MATLAB简介及入门

MATLAB是由MathWorks公司于 1984年推出的一种功能非常强大的科学计算软件. 为 了在正式使用它之前有一个整体认识. 本章将介绍一些关于 MATLAB 的基本内容. 主要包

括 MATLAB 的历史和特点, 特别是 MATLAB6.x 的新特点；MATLAB6.x 的安装过程，重点

介绍如何有选择地安装；MATLAB 快速入门将教会您启动 MATLAB，了解和掌握 Desktop桌面平台中几个主要窗口的功能；介绍 MATLAB 的帮助系统和搜索路径及扩展，会使您对

MATLAB 的使用和学习更加得心应手.

§1.1 MATLAB6.x 简介

MATLAB源于MATrix LABoratory一词, 原意为矩阵实验室. 一开始它是一种专门用于

矩阵数值计算的软件. 随着 MATLAB 的逐渐市场化, MATLAB 不仅具有了数值计算功能, 而且具有了数据可视化功能. 自 MATLAB4.1 版本开始, MATLAB 拥有了它自己的符号运算

功能, MATLAB 的应用范围进一步拓宽. 在 MATLAB6.x 版本中, 它不仅在数值计算, 符号

运算和图形处理等功能上进一步加强, 而且又增加了许多的工具箱. 目前, MATLAB 已拥有

数十个工具箱, 例如, 控制工具箱(Control Toolbox), 信号处理工具箱(Signal Processing Toolbox), 通信工具箱(Communication Toolbox)和专用图形处理工具箱(Specgraph Toolbox)等, 这些工具箱可以供不同专业的科技人员使用. 特别在 MATLAB6.x 版本中, 计算速度又

有了明显的提高. 就影响而言, 至今仍然没有一个别的计算软件可以与 MATLAB 匹敌.

在欧美大学里, 线性代数, 数理统计, 自动控制, 数字信号处理, 模拟与数字通信, 时间序列分析, 动态系统仿真, 神经网络等课程的教科书都把 MATLAB 作为内容. 这几乎成

了 20 世纪 90 年代教科书与旧版书籍的标志性区别. 在高校里, MATLAB 是攻读学位的大学

生, 研究生必须掌握的基本工具.

在国际学术界, MATLAB 已经被确认为准确, 可靠的科学计算标准软件. 在许多国际一

流学术刊物上(尤其是电子信息科学刊物), 都可以看到 MATLAB 的应用.

在设计研究单位和工业部门, MATLAB 被认为是进行研究和开发的首选软件工具. 如美国 National Instruments 公司信号测量和分析软件 LabVIEW, Cadence 公司信号和通信分析

设计软件 SPW 等, 或者直接建筑在 MATLAB 之上, 或者以 MATLAB 为主要支撑.

再考虑到MATLAB的开放性, 易学易用性等优点, MATLAB的确是高校学生, 教师, 科研人员和工程技术人员的 好选择. MATLAB 是真正面向 21 世纪的科学计算软件.

1.1.1 MATLAB 语言主要特点

1．功能强大

MATLAB4.0以上(不包括4.0版本)的各版本, 不仅在数值计算上继续保持着相对其他同

类软件的绝对优势, 而且还开发了自己的符号运算功能. 特别是 MATLAB6.x 版本在符号运

算功能上丝毫不逊于其他各类软件, 如 MathCAD, Mathematica 等软件. 用户只要学会了

MATLAB6.x, 就可以很方便地处理线性代数中的矩阵计算, 方程组的求解, 微积分运算, 多项式运算, 偏微分方程求解, 统计与优化等问题.

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在数值计算过程中, MATLAB 中许多功能函数都带有算法的自适应能力, 且算法先进,解决了用户的后顾之忧, 这也弥补了 MATLAB 程序因非可执行文件而影响其速度的缺陷, 因为在很多实际问题中, 计算速度对算法的依赖程度大大高于对算法本身的依赖程度. 另外, MATLAB 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. 图 1.1.1 就是利用 MATLAB 绘制的三维图形.

图 1.1.1 MATLAB 三维图形示例

2. 语言简单 如果一种语言的功能非常强大, 但语言本身却晦涩难懂, 那么它绝非是一个成功的语

言. MATLAB 在此方面是成功的, 其编程语言是一种面向科学与工程计算的高级语言, 它允

许用户以数学形式的语言编写程序, 比 BASIC, FORTRAN, UNIX 等语言更接近于书写计算

公式的思维方式. MATLAB 语言以向量和矩阵为基本的数据单元, 包括流程控制语句(顺序, 选择, 循环, 条件, 转移和暂停等), 大量的运算符, 丰富的函数, 多种数据结构, 输入输出

以及面向对象编程. 这些既可以满足简单问题的计算, 也适合于开发复杂的大型程序. MATLAB 不仅仅是一套打好包的函数库, 同时也是一种高级的, 面向对象的编程语言. 使用 MATLAB 能够卓有成效地开发自己的程序. MATLAB 自身的许多函数, 实际上也包括所

有的工具箱函数, 都是用 M 文件实现的. MATLAB 语言的帮助系统也很完备, 用户可以方便地查询到想要的各种信息.

3. 扩充能力强, 可开发性强 MATLAB 能发展到今天这个程度, 它的可扩充性和可开发性起着不可估量的作用.

MATLAB 本身就像一个解释系统, 对其中的函数程序的执行以一种解释执行的方式进行. 这样做 大的好处是 MATLAB 完全成了一个开放的系统, 用户可以方便地看见函数的源程

序, 也可以很方便地开发自己的程序, 甚至可以创建自己的工具箱, 以解决本领域内常见的

计算问题. MATLAB 可以方便地与 FORTRAN, C 等语言接口, 以充分利用各种资源. 用户只需将

已有的 EXE 文件转换成 MEX 文件, 就可以很方便地调用有关程序和子程序. MATLAB 和 Maple 有很好的接口, 这也大大扩充了 MATLAB 的符号运算功能.

4. 编程容易, 效率高 从形式上看, MATLAB 程序文件是一个纯文本文件, 扩展名为 m. 用任意字处理软件都

可以对它进行编写和修改, 因此程序易调试, 人机交互性强. 另外, MATLAB6.x 还具有比较健全的调试系统, 调试更方便, 更简单.

