MATLAB程序设计与优化函数的应用.doc

第1章 MATLAB概论 1.1 MATLAB简介 MATLAB是MATrix LABoratory的缩写，它是MathWorks公司研制开发的，功能强大的科学及工程计算软件。MATLAB是一个交互式的、以矩阵计算为基础的数值计算软件，将数值计算、可视化图形处理和编程设计等功能集成在一个非常便于使用的环境中。MATLAB不但具有以矩阵计算为基础的强大数学计算和分析功能，而且还具有丰富的可视化图形功能和方便的程序设计功能。 MATLAB的应用领域极为广泛，除数学计算和分析外，还被广泛地应用于自动控制、系统仿真、数字信号处理、图形图像分析、数理统计、人工智能、虚拟实现技术、通信工程、接入系统等领域。 1.2 MATLAB语言的特点 MATLAB语言有不同于其他高级语言的特点，它被称为第四代计算机语言。MATLAB语言的主要特点有以下几点。 1．编程效率高 MATLAB是一种面向科学与工程计算的高级语言，允许使用数学形式的语言编写程序，它比BASIC、FORTRAN和C等语言更加接近我们书写计算公式的思维方式，用MATLAB语言编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题。由于编写简单，所以编程效率高，易学易懂。 2．用户使用方便，交互性好 MATLAB语言是一种解释执行的语言，即每输入一条语句，就立即对其进行处理，完成编译、连接和运行的全过程。它使用灵活、方便，调试速度快、语法规则简单。MATLAB语言把编辑、编译、连接和执行融为一体，能在同一个界面中进行灵活操作，快速排除输入程序中的书写错误、语言及语意错误，从而加快了用户编写、修改和调试程序的速度。 3．扩充能力强 高版本的MATLAB语言有丰富的库函数，用户在编写程序时可以直接调用已有的库函数，其调用方法如同调用用户自己编写的函数一样。并且，用户可以根据需要方便地建立和扩充新的库函数，以便提高MATLAB使用效率和扩充其功能。另外，为了充分利用FORTRAN、C等高级语言的资源，包括用户已编好的FORTRAN、C语言程序，可在MATLAB中通过建立M文件的形式进行混合编程，在该文件中调用有关的FORTRAN、C语言子程序。 4．语句简单、函数调用灵活 在MATLAB环境中，所有的变量都可不用事先定义其类型而直接使用；书写程序时一行可以有多个语句（它们之间用逗号“，”或分号“；”分隔），也可以将一条语句分成几行来写（行结尾用“…”表示与下一行同属一条语句）。MATLAB有结构化的分支语句和循环语句，能编写出较为复杂的用户应用程序。MATLAB语言中最基本、最重要的成分是函数，其一般调用形式为： [a,b,c,…]=func(d,e,f,…) 其中d,e,f,…为输入参数；a,b,c,…为返回变量。 同一函数名，不同数目的输入变量及不同数目的输出（返回）变量，代表着不同的含义（有点象C++中的函数重载）。这不仅使MATLAB的库函数功能更丰富，而且使得MATLAB编写的M文件简单、短小而且高效。 5．具有强大的矩阵和数组运算功能 MATLAB语言如同C语言一样规定了有关矩阵和数组的算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、条件运算符及赋值运算符。另外，数组在使用前不需要定义它的维数和大小增加了使用的灵活性，且在库函数中有功能强大的矩阵处理函数，使之在求解信号处理、数学建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时，显得大为简洁、高效、方便。 6．方便的绘图功能 MATLAB的绘图是非常方便的，它有一系列绘图函数，可以在各种坐标中绘制出二维和三维图形。另外，可以对图形中的点、线、复线或多重线以及面选取不同的颜色。这种为科学研究着想的设计是通用的编程语言所不及的。 1.3 MATLAB系统环境的进入 可以通过直接点击MatLab的桌面快捷键图标进入系统环境界面窗口，也可以点击[开始]→[程序]→[MATLAB 6.5.1]→进入系统环境界面窗口。具体操作过程如图1.1所示。 1.4 MATLAB系统环境界面的功能简介 MatLab的系统开发界面如图1.2所示，包括主菜单功能区、快捷键工具栏区、工作空间区、历史命令区和命令执行窗口五部分组成。 1.4.1 桌面主菜单功能简介 桌面主菜单功能区为：，共有6个菜单项，其中各个菜单项的主要内容介绍如表1.1所示。 表1.1 桌面主菜单功能介绍 File菜单项 选项 内容 选项 内容 New 建立新文件 Set Path... 设置路径 Open... 打开已有的文件 Preferences... 参数设置 Close Command Window 关闭命令窗口 Print... 打印命令窗口内容 Import Data... 用向导导入数据 Print Selection... 打印选定的内容 Save Workspace As... 将工