1.1 MATLAB简介和使用

MATLAB是一个集成的开发环境，用户既可以编写程序，也可以实现图形绘制、文件管理、仿真调试等功能。随着版本的演化，其功能也日趋完善和全面。因此有必要简要介绍MATLAB的发展历程和编程环境。

1.1.1 MATLAB的功能和优缺点

MATLAB是一个功能强大的数学软件，MATLAB产品主要包括MATLAB与Simulink，MATLAB中有丰富的预定义函数和工具箱，可以用于数值分析、数值和符号计算、控制系统的设计仿真、数字图像处理、数字信号处理、通信系统仿真设计、财务与金融分析等多个领域的分析与计算工作。

MATLAB语言接近自然语言，简单易学，已成为科研和工程人员的必学软件。与其他计算机高级语言相比，MATLAB有着明显的优点。

1．简单易用

MATLAB是解释性语言，书写形式自由，变量不用定义即可直接使用。用户可以在命令窗口中输入命令直接计算表达式的值，也可以执行预先在M文件中写好的大型程序。MATLAB允许用户以数学形式的语言描述表达式，是一种类似“演算纸”的语言。它是用C语言开发的，流程控制语句几乎与C语言一致，有一定编程基础的人员掌握起来更为容易。

2．平台可移植性强

解释型语言的平台兼容性一般要强于编译型语言。MATLAB拥有大量的平台独立措施，支持Windows 98/2000/NT和许多版本的UNIX系统。用户在一个平台上编写的代码不需修改就可以在另一个平台上运行，为研究人员节省了大量的时间成本。

3．丰富的预定义函数

MATLAB提供了极为庞大的预定义函数库，提供了许多打包好的基本工程问题的函数，如求解微分方程、求矩阵的行列式、求样本方差等，都可以直接调用预定义函数完成。另外，MATLAB提供了许多专用的工具箱，以解决特定领域的复杂问题。所谓工具箱，是指一些编写好的函数，只要将函数路径设为MATLAB搜索路径，用户就可以通过函数名直接调用该函数。系统提供了信号处理工具箱、控制系统工具箱、图像处理工具箱等一系列解决专业问题的工具箱。用户也可以自行编写自定义的函数，将其作为自定义的工具箱。

4．以矩阵为基础的运算

MATLAB被称为矩阵实验室，其运算是以矩阵为基础的，如标量常数可以被认为是1×1矩阵，用户不需要为矩阵的输入、输出和显示编写一个关于矩阵的子函数。以矩阵为基础数据结构的机制减少了大量编程时间，将烦琐的工作交给系统来完成，使用户可以将精力集中于所需解决的实际问题。

5．强大的图形界面

MATLAB具有强大的图形处理能力，带有很多绘图和图形设置的预定义函数，可以用区区几行代码绘制复杂的二维和多维图形。MATLAB的GUIDE则允许用户编写完整的图形界面程序，在GUIDE环境中用户可以使用菜单栏、工具栏及图形界面所需的各种控件。

6．与其他语言有良好的对接性

MATLAB与其他编程语言如FORTRAN、C、BASIC等都可以实现方便的对接。例如，用户可以选择用C语言与MATLAB进行混合编程，对性能要求较高的部分用C语言来编写。也可以用一定手段在其他语言中调用MATLAB库函数，充分利用MATLAB矩阵运算的优点。

MATLAB的主要缺点是执行速度比其他高级语言要慢，这主要是因为MATLAB是解释型语言，没有经过编译产生可执行文件。有利必有弊，这恐怕是解释型语言方便易用所必然付出的代价。随着计算机性能的逐渐提高，这个缺点正在逐步弱化。另外，尽量少用循环，将数据结构向量化、矩阵化，尽量使用MATLAB预定义的函数，有助于提高MATLAB程序的性能。对于性能要求特别高的部分，可以考虑使用C语言等其他高级语言进行混合编程实现。

