第 1 章
MATLAB 基础概述
MATLAB 主要包括编程和仿真两大部分，它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化、
非线性动态系统的建模、仿真和 App 界面设计等诸多强大功能集成在一个环境中。自 1992 年
初推出 MATLAB 4.0 后，最近几年，每年都升级两个版本，分别以年份加 a 和 b 命名，如
MATLAB R2023a 版本是 2023 年 3 月的。随着版本变化，推出的产品功能不断提升，不仅增
加了支持 Python 语言的编辑器、自动缩进、换行、分隔符匹配查看、交互式界面控制动画功
能，还增加了使用机器学习和深度学习进行非线性系统辨识等功能，加强了测试平台自动化的
用户体验。此外，系统提供的大量矩阵算法、绘图、App 用户界面及连接其他编程语言的接口
函数，为众多工程设计人员实现跨平台系统设计、仿真和人机交互提供了一种全面的解决方案，
被誉为数学类科技应用软件中首屈一指的编程软件。
1.1 MATLAB 主要功能
MATLAB 是数值计算、可视化和应用程序开发的高级语言，它为数据迭代探索、仿真设
计、解决高级数学计算问题及界面设计等提供了交互式环境。MATLAB 的主要功能归纳如下：
（1）MATLAB 除了命令行窗口（Command Window）外，还提供了脚本编辑器，通过命
令或调用系统函数建立文件，该文件具有结构控制、函数调用、输入/输出、面向对象等语言
特征，称为 m 程序文件。
（2）使用接口函数与其他多种语言程序链接与嵌入，成为应用研究开发的交互式平台，
完成数据交互。
（3）使用 Simulink 进行仿真，建立各种仿真模型，搭接各种被控对象，使用多种输入、
输出手段进行仿真。
（4）提供信号处理工具箱、图像处理工具箱、通信工具箱、鲁棒控制工具箱、频域系统
辨识工具箱、优化工具箱、偏微分方程工具箱、控制系统工具箱等近百个工具箱，用户不用编
写程序即可实现复杂的计算、绘图和数据处理功能。此外，用户还可结合工作需要开发应用程
序或工具箱。
2 MATLAB 编程实战——手把手教你掌握 300 个精彩案例
（5）MATLAB R2023a 在数值计算、数学建模、图像处理、控制系统设计、动态仿真、语
音处理、数字信号处理、人工智能基础上，还增加了深度学习的神经网络功能，且可实现图像
中的像素区域分类和语义分割的功能。
（6）使用 App 可构建图形用户界面（GUI），它取代了 MATLAB 早期使用 guide 命令开发
的 GUI 集成开发环境，并实现可视化组件布局行为编程。该功能不仅包括了原有的文本、下
拉列表、组合框、按钮及坐标区等组件，还提供了仪表、指示灯、旋钮和开关等组件，能复现
仪表面板的外观和操作；利用 App 设计器可以快速开发出带仪表操作的图形界面应用程序。
1.2 MATLAB R2023a 主窗口
MATLAB 主窗口包括命令行窗口、脚本编辑器窗口、工作区窗口、历史记录窗口、详细
信息窗口及当前文件夹窗口等。此外，在主窗口上还提供了“主页”“绘图”和 APP 共 3 个选
项卡，默认的为“主页”选项卡，该选项卡集成的信息处理窗口称为主窗口。
1.2.1 命令行窗口
MATLAB R2023a 窗口是应用程序处理的基本单元，用户不仅可以在窗口中执行命令，还
可以编写、修改、运行应用程序，还能进行数据和应用程序一体化的管理。系统的主窗口由 6
部分组成，即主页工具栏窗口、命令行窗口、工作区窗口、历史记录窗口、当前文件夹窗口和
详细信息窗口。主窗口中的命令行窗口、当前文件夹窗口、工作区窗口与早期版本相比，保持
了原有风格，但菜单功能上有了很大的提升。主窗口（主界面）如图 1.1 所示。
图 1.1 MATLAB R2023a 主界面
说明：
（1）命令行窗口（Command Window）是对 MATLAB 进行操作的主要窗口，也是主要交
互窗口，默认情况下启动 MATLAB 时就会打开它，用于输入 MATLAB 命令、表达式、函数、
第 1 章 MATLAB 基础概述 3