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1.1.2 MATLAB6.x 和 Simulink5 的新特点

2000年下半年, MathWorks公司推出了 MATLAB6.0的试用版本, 并于 2001年初推出了

正式版. 紧接着, 于 2002 年 7 月又推出了他们的 新产品 MATLAB6.5, 并升级了 Simulink到 5.0 版本. 与 MATLAB5.x 版本相比较, MATLAB6.x 版本在各个方面都进行了很大的改

进和补充, 增加了许多新功能和更加有效的处理方法, 甚至在整个系统的结构上也做了较

大的改进. MATLAB6.x 不同于其前版本的 突出之处是：向用户提供前所未有的、成系列

的交互式工作界面. 下面详细介绍 MATLAB6.x 的新特点.

1. 开发环境 与 MATLAB5.x 相比, MATLAB6.x 改进了原有的系统结构, 将各种对 MATLAB 应用提

供支持的系统集成为全新的 MATLAB 开发环境, 其中 明显的是集各种对 MATLAB 文件、

数据变量进行操作的工具以及 MATLAB 自身的辅助工具为一体的 MATLAB 桌面系统. 该桌面系统就是用户对 MATLAB 操作的 面板. 从开始应用 MATLAB 到退出 MATLAB, 几乎

所有的操作都在桌面系统内完成. 在开发环境中, MATLAB6.x 也提供了更为强大的帮助功能, 几乎所有的帮助都可以以

在线帮助的形式完成, 同时也提供了一种全新的帮助浏览器, 更加方便用户获得所需要的

信息. 在网络间使用 MATLAB 时, 可以通过 MATLAB6.x 提供的工具箱路径缓冲功能以加快

MATLAB 的启动速度. 为了方便数据的读取, MATLAB6.x 提供了数据编辑器, 以完成从 MATLAB 外部便捷地

读取数据的功能, 通过该编辑器可以实现多种数据类型的转换. 2． 数据处理 MATLAB6.x 在数据处理上也提供了许多新功能, 不仅增加了许多新函数, 也调整了部

分函数的功能. 首先, MATLAB 6.x 的矩阵运算基于 LAPACK—一种大型的线性代数 FORTRAN 函数

库, LAPACK 扩展了 MATLAB 的计算功能, 也提高了 MATLAB 处理大规模计算的速度, 同时在 MATLAB6.x 中几乎所有的矩阵运算都会附带计算的截断误差.

具体地说, MATLAB6.x 增加了许多矩阵运算细节的处理. 例如, 细化了特征值的计算, 增加了 新的矩阵分解方法等功能.

对于希疏矩阵的运算, MATLAB6.x 也提供了全新的处理方法, 并对原函数做了适当的

优化, 以提高其运算效率及运算能力. 例如, 增加了用于迭代求解对称正定问题以及 小二

乘问题的 symmlq, minres, lsqr 等函数, . 此外, MATLAB6.x 通过基于 Qhall 的函数扩展了 Delaunay 型函数系的功能; 在 MIT 的

FFTW 函数库的基础上重新构建了快速傅里叶变换(FFT); 增加了许多微分方程的求解方法; 改进了 quad 函数的算法, 并引进了新的正交化函数 quadl, 该函数能够更快速, 更准确、更

稳定地处理正交问题, 同时还可以较好地处理正交化过程中的奇异问题. MATLAB6.x 的另一个重要革新是扩展了函数的调用功能, 同时引进了曲线拟合以及数

据统计界面, 便于在具体操作中使用. 3.程序和数据结构 在程序处理过程中, MATLAB6.x的一个重要变化就是引入了函数句柄(Function Handles)

数据类型. 用户可以为任何 MATLAB 函数创建函数句柄, 并以该函数句柄作为相应函数的

参照, 由此方便对函数的操作. MATLAB6.x 相应地提供了对函数句柄进行操作的一系列函

数.

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在程序流程控制中, MATLAB6.x 增加了 continue 语句, 以配合 for 或 while 循环语句

的操作. MATLAB6.x也提供了许多程序设计的辅助函数,如 beep, isvarname等.同时,对MATLAB

的数据类型做了进一步的扩充, 而且取消了对 M 文件编辑长度的限制. 更有意义的是 新的 MATLAB6.x 版本中提供了 JIT 程序加速器, 大大提高了程序的运

行速度. 对于一般的程序, 对比不同版本的运行速度时发现, 新版本的运行速度甚至可以提

高上百倍! 4. 图形处理 MATLAB6.x 中有一个对图形对象属性进行设置的新增图形属性编辑的界面, 该界面比

MATLAB5.x 中的界面功能更加全面, 操作也更为方便. MATLAB6.x 对图形的输出也做了适当的改进, 提供了更为丰富的属性设置, 以提高图

形输出的效果. 5. 用户图形界面 与以前版本相比, MATLAB6.x 的图形用户界面(GUIs)的设计更加灵活, 对 GUIs 编辑工

具也做了相应的改进. 6. 数学计算 MATLAB6.x 增强和改进了数值积分和延迟微分求解算法, 改进了一些函数, 使全矩阵

和稀疏矩阵的线性求解, 矩阵乘法, 矩阵转置等计算能够在 Pentium4 上更快速地运算. 7. 应用程序接口 对应用程序接口 主要的改进是在MATLAB6.x中增加了与 Java的接口, 并为实现两者

的数据交换提供了相应的函数库. 对原有的应用程序接口, MATLAB6.x 也做了适当的修改

和改进. 后介绍 Simulink 的新特点.

Simulink 是一个动态系统仿真, 性能评估, 控制, DSP 和通信系统设计的框图建模环境. 对 GUI 和运行引擎的增强如下:

信号编辑模块允许用户采用图形方式定义信号输出的波形. 搜索表格编辑器允许用户以图形的方式观察和修改模型中查表模块中的数据. 打印细节用于打印模型的报告. 模型离散器将连续的 Simulink 模块替换成离散模块(需要控制系统工具箱). 增强的诊断观察器, 可对内容和超链接进行配置. 真彩支持, 交互控制 Simulink 对象的着色. 增强后的模版编辑器更便于使用, 包括当一个参数改变时, 指定相应的回调函数. S 函数编辑器增添新的界面, 可以指定数据类型, 支持复数, 端口标签, 矩阵和更

多其他类型.

