Giao trinh matlab co ban

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ThS Thái Duy Quý BÀI GIẢNG TÓM TẮT MATLAB CĂN BẢN Dành cho sinh viên khối tự nhiên – công nghệ (Lưu hành nội bộ) Đà Lạt 2013 Giáo trình Matlab Thái Duy Quý LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình “Matlab bản” biên soạn theo chương trình đào tạo hệ thống tín trường Đại Học Đà Lạt Mục đích biên soạn giáo trình nhằm cung cấp cho sinh viên khối tự nhiên, đặc biệt sinh viên ngành Vật lý hạt nhân kiến thức phương pháp xử lý ngôn ngữ Matlab Đây học phần lần triển khai, giảng dạy, tác giả có nhiều cố gắng công tác biên soạn chắn giáo trình có nhiều thiếu sót Tác giả xin trân trọng tiếp thu tất ý kiến đóng góp bạn sinh viên, đồng nghiệp lĩnh vực để hoàn thiện giáo trình, phục vụ tốt cho việc dạy học cho sinh viên Đà Lạt, Tháng 08 năm 2013 Thái Duy Quý Trang Giáo trình Matlab Thái Duy Quý MỤC LỤC CHƯƠNG I GIỚI THIỆU MATLAB Giới thiệu Khởi động chuẩn bị thư mục làm việc Matlab Quản lý không gian làm việc Matlab Các thành phần Mathlab Các phím tắt Matlab Các toán tử Matlab: CHƯƠNG MATLAB CƠ BẢN 11 Nhập xuất liệu từ dòng lệnh 11 Nhập xuất liệu từ bàn phím: 11 Nhập xuất liệu từ file: 12 Các hàm toán học: 13 Các phép toán ma trận vector: 16 Tạo số ngẫu nhiên: 18 Các lệnh dùng lập trình: 19 CHƯƠNG XỬ LÝ ĐỒ THỊ TRONG MATLAB 22 Khái niệm chung 22 Các lệnh vẽ 22 Tạo hình vẽ 22 Đặc tả kiểu đường vẽ 23 Đặc tả màu kích thước đường vẽ 23 Thêm đường vẽ vào đồ thị có 25 Chỉ vẽ điểm số liệu 25 Vẽ điểm đường 26 Vẽ với hai trục y 26 10 Vẽ đường cong với số liệu 3D 27 11 Đặt thông số cho trục 27 12 Ghi nhãn lên trục toạ độ 28 13 Định vị văn hình vẽ 29 14 Đồ hoạ đặc biệt 30 15 Đồ hoạ 3D 37 16 Vẽ vectơ 40 CHƯƠNG LẬP TRÌNH GIAO DIỆN NGƯỜI DÙNG (GUI) 44 Cách thực 44 Lập trình giao diện với Blank GUI 45 Kéo thả thiết lập thuộc tính cho điều khiển 46 Viết lệnh cho chương trình 47 Các tính chất điều khiển GUIDE Matlab 49 Tổng quan hàm Callback lập trình GUI 50 Chương trình Calculator 52 CHƯƠNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ TÍNH TOÁN TRÊN MATLAB 55 Tính định thức ma trận 55 Nghịch đảo ma trận cách dùng Minor 59 Nghịch đảo ma trận thuật toán gauss-Jordan 60 Lập trình giao diện: Giải phương trình bậc 61 PHỤ LỤC 66 Trang Giáo trình Matlab Thái Duy Quý CHƯƠNG I GIỚI THIỆU MATLAB Giới thiệu Matlab từ viết tắt Matrix Laboratory, Matlab ngôn ngữ lập trình cấp cao dạng thông dịch, môi trường tính toán số thiết kế công ty MathWorks Matlab cho phép thực phép tính toán số, ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu diễn thông tin (dưới dạng 2D hay 3D), thực thuật toán giao tiếp với chương trình ngôn ngữ khác cách dễ dàng Khởi động chuẩn bị thư mục làm việc Matlab Trước khởi động Matlab, người dùng nên tạo thư mục làm việc để chứa file chương trình (Ví dụ: D:\ThucHanh_DSP) Matlab thông dịch lệnh lưu file có dạng *.m Sau cài đặt Matlab việc khởi chạy chương trình đơn giản nhấp vào biểu tượng desktop , vào Start\All Programs\Matlab 7.0.4\ Matlab Sau khởi động xong Matlab, bước thư mục làm việc cho Matlab Nhấp vào biểu tượng công cụ chọn thư mục làm việc (ví dụ: D:\ThucHanh_Matlab) Trang Giáo trình Matlab Thái Duy Quý Quản lý không gian làm việc Matlab Không gian làm việc Matlab gồm có phần sau: *Nút Start: góc bên trái hình, cho phép chạy ứng dụng mẫu (demos), công cụ cửa sổ chưa hiển thị khởi động Matlab Ví dụ : Start/Matlab/Demos chạy ứng dụng mẫu * Cửa sổ lệnh: Quá trình khởi động đưa người dùng đến Cửa sổ lệnh, nơi dòng