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第2章：MATLAB入门知识

首次启动MATLAB时，桌面会以默认的布局显示。下图是我打开MATLAB2017版本的界面：

从图中可以看出，MATLAB的界面默认分成了四个大的区域：

有些同学打开MATLAB后默认还有一个命令历史记录的区域，该区域用来记录你之前运行过的命令。没有的同学可以打开菜单栏——主页——布局，将其设置为停靠。

上面介绍的这些区域的位置我们可以进行调整，你可以更改区域的大小和展示形式，如果不小心关掉了这些窗口，可以在布局中恢复成默认设置。

 

下面，大家在命令行窗口分别输入下面的三行语句，查看效果：

 

我们首先定义了两个变量，x和y，其中x的值等于10，y的值等于3，然后，我们计算x的y次方，即10的3次方，得到的结果等于1000。

大家可以在工作区查看这些变量的值。注意到，在工作区中出现了一个名为“ans”的变量，这个变量我们并没有定义，这是我们计算x^y得到的结果。事实上，在MATLAB中，如果不将计算结果赋值给变量，MATLAB就会将该结果默认赋值给ans，以后我们会再讲到这一点。

请大家现在关闭MATLAB，然后再重新打开，你会发现：之前命令行窗口的代码和计算结果都消失了，工作区也被清空了。

有同学会想：能不能把我们写的代码保存到一个文件中，以后想重新调用这个代码就直接打开这个文件运行呢？

当然可以，MATLAB中就提供了这个功能：创建一个后缀为.m的脚本文件。

点击MATLAB菜单栏：主页——新建——脚本，或者使用快捷键Ctrl+N，就会弹出下图所示的编辑器界面，大家将上一节的三行代码输入到编辑器中，如下图所示：

然后点击MATLAB菜单栏：编辑器——保存，或者使用快捷键Ctrl+S，将这个文件保存在你的桌面（建议提前新建一个文件夹，专门用来保存你的代码）。

保存时可以设置文件名，如下图所示：

如果你将这个文件名设置为中文，那么将会弹出下面的对话框：

对话框提示我们：MATLAB名称必须以字母开头，并且仅包含字母、数字或下划线。

大家注意，保存的文件的后缀为.m，这也是m文件的由来。m文件是一种标准的文本文件，我们可以在任何文本编辑器中进行编辑、存储、修改和读取。我个人习惯将m文件的打开方式设置为使用“记事本”打开，这样能够很方便快速的查看m文件的内容。

将文件保存好后，我们点击MATLAB菜单栏：编辑器——运行，这时候可能会弹出下面的对话框，提示我们在当前文件夹和MATLAB路径中没有找到我们保存的代码，这里就涉及到了MATLAB的文件搜索的知识，我们在后面会专门介绍这个知识点。

大家可以点击“更改文件夹”的选项，然后再点击运行，在命令行窗口就会出现计算结果。

另外，你也可以在编辑器中更改你的代码，例如我们把x^y的结果赋值给变量z保存，即将第三行代码改成“z=x^y”，然后再来运行你的代码。

除了点击“运行”按钮执行我们写好的脚本外，还有另外两种方法可以执行：（1）大家可以在命令行窗口输入我们的脚本名称，例如上面创建的code1，然后点击回车，MATLAB就会运行code1中的代码；（2）大家在编辑器中，按下Ctrl+A的快捷键，就可以选中所有的代码行，然后点击鼠标右键，选择“执行所选内容”，快捷键是F9（笔记本电脑可能要同时按Fn和F9），就会运行代码，代码运行的结果会出现在命令行窗口。

上面这两种方法，我个人使用第二种比较多。因为有时候我们不需要一次执行完所有的代码，在第二种方法中，我们可以只选择想要运行的代码行，然后右键执行。另外，有同学在使用第一种方法运行code1.m代码时，可能会遇到下面的错误提示：“未定义函数或变量‘code1’。”这是初学者常犯的一个错误，我们在后面小节介绍出错的原因和解决方法。

前面小节我们介绍过普通的脚本，普通的脚本的文件后缀是.m，在普通脚本中我们可以写上需要的代码，然后保存到本地，未来需要调用时可以打开执行，其计算的结果会显示在MATLAB的命令行窗口中。