§1.2 MATLAB 的安装和内容选择

随着软件功能的不断增强, MATLAB 对计算机硬件环境的要求也越来越高. MATLAB

本身适应于许多机种和系统, 如 IBM-PC, Macintosh 和 Unix 工作站等. 本节将介绍在操作系

统为 Microsoft Windows XP Professional 的 PC 上安装 MATLAB6.5 的具体步骤. 将MATLAB6.5的安装光盘放入光驱, 一般情况下, 系统会自动搜索到autorun文件并进

入安装界面. 对已经安装 MATLAB 的用户, 界面会一闪而过或者根本看不到界面的出现,

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这时系统认为安装已经完成 , 此时用户可以自己执行安装盘内的 setup.exe 文件启动

MATLAB 的安装程序. 当用户填写注册信息及接受使用协议后, 将进入 MATLAB 的选择安装界面, 如图 1.2.1

所示. 用户可以依使用的要求有选择地安装各组件. 此界面同时显示了所需磁盘空间的大

小与当前磁盘可用空间大小的信息, 可以更改安装目录.

图 1.2.1 MATLAB 组件选择界面

完全安装 MATLAB6.x 需要 1.5GB 以上的硬盘空间, 对一般的计算机用户来说, 这不是

个小数目, 并且即使有足够的空间, 由于 MATLAB 的工具箱和模块集种类繁多, 许多工具

箱软件包也可能在相当长的时间根本用不到, 所以选择安装就显得很重要了，可采用

SWYN(Select What You Need)安装模式. 但是对于软件的运行所必需的组件必须选中, 如主

程序模块, 编译器模块, 符号数学库. 表 1.2.2 列出了供选择的各个选项的具体解释. 用户可以参照此表中的解释选择所需要

的工具箱. 对于按照本书内容学习的初学者, 选择带星号“*”的内容就可以了, 大约需要

250MB 的硬盘空间. 对于硬盘很大的用户, 好也根据需要安装, 不要以为多多益善, 否

则会影响运行速度. MATLAB6.x 的安装及卸载功能也是很友好的, 不同时安装的内容可不

同时卸载. 表 1.2.2 MATLAB 各组件的功能

组件名称 功能解释 *MATLAB MATLAB 主程序, 核心的部分. Simulink 用方块图建模和仿真;主要用微分和差分方程描写的非线性动态系统 CDMA Reference Blockset CDMA 参考模块板 Communications Blockset 通信模块集 Communications Toolbox 通信工具箱 *Control System Toolbox MATLAB 涉及控制的工具箱有十多个,本工具箱是 基本的, 是解决

控制问题所必选的. DSP Blockset 数字信号模块集 DATA Acquisition Toolbox 数据采集工具箱 Database Toolbox 数据库工具箱 Datafeed Toolbox 数据流入工具箱 Dials and Gauges Blockset 刻度标尺模块集 Excel Link 外链接 Filter Design Toolbox 滤波器设计工具箱 Financial Derivatives Toolbox 金融系统工具箱

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Financial Time Series Toolbox 金融时间系列工具箱 Financial Toolbox 金融财政工具箱 Fixed-Point Blockset 定点模块集 Fuzzy Logic Toolbox 模糊逻辑工具箱 GARCH Toolbox GARCH 工具箱 Image Processing Toolbox 图像处理工具箱 Instrument Control Toolbox LMI 控制工具箱 *MATLABC/C++Math Library MATLABC/C++数学计算库 *MATLABC/C++GraphicsLibrary MATLABC/C++图形库 *MATLAB Compiler 把 MATLAB 的 M 文件编译成 DLL 文件,或 EXE 独立应用程序 MATLAB Report Generator MATLAB 报告生成器 Mapping Toolbox 制图工具箱 Model Predictive Control Toolbox 模型预测控制工具箱 Mu-Analysis and Synthesis Toolbox Mu 分析与合成工具箱 Neural Network Toolbox 神经网络工具箱 Nonlinear Control Design Blockset 非线性设计模块集 *Optimization Toolbox 包含求函数零点,极值,规划等优化程序的工具箱 *Partial Differential Equation Toolbox 偏微分方程工具箱 Power System Blockset 动力系统模块集 Real-time Workshop 实时工作间 Real-time Workshop Ada Coder 实时工作间 Ada 编码器 Requirements Management Interface

需求管理界面

Robust Control Toolbox 鲁棒控制工具箱 SB2SL(convert models to Simulink) 模型转换成 Simulink 工具 Signal Processing Toolbox 信号处理工具箱 Spline Toolbox 内含样条和插值函数的工具箱 Stateflow 与 Simulink 配合使用, 主要用于较大型,复杂动态系统的建模,分析,仿

真 Stateflow Coder 状态流编码器 *Statistics Toolbox 包含进行复杂统计分析所需程序的工具箱 *Symbolic Math Toolbox 符号类数据的操作和运算工具箱 System Identification Toolbox 据时域信号进行动态系统辨别工具箱 Wavelet Toolbox 小波工具箱 xPC Target xPC 对象 xPC Target Embedded Option xPC 对象内置属性 … …

选好需要安装的组件和安装目录后就可以进行安装了. 安装之后需要重新启动计算

机, 安装时所做的一些设置才可以生效.

§1.3 MATLAB 快速入门

MATLAB 的入门学习是比较容易的事. 但同时 MATLAB 是一个很复杂的程序, 功能

强大. 要用好 MATLAB, 需要有一定的数学基础, 还要熟悉 Windows 的基本操作.

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1.3.1 启动 MATLAB 启动MATLAB有多种方式. 常用的方法是双击系统桌面的MATLAB图标, 也可以在

开始菜单的程序选项中选择 MATLAB 快捷方式, 也可以在 MATLAB 的安装路径的 bin 目录

中的子目录 win32 中双击可执行文件 matlab.exe. 初次启动 MATLAB 后, 将进入 MATLAB 默认设置的桌面平台, 如图 1.3.1 所示.

