经过半个多月的激烈角逐，在同学们的热情投票和支持下，MATLAB以超过半数的选票成功成为同学们心目中最想get的app。在接下来的学习中，我们将教程一共分为两期。入门篇、提高篇。首先是基础入门篇。敲黑板、敲黑板、敲黑板。认真听讲啦！

Knowledge

1. Matlab介绍

MATLAB(矩阵实验室)，全称为Matrix Laboratory，是MathWorks公司推出的用于算法开发、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的商业数学软件。

MATLAB具有数值分析、数值和符号计算、工程与科学绘图、控制系统的设计与仿真、数字图像处理、数字信号处理、财务与金融工程等功能，为众多科学领域提供了全面的解决方案，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

1.1 Matlab安装教程

工欲善其事，必先利其器。首先要在电脑上安装软件。在这里小编给大家推荐一个办公科研软件比较全面的微信公众号“软件智库”关注后便可以通过链接任意下载软件。

同时在下载的安装包和公众号中会有详细的安装教学视频，请同学们一定要按照步骤操作，以保证软件正常使用。下面是其中一个版本的网盘下载链接，同学们可以直接点击下载。

Matlab R2018a(64位)下载链接：

https://pan.baidu.com/s/1nBeHrPZFwyDrtiQGXPR0dA

提取密码：ywge

1.2 Matlab功能

• MATLAB是一个交互式软件系统，输入一条命令，立即就可以得出该命令的结果。

• 符号计算功能：MATLAB许多功能函数都有强大的算法自适应能力，算法先进。

• 绘图功能：MATLAB提供丰富的绘图命令，很方便实现数据的可视化。

• 编程功能：MATLAB具有程序结构控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特征，而且简单易学、编程效率高。通过MATLAB进行编程完成特定的任务。

• 丰富的工具箱(toolbox)。

• Simulink 动态仿真集成环境。

1.3 Matlab工作界面

(1)  标题栏

位于工作界面顶部。

注意：在命令行窗口之中输入“exit”或者“quit”命令，同样可以关闭MATLAB；

(2) 功能区

主选项卡

绘图选项卡

应用程序选项卡

(3) 工具栏

有一系列功能：保存，剪切，复制或粘贴已选中的对象，切换窗口，撤销或者恢复上一步操作，打开帮助系统。

(4) 命令行窗口

基本操作：在命令行窗口之中，通过选择相应的命令可以清空命令行窗口，全选，查找，打印，页面设置，最小化，最大化，取消停靠等一系列基本操作。

(5) 工作区窗口

如上图所示，在工作区窗口之中显示的是目前内存之中所有的MATLAB变量名，数据结构，字节数与类型，不同的变量类型会有不同的变量名图标；

功能面板区：功能区面板是一个很重要的数据分析与管理窗口，新建脚本和新建实时脚本都是很重要的；

打开按钮：打开选择的数据对象，弹出数据编辑窗口，在这里对数据进行各种编辑操作。

导入数据：将数据文件导入到工作空间之中；

新建变量：创建一个变量；

保存工作区：保存工作区的相应的数据；

清空工作区：删除变量；

(6) 图像窗口

图像窗口主要是用于显示MATLAB图像，MATLAB显示的图像可以是数据的二维或者三维图标，图片或者用户图形接口。

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2. Matlab简单应用

MATLAB具有强大的计算能力和良好的开放性，在处理矩阵变换及运算，多项式运算，微积分运算，线性与非线性方程求解，常微分方程求解，偏微分方程求解，插值拟合，统计优化等问题；MATLAB为用户提供了一套完善的图形可视化功能，为用户展示自己的计算结果提供了广阔的空间；MATLAB允许用户以数学形式的语言编写程序，更接近书写计算公式的思维方式。

2.1 矩阵方面的应用

(1) MATLAB的操作对象是矩阵

首先，需要定义矩阵

直接输入法：

A=[1  2  3; 4  5  6; 7  8  9]

矩阵用方括号“[ ]”括起，mat=[元素]，矩阵同一行中的元素之间用空格或逗号分隔：

mat1 = [1 2 3];

mat2 = [1,2,3];

矩阵行与行之间用分号分开：

mat3 =[ 1 2 3; 4, 5, 6];

直接输入法中，分号可以用回车代替：

mat4 = [1 2 3

4 5 6];

(2) 矩阵赋值操作

矩阵A是一个1×2矩阵，第一个元素为1，第二个元素为2：

A(1)=1;

