Глава 1.

НАЧАЛО РАБОТЫ В MATLAB

MATLAB (от англ. MATrix LABoratory) – язык программирования высокого уровня и система инженерных и научных вычислений, разработчиком которого является корпорация MathWorks Inc. (США).

Система MATLAB позволяет:

выполнять математические вычисления;

моделировать различные системы;

анализировать данные, обрабатывать их и визуализировать;

разрабатывать алгоритмы, приложения и пользовательский интерфейс. При изучении математики в той или иной степени используются:

 язык MATLAB (Паскаль- и Сиподобный, объектно-ориентированный),  среда MATLAB (командное окно, редактор, отладчик),

 управляемая графика (построение 2D, 3D графиков, создание анимации),

 библиотека математических функций (от самых простых (sin(x), cos(x)

ит. п.) до более сложных, таких как нахождение обратной матрицы, собственных значений, экстремумов, производных и интегралов функций и множество других),

 программный интерфейс (набор встроенных процедур, функций и констант).

Массив – основная форма, используемая MATLAB для работы с данными.

В среде MATLAB можно работать двумя способами:

1)непосредственным набором команд (в этом случае результаты вычисления присваиваются некоторым переменным);

2)с использованием программ, написанных на языке MATLAB, при помощи ввода данных, вычислений и вывода результатов.

Выбор способа работы зависит от решаемой задачи. В обоих случаях используются практически все вычислительные возможности MATLAB. Преимущество второго способа состоит в возможности использования программ

ввычислительных экспериментах.

рабочем столе компьютера.

После чего на экране компьютера появится рабочее окно (рис. 1.1), в котором, как правило, расположены:

панель инструментов, используемая для простоты и комфорта при работе с системой MATLAB (рис. 1.2);

5

окно Current Folder (текущая папка), где показано содержимое текущей папки (рис. 1.3);

окно Command Window (командное окно), в котором осуществляется ввод команд и вывод результата их выполнения (рис. 1.4);

окно Workspace (рабочее пространство), которое содержит перечень текущих переменных и их описание (рис. 1.5);

окно Command History (история команд), отображающее список ранее

введенных команд (рис. 1.5).

В случае отсутствия в рабочем окне одного из перечисленных элементов, его можно активизировать, например, через кнопку Layout вкладки HOME.

Рис. 1.1. Рабочее окно среды MATLAB при открытой вкладке HOME

Назначение наиболее важных кнопок вкладки HOME (рис. 1.2):

New Script (новый сценарий) открывает новое окно для работы в редакторе m-файлов;

New (новый) позволяет создать новый объект (скрипт, функцию, её график и т. п.);

Open (открыть) открывает диалоговое окно для выбора m-файла, созданного ранее;

Simulink открывает окно для работы в библиотеке Simulink;

Layout (слои) и Preferences (свойства) – управление внешним видом программы;

Help (помощь) – справка по работе с системой.

6

1.2.АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ С ЧИСЛАМИ

ВMATLAB для арифметических операций с числами используют символы, показанные в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Операции с числами (скалярами)

1.3. ВЫЧИСЛЕНИЯ В КОМАНДНОМ ОКНЕ

Ввод команды в Command Window осуществляется после символа (>>) (рис. 1.4) введением в этой строке соответствующей команды и завершается нажатием клавиши Enter.

Рис. 1.4. Окно Command Window (красная рамка)

Пример 1.1. Найти сумму двух чисел 5 и 7.

Решение. После ввода команды 5 + 7 и нажатия клавиши Enter на экране в Command Window появится системная переменная ans1, которой присвоен результат вычисления 12.

>> 5+7 ans=

12

1 При отсутствии оператора присваивания (=) результат введенной команды автоматически присваивается системной переменной ans.

8

Символ (>>) и мигающая вертикальная линия на следующей строке (рис. 1.5, красная рамка) показывают готовность системы к работе. Команда 5 + 7 сохранилась в окне Command History, а значение переменной ans – в окне

Workspace (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Результат вычисления в окне Command Window (красная рамка), сохраненная команда в окне Command History (зеленая рамка),

значение переменной ans в окне Workspace (синяя рамка)

Значение переменной ans можно использовать в дальнейшем. Например:

> 5+7 ans=

12 >> 3+ans ans=

15

При этом значение системной переменной ans в окне Command Window изменилось на 15. Записи в окнах Workspace и Command History также изменились.

Символ (;) в конце строки блокирует автоматический вывод значений пе-

ременных в Command Window.

Пример 1.2. Вычислить сумму двух чисел 5 и 7 без вывода результата на экран.

Решение. Для запрета вывода результата на экран в конце команды 5 + 7 поставим точку с запятой (;) (рис. 1.6, красная рамка):

9

>> 5+7;

>>

Заметим, что в окне Command History так же, как в примере 1.1, появится введенная команда 5 + 7, в окне Workspace – запись, соответствующая переменной ans (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Введенная команда в окне Command Window (красная рамка), сохраненная команда в окне Command History (зеленая рамка), значение переменной ans в окне Workspace (синяя рамка)

Редактировать введенную команду можно только до нажатия клавиши Enter. Для использования в новой командной строке ранее введенной команды можно скопировать ее из окна Command History или пролистать историю ранее введенных команд клавишами и в Command Window.

Для записи содержимого рабочего пространства в файл (*.mat) существует команда Save Workspace As…. Для загрузки данных из файла (*.mat) в Workspace в командном окне вводится команда Load имя файла.

1.4.ФОРМАТ ВЫВОДА ЧИСЛА НА ЭКРАН

ВMATLAB используется арифметика двойной точности для десятичных чисел с плавающей точкой, число хранится в формате long (double) – стандарт

плавающей точки IEEE, а модули действительных чисел принадлежат интервалу [10–308; 10308]. При вычислениях количество значащих десятичных цифр числа достигает 16. В командном окне не всегда отображаются все 16 значащих

10

цифр числа (зависит от формата вывода), при этом в Workspace число сохраняется со всеми его цифрами.

По умолчанию числа в MATLAB хранятся в формате short (табл. 1.2). Способы изменения формата:

1)в командном окне с помощью команды format, после которой указывается нужный формат, например long и т. д. (1-й столбец табл. 1.2),

2)с помощью кнопки Preferences вкладки HOME и последующим выбором формата в выпадающем меню Numeric Format (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Изменение формата числа в Numeric Format (красная рамка)

Пример 1.3. Отобразить результат выполнения команды 96/288 в различных форматах чисел.

Решение примера педставлено в таблице 1.2.

11