图 1.3.1 MATLAB 的桌面平台

1.3.2 Desktop 桌面平台简介

默认情况下的桌面平台包括以下几个主要窗口, 分别是 MATLAB 主窗口、命令窗口

(Command Window) 、历史窗口(Command History) 、当前目录窗口(Current Directory) 、

工作空间管理窗口(Workspace) 、交互界面分类目录窗口(Launch Pad)等. 图 1.3.1 是 6.5

版 Desktop 桌面平台的缺省外形. 该桌面的上层有 3 个 常用的窗口: 命令窗口、历史窗

口、工作间管理窗口, 在窗口的左下角新增加了“开始按钮”. 在缺省情况下, 还有一个

只能看见窗口名的常用交互窗口: 当前目录窗口. 下面分别对各窗口做简单介绍.

1. MATLAB 主窗口

与 MATLAB 的早期版本不同的是, MATLAB6.x 增加了一个主窗口, 如图 1.3.1 所示. 其

他的几个窗口都包含在这个大的主窗口中. 主窗口不能进行任何计算任务的操作, 只用来

进行一些整体的环境参数的设置. 它主要包括 6 个下拉菜单和一个工具条. (一) 菜单栏. (1) 单击菜单栏上的 File 菜单, 弹出如图 1.3.2 所示的菜单选项. 其中, 各子菜单选项的功能如下:

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图 1.3.2 File 菜单选项

New 选项包含 4 个选项: M-file, Figure, Model 和 GUI. 单击 M-file 选项打开 M 文件编辑

器; 单击Figure选项将打开一个空白的图形窗口; 单击Model选项将打开用于创建新模

型的窗口; 单击 GUI 选项将打开创建新的图形用户界面的对话框. Open选项. 单击该选项将打开一个Open对话框, 用户可以在对话框中选择相应的文件,

然后 MATLAB 将用相应的编辑器打开该文件. Close…选项. 该选项后面将跟随某个打开的视窗名. 单击该选项, 将关闭该视窗. Import Data…选项. 单击该选项将打开一个 Import 对话框, 用户可以选择相应的数据

文件, 然后将该数据文件中的数据导入到 MATLAB 工作空间. Save Workspace As…选项. 单击该选项将打开一个 Save to MAT-File 对话框, 用户需要

为保存的工作空间命名. Set Path…选项. 单击该选项, MATLAB 将会打开设置路径对话框. 通过该对话框可以

更改 MATLAB 执行命令时搜索的路径. Preferences Page Setup 选项. 该选项用于设置页面布局, 页面的页眉, 页面所用的文字. Print…选项. 该选项用于打印预定义好的页面内容, 也可以设置一些参数. Print Selection…选项. 当选中命令窗口内的一部分内容后, 该选项将处于激活状态,

此时单击该选项, 将打印对话框中选中的内容. Exit MATLAB 选项. 单击该选项, 将关闭 MATLAB. 也可以通过快捷键 Ctrl+O 来关

闭.

(2) 单击菜单栏上的 Edit 菜单, 会弹出如图 1.3.3 所示的菜单选项. 其中, 各子菜单选项的功能如下:

Undo 选项. 选择该菜单将取消上一次的操作. Redo 选项. 选择该菜单将重复上一次的操作. Cut 选项. 选择该菜单将剪切所选中的部分. Copy 选项. 选择该菜单将复制被选中的部分. Paste 选项. 选择该菜单将把存放在缓冲区中的内容粘贴到光标所在的位置.

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Paste Special 选项. 选择该菜单将打开导入数据向导, 该向导引导用户把存放在缓冲区

中的内容以特定格式存放到剪贴板变量中. Select All 选项. 选择该菜单将选中所在区域的所有内容, 以便进一步的复制. Delete 选项. 选择该菜单将删除当前目录中选中的文件. Find…选项. 选择该菜单将打开查找对话框, 可以在当前命令窗口, 当前目录或当前目

录中的 M 文件中查找相应的内容. Clear Command Window 选项. 选择该菜单将清除显示在命令窗口中的全部内容, 但

不删除当前工作空间中的变量. Clear Command History 选项. 选择该菜单将清除显示在历史记录窗口中的全部内容. Clear Workspace 选项. 选择该菜单将清除工作空间中的全部内容.

图 1.3.3 Edit 菜单选项

(3) 单击菜单栏上的 View 菜单, 会弹出如图 1.3.4 所示的菜单选项.

图 1.3.4 View 菜单选项

其中, 各子菜单选项的功能如下: Desktop Layout 选项. 选择该菜单将打开右侧的子菜单, 子菜单包含 6 个选项: 默认布

局, 只显示命令窗口, 简单布局(命令窗口和命令历史记录窗口), 窄的历史记录窗口, 高的历史窗记录口, 同时显示 5 个窗口.

Unlock Command Window 选项. 选择该菜单将命令窗口以新的窗口形式显示, 而不是

作为主窗口的一个浮动窗口形式显示.

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Command Window 选项, Command History 选项, Current Directory 选项, Workspace选项, Launch Pad 选项, Profiler 选项和 Help 选项. 选中相应的选项后, 在该菜单前将

出现对号表示该选项已被选中, 选中后的选项对应的窗口将显示出来. Current Directory Filter 选项. 该选项包含一个子菜单, 用户可以选择相应的文件类型,

所有文件和文件夹. Workspace View Opitions 选项. 该选项用于设置工作空间视窗的显示方式.

(4) 单击菜单栏上的 Web 菜单, 会弹出如图 1.3.5 所示的菜单选项.

图 1.3.5 Web 菜单选项

其中, 各子菜单选项的功能如下: The MathWorks Web Site 选项. 选择该菜单将自动链接到 MathWorks 网站上. MATLAB Central 选项, MATLAB File Exchange 选项和 MATLAB Newsgroup Access

选项. 单击任一选项将链接到相应的主页上. Check for Updates 选项. 网上检查软件的更新情况. Products 选项. 网上查阅该软件产品情况. Membership 选项. 网上查看出版商成员情况. Technical Support Knowledge Base 选项. 用于网上技术支持.

(5) 主窗口菜单栏上的 Window 菜单, 只包含一个子菜单 Close All, 用于关闭所有打开

的编辑窗口, 包括 M-file, Figure, Model 和 GUI 窗口. (6) 单击菜单栏上的 Help 菜单, 会弹出如图 1.3.6 所示的菜单选项.

