1.1 MATLAB概述

MATLAB是以线性代数软件包LINPACK和特征值计算软件包EISPACK中的子程序为基础发展起来的一种开放式程序设计语言，是一种高性能的工程计算语言，其基本的数据单位是没有维数限制的矩阵。

1.1.1 MATLAB的发展历程

20世纪70年代中期，Cleve Moler博士及其同事在美国国家科学基金的资助下开发了调用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序库。EISPACK是求解特征值的FOTRAN程序库，LINPACK是求解线性方程的程序库。在当时，这两个程序库代表了矩阵运算的最高水平。70年代后期，时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的Cleve Moler教授在给学生讲授线性代数课程时，想教给学生使用EISPACK和LINPACK程序库，但他发现学生用FORTRAN编写接口程序很费时。出于减轻学生编程负担的目的，他为学生设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序的“通俗易用”的接口，这便是处于萌芽状态的MATLAB。在此后的数年里，MATLAB在多所大学里作为教学辅助软件使用，并作为面向大众的免费软件广为流传。

1983年春天，Cleve Moler教授到斯坦福大学讲学，他所讲授的关于MATLAB的内容深深地吸引了工程师John Little。John Little敏锐地觉察到MATLAB在工程领域的广阔前景，同年，他和Cleve Moler、Steve Bangert一起用C语言开发了第二代专业版MATLAB。这一代MATLAB语言同时具备了数值计算和数据图示化的功能。

1984年，Cleve Moler和John Little成立了MathWorks公司，正式把MATLAB推向市场，并继续进行MATLAB的研究和开发。从这时起，MATLAB的内核采用C语言编写。

MATLAB以商品形式出现后，仅短短几年，就以其良好的开放性和可靠性将原先控制领域里的封闭式软件包（如UMIST、LUND、SIMNON、KEDDC等）纷纷淘汰，而改以MATLAB为平台加以重建。20世纪90年代初期，MathWorks公司顺应多功能需求的潮流，在其卓越数值计算和图示能力的基础上又率先拓展了符号计算、文字处理、可视化建模和实时控制能力，开发了满足多学科要求的新一代产品。经过多年的发展，在国际上30多个数学类科技应用软件中，MATLAB已经占据了数值软件市场的主导地位。

MathWorks公司于1993年推出MATLAB 4.0版本，从此告别DOS版。

1997年春，MATLAB 5.0版问世，紧接着是5.1、5.2，以及1999年春的5.3版。2003年，MATLAB 7.0版问世。

2006年开始，MATLAB分别在每年的3月和9月进行两次产品发布，每次发布都涵盖产品家族中的所有模块，包含已有产品的新特性和Bug修订，以及新产品的发布。其中，3月发布的版本被称为“a”，9月发布的版本被称为“b”，2006年的两个版本分别是R2006a和R2006b。

2012年，MathWorks推出了MATLAB 7.14版，即MATLAB R2012a版。

2018年3月，MathWorks正式发布了R2018a版MATLAB和Simulink产品系列的Release2018（R2018）版本。

2020年3月，MathWorks正式发布了R2020a版MATLAB（以下简称MATLAB 2020）和Simulink产品系列的Release 2020（R2020）版本。

1.1.2 MATLAB系统

MATLAB系统主要包括以下五个部分。

1）桌面工具和开发环境：MATLAB由一系列工具组成，这些工具大部分是图形用户界面，方便用户使用MATLAB的函数和文件，包括MATLAB桌面和命令窗口、编辑器和调试器、代码分析器和用于浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。

2）数学函数库：MATLAB数学函数库包括了大量的计算算法，从初等函数（如加法、正弦、余弦等）到复杂的高等函数（如矩阵求逆、矩阵特征值、贝塞尔函数和快速傅里叶变换等）。

3）语言：MATLAB语言是一种高级的基于矩阵/数组的语言，具有程序流控制、函数、数据结构、输入/输出和面向对象编程等特色。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，以迅速创立快速抛弃型程序，也可以先编写一个较大的复杂的M文件后再一起运行，以创立完整的大型应用程序。

4）图形处理：MATLAB具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。它的高层次作图包括二维和三维的可视化、图像处理、动画和表达式作图。低层次作图包括完全定制图形的外观，以及建立基于用户的MATLAB应用程序的完整图形用户界面。

5）外部接口：外部接口是一个使MATLAB语言能与C、FORTRAN等其他高级编程语言进行交互的函数库，它包括从MATLAB中调用程序（动态链接）、调用MATLAB为计算引擎和读写mat文件的设备。

1.1.3 MATLAB语言的特点

MATLAB提供了一种交互式的高级编程语言——M语言，用户可以利用M语言编写脚本或用函数文件来实现自己的算法。

一种语言之所以能够如此迅速地普及，显示出如此旺盛的生命力，是由于它有着不同于其他语言的特点，正如同FORTRAN和C等高级语言使人们摆脱了需要直接对计算机硬件资源进行操作一样，被称为第四代计算机语言的MATLAB，利用其丰富的函数资源，把编程人员从烦琐的程序代码中解放了出来。MATLAB最突出的特点就是简洁，它用更直观的、符合人们思维习惯的代码，代替了C语言和FORTRAN语言的冗长代码。MATLAB给用户带来的是最直观、最简洁的程序开发环境。下面简要介绍一下MATLAB的主要特点。

1）语言简洁紧凑，库函数极其丰富，使用方便灵活。MATLAB程序书写形式自由，利用丰富的库函数避开了繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。由于库函数都由本领域的专家编写，用户不必担心函数的可靠性问题。可以说，用MATLAB进行科技开发就是站在专家的肩膀上搞科研。

利用FORTRAN或C语言去编写程序，尤其是当涉及矩阵运算和画图时，编程会很麻烦。例如，用FORTRAN和C这样的高级语言编写求解一个线性代数方程的程序，至少需要400多行代码，调试这种代码达几百行的计算程序很困难，而使用MATLAB编写这样一个程序则很直观简洁。

MATLAB的程序极其简短，更难能可贵的是，MATLAB甚至具有一定的智能效能，比如解一些方程时，MATLAB会根据矩阵的特性选择方程的求解方法。

2）运算符丰富。MATLAB是用C语言编写的，它提供了和C语言几乎一样多的运算符，灵活使用MATLAB的运算符将使程序变得极为简短。

3）MATLAB既具有结构化的控制语句（如for循环、while循环、break语句和if语句），又有面向对象编程的特性。

4）程序设计自由度大。例如，在MATLAB里，用户无需对矩阵预定义就可使用。

5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。

6）图形功能强大。在FORTRAN和C语言里，绘图都很不容易，但在MATLAB里，数据的可视化非常简单。MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力。

7）与其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。由于MATLAB的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以程序的执行速度较慢。

8）拥有功能强大的工具箱。MATLAB包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数；工具箱又分为功能性工具箱和学科性工具箱两类。这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的，所以用户可以无须编写自己学科范围内的基础程序，而直接进行高、精、尖的研究。

9）源程序具有开放性。