第1章 MATLAB系统环境

1.1 什么是MATLAB

MATLAB名字由matrix和laboratory两词的前三个字母组合而成，意即矩阵实验室，是一门高级计算机编程语言，具有强大的数值计算功能和仿真功能。现在，在全球各高等院校， MATLAB已经成为线性代数、自动控制理论、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真、图像处理等许多课程的基本教学工具，成为大学生和研究生必须掌握的基本编程语言。图1.1描述了MATLAB的主要结构和功能。

MATLAB的内构函数提供了丰富的数值（矩阵）运算处理功能和广泛的符号运算功能，是基于矩阵运算的处理工具。即使是一个常数，如Y = 5，MATLAB也将其视为一个1× 1的矩阵。数值运算功能包括矩阵运算、多项式和有理分式运算、数据统计分析、数值积分、优化处理等。符号运算即用字符串进行数学分析，允许变量不赋值而参与运算，用于解代数方程、复合导数、积分、二重积分、有理函数、微分方程、泰列级数展开、寻优等，可求得解析符号解。

例如，用一个简单命令求解如下线性系统：

3x1+x2 - x3=3.6
x1+2x2+4x3=2.1
-x1+4x2+5x3=-1.4

在MATLAB命令窗口输入

A=[3 1 -1;1 2 4;-1 4 5];b=[3.6;2.1;-1.4];
x=A\b

程序运行结果为

x=
    1.4818
    -0.4606
    0.3848

MATLAB提供了两个层次的图形命令：一种是对图形句柄进行的低级图形命令，另一种是建立在低级图形命令之上的高级图形命令。利用MATLAB的高级图形命令可以轻而易举地绘制二维、三维乃至多维图形，并可进行图形和坐标的标识、视角和光照设计、色彩精细控制等。例如，用简短命令计算并绘制在0≤x≤6范围内的sin(2x), sin(x2)和(sin(x))2。

在MATLAB命令窗口输入

x=linspace(0,6)
y1=sin(2∗x),y2=sin(x.^2),y3=(sin(x)).^2;
plot(x,y1,x,y2,x,y3)

运行命令语句得到的图形如图1.2所示。

MATLAB除了命令行的交互式操作以外，还能以程序方式工作。使用MATLAB可以很容易地实现C或FORTRAN语言的几乎全部功能，包括Windows图形用户界面设计。

此外，MATLAB还有许多工具箱用以扩展其功能。工具箱分为两大类：基本工具箱和专业工具箱。基本工具箱主要用来扩充其符号计算功能、可视建模仿真功能及文字处理功能等。专业工具箱如控制系统工具箱、信号处理工具箱、神经网络工具箱、最优工具箱、金融工具箱等，主要用来进行相关专业领域的研究。