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MATLAB

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MATLAB是MATrix LABoratory的缩写,是一款由美国MathWorks公司出品的商业数学软件。MATLAB是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。MATLAB作为高性能、交互式的科学计算工具,具有非常友好的图形界面,这使得MATLAB的应用非常广泛;同时MATLAB也提供了强大的绘图功能。

MATLAB的发展

  • 70年代中期,Cleve Moler和他的同事开发了LINPACK和EISPACK的Fortran子程序库

    70年代末期,Cleve Moler在新墨西哥大学给学生开线性代数,为学生编写了程序,这程序取名为MATLAB,即MATrix LABoratory

    1983年春天,工程师John Little与Moler、Steve Bangert一起开发了第二代专业版MATLAB

    1984年,MathWorks公司成立,MATLAB正是推向市场。

    1992年,学生版MATLAB推出;1993年,Microsoft Windows版MATLAB面世;1995年,推出Linux版。

MATLAB的主要功能

  • ●基本的数据处理

    ●优化和解方程

    ●动态过程仿真:实时的和非实时的

    ●数据来源:Excel、数据库、A/D等等

    ●嵌入式的控制:Pc/104和

    ●神经元网络、小波分析、GA等等

    ●虚拟现实仿真

MATLAB语言

  • MATLAB语言是一种交互性的数学脚本语言,其语法与C/C++类似。它支持包括逻辑(boolen)、数值(numeric)、文本(text)、函数柄(function handle)和异质数据容器(heterogeneous container)在内的15种数据类型,每一种类型都定义为矩阵或阵列的形式(0维至任意高维)。

    执行MATLAB代码的最简单方式是在MATLAB程序的命令窗口(Command Window)的提示符处(>> )输入代码,MATLAB会即时返回操作结果(如果有的话)。此时, MATLAB可以看作是一个交互式的数学终端,简单来说,一个功能强大的“计算器”。MATLAB代码同样可以保存在一个以.m为后缀名的文本文件中,然后在命令窗口或其它函数中直接调用。

    MATLAB语言具有下述显着特点:

    1、具有强大的矩阵运算能力:Matrix Laboratory(矩阵实验室),使得矩阵运算非常简单。

    2、是一种演算式语言

    3、MATLAB的基本数据单元是既不需要指定维数,也不需要说明数据类型的矩阵(向量和标量为矩阵的特例),而且数学表达式和运算规则与通常的习惯相同。

    4、MATLAB语言编程简单,使用方便。

MATLAB操作桌面

  • 操作桌面包括5个窗口(浏览器):

    1、命令窗口(Command Window);

    2、工作空间窗口(Workspace)

    3、当前目录浏览器(Current Directory);

    4、命令历史窗口(Command history);

    5、启动平台(Launch Pad)。

MATLAB版本历史

  • 7.1版之前,MATLB的释放编号均以数字来命名,例如R7,R12.1,R14 SP1等;从7.2版开始,释放编号以年份来命名,每年3月份推出的用a表示,9月份推出的则以b表示。

    版本建造编号发布时间
    MATLAB 1.0
    1984
    MATALB 2
    1986
    MATLAB 3
    1987
    MATLAB 3.5
    1990
    MATLAB 4
    1992
    MATLAB 4.2cR71994
    MATLAB 5.0R81996
    MATLAB 5.1R91997
    MATLAB 5.1.1R9.11997
    MATLAB 5.2R101998
    MATLAB 5.2.1R10.11998
    MATLAB 5.3R111999
    MATLAB 5.3.1R11.11999
    MATLAB 6.0R122000
    MATLAB 6.1R12.12001
    MATLAB 6.5R132002
    MATLAB 6.5.1R13SP12003
    MATLAB 6.5.2R13SP22003
    MATLAB 7R142004
    MATLAB 7.0.1R14SP12004
    MATLAB 7.0.4R14SP22005
    MATLAB 7.1R14SP32005
    MATLAB 7.2R2006a2006
    MATLAB 7.3R2006b2006
    MATLAB 7.4R2007a2007
    MATLAB 7.5R2007b2007
    MATLAB 7.6R2008a2008
    MATLAB 7.7R2008b2008
    MATLAB 7.8R2009a2009.3.6
    MATLAB 7.9R2009b2009.9.4
    MATLAB 7.10R2010a2010.3.5
    MATLAB 7.11R2010b2010.9.3

