿真应用 课程编号： 阅 卷 人： 考试日期： 2014. 11 姓 名： 吴振国 (2班) 学 号： 51102022018

注 意 事 项

1．考 前 将 上 述 项 目 填 写 清 楚 2．字 迹 要 清 楚，保 持 卷 面 清 洁

3．交 卷 时 请 将 本 试 卷 和 题 签 一 起 上 交

蚌埠学院计算机系

MATLAB的功能和应用

【本文摘要】 Matlab

是功能强大的工程计算和数据处理、分析软件，

为科学工作者带来了极大的便利。本文介绍了MATLAB的发展历程和影响，并重点介绍了MATLAB的功能和作用，以及其在工作的运用。 【关键词】 Matlab 数据处理 一、MATLAB 的简介

MATLAB是“Matrix Laboratory”的缩写，是当今美国很流行的科学计算软件．信息技术、计算机技术发展到今天，科学计算在各个领域得到了广泛的应用．在许多诸如控制论、时间序列分析、系统仿真、图像信号处理等方面产生了大量的矩阵及其相应的计算问题．自己去编写大量的繁复的计算程序，不仅会消耗大量的时间和精力，减缓工作进程，而且往往质量不高．美国Mathwork软件公司推出的MATLAB软件就是为了给人们提供一个方便的数值计算平台而设计的． 二、MATLAB的基本功能

MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、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、工程设计以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。

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，故用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mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++ ，JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用。

三、MATLAB 的安装

早期有MATLAB1.0 for 386的DOS版本，后来逐步发展．这里介绍的版本是MATLAB 6.x for Windows．因为它使用方便，界面美观，我们选择它作为主要讲解版本．MATLAB还有许多附加的部分，最常见的部分称为Simulink，是一个用作系统仿真的软件包，它可以让您定义各种部件，定义各自对某种信号的反应方式及与其它部件的连接方式．最后选择输入信号，系统会仿真运行整个模拟系统，并给出统计数据．Simulink有时是作为MATLAB的一部分提供的，称为MATLABwith Simulink版本．MATLAB还有许多工具箱，它们是根据各个特殊领域的需要，用MATLAB自身的语言编写的程序集，使用起来非常方便．您可以视工作性质和需要购买相应的工具箱．常见的工具箱有：

Signal Process 信号处理 System 系统辨识 Identification Optimization 优化 Neural Network 神经网络 Spline 样条 Control System 自动控制 Symbolic Math Nonlinear Control MATLAB 的基本用法

符号代数 Image Process 图像处理 统计 非线性控制 Statistics 从Windows中双击MATLAB 图标，会出现MATLAB 命令窗口（Command Window），在一段提示信息后，出现系统提示符“>>”．MATLAB 是一个交互系统，您可以在提示符后键入各种命令，通过上下箭头可以调出以前打入的命令，用滚动条可以查看以前的命令及其输出信息．

如果对一条命令的用法有疑问的话，可以用Help菜单中的相应选项查询有关信息，也可以用help命令在命令行上查询，您可以试一下help、help help和help eig（求特征值的函数）命令． 四、 MATLAB 的应用。

MATLAB 产品族可以用来进行以下各种工作： ● 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 ● 数字图像处理 技术 ● 数字信号处理 技术 ● 通讯系统设计与仿真 ● 财务与金融工程

MATLAB 的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用 MATLAB 函数集）扩展了 MATLAB 环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。 五、发展历程及影响

MATLAB 以商品形式出现后，仅短短几年，就以其良好的开放性和运行的可靠性，使原先控制领域里的封闭式软件包（如英国的 UMIST ，瑞典的 LUND 和 SIMNON ，德国的 KEDDC ）纷纷淘汰，而改以 MATLAB 为平台加以重建。

MathWorks 公司于 1993 年推出 MATLAB4.0 版本，从此告别 DOS 版。 4.x 版在继承和发展其原有的数值计算和图形可视能力的同时，出现了以下几个重要变化：

（ 1 ）推出了 SIMULINK 。这是一个交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境。它的出现使人们有可能考虑许多以前不得不做简化假设的非线性因素、随机因素，从而大大提高了人们对非线性、随机动态系统的认知能力。

（ 2 ）开发了与外部进行直接数据交换的组件，打通了 MATLAB 进

行实时数据分析、处理和硬件开发的道路。

（ 3 ）推出了符号计算工具包。 1993 年 MathWorks 公司从加拿大滑铁卢大学购得 Maple 的使用权，以 Maple 为“引擎”开发了 Symbolic Math Toolbox 1.0 。 MathWorks 公司此举加快结束了国际上数值计算、符号计算孰优孰劣的长期争论，促成了两种计算的互补发展新时代。

（ 4 ）构作了 Notebook 。 MathWorks 公司瞄准应用范围最广的 Word ，运用 DDE 和 OLE ，实现了 MATLAB 与 Word 的无缝连接，从而为专业科技工作者创造了融科学计算、图形可视、文字处理于一体的高水准环境。

MATLAB-巨人肩上的工具

由于使用Matlab编程运算与人进行科学计算的思路和表达方式完全一致，所以不象学习其它高级语言--如Basic、Fortran和C等那样难于掌握，用Matlab编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题，所以又被称为演算纸式科学算法语言一般数值分析、矩阵运算、数字信号处理、建模和系统控制和优化等应用程序，并集应用程序和图形于一便于使用的集成环境中。在这个环境下，对所要求解的问题，用户只需简单地列出数学表达式，其结果便以数值或图形方式显示出来。MATLAB的含义是矩阵实验室（MATRIX LABORATORY），主要用于方便矩阵的存取，其基本元素是无须定义维数的矩阵。MATLAB自问世以来,就是以数值计算称雄。MATLAB进行数值计算的基本单位是复数数组（或称阵列），这使的MATLAB高度“向量化”。经过十