1.3.6 Help 菜单选项

其中, 各子菜单选项的功能如下: Full Product Family Help 选项. 选择该菜单将打开整个 MATLAB 系列产品家族的帮助

文件. MATLAB Help 选项. 选择该菜单将打开 MATLAB 的帮助文件. Using the Desktop 选项. 选择该菜单将打开 MATLAB 的帮助文件, 并从 Using the

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Desktop 开始显示帮助文件. Using the Command Window 选项. 选择该菜单将打开 MATLAB 的帮助文件, 并从

Using the Command Window 开始显示帮助文件. Demos 选项. 选择该菜单将打开演示文档. About MATLAB 选项. 选择该菜单将打开产品说明.

(二) 工具条包含 10 个按钮控件, 这里对 10 个按钮控件做简单介绍. 各按钮控件功能说明如下:

新建或打开一个 MATLAB 文件;

剪切、复制或粘贴已选中的对象;

撤消或恢复上一次操作;

打开 Simulink 主窗口;

打开 MATLAB 的帮助系统;

设置当前路径.

2. 命令窗口(Command Window)

MATLAB 的命令窗口位于 MATLAB 桌面平台的右下方, 如图 1.3.1. 假如用户希望得到

脱离桌面平台的几何独立命令窗口, 只要点击该命令窗口右上角的 , 就可获得如图

1.3.7 所示的命令窗口. 其中, “>>”为指令行提示符, 表示 MATLAB 正处在准备状态. 当在提示符后输入一段运算式并按【enter】键后, MATLAB 将给出计算结果, 然后, 再次进入

准备状态.

图 1.3.7 MATLAB 的命令窗口

【说明】 · 该命令窗口的外貌和操作方式与以前版本基本相同. · 6.5 版本的命令窗口与以前版本的命令窗口的主要外观差别有:

(1) 在菜单条中, 改变了菜单项【View】内容, 增加了菜单项【Web】. 前者用来处理该

命令窗口和 桌面平台间的几何关系 , 以及桌面平台的外观 . 后者用来实现与

MATLAB 生产商 MathWorks 公司的 Internet 联系. (2)6.5 版本中在 MATLAB 菜单项【Edit】中增加了寻找(Find)功能, 点击该项弹出一个

寻找对话框, 键入关键词, 可选择在命令窗口, 在当前路径下, 在整个 MATLAB 路

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径下或在其路径下的 M 文件中进行搜索. (3)6.x 版本在 WIN95 或 98 平台上运行时, 命令窗口中有指令行提示符“>>”, 以前版

本则没有提示符. (4)6.x 版本命令窗口对关键词(如 if, while, for 等)、字符串、注释、普通指令表达式等采

用不同颜色表示. 其用色的缺省设置与MATLAB编辑器中情况相同. 用户若想改变设

置, 可以通过下拉菜单项【File: Preferences】进行操作. · 如果用户希望让独立的命令窗口嵌放回桌面平台, 则只需要选中命令窗口【View: Dock

Command Window】下拉菜单项即可. 3. 历史窗口 (Command History)

历史窗口在 MATLAB 的早期版本中曾有过雏形, 在 MATLAB6.x 中再次出现, 而且被

赋予了更加强大的功能. 在缺省情况下, 历史窗口在 MATLAB 桌面平台的左下侧前台, 如图 1.3.8.

图 1.3.8 历史窗口

历史窗口记录着用户在 MATLAB 命令窗口中输入过的所有指令行. 历史记录包括: 每

次启动 MATLAB 的时间, 以及每次开启 MATLAB 后在命令窗口中运行过的所有指令行. 历史窗口具有多种应用功能: 单行或多行指令的复制和运行、生成 M 文件等. 在 6.5 版

本中, 又增加了如下几个功能: 历史命令的内容打印、使用查找对话框搜索历史窗口中的内

容、设置历史命令的自动保存等. 【例 1.3.1】再运行图 1.3.9 所示历史窗口中的 3 行指令.

图 1.3.9 运行历史窗口的演示

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具体步骤如下: 利用组合操作【Ctrl+鼠标左键】分别点亮如图 1.3.9 所示历史窗口中的

3 行指令 ; 当鼠标光标在点亮区时 , 点击鼠标右键 , 引出现场菜单 ; 选中现场菜单项

【Evaluate Selection】, 计算结果就出现在命令窗口中, 如图 1.3.9. 【说明】 · 历史指令的复制操作步骤大抵相同, 只是在现场菜单中选【Copy】项. · 单行历史指令的再运行操作更简单, 只要用鼠标左键双击所需的那行指令即可.

4. 当前目录窗口(Current Directory)

在缺省情况下, 当前目录窗口位于 MATLAB 桌面平台的左下方后台, 如图 1.3.1. 点击

窗标“Current Directory”可使该窗口在前台显现. 图 1.3.10 所示是脱离桌面平台独立

的当前目录窗口.

图 1.3.10 当前目录窗口

图 1.3.10展示的是当前目录窗口. 自上而下, 它的组件有: 菜单条、当前目录设置区、

工具条、文件详细列表、M或 MAT 文件描述区等. 注意, 在缺省情况下的当前目录窗口没有

M 或 MAT 文件描述区.

文件详细列表区有多种应用功能: 运行 M 文件、装载 MAT 数据文件、编辑文件等. 详

见表 1.3.2. 表 1.3.2 文件详细列表区主要应用功能的操作方法

应用功能 操作方法 简捷操作方法

运行 M文件 点亮待运行文件:按鼠标右键引出现场菜单, 选中【Run】菜单项即可

编辑 M文件 点亮待运行文件:按鼠标右键引出现场菜单, 选中【Open】菜单项,此

文件就出现在编辑/调试器中

鼠标左键双击

M文件

把 MAT 文件全部

数据输入内存

点亮待装数据文件:按鼠标右键引出现场菜单, 选中【Open】菜单项,

此文件的数据就全部装入该工作内存

鼠标左键双击

MAT 文件

把 MAT 文件部分

数据输入内存

点亮待装数据文件:按鼠标右键引出现场菜单, 选中【Import DATA】

菜单项,引出数据预览选择对话框“Import Wizard”,在该框中选择待

装数据变量名,点击 【Finish】键, 就完成操作

【说明】 · 改变当前目录窗口的方法是: 选择下拉菜单【File:Preferences】, 引出“Preferences”

对话框, 在右下方选择不同条目即可.