MATLAB工具箱

  • MATLAB包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包。工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包。功能工具包用来扩充MATLAB的符号计算,可视化建模仿真,文字处理及实时控制等功能。学科工具包是专业性比较强的工具包,控制工具包,信号处理工具包,通信工具包等都属于此类。

    开放性使MATLAB广受用户欢迎。除内部函数外,所有MATLAB主包文件和各种工具包都是可读可修改的文件,用户通过对源程序的修改或加入自己编写程序构造新的专用工具包。

    Matlab Main Toolbox——matlab主工具箱

    Control System Toolbox——控制系统工具箱

    Communication Toolbox——通讯工具箱

    Financial Toolbox——财政金融工具箱

    System Identification Toolbox——系统辨识工具箱

    Fuzzy Logic Toolbox——模糊逻辑工具箱

    Higher-Order Spectral Analysis Toolbox——高阶谱分析工具箱

    Image Processing Toolbox——图象处理工具箱

    LMI Control Toolbox——线性矩阵不等式工具箱

    Model predictive Control Toolbox——模型预测控制工具箱

    μ-Analysis and Synthesis Toolbox——μ分析工具箱

    Neural Network Toolbox——神经网络工具箱

    Optimization Toolbox——优化工具箱

    Partial Differential Toolbox——偏微分方程工具箱

    Robust Control Toolbox——鲁棒控制工具箱

    Signal Processing Toolbox——信号处理工具箱

    Spline Toolbox——样条工具箱

    Statistics Toolbox——统计工具箱

    Symbolic Math Toolbox——符号数学工具箱

    Simulink Toolbox——动态仿真工具箱

    Wavele Toolbox——小波工具箱

MATLAB优势

  • (1)友好的工作平台和编程环境

    MATLAB由一系列工具组成。这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件,其中许多工具采用的是图形用户界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级,MATLAB的用户界面也越来越精致,更加接近Windows的标准界面,人机交互性更强,操作更简单。而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统,极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统,程序不必经过编译就可以直接运行,而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。

    (2)简单易用的程序语言

    Matlab一个高级的矩阵/阵列语言,它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步,也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序(M文件)后再一起运行。新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C++语言基础上的,因此语法特征与C++语言极为相似,而且更加简单,更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强,这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。

    (3)强大的科学计算机数据处理能力

    MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数,可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果,而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下,可以用它来代替底层编程语言,如C和C++ 。在计算要求相同的情况下,使用MATLAB的编程工作量会大大减少。MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵,特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。

    (4)出色的图形处理功能

    MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能,以将向量和矩阵用图形表现出来,并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的MATLAB对整个图形处理功能作了很大的改进和完善,使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能(例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等)方面更加完善,而且对于一些其他软件所没有的功能(例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等),MATLAB同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求,例如图形对话等,MATLAB也有相应的功能函数,保证了用户不同层次的要求。另外新版本的MATLAB还着重在图形用户界面(GUI)的制作上作了很大的改善,对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。

    (5)应用广泛的模块集合工具箱

    MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说,它们都是由特定领域的专家开发的,用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。目前,MATLAB已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域,诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等,都在工具箱(Toolbox)家族中有了自己的一席之地。

    (6)实用的程序接口和发布平台

    新版本的MATLAB可以利用MATLAB编译器和C/C++数学库和图形库,将自己的MATLAB程序自动转换为独立于MATLAB运行的C和C++代码。允许用户编写可以和MATLAB进行交互的C或C++语言程序。另外,MATLAB网页服务程序还容许在Web应用中使用自己的MATLAB数学和图形程序。MATLAB的一个重要特色就是具有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序。工具箱是MATLAB函数的子程序库,每一个工具箱都是为某一类学科专业和应用而定制的,主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和系统仿真等方面的应用。

    (7)应用软件开发(包括用户界面)

    在开发环境中,使用户更方便地控制多个文件和图形窗口;在编程方面支持了函数嵌套,有条件中断等;在图形化方面,有了更强大的图形标注和处理功能,包括对性对起连接注释等;在输入输出方面,可以直接向Excel和HDF5进行连接。

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