MATLAB语言 及工程应用
电信学院系统工程专业 戴毅茹
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掌握MATLAB软件的基本部分，熟悉 MATLAB的基本功能和常用语句。如数值计算 功能、符号运算功能、图形处理功能； 了解MATLAB程序设计，具备常用算术逻辑处 理的MATLAB程序设计的能力，如M文件的编辑 与使用； 了解MATLAB扩展部分，了解工具箱在专业 领域内的应用；
商用：





MATLAB：MATLAB是一款由美国The MathWorks公司出品的商业数 学软件，其大量的附加工具箱（Toolbox）使得它在众多领域得到应 用。 Mathematica：Mathematica是由美国沃尔夫勒姆研究公司开发的一款广 泛使用的计算软件，拥有强大的数值计算和符号运算能力。 Maple：Maple是一个通用型的商用计算机代数系统。 LabVIEW：LabVIEW是由美国国家仪器公司所开发的图形化程式编译 平台。 MathCAD：是美国PTC公司旗下的一款工程计算软件，独特的可视化 格式和便笺式界面将直观、标准的数学符号、文本和图形均集成到一 个工作表中。 MuPAD：是一个商用计算机代数系统。最初由德国帕德博恩大学 （Universitä t Paderborn）Benno Fuchsteiner教授的MuPAD研究小组开发 而成。
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常见的科学与工程计算软件
开源：



GNU Octave：GNU Octave是号称最兼容MATLAB的一款开源软件。 Scilab：Scilab是由INRIA为主所开发的一款遵循CeCILL协议的开源软 件，它具有许多与MATLAB类似的功能。 FreeMat：FreeMat也是一款开源的数值计算软件，语法类似于 MATLAB和GNU Octave。 Maxima：Maxima被认为是最适合替代Maple的开源软件。
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二、Matlab能在各领域做什麽

工业研究与开发 数学教学，特别是线性代数 数值分析和科学计算方面的教学与研究 不同学科领域的专业计算
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例、用一个简单命令求解线性系统
用Fortran和C等高级语言求解线性代数方程：1.写一个主程序； 2.编写子程序读入各个矩阵的元素；3.再编写一个子程序 求解相应的方程（如使用Gauss消去法）；输出计算结果。

MATLAB是以复数矩阵作为基本编程单元的一 种程序设计语言，它提供了各种矩阵的运算操 作，并具有较强的绘图功能。
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它将一个优秀软件的易用性与可靠性、通用性 与专业性 、一般目的的应用与高深的科学技术 应用有机的相结合 MATLAB是一种直译式的高级语言，比其它程

序设计语言容易(matlab与其它高级语言的关系：高级语言与汇
较低版本的MATLAB的符号运算引擎以Maple为内 核，2008b以后的版本以Mupad为内核。
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MATLAB是Matrix Laboratory的缩写，最初由 美国Cleve Moler博士研制,MathWorks公司出品
（于1984年推出第一个MATLAB的商业版本，目前已经发展到最 新版2014b）。
第一章 绪论

计算机应用正逐步将科技人员从繁重的计算工作 中解脱出来。
在科学研究和工程中往往需要进行大量的数学计 算。 程序的编制需要掌握高级语言的语法，还需要对 各种算法有深刻的了解。




为了满足用户对数学计算的要求，一些著名的软 件公司分别推出了一批数学类计算应用软件。
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常见的科学与工程计算软件

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第四章 MATLAB绘图

基本绘图函数 plot, plot3, mesh, surf…
要求掌握基本绘图函数的用法、简单 图形标注、简单颜色设定、动画效果、 图形用户界面设计、句柄绘图

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第五章 Matlab程序设计
本节主要介绍了matlab语言程序 设计基础。matlab 编程简单，容 易掌握。 通过学习，应能编写简单程序
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参考书



1. 精通MATLAB 6.5版 张志涌 等编著 北京 航空航天大学出版社 2003 2.MATLAB 7.0从入门到精通，求是科技编 著 苏金明等编著 人民邮电出版社2006 3. 精通MATLAB6 尹泽明 丁春丽 等编著 清 华大学出版社 2002 4.MATLAB工具箱应用，人民邮电出版社 2004

掌握MATLAB在建模仿真中的应用，具备 在动态系统建模与仿真中应用simulink的基 本技能。
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Matlab语言与控制学科的关系

