汽车创新设计与实践（1）实践指导书MATLAB原理与应用肇庆学院机械与汽车工程学院车辆工程系2023年3月
汽车创新设计与实践（1）实践指导书 MATLAB 原理与应用 肇庆学院机械与汽车工程学院 车辆工程系 2023 年 3 月
目录1.Matlab简介.42.Matlab桌面基础知识3.矩阵和数组，数组创建矩阵和数组运算.8串联..9复数.104.数组索引..115.工作区变量，136.文本和字符..147.调用函数158.编程和脚本16示例脚本..16循环及条件语句..179.表达式..19变量....19数字...19矩阵运算符....20数组运算符21函数..22表达式示例...2310.输入命令.25fomat函数....25取消输出....26输入长语句.26命令行编辑..2611.二维图和三维图. 28线图..28三维绘图...31子图.....31..3312.基本绘图函数.创建绘图.33在一幅图形中绘制多个数据集34指定线型和颜色35绘制线条和标记...36绘制虚数和复数数据37将绘图添加到现有图形中38图窗窗口..39在一幅图窗中显示多个绘图39控制轴.40添加轴标签和标题41
目录 1.Matlab 简介. 4 2.Matlab 桌面基础知识. 5 3.矩阵和数组. 7 数组创建. 7 矩阵和数组运算. 8 串联. 9 复数. 10 4.数组索引. 11 5.工作区变量. 13 6.文本和字符. 14 7.调用函数. 15 8.编程和脚本. 16 示例脚本. 16 循环及条件语句. 17 9.表达式. 19 变量. 19 数字. 19 矩阵运算符. 20 数组运算符. 21 函数. 22 表达式示例. 23 10.输入命令. 25 format 函数. 25 取消输出. 26 输入长语句. 26 命令行编辑. 26 11.二维图和三维图. 28 线图. 28 三维绘图. 31 子图. 31 12.基本绘图函数. 33 创建绘图. 33 在一幅图形中绘制多个数据集. 34 指定线型和颜色. 35 绘制线条和标记. 36 绘制虚数和复数数据. 37 将绘图添加到现有图形中. 38 图窗窗口. 39 在一幅图窗中显示多个绘图. 39 控制轴. 40 添加轴标签和标题. 41
1.Matlab简介MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于数据分析、无线通信、深度学习、图像处理与计算机视觉、信号处理、量化金融与风险管理、机器人，控制系统等领域MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室），软件主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式。MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持
1.Matlab 简介 MATLAB 是美国 MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于数据分析、无 线通信、深度学习、图像处理与计算机视觉、信号处理、量化金融与风险管理、 机器人，控制系统等领域。 MATLAB 是 matrix&laboratory 两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）， 软件主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将 数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸 多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必 须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程 度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如 C、Fortran）的编辑模式。 MATLAB 和 Mathematica、Maple 并称为三大数学软件。它在数学类科技应 用软件中在数值计算方面首屈一指。行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、 创建用户界面、连接其他编程语言的程序等。MATLAB 的基本数据单位是矩阵， 它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 来解算问 题要比用 C，FORTRAN 等语言完成相同的事情简捷得多，并且 MATLAB 也吸 收了像 Maple 等软件的优点，使 MATLAB 成为一个强大的数学软件。在新的版 本中也加入了对 C，FORTRAN，C++，JAVA 的支持