1.1.2 MATLAB产品系列和版本介绍

20世纪70年代末，美国新墨西哥大学（University of New Mexico）计算机系主任克里夫·莫勒尔（Cleve Moler）为了减轻学生编程的负担，独立编写了第一个版本的MATLAB（MatrixLaboratory，矩阵实验室）。这个版本的MATLAB只能进行简单的矩阵运算，如矩阵转置、计算行列式和本征值。1984年，杰克·李特（Jack Little）、克里夫·莫勒尔和斯蒂夫·班格尔特（Steve Bangert）合作成立了MathWorks公司，将MATLAB推向市场。MATLAB最初是由莫勒尔用FORTRAN编写的，李特和班格尔特花了约一年半的时间用C语言重新编写了MATLAB，并增加了一些新功能。C语言版面向MS-DOS系统的MATLAB 1.0第一份订单只售出了10份，而目前全球已有超过100万工程师和科学家在使用MATLAB。

经过近30年的发展，MATLAB已成为进行高效研究与开发的首选开发工具。MATLAB的各版本如表1-1所示。

MATLAB 7.2以后，建造编号以年份来命名，2010年3月份推出的用a表示，9月份推出的用b表示。

1.1.3 MATLAB的安装

下面以Windows XP系统下MATLAB R2010b的安装为例介绍MATLAB的安装方法。

（1）将MATLAB R2010b的安装光盘放入计算机中，光盘自动运行或双击打开“setup.exe”运行安装程序，跳过欢迎界面后，将会出现如图1-1所示的界面。

（2）如果能够连接到网络，在安装过程中将会要求用户登录在MathWorks公司网站的账号，用户只要选择要安装的license即可，这是最简单的安装方法。如果不能连接到网络，用户应准备好FileInstallation Key和license文件。这里选择“Install without using the Internet”单选按钮，单击“Next”按钮，出现如图1-2所示的界面。

（3）接受license协议，选择“Yes”单选按钮，单击“Next”按钮，进入如图1-3所示的界面。

（4）在这里选择“I have the File Installation Key for my license”，输入准备好的File Installation Key，单击“Next”按钮继续，进入如图1-4所示的界面。

（5）确定选择典型安装还是自定义安装，这里选择“Typical”单选按钮，即典型安装，单击“Next”按钮，进入如图1-5所示的界面。

（6）设置MATLAB的安装路径，用户可以单击“Browse”按钮浏览目录，或直接输入安装路径名。注意，路径应不包含中文，只能包含英文或数字。单击“Next”按钮，如果输入的路径原先并不存在，会弹出如图1-6所示的对话框。

（7）单击“Yes”按钮，进入如图1-7所示的界面。

（8）单击“Install”按钮，出现如图1-8所示的界面，这样，就开始安装了。

（9）进度条显示为100%时，将会进入如图1-9所示的界面。

（10）单击“Next”按钮，进入下一步，出现如图1-10所示的界面，开始激活MATLAB R2010b。

（11）这里要勾选“Activate MATLAB”复选框，单击“Next”按钮继续，该窗口就会关闭，并出现如图1-11所示的界面。

（12）由于第一步选择不在线安装，所以这里应选择“Activatemanually without the Internet”单选按钮。单击“Next”按钮，进入如图1-12所示的界面。

（13）单击“Browse”按钮，选择准备好的license文件，单击“Next”按钮，进入如图1-13所示的界面。

（14）单击“Finish”按钮，完成MATLAB R2010b的安装与激活。

1.1.4 MATLAB集成开发环境

1．启动与退出MATLAB

MATLAB R2010b安装完成后，如果未在桌面上创建快捷方式，用户可找到MATLAB\R2010b\bin目录下的matlab.exe文件，在其上下文菜单中选择“发送到”→“桌面快捷方式”命令，即可在桌面上创建快捷方式。

双击MATLAB的桌面快捷方式，或在“开始”菜单中选择MATLAB命令，即可启动MATLAB R2010b。启动MATLAB R2010b后，将进入MATLAB集成开发环境，如图1-14所示。

MATLAB开发环境包括MATLAB主窗口、命令窗口（Command Window）、工作空间（Workspace）、命令历史窗口（Command History）和当前目录窗口（Current Folder）。