几年的完善和扩充，现已发展成为线性代数课程的标准工具。由于它不需定义数组的维数，并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时，显得大为简捷、高效、方便，这是其它高级语言所不能比拟的。 六、 MATLAB 的特点 1、语言新特点

（1）数据类型和面向对象编程技术

MATLAB6.x 版与旧版最显著的不同在于数据类型的变化。 6.x 版现有六种基本数据类型：双精度数组、字符串数组、元胞数组、构架数组、稀疏矩阵和 unit8 数据。

数据类型的变革，面向对象编程技术的采用，所产生的影响是广泛而深层的。这种影响首先表现在 MATLAB 的自身。从 5.0 版起， MATLAB 就用新数据类型逐步地对其自身的函数指令加以改造。这个过程一直延续到 6.x 版才基本完成。 （2）控制流和函数类型

新版 MATLAB 的控制流新增了多分支结构 switch-case 、 try-catch 结构和警告提示指令 error 、 warning 。这进一步提高了程序的可读性和运行可靠性。

为函数设计了新的变长度输入输出宗量 varagin 、 varagout 。采用了这种变长度宗量， MATLAB 自身的新版指令被进一步“柔性化”。一个指令可以接受任意多个输入宗量，可以产生任意多个输出宗量，以适应不同场合的需要。可使得所有这些措施使得 MATLAB 能

更加便捷地编制复杂的大型程序。当然，用户也可以借助这种变长度宗量来编制灵活多变的应用程序。 工作环境

所谓工作环境是指：帮助系统、工作内存管理、指令和函数管理、搜索路径管理、操作系统、程序调试和性能剖析工具等。 1、传统工作环境

与同时期其他数学类软件相比，旧版 MATLAB 的工作环境虽属比较友善之列，但其工作环境确实比较“单调”。它的帮助系统是“纯文本”形式的；内存管理、路径管理、调试工具是单纯指令操纵形式的；文件类型也形式单一，仅有 M 文件和 MAT 文件。 2、 工作环境新特点 （1）大量引入图形用户界面

6.x 版改变了过去单调依靠“在指令窗通过纯文本形指令进行各种操作”面貌，引入了许多让使用者一目了然的图形界面，如在线帮助的交互型界面 helpwin ，管理工作内存的 workspace ，交互式的路径管理界面 pathtool ，指令窗显示风格设置界面等。它们的开启方式有：工具条图标开启、选择菜单项开启，直接“文本式”指令开启。

6.x 版更进一步把图形显示窗改造成了交互操作的可编辑图形界面。

（2）引入了全方位帮助系统

综合型在线帮助文库 helpdesk ：该文库以 HTML 超文本形式独

立存在。整个文库按 MATLAB 的功能和核心内容编排，系统性强，且可以借助“超链接”方便地进行交叉查阅。

完整易读的 PDF 文档：这部分内容与 HTML 帮助文库完全对应。 PDF 文档不能直接从指令窗中开启，而必须借助 Adobe Acrobat Reader 软件阅读。

演示软件 demo ：这是一个内容广泛的演示程序。 MATLAB 一向重视演示软件的设计，因此无论 MATLAB 旧版还是新版，都随带各自的演示程序。

（3） M 文件编辑、调试 的集成环境

新的编辑器有十分良好的文字编辑功能。它可采用色彩和制表位醒目地区分标识程序中不同功能的文字，如运算指令、控制流指令、注释等。通过编辑器的菜单选项可以对编辑器的文字、段落等风格进行类似 Word 那样的设置。

从 5.2 版起，还新增了“变量现场显示”功能，只要把鼠标放在变量名上（ Mouse over ），就能在现场显示该变量的内容。 （4） M 文件的性能剖析

调试器只负责 M 文件中语法错误和运行错误的定位，而性能剖析指令 profile 将给出程序各环节的耗时分析报告。 6.x 版剖析指令的分析报告特别详细，它将帮助用户寻找影响程序运行速度的“瓶颈”所在，以便改进。

（5） Notebook 新的安装方式

从 4.2c 版引入 Notebook 以来，这种集文字、计算、图形于一

体的“活”环境就深受用户赞赏。但直到 5.2 版至， Notebook 的安装都是与 MATLAB 的安装同步进行的。这种安装方式的不便之处是：一旦 Word 发生变动，就必须把 MATLAB 全盘重装。 6.x 版改变了这种局面，它可以在 MATLAB 指令窗中“随时”进行安装 Notebook ，省时灵活。

（6） MATLAB 环境可运行文件的多样化

旧版中，用户可编制和运行的程序文件只有 M 脚本文件和 M 函数文件。 6.x 版新增了产生伪代码 P 文件的 pcode 指令和产生二进制 MEX 文件的 mex 指令。较之 M 文件，这两种文件的运行速度要快得多，保密性也好。 参考文献：

[1] 张养安、刘林章，MATLAB软件在数据处理中的应用，水土保持研究， 2005年8月.

[2] 姜长元，Matlab和Word的链接及应用，洛阳师范学院学报， 2005年第二期.

[3] 王沫然 编著，MATLAB与科学计算（第二版），电子工业出版. [4] 张伯平、党进谦 编著，土力学与地基基础，西安地图出版社，3－6.

[5] .张平。MATLAB基础应用简明教程 [6] matlab常用函数

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