MATLAB从2016的版本开始，引入了实时脚本的功能，实时脚本的文件后缀是.mlx。你可以把实时脚本理解成一个非常好用的交互式文档，在这个文档中也可以写上代码，还可以加上说明性的文本，甚至可以插入图片和公式。在执行代码时，返回的结果可以和代码一起显示和保存。（熟悉Python的同学应该知道，这个功能类似于Jupyter Notebook）

在实时脚本中编写程序时，Matlab的代码提示功能也更加强大，也能够对绘制出来的图形进行方便的修改。我们后面的学习将主要借助实时脚本的功能。另外，MATLAB的版本越新，实时脚本支持的功能也越强大，在上一章介绍MATLAB的安装时，我提到过：至少安装2017a以上的版本，在电脑配置允许的前提下，版本越新越好。

下图是MATLAB自带的实时脚本的示例文件，文件名为：LiveEditorInteractiveNarrative.mlx，大家可以在MATLAB的安装路径中找到。可以看到，实时脚本就像一个“笔记本”，利用实时脚本可以让我们的学习更加轻松，课后的复习也更加方便。

上一章我们说过，MATLAB是一款非常强大的用于科学计算的商业软件。Matlab中实现了非常多的功能，这些功能以文件的形式保存在我们电脑的本地。当执行MATLAB某个文件的命令时，MATLAB首先会在当前文件夹中寻找该命令对应的文件，如果找到的话就会执行这个文件；如果没有找到的话，会在搜索路径中继续寻找，如果都没找到的话则会报错。

初学者常犯的一个错误就是：“未定义函数或者变量”，这正是没有找到对应的文件时MATLAB提示的错误。（注意：这里所说的函数也是一种m文件，函数以关键字function开头，通常用来实现某一特定的功能，后面的章节会详细介绍。MATLAB中有非常多的内置函数，例如“sum”函数可以用来求和，“sort”函数可以用来排序，在后面我们会专门讲到大量的内置函数的用法，也会告诉大家如何自己编写函数。）

在本章第一节介绍MATLAB的界面时，我们讲过当前文件夹，MATLAB会优先在该文件夹中寻找你调用的命令。例如，我们上一小节自己定义的code1.m的脚本，如果你的当前文件夹下面没有这个文件，然后你在命令行执行了code1的命令，那么MATLAB可能会报错提示“未定义函数或变量‘code1’。”简单提一下，这里的报错提示可以改成“未定义脚本、函数或变量‘code1’”，这样会更完整一点，因为MATLAB的 m文件分为两种：一种为脚本文件，另一种为函数文件。

那么，怎么利用当前文件夹解决这个报错呢？我们只需要修改当前文件夹为code1.m文件所在的文件夹即可。

有多种方式可以修改当前文件夹：

（1）点击浏览文件夹，然后选择需要修改到的文件夹即可

（2）直接复制要修改到的文件夹的地址到下图所示的位置

（3）右键单击编辑器打开的m文件名称，选择第一个选项

（4）在命令行窗口执行命令，cd命令后面接上要修改的文件夹地址

除了使用当前文件夹解决这个问题外，我们还可以利用MATLAB的搜索路径功能。大家可以点击MATLAB菜单栏：主页——设置路径，就能够看到MATLAB默认的搜索路径。

如下图所示，MATLAB的搜索路径中包含了非常多的文件夹。前面我们说过，在运行某一个命令时，MATLAB会先在当前文件夹中寻找，找不到的话才会在搜索路径中寻找。在搜索路径中也存在搜索的先后顺序，MATLAB会先从最上面的文件夹中搜索，直到找到为止，如果都没有找到则会报错。

因此，我们可以将code1.m文件所在的文件夹添加到搜索路径即可，在上面图片的左侧有对应的选项，大家可以尝试。

作为一款商业软件，MATLAB的帮助系统非常完善，这与其他科学计算软件相比是一个突出的特点。要熟练掌握MATLAB，就必须熟练掌握MATLAB帮助系统的应用。因为MATLAB内置功能非常的多，要记住所有的功能的用法是不现实的，所以大家在未来的学习过程中要经常查阅MATLAB的帮助文档。