数组、计算公式，并显示图形以外的所有计算结果及程序错误信息。MATLAB 的所有函数和
命令都在“>>”提示符下输入，用到的变量无须定义且都以矩阵（数组）形式出现，它可根据需
要随时更改大小，如 同在稿纸中书写数学算式一样。计算中可使用函数替代复杂公式，语句书
写简便快捷，只需要写出命令按 Enter 键，即可在窗口中得出结果。
（2）顶部工具栏分 6 个功能模块，模 块包括文件、变量、代码、SIMULINK、环 境 、资源。
例如：变量模块中可以导入其他文件中的数据或打开现有变量。
（3）工作区窗口显示当前文件夹及当前文件夹下的文件，包括文件名、文件类型、最后
修改时间以及该文件的说明信息。MATLAB 只执行当前文件夹或搜索路径下的命令、函数与
文件。
（4）历史命令记录窗口记录用户每一次启动 MATLAB 的时间，以及每一次启动 MATLAB
后，在命令行窗口中运行过的所有命令行，这些命令记录可以被复制到命令行窗口中再运行，
避免再重新输入。
【实战练习 1-1】命令行窗口的使用
在命令行窗口上输入一元二次方程的系数 a=1、b=-1、c=-30，输出方程的解 x1 和 x2。
编程代码如下：
>> a=1;
>> b=-1;
>> c=-30;
>> q=b*b-4*a*c;
>> x1=(-b+sqrt(q))/(2*a)
结果：x1 = 6
>> x2=(-b-sqrt(q))/(2*a)
结果：x2 = -5
所有操作在其命令行窗口的“>>”提示符下输入，
结果如图 1.2 所示。 图 1.2 命令行窗口
1.2.2 工具栏窗口
MATLAB R2023a 的工具栏在主窗口的顶部，默认打开“主页”工具栏如图 1.3 所示。
图 1.3 “主页”工具栏
1．新建脚本
单击工具栏中的“新建”按 钮 ，可 新建脚本文件（.m 程序文件）、函数、应用程序文件（图
形界面）等，“新建”命令的下拉菜单如图 1.4 所示。
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说明：
（1）脚本：与“新建脚本”命令的功能相同，用于
编写程序文件；
（2）实时脚本：以扩展名为.mlx 的新文件格式存储在
线脚本，可在编辑字段时查看代码和结果；
（3）函数：使用“function +函数名…end”构造函数或
函数文件；
（4）实时函数：系统提供的实时编辑器，与脚本相似，
它允许向其传递输入值，获得输出值；
（5）类：使用“classdef…end”构造类或类文件；
（6）测试类：创建一个继承 matlab、unittest、TestCase
的测试类；
（7）System object：构造系统对象，包括基本、高级和
Simulink 扩展；
（8）工程：创建新工程或从文件夹导入工程文件；
（9）图窗：图形窗口的简称，用于建立绘图的窗口；
（10）App：设计 UI（用户界面）选项，用于制作人机 图 1.4 “新建”命令的下拉菜单
交互接口；
（11）Simulink 模型：用于建立模型文件并进行仿真。
2．保存工作区
用户可将工作区变量以 matlab.mat 文件形式保存，以备在需要时再次导入。“保存工作区”
可以通过菜单、save 命令或快捷菜单进行。在该工作区中，右击需要保存的变量名，选择
SaveAs…命令，可在当前文件夹中保存“变量名.mat”文件。
3．导入数据
在编写一个程序时，经常需要从外部导入数据，或者将.mat 文件再次导入工作区，也可
以通过其他程序调用。
4．预设项
MATLAB 对各个窗口的颜色、字体、编辑、调试、帮助、附加功能、快捷键的环境设置，
可以通过“预设项”实现，单击工具栏的“预设项”按钮，出现“预设项”窗口：左侧为设置
项，右侧为设置参数，选择设置项即可设置对应参数，其中：
（1）单击左侧“字体”选项，可以进行字体设置。桌面代码字体设置包括命令行
（Command）窗口，编辑器字体。若设置编辑器及命令行窗口字体为 24 号，见示例的“字体”
设置，如图 1.5 所示。
（2）单击左侧“代码分析器”选项，可以设置查看代码错误信息，如图 1.6 所示。