lệnh biểu thị dấu '>>' Đây dấu hiệu cho thấy Matlab chờ đánh (câu) lệnh Có thể xóa trắng toàn cửa sổ lệnh lệnh: >> clc vào Edit/ Clear Command Window Khi thực lệnh này, toàn giá trị biến có không thay đổi hay * Cửa sổ không gian làm việc (workspace): Nơi lưu giữ biến liệu người dùng nhập vàongoại trừ biến cục thuộc M-file Dùng lệnh 'who' 'whos' để liệt kê biến có không gian làm việc Để biết giá trị biến, ta gõ tên biến dấu nhắc lệnh Để xóa hàm biến khỏi không gian làm việc, sử dụng lệnh 'clear': >> clear tên_biến; * Cửa sổ biên tập mảng (ma trận nói chung): Khi có mảng, chỉnh sửa, biên tập lại Array Editor Công cụ làm việc bảng tính (spreadsheet) cho ma trận Trang Giáo trình Matlab Thái Duy Quý * Cửa sổ địa thư mục thời: Thư mục thời nơi chương trình Matlab tìm M-file, file không gian làm việc (.mat files) tải lưu lại Để tạo file.m thư mục làm việc bạn đọc thực hiện:  Nhấp vào biểu tượng  Cửa sổ soạn thảo xuất hiện, gõ chương trình cần thiết vào file Sau hoàn tất nhấn vào biểu tượng vào File\New\M-File: để lưu vào thư mục (D:\ThucHanh_Matlab) Để thực thi tập lệnh có file.m thư mục làm việc người dùng cần gõ tên file Matlab tự động thực thi dòng lệnh có file.m (ví dụ để thực thi lệnh có file test.m, cần gõ lệnh test) Các thành phần Mathlab - Ngôn ngữ Matlab: ngôn ngữ ma trận/mảng cấp cao với câu lệnh, hàm, cấu trúc liệu, vào/ra, tính lập trình hướng đối tượng Nó cho phép lập trình ứng dụng từ nhỏ đến ứng dụng lớn phức tạp Trang Giáo trình Matlab Thái Duy Quý - Môi trường làm việc Matlab: Đây công cụ phương tiện mà bạn sử dụng với tư cách người dùng người lập trình Matlab Nó bao gồm phương tiện cho việc quản lý biến không gian làm việc Workspace xuất nhập liệu Nó bao gồm công cụ phát triển, quản lý, gỡ rối định hình M-file, ứng dụng Matlab - Xử lý đồ hoạ: Đây hệ thống đồ hoạ Matlab Nó bao gồm lệnh cao cấp cho trực quan hoá liệu hai chiều ba chiều, xử lý ảnh, ảnh động, Nó cung cấp lệnh cấp thấp cho phép bạn tuỳ biến giao diện đồ hoạ xây dựng giao diện đồ hoạ hoàn chỉnh cho ứng dụng Matlab - Thư viện toán học Matlab: Đây tập hợp khổng lồ thuật toán tính toán từ hàm cộng, sin, cos, số học phức tới hàm phức tạp nghịch đảo ma trận, tìm trị riêng ma trận, phép biến đổi Fourier nhanh - Giao diện chương trình ứng dụng Matlab API (Application Program Interface): Đây thư viện cho phép bạn viết chương trình C Fortran tương thích với Matlab Simulink, chương trình kèm với Matlab, hệ thống tương tác với việc mô hệ thống động học phi tuyến Nó chương trình đồ hoạ sử dụng chuột để thao tác cho phép mô hình hoá hệ thống cách vẽ sơ đồ khối hình Nó làm việc với hệ thống tuyến tính, phi tuyến, hệ thống liên tục theo thời gian, hệ gián đoạn theo thời gian, hệ đa biến Các phím tắt Matlab Trong trình soạn thảo lệnh, dùng phím tắt sau đây: Ký hiệu phím Phím tắt Chức ↑ Ctrl‐P Gọi lại lệnh trước ↓ Ctrl‐N Gọi lệnh sau ← Ctrl‐B Lùi lại kí tự → Ctrl‐F Tiến lên kí tự Ctrl → Ctrl‐R Sang phải từ Trang Giáo trình Matlab Thái Duy Quý Ctrl← Crtl‐L Sang phải từ home Ctrl‐A Về đầu dòng end Ctrl‐E Về cuối dòng esc Ctrl‐U Xoá dòng del Ctrl‐D Xoá kí tự chỗ nháy đứng backspace Ctrl‐H Xoá kí tự trước chỗ nháy đứng Các toán tử Matlab: Các toán tử bản: + Cộng ‐ Trừ * Nhân / Chia phải \ Chia trái ^ Luỹ thừa ‘ Chuyển vị ma trận hay số phức liên hợp Các toán tử quan hệ : < nhỏ lớn >= lớn == ~= không Các toán tử logic: & | or ~ not Các hằng: số ảo pi 3.14159265 i j tương tự i eps sai số 2‐52 realmin số thực nhỏ 2‐1022 realmax số thực lớn 21023 inf NaN