普及和发展离不开控制学科领域学者的贡 献 许多代表性的成就和控制界的要求与贡献 分不开 迄今为止，大多数工具箱也是控制方面的


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基本学习方法


注重基础，注意知识积累 自学为主，讲授为辅 实践为主，理论为辅 不断发现问题和解决问题
TAKE
source
transmitter queue
server
ACCEPT
REJECT Copyright 2003-2008 The MathWorks, Inc.
平时上课实验占总成绩 40% 期末考试成绩占总成绩 60%
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第一章 MATLAB语言基础
初步了解matlab
熟悉matlab界面，进行简单操 作。
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第二章 数值运算的功能



创建矩阵 矩阵运算 多项式运算 线性方程组 线性插值 微分方程的数值解
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第三章 符号运算的功能
符号表达式、符号矩阵的创建 因式分解、展开和简化 符号代数方程求解 符号微积分 符号微分方程
e.g.1_4(x)
>> examp1_4
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分形系统的仿真

1967年法国数学家Mandelbort提出了“英国海岸线有多长” 这样的命题，从不同比例尺的地形图上，可以看出海岸 线的形状大体相同，其曲折、复杂程度是相似的。换言 之，海岸线的任一小部分都包含有与整体相同的相似的 细节。 局部的结构或功能与整体相似（这种相似是一种统计意 义上的相似），自相似性是宇宙间的一种普遍现象。 要定量地分析像海岸线这样的图形，引入分形维数也许 是必要的。经典维数都是整数：点是0维、线是1维、面 是2维、体是3维，而分形维数可以取分数，简称分维。 r,将原图线度缩小倍数，变换后图形由k个相似小图组成， d原图维数，满足关系
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九宫图要诀：九宫之义，法以灵龟；二四为肩，六八为足，左三右七，戴 九履一，五居中央
>> A=magic(3)
A= 8 3 4 1 5 9 6 7 2
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e.g.1_3(x)
>> examp1_3
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“混沌 ”，又称“蝴蝶效应”，亚洲蝴蝶拍拍翅膀，将使美洲几个月后出现比 狂风还厉害的龙卷风！美国麻省理工学院气象学家洛伦兹（Lorenz）为了预报天 气，他用计算机求解仿真地球大气的13个方程式。为了更细致地考察结果，他 把一个中间解取出，提高精度再送回。而当他喝了杯咖啡以后回来再看时竟大 吃一惊：本来很小的差异，结果却偏离了十万八千里！计算机没有毛病，于是， 洛伦兹（Lorenz）认定，他发现了新的现象：“对初始值的极端不稳定性，初始 值的微小改变会引起结果的巨大变化”。

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第八章-优化工具箱介绍




最优化理论和方法日益受到重视，已经渗透到生产、 管理、商业、军事、决策等各个领域，为解决实际最 优化问题的软件也在飞速发展。其中，MATLAB软件 已经成为在最优化领域应用最广的软件之一。 可以利用MATLAB优化工具箱（Optimization Toolbox）中的函数，快速解决常规优化问题。 本课程从理论与实际结合的角度，介绍常规优化问题 的MATLAB优化工具箱函数的使用，包括无约束一维 及多维极值、约束优化、线性规划、整数规划等优化 函数。 介绍MATLAB的图形界面的优化工具GUI 15 Optimization Tool的基本使用。
20 temperature set point
reference
LED
LED {OFF=0, RED=1, GREEN=2} BOILER CMD {OFF=0, ON=1} TEMP (deg C)
actual temp temp boiler on/off digital temp
Bang-Bang Controller
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第七章stateflow逻辑系统建模

stateflow是基于simulink的用于动态逻辑系统的建模与仿真工 具。该产品基于有限状态机理论，针对事件驱动模型进行建模 和仿真的图形化环境。

stateflow是simulink中特殊的产品模块，运行的基础是simulink 环境。一般地，可以使用stateflow创建各种复杂的动态逻辑系 统， 介绍一般有限状态系统的建模方法及其仿真，包括状态、状态 转移、连接节点等图形对象以及事件、数据等非图形对象，一 般状态图和流程图的构建。
Boiler Plant model
Copyright 2000-2008 T he MathWorks, Inc.
>> sf_boiler
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复杂逻辑系统
排队系统
task inTask
outTask
outTask
READY inputTask
inTask SEND SEND
REJECT
task
ACCEPT
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教学内容/考试形式
教学内容 第一章 MATLAB语言基础 第二章 MATLAB数值计算 第三章 Matlab符号运算 第四章 Matlab绘图 第五章 Matlab程序设计 第六章 SIMULINK基础 第七章stateflow逻辑系统建模 第八章 优化工具箱介绍