那么，应该如何使用MATLAB的帮助系统呢？下面我们以查找MATLAB求和函数“sum”的帮助信息为例，告诉大家几种常见的做法。

（1）在MATLAB官网搜索

大家可以打开MATLAB的帮助中心：https://ww2.mathworks.cn/help/index.html

在页面的右上方输入sum进行搜索，就能找到sum函数的帮助界面。在该界面提供了sum函数的用法和示例代码，对用户自学非常友好。

（2）使用doc命令

doc是document（文档）的缩写，在MATLAB的命令行窗口输入doc即可调出MATLAB的帮助中心。doc后面可以跟上你要查询的命令名称，例如我们输入：doc sum，就会弹出sum的帮助界面。（有网络和无网络连接的情况下得到的界面可能会有差异，推荐大家联网查询）

（3）使用help命令

（4）使用edit命令

edit是编辑的意思，如果直接在命令行窗口输入edit，就会帮我们创建一个新的脚本文件，并自动打开编辑器。我们可以使用edit加上要查找的命令，就能打开这个命令的m文件。在这个m文件中，MATLAB会通过注释的形式给我们提供帮助信息。

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在MATLAB中变量的命名应遵循如下规则:

MATLAB使用等号“=”给变量赋值，例如：“a=3”表示令变量a的值等于3，大家可以在命令行执行这行代码，然后在工作区就会出现名称为a的变量，其值为3。

接下来，大家可以重新在命令行执行“a=5”，这时候观察工作区，你会发现a的值变成了5，这说明在赋值过程中，如果赋值的变量已存在，则 MATLAB将使用新值代替旧值。

大家也可以使用MATLAB打开本节的配套代码：“code2_6”进行学习。

打开m文件的方法有很多种。你可以直接点击MATLAB菜单栏——主页——打开，然后选择你要打开的代码文件；也可以先将MATLAB的当前文件夹切换到保存有这个代码的文件夹，然后再点击对应的文件打开（如果代码在压缩文件中，请先解压后再打开）。

MATLAB预定义了许多特殊变量，这些变量具有系统默认的含义，下表列举了常见的特殊变量：

你可以在命令行窗口输入这些特殊变量进行测试，例如，输入pi:

MATLAB给我们返回的结果是3.1416，为什么会是这样一个不精确的数呢？

实际上这是MATLAB显示的原因，在系统内部真正执行计算的时候，pi是一个非常精确的浮点数。大家可以双击工作区的ans，然后双击第一个单元格的3.1416，就会看到一个更加精确的pi值：

另外，当你在命令行窗口输入eps时，MATLAB会返回给我们：

这个结果出现了一个符号e，可能有些同学不太清楚，实际上这是MATLAB中的科学计数法，上面这个结果等于。类似的，如果你以后看到MATLAB返回8.51e4，实际上就是。

那么，我们应该怎样更改MATLAB的数值的显示格式呢？有两种方案：

我们可以使用format命令更改。在运行代码前，我们在命令行窗口输入format long g，这样就能将MATLAB的显示设为长格式。（注：format long g和format longG的效果完全一样，它和format long的效果有细微区别。如果返回的数值非常的小或者非常的大，设置成format long g后，得到的结果仍然会使用科学计数法表示。更多格式设置的选项大家可以看方案二）

format命令更改数值显示格式是临时的，关闭MATLAB后重新打开就会恢复成默认的格式。我们在MATLAB的设置中永久更改。大家点击MATLAB菜单栏——主页——预设，就能打开MATLAB的设置界面。我们可以点击命令行窗口，将数值格式设置为long g即可。

注意，显示格式只影响数值的显示方式，不会影响它们在 MATLAB 中的存储方式和计算精度。关于MATLAB支持的数值显示的格式，大家可以使用doc format命令自行查阅帮助文档。

有时候，一些计算结果并不需要在命令行显示，那么我们可以在代码行的最后加上英文分号“;”，这样计算结果不会出现在命令行，但在工作区仍然可以查看计算的结果。另外，如果想把两行代码放到同一行，这两行代码中间也用英文分号“;”隔开。

例如：新建一个脚本，在里面输入下面三行代码，运行代码并查看命令行窗口和工作区。

注意：上面的代码中有三个英文分号“;”，第一个英文分号不能去掉，它起着隔开两行命令的作用；后面的两个分号都能去掉，例如去掉第二个分号后，在命令行窗口也会出现b=2的计算结果。

