Matlab 简介

                     

贡献者： addis

　　 Matlab（Matrix Laboratory）的中文名叫矩阵实验室，是一款著名的科学计算软件，也指这个软件中使用的编程语言。这里仅介绍最基本的 Matlab 功能和语法，且仅介绍小时百科使用到的功能。

1. 界面介绍

　　 Matlab 的编程界面（图 1 ）属于集成开发环境（IDE/Integrated Develop Environment），简而言之就是一切与 Matlab 编程有关的工作都可以在该界面完成¹。以下介绍界面中常用的窗口。要选择显示的窗口，可在 Home 菜单中点击 Layout 按钮，并在 Show 下面勾选需要的窗口。

　　 Editor 用于编辑代码²，同时具有自动检测语法错误，代码调试等功能。Matlab 的代码文件分为脚本文件和函数文件两种形式，后缀名都为 “.m”，用图 1 中 Editor 菜单栏的 Save 按钮可保存代码文件。Matlab 作为一种解释语言（Interpreted Language）可以直接在 Editor 中运行源代码，无需传统的编译过程。为了让 Matlab 能运行代码文件，需要把文件所在的目录³添加到 Matlab 的搜索路径下。

　　 如图 2 ，Home 菜单中的 Set Path 按钮可以设置 Matlab 的搜索路径。点开后用 Add Folder 按钮可以添加单个文件夹（不包含子文件夹），用 Add with Subfolders 添加文件夹（包含子文件夹）。用 Remove 删除已添加的路径，用 Default 还原初始设置，用 Save 保存修改，用 Close 关闭窗口。若要运行程序，回到 Editor 菜单点击 Run 按钮即可。

　　 Command Window 主要用于输入临时指令或者调试程序，可输入除了函数定义外的任意指令。Command Window 只能按输入顺序执行，不方便修改和编辑，如果指令较长或有多个指令，应该使用 Editor。在 Command Window 中按回车执行输入的指令，按上箭头可重复已输入的指令。

　　 Workspace 用于查看 Matlab 当前的所有变量的列表。Matlab 的所有变量都可以理解为矩阵，单个值可理解为 1×1 的矩阵。列表中 Name 是变量名，Size 是矩阵维度，Value 是变量值，右上角的下拉菜单中的 Choose Columns 中还可设置显示更多属性，例如 Bytes 是占用字节数，Class 是变量类型，Min 是最小值，Max 是最大值，Mean 是平均值，Median 是中位数，Std 是标准差等。双击 Workspace 中的变量可显示变量值。

2. Matlab Online

　　 Matlab Online 是 Matlab 网页版，具有 Matlab 的基本功能，和类似于软件的界面，需要购买了正版 Matlab 的 Matlab 账号登录（学生账号也可以）。若账号购买了工具箱（Toolbox），也可以使用对应的工具箱。小时百科官网 wuli.wiki 提供免费的 Matlab 账号供读者试用和体验 Matlab Online。

3. 计算器

　　 下面我们仅用 Command Window 来熟悉 Matlab 的基本语法。我们先看如何把 Matlab 当做普通的科学计算器使用。在 Command Window 中，“>>” 提示符表示用户在该位置输入命令，ans 是一个特殊的变量用于储存计算结果。

>> 1.2/3.4 + (5.6+7.8)*9 -1
ans = 119.9529
>> ans + 1
ans = 120.9529
>> 1/exp(1)
ans = 0.3679
>> exp(-1i*pi)+1
ans = 0

常用的运算符号有

+，-，*，/，^（指数）

常用的数学函数有

sqrt（开方），exp，sin，cos，tan，cot，asin，acos，atan，acot，real（实部），imag（虚部），conj（共轭）

等（三角函数前面加 a 代表其反函数）。运算的优先顺序与数学上的习惯一样。注意这些函数的自变量都可以是复数。为了区分虚数单位 i 和变量 i，好的习惯是在 i 前面加数字（上面的第三条命令）。pi 是圆周率。

　　 mod(N,n) 是求余运算，计算 N 被 n 整除后的余数。注意这个函数有两个变量，用逗号隔开。要注意在 Matlab 中，这种有输入和输出的命令都是广义的函数（function），不仅是数学函数。

　　 sign(num) 函数用于求实数 num 的符号。如果 num > 0，则返回 1，若 num < 0 则返回 $-1$，若 num = 0 则返回 0。

　　 用大写 E 或小写 e 表示科学计数法（不允许有空格），如 $2.997 \times 10^{8} $ 表示为 2.997e8 或 2.997e+8。用小写 pi 表示圆周率，用 exp(1) 表示自然对数底，用 1+2i 或 1+2j 等表示复数，注意 i 和 j 前面不能有空格。

　　 如果需要在输出中显示多位小数，可使用 format long 命令使结果显示为双精度（约 16 位有效数字），用 format short 命令恢复默认格式。

>> format long; pi
ans = 3.141592653589793
>> exp(1)
ans = 2.718281828459046

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1. ^ 界面语言默认与操作系统语言相同，本部分使用英文界面。
2. ^ 从 R2020a 版本起，Matlab 默认支持 UTF-8 编码，笔者这里强烈建议使用较新版的 Matlab，小时百科的代码下载统一使用 UTF-8 编码
3. ^ R2020a 版本前，若系统语言是英语，Matlab 不能识别中文目录。