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实验二MATLAB入门
实验二MATLAB入门
一、MATLAB介绍:
MATLAB名字是由MATrix和LABoratory两个词的前三个字母组合而成的。
它是MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化数学软件。
被誉为“巨人肩上的工具”。
现已发展为一种多学科、多工作平台的大型软件。
逐渐成为数字信号处理、动态系统仿真、自动控制等课程的基本教学工具,成为本科以上学历学生必须掌握的基本技能。
由于使用Matlab编程运算与人进行科学计算的思路和表达方式完全一致,所以不象学习其它高级语言--如Basic、Fortran和C等那样难于掌握,用Matlab编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题,所以又被称为演算纸式科学算法语言。
一般数值分析、矩阵运算、数字信号处理、建模和系统控制和优化等应用程序,并集应用程序和图形于一便于使用的集成环境中。
在这个环境下,对所要求解的问题,用户只需简单地列出数学表达式,其结果便以数值或图形方式显示出来。
MATLAB的含义是矩阵实验室(MATRIXLABORATORY),主要用于方便矩阵的存取,其基本元素是无需定义维数的矩阵。
MATLAB自问世以来,就是以数值计算称雄。
MATLAB进行数值计算的基本单位是复数数组(或称阵列),这使的MATLAB高度“向量化”。
经过十几年的完善和扩充,现已发展成为线性代数课程的标准工具。
由于它不需定义数组的维数,并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数,使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时,显得大为简捷、高效、方便,这是其它高级语言所不能比拟的。
美国许多大学的实验室都安装有MATLAB供学习和研究之用。
在那里,MATLAB是攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本工具。
MATLAB中包括了被称作工具箱(TOOLBOX)的各类应用问题的求解工具。
工具箱实际上是对MATLAB进行扩展应用的一系列MATLAB函数(称为M文件),它可用来求解各类学科的问题,包括信号处理、图像处理、控制系统辨识、神经网络等。
随着MATLAB版本的不断升级,其所含的工具箱的功能也越来越丰富,因此,应用范围也越来越广泛,成为涉及数值分析的各类工程师不可不用的工具。
MATLAB5.3中包括了图形界面编辑GUI,改变了以前单一的“在指令窗通过文本形的指令进行各种操作”的状况。
这可让使用者也可以像VB、VC、DELPHI等那样进行一般的可视化的程序编辑。
在命令窗口(matlabcommandwindow)键入simulink,就出现(SIMULINK)窗口。
以往十分困难的系统仿真问题,用SIMULINK只需拖动鼠标即可轻而易举地解决问题,这也是近来受到重视原因所在。
二、实验目的:
同学们熟练掌握MATLAB的基本使用方法,并能熟练使用相关专业的工具箱,将能为后继课程的学习提供很好的计算工具和仿真平台。
在经过全面的训练后,应达到下列要求:
1.基本掌握MATLAB基本语法和基本函数的用法,利用MATLAB这门工具语言联系以前所学知识,突破数学计算方面的障碍,更好地理解基本概念、基本原理。
2.能根据需要选学参考书,查阅手册,通过独立思考,深入钻研有关问题,学会自己独立分析问题、解决问题,具有一定的创新能力。
三、实验仪器:
PC机(安装Windows98、Windows2000或WindowsXP或以上),MATLAB软件
四、实验要求:
1、学生在实验操作过程中自己动手独立完成,2人为1组。
2、上机过程中由指导老师检查结果后方可做其他内容。
3、完成实验报告:
按照实验的每个题目的具体要求完成
4、实验报告的格式:
实验名称
(一)实验目的
(二)主要仪器设备
(三)内容及程序
(四)结果与分析
(五)问题讨论
五、实验内容:
掌握MATLAB基本命令与实际操作,内容包括:
基本的数学运算、关系运算、程序设计以及绘图功能。
设计题目:
1.基本题:
MATLAB的基本运算和绘图
2.综合题:
绘制2维高斯函数的3-D图形
设计要求:
1.基本题:
1)在同一幅图上创建和两条曲线图。
2)曲线f用红色;曲线g用蓝色。
3)在区间[0,1]用等间距的30个数据点。
4)曲线f上的取值点用红色的“*”表示;曲线g上的取值点用蓝色的“o”表示。
5)用楷体GB2312字标注:
水平轴标注为“时间”,垂直轴标注为“幅度”,字号均为18磅。
图题标注为“MATLAB入门/姓名,日期”,字号为24磅。
6)用图例标注语句legend给曲线加说明。
2.综合题:
1)绘制二维高斯函数的3维线性图、网眼图和表面图,并对它们分别加图题和标注坐标轴。
2)绘制的三维线形图、网眼图、表面图和混合图,并加图题。
X的范围[-2,2],y的范围[-2,2],以0.05为间隔。
预期目标:
A.通过基本题,学习Matlab的基本使用方法,包括基本的数学运算,图形绘制等。
B.通过综合题,学会绘制三维图形的基本方法,巩固数学预算的表示方法。
此外,因为高斯函数在图像滤波中是一个基本函数,通过综合题还可进一步熟悉高斯函数的特性。
3.报告要求:
提交源程序和绘制的图形
MATLAB工作环境
运行MATLAB的可执行文件,自动创建MATLAB5.3指令窗(CommandWindow)。
这种指令窗如图所示:
◆而在它的功能选单一共有File,Edit,Options,Windows,Help五个主要功能,每一个之下各又有下一层的功能。
◆说明:
程序在Win98和Win2000下运行,出现的提示号有可能不同。
◆如果你是个初学者,可以在指令窗键入demo,这可是学习的好帮手。
>>demo
◆一旦发现指令不知如何使用时,help命令将告诉你使用。
例:
>>helpsin
SINSine.