第 1 章 MATLAB 基础概述 5
图 1.5 “预设项”窗口
图 1.6 查看代码错误信息
5．附加功能
“附加功能”为特定任务、交互式应用程序和资源管理等扩展功能，
如图 1.7 所示。
其中，“获取附加功能”命令可实时链接 MathWorks 公司网站，下
载系统工具箱；“App 打包”命令是为脱离 MATLAB 环境运行，生成.exe
文件的功能模块。
图 1.7 附加功能
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1.3 命令行窗口操作
MATLAB 的命令行窗口提供了快速操作功能，可以在 MATLAB 命令行窗口直接输入命
令、函数或表达式，按 Enter 键，即 可 显示相应的运行结果。命令行窗口用于解释执行并输出，
适合运行比较简单的单行语句，方便直接查看结果。
1.3.1 常用命令行窗口命令
命令行窗口用于输入命令并显示除图形以外的所有执行结果，在命令行窗口中可以运行
单独的命令，也可以调用程序，还能很直观地对程序运行过程中出现的矩阵或变量进行检查。
命令行窗口常用命令如表 1.1 所示。
表 1.1 命令行窗口常用命令
命 令 说 明 命 令 说 明
clc 清除命令行窗口 dir 可以查看当前文件夹的文件
clf 清除图形对象 save 保存工作区或工作区中任何指定文件
clear 清除工作区所有变量，释放内存 load 将.mat文件导入工作区
type 显示指定文件的所有内容 hold 控制当前图形窗口对象是否被刷新
clear all 清除工作区所有变量和函数 quit/exit 退出MATLAB系统
whos 列出工作区中的变量名、大小、类型 close 关闭指定窗口
who 只列出工作区中的变量名 which 列出文件所在文件夹
what 列出当前文件夹下的.m和.mat文件 path 启动搜索路径
delete 删除指定文件 % 注释语句
help 显示帮助信息 cd 显示当前文件夹
说明：
（1）在命令行窗口输入命令按 Enter 键即可执行，每行可写入一条或多条命令，用分号隔
开，但添加分号后的语句输出不显示在屏幕上。
例如：
clear x,y,z %清除指定的 x,y,z 变量
a=10;b=12; c=a+b; %a、b、c 的结果均不显示
（2）save 可将工作区中的所有变量保存在文件中，默认文件名为 matlab.mat。
（3）若输入语句后按 Enter 键结果出现错误，则必须重新输入，按 Enter 键后不能修改且
输入的命令和结果不能保存。
【实战练习 1-2】保存、导入及查看命令的使用
在命令行窗口中使用保存（save）和 导入（ load）命 令 保存和导入变量，并查看工作区变量。
编程代码如下：
>>x=[0:0.1:5] %x 从 0 开始到 5，每隔 0.1 取一个值
第 1 章 MATLAB 基础概述 7
>>y=cos(x) %计算每个 x 值的余弦值
>>save filexy x y %把变量 x，y 存入 filexy.mat 文件中
>>z='Study Matlab2023a' %将字符串赋给 z 变量
>>save filexy z -append %把变量追加存入 filexy.mat 文件中
>>clear %清空工作区所有变量
>>load filexy %调用 filexy.mat 文件到工作区
>>save filexy -ascii %把 filexy 文件存储为文本文件
>>who %列出工作区中的变量名
>>whos %列出工作区中的变量名、大小和类型
代码结果如下：
您的变量为:x y z
Name Size Bytes Class Attributes
x 1x51 408 double
y 1x51 408 double
z 1x17 34 char
说明：使用保存命令时需要先右击，然后选择以管理员方式打开，否则出现“错误使用
save，无法写入文件 filexy: 权限被拒绝”的提示信息。
【实战练习 1-3】表达式运算
3cos(π / 3)+ 123