·假如点亮某 M 文件, 那么文件列表中的“Description”将显示该 M 文件帮助解释的内容,

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而 下方的文件描述区将显示: 该 M 文件的其余帮助注释内容. 用户从这些帮助内容, 可

以清楚了解该 M 文件的用法.

·假如点亮某 MAT 文件, 那么 下方的文件描述区将显示: 文件所含的变量名、大小、字

节数及类型.

·MATLAB 刚开始工作时的缺省当前目录之一是 matlab6.x\work. 在该缺省当前目录下存放

用户文件是允许的、安全的 、可靠的. MathWork 公司之所以设计这样一个目录, 就是供用

户使用的.

5. 工作间管理窗口 (Workspace)

工作间管理窗口是 MATLAB 的重要组成部分,其缺省地放置在桌面平台的左上侧后台,

如图 1.3.1. 点击桌面平台左上侧框下方的“Workspace”窗标, 可使工作间管理窗口出现

在桌面平台的前台. 图 1.3.11 是独立的工作间管理窗口..

图 1.3.11 工作间管理窗口

工作管理窗口中将显示目前内存中所有的 MATLAB 变量的变量名、数学结构、字节数以

及类型, 不同的变量类型分别对应不同的变量名图标.

MATLAB 在执行 M 文件时, 将把该 M 文件的数据保存到其对应的工作间中. 为了区别,

命令窗口的工作间(也包括全局变量的工作间)被标记为基本工作间. 因此, 此控件用于调

试 M 文件时实现不同工作间之间的切换.

6. 交互界面分类目录窗口 (Launch Pad)

交互界面分类目录窗口(Launch Pad)是 MATLAB6.x 版本所特有的, 用来说明用户所拥

有的 MathWorks 公司产品的工具包、演示、帮助以及各种应用界面等. 用户借助鼠标点击

条目名称, 就可打开相应的交互界面, 使用十分方便, 如图 1.3.12.

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图 1.3.12 交互界面分类目录窗口

§1.4 帮助系统

与其他科学软件相比, MATLAB 的一个突出优点就是帮助系统非常完善, 不管用户以前

是否使用过 MATLAB, 都应尽快了解和掌握 6.x 版本的帮助系统, 这是因为 6.x 版本的帮助

系统的帮助方式和内容层次都发生了本质变化. 从总体上来看, 它的帮助系统大致可以分

为 3 大类.

● 联机帮助系统

● 命令窗口查询帮助系统

● 联机演示系统

用户在学习 MATLAB 过程中, 理解、掌握和熟练运用这些帮助系统是非常重要的. 下面

将分别对它们进行详细介绍. 1.4.1 联机帮助系统

与以前 MATLAB5.x 版本的联机帮助系统相比, MATLAB6.x 的联机帮助系统更为系统

全面, 简直就是一本 MATLAB 的百科全书. 进入 MATLAB 联机帮助系统的方法有很多, 下面介绍其中的 3 种.

● 点击 MATLAB 主窗口工具条中的 ? 按钮. ● 选中下拉菜单【Help: MATLAB Help】. ● 在命令窗口执行 helpwin, helpdesk 或 doc. 以上三种方法都可以进入如图 1.4.1 所示的联机帮助窗口. 联机帮助窗口包括帮助导向页面和帮助显示页面两部分.

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图 1.4.1 联机帮助窗口

其中, 帮助导向页面含有一个工具栏, 如图 1.4.2 所示. 在这里可以选择帮助主题(MATLAB帮助系统对帮助信息的分类)的显示方式, 显示所有帮助主题还是只显示指定的帮助主题. 这两种显示方式可以通过选择【All】或【Select…】复选框来设置, 其中指定主题可以通过

【Select…】选项设置, 单击它之后出现如图 1.4.3 所示的界面. 指定主题可以是外加的帮助

主题, 也可以是帮助系统中的某个或某几个帮助主题. 例如, 图 1.4.3 中只显示 MATLAB 自

带的一个帮助主题.

图 1.4.2 帮助导向的工具栏

此外, 帮助导向页面中还含有 4 个按钮, 分别显示帮助主题(Contents)、帮助索引

(Index)、帮助查询(Search)以及用户自定义帮助主题集(Favorites), 如图 1.4.4 所示.

图 1.4.3 指定帮助主题设置

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图 1.4.4 帮助导向页面

图 1.4.5 帮助信息窗口

此外, 帮助页面还有一个显示帮助信息的窗口, 如图 1.4.5 所示. 在窗口的文本框中显

示当前的帮助主题. 可以在其中更改帮助的主题, 也可以单击【Add to Favorites】选项将当

前的帮助主题加入用户自定义帮助主题集中, 这样就可以集中用户常用的帮助主题, 方便

以后查找.

1.4.2 命令窗口查询帮助 对于熟练的 MATLAB 用户, 简洁, 快速的方式是在命令窗口通过帮助命令对特定的

内容, 如某个函数的功能和使用方法, 进行快速查询. 这些函数指令包括 help 系列、lookfor系列和其他常用帮助命令.

1. help 系列 help 系列的帮助命令有 help, help+函数(类)名, helpwin 及 helpdesk, 其中后两个命令是

用来调用联机帮助窗口的. 本节只介绍前两个命令.

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● help help 命令是 常用的命令. 在命令窗口中直接输入 help 命令将会显示当前的帮助系统

中所包含的所有项目, 及搜索路径中所有的目录名称, 结果如下所示. >> help HELP topics: matlab\general - General purpose commands. matlab\ops - Operators and special characters. matlab\lang - Programming language constructs. matlab\elmat - Elementary matrices and matrix manipulation. matlab\elfun - Elementary math functions.

...... ...... ...... For more help on directory/topic, type "help topic". For command syntax information, type "help syntax".

>>help help

HELP On-line help, display text at command line. HELP, by itself, lists all primary help topics. Each primary topic corresponds to a directory name on the MATLABPATH. ...... ...... ......

