数学建模竞赛中常用软件的操作

数学建模竞赛中常用软件的操作

本节主要介绍数学建模竞赛中常用软件MATLAB和Lingo的一些基本操作。 一、Desktop简介

在桌面双击MATLABb图标，或双击安装目录C:\\Program Files\\MATLAB\\ R2012a\\bin下的MATLAB文件。启动后默认界面如下图。

图1 Desktop操作桌面的外貌

1. Command Window

该窗口是进行MATLAB各种操作的主要窗口。在该窗内可以输入各类指令、函数、表达式；显示除了图形外所有的运算结果，错误时，给出相关出错提示。

指令输入完后只有按回车键【Enter】才能执行；如果输入的指令不含赋值号，计算结果被赋于默认的变量ans。

变量名和函数名对大小写敏感，变量第一个字符必须是英文字母，最多包含63个字符（英文、数字和下划线），不能包括空格、标点、运算符；不能使MATLAB的关键词和自用的变量名（eps,pi等）函数名（sin,exp等）、文件夹名（rwt,toolbox等）。

在Matlab中有一些固定变量，例如

(1) ans：在没有定义变量名时，系统默认变量名为ans； (2) eps：容许误差，非常小的数； (3) pi：即圆周率?； (4) i, j：虚数单位；

(5) inf：表示正无穷大，由1/0运算产生；

(6) NaN（Not A Number）：表示不定值，由inf/inf或0/0运算产生； (7) nargin：函数的输入变量数目； (8) nargout：函数的输出变量数目。

在MATLAB中，控制流关键字if, for, end等用蓝色字体表示；输入指令中的非控制指令、数字显示为黑色字体；字符串显示为紫色字体；注释为绿色字体；警告信息为红色字体。

2 工作空间浏览器

工作空间（Workspace）窗口用于浏览MATLAB中的变量。在工作空间窗口内，用户可以方便地查看、编辑存储的数据变量。

表1 工作空间浏览器主要功能及其操作方法

功 能 单 新变量创建 出Variable Editor变量编辑器；可输入数据；可重新命名 变量内容显示 向内存装载文件数据 把变量保存进文件 图形绘制启动键 绘图类型菜单引出键 工作空间常用的管理指令有： （1）who及whos：查询指令

（2）clear：清除工作空间中的所有变量

clear var1 var2：清除工作空间中的变量var1和var2 （3）save FileName

：把全部内存变量保存为Filename.mat文件 点击引出绘图类型菜单以供选择 选中变量，点击该图标，则变量内容显示在Variable Editor变量编辑器中 选择MAT数据文件，单击该图标，引出Import Wizard界面，选择需要装载的数据 选择一个或多个内存变量，单击该图标或单击右键，选择Save as，把这些变量保存到MAT数据文件 击该图标，在工作空间产生unnamed新变量；双击该变量，引操 作 方 法 绘制选定类型的图形 save FileName v1 v2：把变量v1和v2保存为Filename.mat文件

save FileName v1 v2 –append：把变量v1和v2添加到Filename.mat文件 （4）load FileName

：把Filename.mat文件中全部变量调入内存

load FileName v1 v2：把Filename.mat文件中v1 , v2调入内存 3. Current Folder

用户保存文件时，如果不专门指定目录名，则所存文件将保存在当前文件夹下。注意尽量不要把MATLAB所在的根目录或其任何子目录作为当前目录，以免破坏MATLAB原有文件的完整性。

4. 向量与矩阵的产生

MATLAB的操作对象为矩阵。标量被看作是1×1的矩阵，n维行向量或列向量可看作是1?n或n?1维矩阵。

行向量生成基本格式：start: step: end（step缺省时为1）

例如：在命令窗口中提示符>> 后输入，x=1:5，按回车【Enter】后，显示输出结果如下：

x =

1 2 3 4 5

Matlab的每条命令后，若为逗号“，”或无标点符号，则显示命令的结果；若命令后为分号“；”，则禁止显示结果，用“%”来实现注释功能。

利用下面两个函数也可以产生向量。

linspace：线性等分向量，例如，a=linspace(0,2*pi,100)。 logspace：对数等分向量，例如，a=logspace(0,2*pi,100)。 100为插入点数（99等分），默认值为100。