在命令行窗口中完成 y = 的简单计算。
129+
编程代码如下：
>>clc;%清除屏幕
>>y=(3*cos(pi/3)+12^3)/(1+sqrt(29))
说明：pi 表示 π；sqrt( )是求平方根的函数；“^”表示求幂。
1.3.2 命令行窗口常用快捷键
命令行窗口中常用快捷键如表 1.2 所示。
表 1.2 命令行窗口常用快捷键
快捷键 说 明 快捷键 说 明
Ctrl+A 全部选中当前页面内容 Ctrl+C 复制当前选中内容
Ctrl+X 剪切当前选中内容（用于文本操作） Ctrl+V 粘贴当前剪贴板内的内容
Ctrl+Z 返回上一项操作 Ctrl+F 打开查找面板
Ctrl+B 光标向前移动一个字符 Ctrl+K 删除到行尾
Ctrl+Q 强行退出MATLAB系统和环境 Ctrl+U 清除光标所在行
Ctrl+E 光标移到行尾 Ctrl+P 调用打印窗口
Home 光标移动到行首 End 光标移动到行尾
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1.4 App 设计（Designer）
随着 MATLAB 版本的逐步提高，系统使用 App 设计替换原有 guide 的 GUI（Graphical User
Interface，图 形用户界面），App 设计对原有 GUI 进行了优化，且代码也简单了很多。MATLAB
R2023a 主窗口菜单设计了 APP 选项卡，单击该选项卡即可建立多种形式的 GUI。
1.4.1 App 的功能
打开 MATLAB 菜单栏的 APP 选项卡，再选择“设计 App”命令，即可打开 App 设计的
功能界面，如图 1.8 所示。
图 1.8 APP 选项卡
App 设计不仅可构建设计视觉组件的 GUI，还可使用代码段完成相应的操作。通过设计
画布添加组件，包括标签、编辑字段（数值/文本）、按钮、图像、坐标区、仪表、信号灯、开
关和旋钮，再使用网格布局、选项卡组和面板进行有效组织，以创建美观、实用的操作界面和
仪表面板。根据不同对象的回调函数，打开内置编辑器，可管理界面中组件的生成代码，并使
用户编写回调代码完成特定的任务。系统提供的组件包括常用、容器、图窗工具和仪器，如图
1.9 所示，使用方法见第 8 章。
图 1.9 组件
第 1 章 MATLAB 基础概述 9
1.4.2 App 的使用
App 常用组件的使用：标签用于添加标题；编辑字段（数值/文本）用于人机交互输入数
据；坐标区用于显示图像及各种函数波形；日期选择器用于添加日期；按钮用于提交命令。在
画布上选中按钮对象，在“组件浏览器”中选择“回调”按 钮 ，可 打开代码视图编辑回调函数，
回调函数是界面中按钮、列表框、下拉框、滑块、编辑字段（数值/文本）等多种动态组件的
交互操作，常使用按钮选择 ButtonPushed 事件执行对应的 MATLAB 回调函数。在 App 设计工
具中，操作步骤为使用“设计视图”编辑组件布局，再切换到“代码视图”编写回调函数。
【实战练习 1-4】使用 App 设计简单 GUI
操作步骤如下：
（1）打开 MATALB，在主菜单栏中单击 APP 选项卡，选择“设计 App”→“空白 App”，
打开“App 设计工具”。
（2）在空白画布上添加标签、坐标区、编辑字段（数值）、按钮和日期选择器组件，分别
选中组件并修改右侧的属性，添加标签文字、绘图标题，如图 1.10 所示。
图 1.10 App 编辑界面
（3）单击“绘图”按钮，在“组件浏览器”中单击“回调”，编程代码如下：
x=0.1:pi/12:2*pi; %设置横坐标 x 的值从 0.1 到 2π
A1=app.EditField.Value; %提取编辑字段的幅值
y=A1*sin(x); %纵坐标为正弦函数
plot(app.UIAxes,x,y) %在坐标区中绘制图形
grid(app.UIAxes,"on"); %添加栅格
说明：plot()是通用的二维画图函数，plot()函数将目标坐标区 (App.UIAxes) 指定为第一
