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MathWorks公司创立于 1984 年，总部位于美国马萨诸塞州内迪克，在全球 15 个国家有 2200 名员工，是领先的为工程师和科学家提供数学计算软件的供应商，旗下的产品包括MATLAB产品家族、Simulink产品家族及Polyspace产品家族。
1.1.1 MathWorks及其产品概述
MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。MATLAB的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通信、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的使用环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。
Simulink是一个用于对动态系统进行多域建模和模型设计的平台。它提供了一个交互式图形环境，以及一个自定义模块库，并可针对特定应用加以扩展，可应用于控制系统设计、信号处理和通信及图像处理等众多领域。
Polyspace提供代码验证，可确保消除源代码中的溢出、除零、数组访问越界及其他运行时错误。此类产品可以证明源代码中不存在某些运行错误，使工程师能够选择并跟踪嵌入式软件质量的指标和阈值，帮助软件团队更好地定义质量目标，并更快地实施。该软件已经在汽车、航空、国防及工业自动化和机械行业中得到广泛应用。
目前，经常使用的MATLAB软件集成了MATLAB和Simulink两大模块，也是本书即将介绍的内容；而Polyspace是独立于MATLAB软件之外的，需要单独安装。
1.1.2 MATLAB的发展历史
1980 年前后，时任新墨西哥大学计算机系主任的Cleve Moler教授在讲授线性代数课程时，发现用其他高级语言编程极为不便，便构思并开发了MATLAB。开发出的MATLAB软件利用了当时数值线性代数领域最高水平的EISPACK和LINPACK两大软件包中可靠的子程序，并使用Fortran语言编写了一套集命令翻译、科学计算于一身的交互式软件系统。
1984 年，Little、Moler、Steve Bangert成立了MathWorks公司，正式将MATLAB推向市场。此后，MATLAB的内核采用C语言编写，除了原有的数值计算能力外，还增加了丰富多彩的图形图像处理、多媒体功能、符号运算和与其他流行软件的接口功能，使得MATLAB的功能越来越强大。
MathWorks公司于 1993 年推出了具有划时代意义的基于Windows平台的MATLAB 4.0版本，使之应用范围越来越广。
1994 年推出的MATLAB 4.2 版本扩充了MATLAB 4.0 版本的功能，尤其在图形界面设计方面更提供了新的方法。
1997 年推出的MATLAB 5.0 版本，定义了更多的数据结构，如单元数据、数据结构体、多维矩阵、对象与类等，使其成为一种更方便编程的软件。
1999 年初推出的MATLAB 5.3 版本在很多方面又进一步改进了MATLAB语言的功能。
2000 年 10 月底推出了其全新的MATLAB 6.0 正式版，在核心数值算法、界面设计、外部接口、应用桌面等诸多方面有了极大的改进。
2002 年夏推出的MATLAB 6.5 版本，其最大特点是采用了JIT加速器，使MATLAB的运算速度进一步加快。
2005 年 9 月发布的MATLAB 7.1 完整版，提供了MATLAB、Simulink的升级及其他最新的 75 个模块的升级，并具有用于数据分析、大规模建模、固定点开发、编码等的新特征。
从 2006 年开始，MathWorks公司每年对MATLAB进行两次更新，并将相应的“建造编号”以相应的年份作为标记，方便用户了解使用的MATLAB版本的发布时间，以及相应的更新信息。
1.1.3 MATLAB与其他数学软件
除MATLAB外，其他广泛应用的数学软件很多，著名的有Mathematica和Maple。
Mathematica是一个综合的数学软件环境，具有数值计算、符号推导、数据可视化和编程等多种功能，在符号计算领域有很高的知名度。整个Mathematica软件分为两大部分，Kemel和FrontEnd。Kemel是软件的计算中心，而FrontEnd负责与用户的交流。两者有一定的独立性。Mathematica的表达式含义十分丰富，几乎包含了一切要处理的对象。
Maple是当今世界上较优秀的几款数学软件之一。它以友善的使用环境、强大的符号处理、精确的数值计算、灵活的图形显示、高效的编程功能为越来越多的教师、学生和科研人员所喜爱，并成为他们进行数学处理的首选工具。由于Maple软件原是为符号计算而设计的，因此在数值计算与绘图方面的运算速度要比MATLAB慢。Maple的帮助系统是用英语写的，这给英文差的人们带来了不便。
MATLAB作为和Mathematica、Maple并列的三大数学软件之一，强项就是其强大的矩阵计算及仿真能力。每次MathWorks公司发布MATLAB的同时，也会发布仿真工具Simulink。
在欧美国家，很多大公司将产品投入实际使用之前都会进行仿真试验，他们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++及Fortran两大语言。因此MATLAB成为工程师、科研工作者最好的语言、最好的工具。
1.1.4 MATLAB的主要特点