A(2)=2;

大矩阵可以把小矩阵作为其元素：

A=[A;3 4];

(3) 建立矩阵进阶

利用函数建立数值矩阵：MATLAB提供了许多生成和操作矩阵的函数，可以利用它们去建立矩阵。例如:reshape函数和diag函数等。reshape函数用于建立数值矩阵。diag函数用于产生对角阵。利用M文件建立矩阵：对于比较大且比较复杂的矩阵，可以为它专门建立一个M文件。其步骤为：

第一步：使用编辑程序输入文件内容。第二步：把输入的内容以纯文本方式存盘(设文件名为mymatrix.m)。第三步：在MATLAB命令窗口中输入mymatrix，就会自动建立一个名为AM的矩阵，可供以后显示和调用。

矩阵的基本运算：矩阵转置、矩阵加和减、矩阵乘法、矩阵除法 A\b=inv(A)*b、矩阵的乘方 a^2。

(4) 建立矩阵的函数

eye(size(A))      产生与A矩阵同阶的单位矩阵

zeros(m,n)        产生0矩阵

ones(m,n)         产生幺矩阵

rand (m,n)        产生随机元素的矩阵

Size(a)              返回包含两个元素的向量

Length(a)         返回向量的长度

(5) 数组运算

数组的加和减、数组的乘和除、数组的乘方。

(6) 举例

1、行列式计算

det([1 2 ;3 4])

2、求解线性方程组

x = A\b

3、解特征值问题

eig(A)

2.2 图像可视化方面的应用

(1)  二维平面图形与坐标系

几个基本的绘图命令：

线性坐标曲线plot函数命令 plot 是 MATLAB 二维曲线绘图中最简单、最重要、使用最广泛的一个线性绘图函数，它可以生成线段、曲线和参数方程曲线的函数图形。

命令格式: plot(X,Y)，plot(x1,y1,x2,y2,…)：综合调用方式，用命令plot(x,y)绘制y=cos(x)在一个周期内的图形。

x=0:0.01:2*pi;

y=cos(x);

plot(x,y)

在同一图形窗口中用命令 plot(x,y)绘出正弦余弦函数的图形。

x=0:0.01:2*pi;

y=[sin(x);cos(x)];

plot(x,y)

(2) 三维绘图 

三维曲线绘图命令三维函数plot3主要用来表现单参数的三维曲线，与二维绘图函数 从MATLAB软件中我们有图像处理的工具箱和专业的MATLAB。MATLAB是一个互动性的环境，科学家和工程师能够分析和开发算法，提高生产率和创造力。由于新的算法具有特定的应用，MathWorks提供了一系列的应用程序工具箱，其中包含一系列MATLAB的线性代数、高速计算内核、广泛的数学功能、数据分析、2-D和3-D图形快速算法开发、基于矩阵的编程环境。MATLAB是技术工程的交互式编程环境。MATLAB在信息分析、数据分析以及研究和算法开发等一些专门领域中被大量使用。人们在MATLAB上发布的特定学科的代码，被组织成称为工具箱的函数库，也被广泛使用。

例如：

plot3(X1,Y1,Z1,s1,X2,Y2,Z2,s2,…)

参数的含义如下：Xn、Yn、Zn：第一到三维数据，是尺寸相等的向量/矩阵；s、s1、s2：是字符串，用来设置线型、颜色、数据点标记。x、y、z 是向量时，plot3 命令的使用

t=0:0.1:8*pi;

plot3(sin(t),cos(t),t) title(’绘制螺旋线’)  %用命令 title 对图形主题进行标注

xlabel(’sin(t)’)

ylabel(’cos(t)’)

zlabel(’t’)   %命令zlabel用来指定z轴的数据名称

grid on

经过以上的学习，我相信大家对MATLAB已经有了一定的了解。通过自己的练习实践，对理论知识的复习巩固实践，可以自己根据例题编写设计简单的程序来实现不同的功能，绘制出比较满意的二维三维图形，在实践中找到乐趣。MATLAB是一个实用性很强，操作相对容易，比较完善的工具软件，使用起来比较方便，通过操作可以很快看到结果，能够清晰的感觉到成功与失败，虽然课程中也会出现一些小问题，但是我相信聪明的大家总能披荆斩棘，遇见彩虹。

编辑：王安强

排版：赵育鹏

校核：李小伟