个参数，加入 x、y 轴的向量后，则在指定的目标坐标区绘制二维曲线。
（4）单击“重置”按钮，在“组件浏览器”中单击“回调”，编程代码如下：
10 MATLAB 编程实战——手把手教你掌握 300 个精彩案例
cla(app.UIAxes);
grid(app.UIAxes,"off");
（5）单击“运行”按钮，保存代码为.mlapp 文件
并直接运行 App。保存成功后，也可以在 MATLAB 命
令行窗口输入保存的文件名运行。从命令提示符下运
行 App 时，该文件必须位于当前文件夹或 MATLAB
路径中，否则需要加入路径名称，运行菜单如图 1.11
所示。 图 1.11 运行菜单
运行结果如图 1.12 所示（详细操作见第 8 章案例）。
图 1.12 App 运行结果
1.5 认识 Simulink
Simulink 是 MATLAB 中重要的可视化仿真工具组件，它提供了一个动态系统建模、仿真
和综合分析的集成图形开发环境，用于多域仿真及模型设计。Simulink 提供了图形编辑器、多
种模块库以及求解器，通过将模型对象、输入及输出模块拖入编辑界面中，即可完成建模，单
击“运行”按钮即可进行仿真。此外，MathWorks 公司还提供了一些附加产品和第三方硬件、
软件产品用于 Simulink 中，支持系统设计、仿真、自动生成代码以及嵌入式系统的仿真测试
和验证。
1.5.1 Simulink 初始界面
在图 1.1 中，单击主菜单栏中的 Simulink 按钮或在命令行窗口中输入 Simulink 命令，均
可打开“Simulink 起始页”窗口，单击“空白模型”选项，即可自行建立一个仿真模型文件，
如图 1.13 所示。
第 1 章 MATLAB 基础概述 11
图 1.13 “Simulink 起始页”窗口
1.5.2 Simulink 简单仿真案例
【实战练习 1-5】Simulink 简单仿真模型
操作步骤如下：
（1）在图 1.13 中单击“空白模型”选项，再选择工具栏“库浏览器”命令，在左侧打开
的模块库中再选择 Simulink 模块下的子模块 Continuous 连续系统，拖动 1 个惯性环节对象
1/(s+1)，在 sources（信号源模块库）中拖动正弦信号，在 sinks（输出模块库）拖动 Scope（示
波器）组件到模型编辑窗口中。
（2）拖动鼠标将 3 个组件进行连线，即可建立一个简单仿真模型，如图 1.14 所示。
图 1.14 建立 Simulink 仿真模型
（3）单击“运行”按钮，出现一个临时的进度条，结束后即可双击 Scope 组件，查看仿真
结果，如图 1.15 所示。
12 MATLAB 编程实战——手把手教你掌握 300 个精彩案例
图 1.15 仿真结果
1.6 帮助窗口
MATLAB 的帮助窗口可以为用户方便、快速地打开和调用 MATLAB 的各种程序、函数的
帮助信息。在任何窗口按快捷键“F1”，均会弹出一个帮助窗口，选择“文档”选项卡，可实
时查看“使用 MATLAB”和“使用 Simulink”及“工作流”的帮助信息。选择“示例”选项
卡，可学习使用规则并查看应用案例。
1.6.1 help 命令
直接在命令行窗口中输入 help 命令，打开“帮助”窗口，根据列出的主题选择帮助信息，
如图 1.16 所示。
图 1.16 帮助窗口
第 1 章 MATLAB 基础概述 13
在“帮助中心”页面中可按照主题选择子项，若在主题选择“物理建模”，然后选择右边
的“示例”选项卡，详细帮助信息如图 1.17 所示。
图 1.17 物理建模示例
1.6.2 demo 命令
在命令行窗口中可按照输入 demo/ demo type/ demo type name 三种形式，获得更详细的帮
助信息，例如，输入 demo matlab 或选择帮助窗口的“使用 MATLAB”，再单击“函数”选项
卡，可获得 MATLAB 的所有函数类别列表，如图 1.18 所示。
图 1.18 demo 命令演示
说明：在帮助窗口中，根据列表提供的术语索引表，可以查找命令、函数和专用术语等。