For tips on creating help for your m-files 'type help.m'. See also LOOKFOR, WHAT, WHICH, DIR, MORE. Overloaded methods help cgmathsobject/help.m help cvtest/help.m help cvdata/help.m

● help+函数(类)名 在实际应用中, 这是 有用的一个帮助命令, 可以辅助用户进行深入的学习和应用. 举

例说明如下. Help+函数类名 【例如】 >> help elfun Elementary math functions. Trigonometric. sin - Sine. sinh - Hyperbolic sine. asin - Inverse sine. asinh - Inverse hyperbolic sine. cos - Cosine. cosh - Hyperbolic cosine. acos - Inverse cosine. acosh - Inverse hyperbolic cosine. tan - Tangent. tanh - Hyperbolic tangent. atan - Inverse tangent. atan2 - Four quadrant inverse tangent. atanh - Inverse hyperbolic tangent. sec - Secant. sech - Hyperbolic secant. asec - Inverse secant. asech - Inverse hyperbolic secant. csc - Cosecant. csch - Hyperbolic cosecant. acsc - Inverse cosecant.

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acsch - Inverse hyperbolic cosecant. cot - Cotangent. coth - Hyperbolic cotangent. acot - Inverse cotangent. acoth - Inverse hyperbolic cotangent.

...... ...... ...... Rounding and remainder. fix - Round towards zero. floor - Round towards minus infinity. ceil - Round towards plus infinity. round - Round towards nearest integer. mod - Modulus (signed remainder after division). rem - Remainder after division. sign - Signum. help elmat Elementary matrices and matrix manipulation.

Elementary matrices. zeros - Zeros array. ones - Ones array. eye - Identity matrix. ...... ......

help+函数名 【例如】 >>help eye EYE Identity matrix.

EYE(N) is the N-by-N identity matrix. EYE(M,N) or EYE([M,N]) is an M-by-N matrix with 1's on the diagonal and zeros elsewhere. EYE(SIZE(A)) is the same size as A.

See also ONES, ZEROS, RAND, RANDN.

2. lookfor 命令

当用户知道某函数名而不知其用法时, help 命令可以帮助用户正确地了解此函数的用法. 然而, 若有查找一个不知其确切名称的函数名时, help 命令就远远不能满足需要了. 这种情

况下, 可以用 lookfor 命令来查询根据用户提供的关键字搜索相关的函数. Lookfor 通过对

MATLAB搜索路径中的每个M文件的注释区的第一行进行扫描, 一旦发现所查询的字符串, 则将该函数显示出来.

【例如】 >> lookfor fourier FFT Discrete Fourier transform. FFT2 Two-dimensional discrete Fourier Transform. FFTN N-dimensional discrete Fourier Transform. IFFT Inverse discrete Fourier transform. IFFT2 Two-dimensional inverse discrete Fourier transform. IFFTN N-dimensional inverse discrete Fourier transform. DFTMTX Discrete Fourier transform matrix. INSTDFFT Inverse non-standard 1-D fast Fourier transform. NSTDFFT Non-standard 1-D fast Fourier transform. DFTMTX Discrete Fourier transform matrix in a Galois Field FFT Discrete Fourier transform. IFFT Inverse Discrete Fourier transform. TDAFDFT Transform-domain adaptive filter using discrete Fourier

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transform. FFT Quantized Fast Fourier Transform. FOURIER Fourier integral transform. IFOURIER Inverse Fourier integral transform. Lookfor的查询机理是: 它对 MATLAB搜索路径中的每个 M文件的注释区的第一行进

行扫描, 一旦发现此行中含有所查询的关键字, 则将该函数名及第一行注释全部显示在屏

幕上. 3. 其他帮助命令

MATLAB 中还有一些可能经常用到的查询、帮助命令, 如下所示.

● exist 变量或函数检验函数

● what 目录中文件列表

● who 内存变量列表

● whos 内存变量详细列表

● which 确定文件位置

● dir 当前路径文件及文件夹列表

1.4.3 联机演示系统 对于 MATLAB或者其中某个工具箱的初学者, 好的方法就是查看 MATLAB的联机演

示系统. 单击 MATLAB 主窗口菜单条的【Help】→【Demons】选项, 或者在命令窗口输入

demons 命令, 或者直接在帮助页面上选中 Demons 选项, 将进入 MATLAB 帮助系统的主

演示页面, 如图 1.4.6所示.

1.4.6 MATLAB 的主演示页面

页面的左边是可以演示的选项, 双击某个选项即可进入具体的演示界面, 图 1.4.7所示的是选中【MATLAB】→【Matrices】→【Graphs and Matrices】的情况. 图1.4.8所示为运行后的某一结果图, 绘制此图形的 MATLAB程序显示在图形下面的文本框

里, 便于用户的学习和使用.

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图 1.4.7 【Graphs and Matrices】演示

图 1.4.8 运行结果显示

1.4.4 常用的命令和技巧 1. 一些常用的命令

在使用 MATLAB之前, 我们还需要了解一些常用的命令, 见表 1.4.1.

表 1.4.1 常用命令表

命 令 命令说明 命令 命令说明 Cd 显示或改变工作命令 hold 图形保持开关 dir 显示目录下的文件 disp 显示变量或文字内容 type 显示文件内容 path 显示搜索目录 clear 清理内存变量 save 保存内存变量到指定文件 clf 清除图形窗口 load 加载指定文件的变量 pack 收集内存碎片, 扩大内存空间 diary 日志文件命令 clc 清除工作窗 quit 推出 MATLAB echo 工作窗信息显示开关 ! 调用 DOS命令

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2. 一些常用操作技巧

在MATLAB的使用过程中常常会用到一些输入技巧, 可以在输入命令的过程中起到事半

功倍的效果. 表 1.4.2 就列出了可能用到的一些技巧.

表 1.4.2 命令行的输入技巧

键盘按键 说明 键盘按键 说明

↑ Ctrl+p, 调用上一行 Home Ctrl+a, 光标置于当前行开头

↓ Ctrl+n, 调用下一行 End Ctrl+e, 光标置于当前行末尾

← Ctrl+b, 光标左移一个字符 Esc Ctrl+u, 清除当前输入行

→ Ctrl+f, 光标右移一个字符 Del Ctrl+d, 删除光标处的字符

Ctrl+← Ctrl+l, 光标左移一个单词 Backspace Ctrl+h, 删除光标前的字符

Ctrl+→ Ctrl+r, 光标右移一个单词 Alt+backspace 恢复上一次删除

3. 标点符号

在 MATLAB 中, 标点符号有着特别重要的作用. 为此, 把各标点的作用归纳为表 1.4.3.

