第8章信号分析与处理编程实验
Matlab是“Matrix Laboratory”的缩写，意为“矩阵实验室”，是当今流行的科学计算软件。信息技术、计算机技术的发展，使科学计算在各个领域得到了广泛的应用。在许多诸如控制论、时间序列分析、系统仿真、图像信号处理等方面产生了大量的矩阵及其相应的计算问题。自己去编写大量的繁复的计算程序，不仅会消耗大量的时间和精力，减缓工作进程，而且往往质量不高。因此，美国Mathwork软件公司推出了Matlab软件，为人们提供一个方便的数值计算。
Matlab提供大量的矩阵及其它运算函数，可以方便地进行一些很复杂的计算，而且运算效率极高。它的命令和数学中的符号、公式非常接近，可读性强，容易掌握，还可利用它所提供的编程语言进行编程完成特定的工作。除基本部分外，Matlab还根据各专门领域中的特殊需要提供了许多可选的工具箱，例如，信号处理Signal Process工具箱、优化Optimization 工具箱、自动控制Control System工具箱、神经网络中Neural Network工具箱等等，被广泛应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
本章将以编程实验的方式讲解Matlab的命令使用、信号处理、系统建模等基本方法，希望学生可以掌握利用这个编程实验平台，验证所学的相关信号分析和处理理论知识，加深对基本原理的理解和应用。
8.1 Matlab使用简介
8.1.1 Matlab的安装
直接运行Matlab软件光盘中的安装程序，按提示选择即可完成安装。Matlab 卸载可以利用自带卸载程序或通过Windows系统控制面板中的添加/删除程序完成。
8.1.2 Matlab基本用法
从Windows中双击Matlab图标，会出现Matlab命令窗口（Command Window），在一段提示信息后，出现系统提示符“>>”。Matlab是一个交互系统，可以在提示符后键入
各种命令，通过上下箭头可以调出以前输入的命令，用滚动条可以查看以前的命令及其输出信息。如果对一条命令的用法有疑问的话，可以用Help菜单中的相应选项查询有关信息，也可以用help命令在命令行上查询。
sqrt是什么的缩写
试一下help、help help和help abs命令，看看会发生什么结果。
1.生成矩阵
输入一个小矩阵的最简单方法是用直接排列的形式，矩阵用方括号括起，元素之间用空格或逗号分隔，矩阵行与行之间用分号分开。例如输入：
A=[1    2 3；4    5    6 ；7 8 0]
系统会输出
A =
1    2    3
4    5    6
7 8 0
表示系统已经接收并处理了命令，在当前工作区内建立了矩阵A。大的矩阵可以分行输入，用回车键代替分号，如：
A=[ 1    2    3
4    5    6
7 8 0 ]
结果和上式一样。
2.语句和变量
Matlab的表述语句、变量的类型说明由Matlab系统解释和判断。Matlab语句通常表达形式为：变量=表达式，或者使用其简单形式为：表达式。
表达式由操作符或其它特殊字符、函数和变量名组成。表达式的结果为一个矩阵，显示在屏幕上，同时保存在变量中以留用。如果变量名和“=”省略，则具有ans名（意思指回答）的变量将自动建立。例如键入：
1900/81
运行结果为
ans =
23.4568
就可以得到运行结果。
需注意的问题有以下几点：
（1） 语句结束键入回车键，若语句的最后一个字符是分号，即“；”，则表明不输出当
前命令的结果。
（2） 如果表达式很长，一行放不下，可以键入“．．．”（三个点，但前面必须有个空格，
目的是避免将形如“数2．．．”理解为“数2．”与“．．”的连接，从而导致错误），
然后回车。
（3）变量和函数名由字母加数字组成，但最多不能超过63个字符，否则系统只承认
前63个字符。
（4）Matlab 变量字母区分大小写，如A 和a 不是同一个变量，函数名一般使用小写字母，如inv （A ）不能写成INV （A ），否则系统认为未定义函数。
3.数和算术表达式
Matlab 中数的表示方法和一般的编程语言没有区别。如：
3
-99    0.0001 9.63972    1.6021E-20    6.02252e23