2.Matlab桌面基础知识启动MATLAB时，桌面会以默认布局显示。0oAnalaeCod口ACo+B+口m?达RunargTntpee402tUBOCOpen comertaVRrAdd-O15pOSetPatrEewt uveeryCicarWorkapaceVATLACOCOazHDocurOtMATLABFetFONaneNCwtoMATLAD?SeValuDesilsReady桌面包括下列面板：当前文件夹－访问您的文件。命令行窗口－在命令行中输入命令（由提示符（>》）表示）。工作区－浏览您创建或从文件导入的数据。使用MATLAB时，可发出创建变量和调用函数的命令。例如，通过在命令行中键入以下语句来创建名为a的变量：a=1MATLAB将变量a添加到工作区，并在命令行窗口中显示结果（加粗部分为工作区显示部分）。a=1创建更多变量。b=2
2.Matlab 桌面基础知识 启动 MATLAB® 时，桌面会以默认布局显示。 桌面包括下列面板： • 当前文件夹 - 访问您的文件。 • 命令行窗口 - 在命令行中输入命令（由提示符 (>>) 表示）。 • 工作区 - 浏览您创建或从文件导入的数据。 使用 MATLAB 时，可发出创建变量和调用函数的命令。例如，通过在命令行中键入以下语句来创建名 为 a 的变量： a = 1 MATLAB 将变量 a 添加到工作区，并在命令行窗口中显示结果（加粗部分为工作区显示部分）。 a = 1 创建更多变量。 b = 2
b2c=a+bc=3d = cos(a)d =0.5403如果未指定输出变量，MATLAB将使用变量ans（answer的缩略形式）来存储计算结果。sin(a)ans =0.8415如果语句以分号结束，MATLAB会执行计算，但不在命令行窗口中显示输出。e=a*b;按向上（U）和向下箭头键（1）可以重新调用以前的命令。在空白命令行中或在键入命令的前几个字符之后按箭头键。例如，要重新调用命令b=2，请键入b，然后按向上箭头键
c = 3 d = 0.5403 如果未指定输出变量，MATLAB 将使用变量 ans（answer 的缩略形式）来存储计算结果。 ans = 0.8415 如果语句以分号结束，MATLAB 会执行计算，但不在命令行窗口中显示输出。 按向上 (↑) 和向下箭头键 (↓) 可以重新调用以前的命令。在空白命令行中或在键入命令的前几个字符之后 按箭头键。例如，要重新调用命令 b = 2，请键入 b，然后按向上箭头键。 b = 2 c = a + b d = cos(a) sin(a) e = a*b;
3.矩阵和数组MATLAB是“matrixlaboratory”的缩写形式。MATLAB?主要用于处理整个的矩阵和数组，而其他编程语言大多逐个处理数值。所有MATLAB变量都是多维数组，与数据类型无关。矩阵是指通常用来进行线性代数运算的二维数组。数组创建要创建每行包含四个元素的数组，请使用逗号（，）或空格分隔各元素。a=[1234]a=1x41234这种数组为行向量。要创建包含多行的矩阵，请使用分号分隔各行。a=[123;456;7810]a = 3x31235467810创建矩阵的另一种方法是使用ones、zeros或rand等函数。例如，创建一个由零组成的5x1列向量。z = zeros(5,1)z = 5x100000
3.矩阵和数组 MATLAB 是“matrix laboratory”的缩写形式。MATLAB® 主要用于处理整个的矩阵和数组，而其他编 程语言大多逐个处理数值。 所有 MATLAB 变量都是多维数组，与数据类型无关。矩阵是指通常用来进行线性代数运算的二维数组。 数组创建 要创建每行包含四个元素的数组，请使用逗号 (,) 或空格分隔各元素。 a = [1 2 3 4] a = 1×4 1 2 3 4 这种数组为行向量。 要创建包含多行的矩阵，请使用分号分隔各行。 a = [1 2 3; 4 5 6; 7 8 10] a = 3×3 1 2 3 4 5 6 7 8 10 创建矩阵的另一种方法是使用 ones、zeros 或 rand 等函数。例如，创建一个由零组成的 5×1 列向量。 z = zeros(5,1) z = 5×1 0 0 0 0 0
矩阵和数组运算MATLAB允许您使用单一的算术运算符或函数来处理矩阵中的所有值。a+10ans =3x3111213141516171820sin(a)ans =3x30.84150.90930.1411-0.7568-0.9589-0.27940.65700.9894-0.5440要转置矩阵，请使用单引号（）：aians =3x31472583610您可以使用*运算符执行标准矩阵乘法，这将计算行与列之间的内积。例如，确认矩阵乘以其逆矩阵可返回单位矩阵：p=a*inv(a)p = 3x31.00000-0.000001.00000001.0000请注意，p不是整数值矩阵。MATLAB将数字存储为浮点值，算术运算可以区分实际值与其浮点表示之间的细微差别。使用format命令可以显示更多小数位数：
矩阵和数组运算 MATLAB 允许您使用单一的算术运算符或函数来处理矩阵中的所有值。 a + 10 ans = 3×3 11 12 13 14 15 16 17 18 20 sin(a) ans = 3×3 0.8415 0.9093 0.1411 -0.7568 -0.9589 -0.2794 0.6570 0.9894 -0.5440 要转置矩阵，请使用单引号 (')： a' ans = 3×3 1 4 7 2 5 8 3 6 10 您可以使用 * 运算符执行标准矩阵乘法，这将计算行与列之间的内积。例如，确认矩阵乘以其逆矩阵可返 回单位矩阵： p = a*inv(a) p = 3×3 1.0000 0 -0.0000 0 1.0000 0 0 0 1.0000 请注意，p 不是整数值矩阵。MATLAB 将数字存储为浮点值，算术运算可以区分实际值与其浮点表示之 间的细微差别。使用 format 命令可以显示更多小数位数：