MATLAB的退出有3种常见的方法：

■ 单击MATLAB主窗口右上方的关闭按钮。

■ 在主窗口的“File”菜单中选择“Exit MATLAB”命令或当MATLAB获得焦点时使用【Ctrl+Q】快捷键。

■ 在命令窗口输入“exit”或“quit”命令。

2．MATLAB命令窗口

命令窗口是MATLAB的主要交互窗口，用于输入命令和显示除图形外的所有结果。命令窗口以“>>”为提示符，用户在提示符后输入命令并按【Enter】键，系统就会解释该命令并显示执行结果，如图1-15所示。

一行一般只输入一条命令。如果在一行中输入多条命令，则应用逗号分隔，若命令带有分号，则逗号可以省略。如果一行很长，也可以分行书写，在一行的最后加上续行符（3个小黑点）并按【Enter】键，即可在下一行继续输入，系统会将其视为同一逻辑行，例如：

注意第二行，在MATLAB中，分号表示阻止直接输出结果，“a=1”用逗号分隔，“b=2”后用分号结束，因此系统直接输出了a的结果而没有输出b的结果。

3．工作空间窗口

工作空间是MATLAB用于保存各种变量的空间，在工作空间窗口中，用户可以查看、编辑、导入、保存和删除变量。工作空间窗口直接列出了变量的名称、大小和类型，如图1-16所示。

4．当前目录窗口

当前目录是MATLAB运行文件时的目录，函数必须处在MATLAB搜索路径或当前路径下，才可以被调用。当前目录窗口如图1-17所示。

在当前目录窗口中，用户可以像在资源管理器中一样对文件夹和文件进行操作，也可以改变当前目录的路径。

5．命令历史窗口

命令历史窗口记录了用户输入过的命令，供用户查看。双击某一条历史命令，可以在命令窗口重新执行该命令，省去了重新输入的烦琐操作。用户也可以利用上下文菜单清空部分或全部历史命令，如图1-18所示。

1.1.5 搜索路径设定

在MATLAB中，搜索路径是一个非常重要的概念。通常，在执行命令窗口或M文件的某一条命令时，对于非系统关键字的标识符，系统会按照一定顺序寻找相关文件以确定该标识符的含义。搜索的顺序如下：

（1）检查该命令是不是一个变量。

（2）检查该命令是不是一个预定义函数。

（3）检查该命令是不是当前目录下的M文件。

（4）检查该命令是不是MATLAB搜索路径中其他路径下的M文件。

按照这个顺序，用户要使用自定义的函数或执行自定义的M脚本文件，有两种方式：将文件放在MATLAB当前目录下或放在MATLAB搜索路径下。设置搜索路径的方法如下：

■ 使用path命令。如将C:\func加入搜索路径，可以在命令窗口输入path(path,'c:\func')。直接输入path并按【Enter】键，可以在命令窗口打印出当前搜索路径包含的所有路径。

■ 使用对话框进行设置。在“File”菜单中选择“Set Path”命令，或在命令窗口中输入“pathtool”并按【Enter】键，可以打开“Set Path”窗口，如图1-19所示。单击“AddFolder”按钮可以添加一个目录作为搜索路径，单击“Addwith Subfolders”按钮可以加入指定目录及其以下的所有子目录作为搜索路径。设置完成以后单击“Save”按钮保存就可以关闭对话框了。

值得一提的是，由于在搜索时，先搜索工作空间中的变量，因此变量有可能覆盖掉系统自带的或用户自定义的函数，例如：

将sin赋值为3.4后，sin即成为工作空间中的double型变量，因此，再次输入y=sin(x)命令时，系统就报错了。因此在使用MATLAB时，应注意变量名不应与系统预定义函数或用户自定义函数同名。

类似地，系统先搜索当前目录，再搜索其他目录，因此也应注意函数名称不可同名，否则极易发生错误。 +GHQLjaT6B5I9k8UZDODKIsW5H1RXCixRq7z4BkjoRRGy0OFtbCpHmjW7sPk9eXf