在计算中使用IEEE 浮点算法，浮点数表示范围是10-308~10308。数学运算符有：
+
加  -
减  *
乘  /
右除  \
左除  ^  幂
这里1/4和4\1有相同的值都等于0.25（注意比较：1\4=4）。只有在矩阵的除法时，左除和右除才有区别。
例如，求算式23)47(212[÷-⨯+的结果，只需键入：
y=（12+2*（7-4））/（3^2）
就可以得到运行结果y=2。
4.退出和存盘
退出Matlab 可键入quit 或exit 或选择相应的菜单。中止Matlab 运行会引起工作空间中变量的丢失，因此在退出前，应键入save 命令，保存工作空间中的变量以便以后使用。
键入save ，则将所有变量作为文件存入磁盘Matlab.mat 中；下次Matlab 启动时，键入load ，将变量从Matlab.mat 中重新调出。
save 和load 后边可以跟文件名或指定的变量名，如仅有save 时，则只能存入Matlab.mat 中。如save temp 命令，则将当前系统中的变量存入temp.mat 中去，命令格式为：
save  temp x 仅仅存入x 变量。
save  temp X Y Z 则存入X 、Y 、Z 变量。
load  temp 可重新从temp.mat 文件中提出变量，load 也可读ASCII 数据文件。
编程练习
（1）计算35579.02
34+-。
（2）x x x x f y sin 15.2)(43+-==，求)3(f 。
8.1.3 Matlab 编程简介
1.M 文件
Matlab 通常使用命令驱动方式，当单行命令输入时，Matlab 立即处理并显示结果，同时将运行说明或命令存入文件。Matlab 语句的磁盘文件称作M 文件，因为这些文件名的后缀是.m 形式，例如一个文件名为bessel.m ，它提供bessel 函数语句。
M 文件有两种类型：
第一类型的M 文件称为命令文件，它是一系列命令、语句的简单组合。第二类型的M 文件称为函数文件，它提供了Matlab 的外部函数。用户为解决一个特定问题而编写的大量的外部函数可放在Matlab 工具箱中，这样的一组外部函数形成一个专用的软件包。这两种形式的M 文件，无论是命令文件，还是函数文件，都是普通的ASCII 文本文件，可选择编辑或字处理文件来建立。
如果M 文件的第一行包含function ，这个文件就是函数文件，它与命令文件不同，所定义变量和运算都在文件内部，而不在工作空间。函数被调用完毕后，所定义变量和运算将全部释放。函数文件对扩展Matlab 函数非常有用。
2.编写程序
例8-1编写一个函数文件mean.m 文件，用于求向量的平均值。
function  y=mean （x ）
[m,n]=size （x ）；
if m==1
m=n ；
end
y=sum（x）/m；
存磁盘，文件中定义的新函数称为mean函数，它与Matlab函数一样使用，例如z为从1到99的实数向量：
z=1：99；
计算均值：mean（z）
ans=
50
mean.m程序的说明：
（1）第一行的内容：函数名，输入变量，输出变量，没有这行这个文件就是命令文件，而不是函数文件。
（2）％：表明％右边的行是说明性的内容注释。前一小部分行来确定M文件的注释，并在键入help mean后显示出来。显示内容为连续的若干个％右边的文字。
（3）变量m，n和y是mean的局部变量，在mean运行结束后，它们将不在工作空间z中存在。如果在调用函数之前有同名变量，先前存在的变量及其当前值将不会改变。
3.基本绘图方法
（1）绘制二维曲线
plot是绘制二维曲线的基本函数，但在使用此函数之前，需先定义曲线上每一点的x 及y坐标。下面程序可画出一条正弦曲线：
close all;
x=linspace（0,2*pi,100）；% x坐标：[0，2π]之间，产生100个线性间隔的数据
y=sin（x）；%对应的y坐标
plot（x,y）；
若要画出多条曲线，只需将坐标对依次放入plot函数即可，如：
plot（x, sin（x）, x, cos（x））；
若要改变颜，在坐标对后面加上相关字串即可，如：
plot（x, sin（x）, 'c', x, cos（x）, 'g'）；

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