formatlongp=a*inv(a)p = 3x31.000000000000000e-0.000000000000000001.000000000000000000.999999999999998使用以下命令将显示内容重置为更短格式format shortformat仅影响数字显示，而不影响MATLAB对数字的计算或保存方式，要执行元素级乘法（而非矩阵乘法），请使用，*运算符：p=a.*ap = 3x31491625364964100乘法、除法和幕的矩阵运算符分别具有执行元素级运算的对应数组运算符。例如，计算a的各个元素的三次方：a.3ans=3x31827641252163435121000串联串联是连接数组以便形成更大数组的过程。实际上，第一个数组是通过将其各个元素串联起来而构成的。成对的方括号【】即为串联运算符。A=[a,a]A=3x6
format long p = a*inv(a) p = 3×3 1.000000000000000 0 -0.000000000000000 0 1.000000000000000 0 0 0 0.999999999999998 使用以下命令将显示内容重置为更短格式 format short format 仅影响数字显示，而不影响 MATLAB 对数字的计算或保存方式。 要执行元素级乘法（而非矩阵乘法），请使用 .* 运算符： p = a.*a p = 3×3 1 4 9 16 25 36 49 64 100 乘法、除法和幂的矩阵运算符分别具有执行元素级运算的对应数组运算符。例如，计算 a 的各个元素的三 次方： a.^3 ans = 3×3 1 8 27 64 125 216 343 512 1000 串联 串联是连接数组以便形成更大数组的过程。实际上，第一个数组是通过将其各个元素串联起来而构成的。 成对的方括号 [] 即为串联运算符。 A = [a,a] A = 3×6
12312345645677810810使用逗号将彼此相邻的数组串联起来称为水平串联。每个数组必须具有相同的行数。同样，如果各数组具有相同的列数，则可以使用分号垂直串联，A =[a; a]A= 6x3m1256478101235647810复数复数包含实部和虚部，虚数单位是-1的平方根。sqrt(-1)ans =0.00009+1.0000i要表示复数的虚部，请使用i或j。c=[3+4i，4+3j;-i,10j]c=2×2complex4.0000 + 3.0000i3.00009+4.0000i0.0000-1.0000i0.0000+10.0000i
1 2 3 1 2 3 4 5 6 4 5 6 7 8 10 7 8 10 使用逗号将彼此相邻的数组串联起来称为水平串联。每个数组必须具有相同的行数。同样，如果各数组具 有相同的列数，则可以使用分号垂直串联。 A = [a; a] A = 6×3 1 2 3 4 5 6 7 8 10 1 2 3 4 5 6 7 8 10 复数 复数包含实部和虚部，虚数单位是 -1 的平方根。 sqrt(-1) ans = 0.0000 + 1.0000i 要表示复数的虚部，请使用 i 或 j。 c = [3+4i, 4+3j; -i, 10j] c = 2×2 complex 3.0000 + 4.0000i 4.0000 + 3.0000i 0.0000 - 1.0000i 0.0000 +10.0000i
4.数组索引MATLAB中的每个变量都是一个可包含许多数字的数组。如果要访问数组的选定元素，请使用索引。以4×4幻方矩阵A为例：A=magic(4)A=23161351110879612415114引用数组中的特定元素有两种方法。最常见的方法是指定行和列下标，例如A(4,2)ans =14另一种方法不太常用，但有时非常有用，即使用单一下标按顺序向下遍历每一列：A(8)ans =14使用单一下标引用数组中特定元素的方法称为线性索引。如果尝试在赋值语句右侧引用数组外部元素，MATLAB会引发错误。test = A(4,5)Indexexceedsmatrix dimensions.不过，您可以在赋值语句左侧指定当前维外部的元素。数组大小会增大以便容纳新元素A(4,5) = 17A=
4.数组索引 MATLAB® 中的每个变量都是一个可包含许多数字的数组。如果要访问数组的选定元素，请使用索引。 以 4×4 幻方矩阵 A 为例： A = magic(4) A = 16 2 3 13 5 11 10 8 9 7 6 12 4 14 15 1 引用数组中的特定元素有两种方法。最常见的方法是指定行和列下标，例如 A(4,2) ans = 14 另一种方法不太常用，但有时非常有用，即使用单一下标按顺序向下遍历每一列： A(8) ans = 14 使用单一下标引用数组中特定元素的方法称为线性索引。 如果尝试在赋值语句右侧引用数组外部元素，MATLAB 会引发错误。 test = A(4,5) Index exceeds matrix dimensions. 不过，您可以在赋值语句左侧指定当前维外部的元素。数组大小会增大以便容纳新元素。 A(4,5) = 17 A =