MATLAB以其良好的开放性和运行的可靠性，已经成为国际控制界公认的标准计算软件，在国际上 30 多个数学类科技应用软件中，MATLAB在数值计算方面独占鳌头。
①计算功能强大。
②绘图非常方便。在Fortran和C语言里，绘图都很不容易，但在MATLAB里，数据的可视化非常简单。而且，MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力。
③功能强大的工具箱是MATLAB的另一特色。MATLAB包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。其工具箱又分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。
●功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能，图示建模仿真功能，文字处理功能及与硬件实时交互功能。功能性工具箱用于多种学科。
●学科性工具箱的专业性比较强，如control、signal proceessing 、commumnication等。这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的，所以用户无须编写自己学科范围内的基础程序，而直接进行高、精、尖的研究即可。
除内部函数以外，MATLAB的所有核心文件和工具箱文件都是可读可写的源文件，用户可通过对源文件的修改及加入自己的文件构成新的工具箱。
④帮助功能完整：自带的基于HTML的完整的帮助功能是非常强大的帮助手册。
1.1.5 MATLAB的系统组成
MATLAB系统由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）五大部分构成。
MATLAB开发环境是一套方便用户使用MATLAB函数和文件的工具集，其中许多工具是图形化用户接口。它是一个集成化的工作空间，可以让用户输入、输出数据，并提供了M文件的集成编译和调试环境。它包括MATLAB桌面、命令窗口、M文件编辑调试器、MATLAB工作空间和在线帮助文档等。
MATLAB数学函数库包括了大量的计算算法，从基本运算（如加法）到复杂算法（如矩阵求逆、贝济埃函数、快速傅里叶变换等），让读者体现其强大的数学计算功能。
MATLAB语言是一个高级的基于矩阵/数组的语言，包括程序流控制、函数、脚本、数据结构、输入/输出、工具箱和面向对象编程等特色。用户既可以用它来快速编写简单的程序，也可以用它来编写庞大复杂的应用程序。
图形处理系统使得MATLAB能方便地图形化显示向量和矩阵，而且能对图形添加标注和打印。它包括强力的二维及三维图形函数、图像处理和动画显示等函数。
MATLAB应用程序接口可以使MATLAB方便地调用C和Fortran程序，以及在MATLAB与其他应用程序间建立客户/服务器关系。
1.1.6 MATLAB工具箱简介
工具箱（Toolbox）是MATLAB的重要部分，它是MATLAB强大功能得以实现的载体和手段，是对MATLAB基本功能的重要扩充。
○提示
MATLAB会不定时更新工具箱，所以，在一般情况下，工具箱的列表不是固定不变的。读者可到htip://www.mathworks.com/products中了解MATLAB工具箱的最新动态。
工具箱又可以分为功能性工具箱和学科工具箱，功能性工具箱用来扩充MATLAB的符号计算、可视化建模仿真，以及与硬件实时交互等功能，能用于多种学科；学科工具箱是专业性比较强的工具箱，控制工具箱、信号处理工具箱、通信工具箱等都属于此类。
在MATLAB R2012a版本中包括 30 多个工具箱，如图 1-1 所示。下面，将科学计算中常用的工具箱内所包含的主要内容进行简单介绍。
图 1-1 展开的工具箱
●创建符号表达式和符号矩阵。
●符号微积分、线性代数、方程求解。
●因式分解、展开和简化。
●符号函数的二维图形。
●图形化函数计算器。
●分段多项式和B样条。
●样条的构造。
●曲线拟合及平滑。
●函数微积分。
●线性规划和二次规划。
●求函数的最大值和最小值。
●多目标优化。
●约束条件下的优化。
●非线性方程求解。
●二维偏微分方程的图形处理。
●几何表示。
●自适应曲面绘制。
●有限元方法。
1.1.7 MATLAB R2012a新特性
MATLAB R2012a包括MATLAB和Simulink产品的新功能及 77 种其他产品的更新和补丁修复。
（1）MATLAB产品系列的新功能如下。
●MATLAB：统一了用于一维、二维与三维数值积分的函数并提升了基本数学和内插函数的性能。
●MATLAB Compiler：可以下载 MATLAB Compiler Runtime（MCR），简化编译后的程序和组件的分发。
●Image Processing Toolbox：通过亮度指标优化进行自动图像配准。
●Statistics Toolbox：增强了使用线性、广义线性和非线性回归进行拟合、预测和绘图的界面。
●System Identification Toolbox：识别连续时间传递函数。
（2）Simulink产品系列的新功能如下。
●Simulink：从目标硬件（包括LEGO MINDSTORMS NXT和 BeagleBoard）上的Simulink直接运行模型的能力。
●SimMechanics：具有新的三维可视化功能的第二代多体建模和仿真技术。
●Real-Time Windows Target：使用Simulink标准模式实时执行Windows中的模型。