大家可以打开本节的配套代码：“code2_7”进行学习。

我们先来介绍最基本的五个运算符符号：+  -  *  /  ^ 。前面四个符号分别是加减乘除，最后面的^表示乘方运算（按下键盘上的Shift和数字 6 键可以打出来）。

另外，不同的运算符优先级不同，所谓的优先级就是指计算的先后顺序。例如乘除运算的优先级要高于加减运算。以后我们还会学一些运算符号，例如关系运算符大于号>，大家不用刻意去记这些运算符号的优先级，因为我们可以通过添加小括号的方式改变运算的先后顺序，这个道理想必大家小学就明白了：3+5*2的计算结果和(3+5)*2不同。

接下来我们学习一组最基础的MATLAB数值运算的函数：

另外，MATLAB中提供了一组“三角学”的函数，大家可以在官网找到：

官网地址：https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/trigonometry.html

我们常用的计算正弦(xián)、余弦和正切的三个函数分别是：sin、cos和tan，这三个函数的输入参数是要计算的角度，且以弧度作为单位。例如sin(pi/6)和cos(pi/3)的计算结果等于0.5，tan(pi/4)的计算结果等于1；如果你要用角度来进行计算，你可以使用sind、cosd和tand这一组函数，例如sind(30)和cosd(60)的计算结果等于0.5，tand(45)的计算结果等于1。

另外，asin、acos和atan可用来计算反正弦、反余弦和反正切函数，返回的角度以弧度作为单位。MATLAB官网上还给出了一些不太常用的三角学的函数，大家课后可以自己对照帮助文档学习。

 

最后给大家讲两个易错点：

（1）MATLAB的乘号不能省略。例如计算sin(2π)时，我们要在MATLAB中输入sin(2*pi)，中间的乘号不能省略。

（2）在对变量命名时，我们不要将变量命名为函数的名称，否则会导致调用函数时出错。例如：误将sin作为了变量名。我们先计算sin(pi/6)，得到的结果为0.5，结果正确；然后我们不小心将sin函数作为了一个变量名，并对其进行了赋值，例如sin = 10；接着你再调用sin(pi/6)的命令，MATLAB就会报错：下标索引必须为正整数类型或逻辑类型。这里MATLAB将sin作为了一个值为10的变量，替代了原来计算正弦函数的功能。至于为什么会报这个错误，需要等大家学完下一章，要解决这个错误的方法也很简单：将变量sin从工作区删除。我们可以调用clear命令，后面跟上sin，即clear sin。

第一步：在电脑桌面新建一个名为“第二章作业”的文件夹。

第二步：打开MATLAB，新建一个脚本文件，在里面任意输入一些你学过的代码。

例如sin(³⁄₂*pi)等等。

第三步：将该脚本保存到“第二章作业”的文件夹中，命名为“homework.m”。

第四步：更改MATLAB的当前文件夹为“第二章作业”的文件夹。

第五步：执行你写的脚本，将计算结果作为注释放到每一行的后面。

第六步：清空工作区和命令行窗口。

第七步：将这个普通脚本转换成实时脚本。

第八步：运行实时脚本，将实时脚本导出为PDF格式保存。

 

（1）命令                可用来清空工作区；命令                可用来清空命令行窗口。

（2）如果我们不小心将函数log作为了变量名并将其赋值给了5，然后在后面调用log(4)时会报错，这时我们应该：                。

（3）遇到错误“未定义函数或变量homework”时, 可以                 。

（4）MATLAB使用    开头进行注释，注释不会被运行。对多行进行注释的快捷键是                ，取消多行注释的快捷键是                 。

（5）如果不需要在命令行显示计算结果，我们可以在代码行的最后加上                。

（6）如果MATLAB返回2.187e-15，这个值代表的含义是                。

（7）要将MATLAB的数值显示设置为长格式，你可以                                。

（8）如果你要查询round的使用方法，你可以                              。

（9）清风老师有1314颗糖，要平均分给班上的52名同学。如果有多的糖，就带回家给媳妇吃。那么每名同学可以分                              颗糖，清风的媳妇可以分到                              颗糖。（填写MATLAB计算的表达式，下同）

（10）某天，清风举办婚礼消费了61452元，店家答应抹除低于1000元的零头，那么清风还要出多少钱：                           。