在矩阵的输入中，约定：(1) 元素之间用空格或逗号隔开；(2) 用中括号方[ ]把所有元素括起来；(3) 用分号（；）说明行结束。

在命令窗口，输入矩阵时，按Shift+Enter键表示开始输入新的一行，且要求所有的行具有相同的列。

例如：a=[1 2 3; 4,5 6; 7 8,9]

该矩阵一直保存在工作空间，直至被修改。 二、M文件与编程 1. M文件

M文件有两种类型：脚本类M文件和函数类脚本文件。

脚本类M文件是一串按照用户意图排列而成的Matlab指令集合。脚本文件运行后，产生的所有变量都驻留在Matlab的基本工作空间（base workspace）中。只有用clear清除或

关闭指令窗清除，否则一直保留。基本工作空间随Matlab的启动而产生，只有当Matlab关闭时，基本空间才被删除。

函数类M文件的第一行总是以function引导的函数申明行，还包括函数与外界交换数据的全部标称输入\\输出量（可有可无）。Matlab允许使用比标称数目少的输入\\输出量，实现对函数的调用。

运行函数文件时，Matlab开辟一个临时工作空间，称之为函数工作空间（function workspace），所有中间变量都存放在工作空间中，该函数文件运行结束后，该函数临时工作空间及其中间变量立即删除。在函数文件中，对某脚本文件的调用而产生的所有变量也存放于函数工作空间，而不存放在基本工作空间。

函数工作空间随M函数文件的被调用而产生，调用结束后删除，可产生任意多个，相对于基本工作空间而言是独立的、临时的。

2. 编程

MATLAB程序的编写主要有以下几种控制结构。 （1）if-else-end条件控制

表2 if-else-end分支结构的使用方法

单分支 if expr (commands) End if expr (commands1) else (commands2) end 双分支 多分支 if expr1 (commands1) elseif expr2 (commands2) ...... else (commandsk) end 当expr为\逻辑1\时, 当expr为\逻辑1\时,指令组(commands)被执行。 指令组1执行;否则,指令组2执行。 expr1,expr2,…中,首先给出\逻辑1\的分支被执行;否则,分支k被执行。常被switch-case替代。 expr为控制分支的条件表达式，通常为关系、逻辑表达式，其运算结果为“标量逻辑值1或0”。也可以为一般代数表达式，则任何非0值均等同于“逻辑1”。

expr也可以进行数组间的关系、逻辑运算，其运算结果为逻辑数组，只有该数组不包含任何0元素时，expr控制的分支才被执行。

expr可为空数组，Matlab认为条件为“假”，分支不被执行。 （2）switch-case控制结构

表3 switch-case控制结构的使用方法

指 令 格 式 switch expr case value_1 (commands1) case value_2 (command2) . . . case value_k (commandsk) otherwise (commands) end 含 义 expr为根据此前给定的变量进行计算的表达式； value_1是给定的数值、字符串标量（或胞元数组） 若expr结果与value_1（或其中的胞元元素）相等，则执行commands1 该项是以上各项的“并”的“补”；即以上所有的case均不发生，则执行改组指令。 【说明】switch后的表达式expr的值只能是标量数值或标量字符串。对于标量数值，比较：表达式==检测值i；对于字符串，利用strcmp（表达式，检测值i）比较。

case后的检测值不仅可以是一个标量数值或字符串，还可以是一个胞元数组。此时将expr和胞元数组中每一个元素比较，如与某一胞元数组元素相等，认为比较结果为真，从而执行与该检测值相应的一组命令。

（3） for循环和while循环

表4 循环结构的使用

for循环 while循环

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