表 1.4.3 MATLAB 常用标点符号的功能

标点 作 用 标点 作 用

: 冒号,生成一维数值数组等功能 . 小数点,数值表示中的小数点及域访问符等

; 分号, 数组的行间分隔符及取消运行显示等 … 续行号, 构成一个较长的完整指令

, 逗号, 区分列及函数参数分隔符等 % 注释号, 注释标记, 看作非执行的标记

() 括号, 数组援引或函数指令输入宗量列表用 ! 惊叹号, 调用操作系统运算

[] 方括号, 输入数组等用 = 等号, 赋值标记

{} 大括号, 元胞数组记述符 ′ 单引号, 字符串标识符

§1.5 MATLAB 的搜索路径及其扩展

MATLAB 的所有(M、MAT、MEX)文件都被存放在一组结构严整的目录(文件夹)上. MATLAB

把这些目录按优先次序设计为搜索路径上的各个节点. MATLAB 的一切操作都在它的搜索路

径中进行的, 如果调用的函数在搜索路径之外, MATLAB 则认为此函数并不存在. 这是初学

者常犯的一个错误,这个问题很容易解决, 只需要把程序所在目录扩展成 MATLAB 的搜索路

径即可. 本节将详细介绍 MATLAB 的搜索路径及其扩展方法.

1.5.1 MATLAB 的搜索路径

在默认状态下, MATLAB的搜索路径是MATLAB的安装主目录及其所有工具箱的路径, 用

户可以通过以下几种方法查看此搜索路径.

1. 搜索路径对话框

采用以下任何一种方法都可以引出如图 1.5.1 的设置路径对话框.

● 在命令窗口中运行指令 editpath

● 在命令窗口中运行指令 pathtool

● 在 MATLAB 桌面平台或命令窗口等的菜单条中, 选择【File】→【Set Path】选

项

图 1.5.1所示的对话框包括两组按钮控件和一个列表框,具体含义将在下一小节的

搜索路径设置中详细说明. 这里的列表框中所列出的目录就是 MATLAB 的所有搜索路

径.

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图 1.5.1 设置搜索路径对

2.path 命令

在命令窗口中输入指令 path 可得到 MATLAB 的所有搜索路径, 如下所示:

>> path

MATLABPATH

C:\MATLAB6p5p1\toolbox\matlab\general

C:\MATLAB6p5p1\toolbox\matlab\ops

C:\MATLAB6p5p1\toolbox\matlab\lang

C:\MATLAB6p5p1\toolbox\matlab\elmat

C:\MATLAB6p5p1\toolbox\matlab\elfun

C:\MATLAB6p5p1\toolbox\matlab\specfun

C:\MATLAB6p5p1\toolbox\matlab\matfun

C:\MATLAB6p5p1\toolbox\matlab\datafun

C:\MATLAB6p5p1\toolbox\matlab\audio

C:\MATLAB6p5p1\toolbox\matlab\polyfun

C:\MATLAB6p5p1\toolbox\matlab\funfun

C:\MATLAB6p5p1\toolbox\matlab\sparfun

…… …… ……

C:\MATLAB6p5p1\toolbox\rtw\targets\xpc\xpcdemos

C:\MATLAB6p5p1\toolbox\rtw\targets\xpc\target\kernel\embedded

C:\MATLAB6p5p1\work

3. genpath 命令

在命令窗口输入指令 genpath 可以得到由 MATLAB所有搜索路径连接而成的一个长字符

串.

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1.5.2 MATLAB 搜索路径的扩展

本节以一个例子说明 MATLAB 搜索路径扩展的几种方法. 首先在 C:\MATLAB6p5p1 下建

立一个新的目录 myfiles.

1. 利用路径设置菜单

选中【File】→【Set Path】菜单选项, 进入图 1.5.1所示的设置搜索路径对话框. 如果只是想把某一目录下的文件包含在搜索范围内而忽略其子目录, 则单击对话框中的

【Add Folder】按钮, 否则单击【Add with Subfolders】按钮. 这里 好选中后者, 以免在以后的使用中出现错误. 在这儿单击【Add with Subfolders】按钮, 进入图 1.5.2所示的浏览文件夹对话框.

图 1.5.2 浏览文件夹对话框

选中新建目录 C:\myfiles, 单击【确定】按钮, 新目录出现在搜索路径列表中. 单击

【Save】按钮保存新的搜索路径, 单击【Close】按钮关闭对话框. 此时, 新的搜索路径

设置完毕. 下面介绍图 1.5.1所示的设置搜索路径对话框中出现的其他几个按钮控件.

Move to Top 将选中的目录移到搜索路径的顶端;

Move Up 将选中的目录在搜索路径中上移一位;

Move Down 将选中的目录在搜索路径中下移一位;

Move to Bottom 将选中的目录移到搜索路径的底端;

ReMove 将选中的目录在搜索路径中删去;

Revert 恢复上次改变搜索路径前的路径;

Default 恢复到 原始的 MATLAB默认路径. 2. 使用 path 命令扩展目录

使用 path 命令也可以扩展 MATLAB 的搜索路径. 就本例来说, 把新目录扩展到搜索路

径的方法是在 MATLAB 命令窗口中输入:

path(path, ‵c:\myfiles′) 把 c:\myfiles 设置在搜索路径的尾端

path(‵c:\myfiles′, path) 把 c:\myfiles 设置在搜索路径的首端

【说明】用 path 指令扩展的搜索路径仅在当前 MATLAB 环境下有效. 当用户退出当前

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MATLAB 后重新再启动 MATLAB, 那么在前一环境下用 path 所定义的扩展搜索路径则无

效. 3. 使用 addpath 命令扩展目录 扩展搜索路径的命令还有 addpath 指令. 在此例中, 若要把新目录加到整个搜索路

径的尾端, 则可以使用如下的命令: addpath, c:\myfiles –edd

若要把新目录加到整个搜索路径的首端, 则可以使用如下的命令: addpath, c:\myfiles –begin

4. 使用 editpath 和 pathtool 命令扩展目录

这两个目录引导到设置搜索路径对话框, 然后进行的工作可参考使用【Set Path】选项

的情况.

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