Not a number vô lớn Các lệnh bản: Trang Giáo trình Matlab Thái Duy Quý Lệnh Chức Clear Xóa tất biến nhớ Matlab clc Lệnh xóa cửa sổ lệnh (command window) pause Chờ đáp ứng từ phía người dùng = Lệnh gán % Câu lệnh sau dấu xem dòng thích input Lệnh lấy vào giá trị Ví dụ: x = input(‘Nhap gia tri cho x:’); help lệnh yêu cầu giúp đở từ Matlab Save Lưu biến vào nhớ Ví dụ: Save test A B C (lưu biến A, B, C vào file test) Load Load biến từ file hay nhớ Ví dụ: Load test Các lệnh điều khiển bản: Lệnh If: Rẽ nhánh Cú pháp/ Chức IF expression statements ELSEIF expression statements ELSE statements END Switch: Lệnh rẽ nhiều nhánh SWITCH switch_expr CASE case_expr, statement, , statement CASE {case_expr1, case_expr2, case_expr3, } statement, , statement OTHERWISE, Trang Giáo trình Matlab Thái Duy Quý statement, , statement END Lệnh lặp For FOR variable = expr, statement, , statement END Lệnh lặp While WHILE expression statements END Break Thoát đột ngột khỏi vòng lặp WHILE hay FOR Continue Bỏ qua lệnh tại, tiếp tục thực vòng lặp lần lặp Return lệnh trả Một số lệnh đồ thị: Lệnh Chức clf xóa hình plot(signal) vẽ dạng sóng tín hiệu signal stairs(signal) vẽ tín hiệu signal theo dạng cầu thang stem(signal) vẽ chuỗi liệu rời rạc bar(signal) vẽ liệu theo dạng cột mesh(A) hiển thị đồ họa dạng 3D giá trị ma trận Chi tiết lệnh làm rõ chương Kết chương Trong chương làm quen với Matlab qua thao tác bản, Matlab ngôn ngữ cấp cao, có chức xử lý ngôn ngữ bình thường Ta tìm hiểu kỹ chức phần Trang 10 Giáo trình Matlab Thái Duy Quý Tạo khối: từ thư viện Simulink chọn khối cần dùng, nhấp chuột vào kéo ra cửa sổ mô hình: Lưu trữ mô hình lệnh Save (File\Save) nhấp vào icon Save Dịch chuyển khối đơn giản cách nhấp vào khối kéo thả: Trang 68 Giáo trình Matlab Thái Duy Quý Nối tín hiệu: Đưa chuột tới ngõ khối (dấu “>”), chuột có dạng “+” Kéo rê chuột tới ngõ vào khối khác thả để kết nối tín hiệu Mô mô hình: Dùng lệnh Start (Menu Simulation\Start) nhấp chuột vào icon Start Xem tín hiệu từ Scope: nhấp đôi vào khối Scope: Trang 69 Giáo trình Matlab Thái Duy Quý Chỉnh thông số khối cách nhấp đôi vào khối cần chỉnh Trước mô mô hình Simulink, cần đặt thông số mô cách chọn menu Simulation Configuration Parameters Ở cửa sổ Configuration Parameters, đặt số thông số Start time, Stop time (second – giây), phương pháp giải Solver, Solver options, sau nhấn nút OK Trang 70 Giáo trình Matlab Thái Duy Quý TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Phan Thanh Tao, Giáo trình Matlab, Đại học Đà Nẵng, 2004 [2].Trần Văn Chính, Matlab toàn tập, Đại học Bách Khoa hà Nội, 2005 [3].Ebook, The Student Edition of Matlab, Mathworks, Inc; [4].Brian R Hunt Ronald L Lipsman JonathanM Rosenberg, A Guide to MATLAB for Beginners and Experienced Users, Cambridge University Press, 2001 [5] http://www.mathworks.com Và số tài liệu tham khảo khác Internet Trang 71 ... contourf(Z, 10); caxis([‐20 20]) colormap autumn; title({ʹContour co to mauʹ, ʹcontourf(Z, 10)ʹ}) Các hàm contour(z, n) contour(z, v) cho phép ta rõ số lượng mức contour hay mức contour cần vẽ với z ma... số đường contour v vec tơ mức contour MATLAB không phân biệt vec tơ phần tử hay đại lượng vô hướng Như v vec tơ phần tử mô tả contour đơn mức hàm contour coi số lượng đường contour mức contour... dùng cho đường contour 2D Ma trận xác định contour, contour3 contourf Để hiển thị 10 đường đẳng mức hàm peak ta viết: Z = peaks; [C,h] = contour(Z,10); clabel(C,h) title({ʹCac contour co nhanʹ,ʹclabel(C,h)ʹ})