SIN(X)isthesineoftheelementsofX.
Overloadedmethods
helpsym/sin.m
◆在MATLAB下进行基本数学运算,只需将运算式直接打入提示号“>>”之后,并按入Enter键即可。
例如:
(10*19+2/4-34)/2*3
ans
=234.7500
MATLAB会将运算结果直接存入一变数ans,代表MATLAB运算后的答案,并显示其数值屏幕上。
如果在上述的例子结尾加上”;”,则计算结果不会显示在指令视窗上,要得知计算值只须键入该变数值即可
◆MATLAB利用了↑↓二个游标键可以将所下过的指令叫回来重复使用。
按下↑则前一次指令重新出现,之后再按Enter键,即再执行前一次的指令。
而↓键的功用则是往后执行指令。
其它在键盘上的几个键,如:
→←,Delete,Insert,其功能则显而易见,试用即知无须多加说明。
【例】指令行操作过程示例。
(1)若用户想计算的值,那末用户应依次键入以下字符
y1=2*sin(0.3*pi)/(1+sqrt(5))
(2)按【Enter】键,该指令便被执行,并给出以下结果
y1=
0.5000
在以上操作和计算结束后,操作指令和计算结果都记录在MATLAB工作内存中。
因此,假如用户希望调回前面输入的指令重新运行,或希望对前面输入的指令加以修改后再运行,那末只要反复按动键盘上的箭头键,就可从内存中把以前输入的那指令调回到当前行,以供重新运行或修改后运行。
新的计算结果,只可能被此后运行的指令所使用,而绝不会影响以前生成的(非同名)变量的“内容”。
(3)利用指令回调,进行新的计算。
若又想计算,用户当然可以像前一个算例那样,通过键盘把相应字符一个一个“敲入”。
但也可以较方便地用操作键获得该指令,具体办法是:
先用键调回已输入过的指令y1=2*sin(0.3*pi)/(1+sqrt(5));然后移动光标,把y1改成y2;把sin改成cos便可。
即得
y2=2*cos(0.3*pi)/(1+sqrt(5))
y2=
0.3633
◆Ctrl+C可以用来中止执行中的MATLAB的工作。
◆有三种方法可以结束MATLAB
1.在命令窗口键入exit或quit
2.Ctrl+Q
2.直接关闭MATLAB的命令视窗(Commandwindow)
◆系统的在线帮助
1help命令:
1.当不知系统有何帮助内容时,可直接输入help以寻求帮助:
>>help(回车)
2.当想了解某一主题的内容时,如输入:
>>helpsyntax(了解Matlab的语法规定)
3.当想了解某一具体的函数或命令的帮助信息时,如输入:
>>helpsqrt(了解函数sqrt的相关信息)
2lookfor命令
现需要完成某一具体操作,不知有何命令或函数可以完成,如输入:
>>lookforline(查找与直线、线性问题有关的函数)
MATLAB基本操作
变量及其命名规则
●变量
1.变量名的大小写是敏感。
2.变量的第一个字符必须为英文字母,而且不能超过31个字符。
3.变量名可以包含下连字符、数字,但不能为空格符、标点。
预定义的变量
ans
预设的计算结果的变量名
eps
MATLAB定义的正的极小值=2.2204e-16
pi
内建的π值
inf
∞值,无限大()
NaN
无法定义一个数目()
i或j
虚数单位i=j=√-1
nargin
函数输入参数个数
nargout
函数输出参数个数
realmax
最大的正实数
realmin
最小的正实数
flops
浮点运算次数
而键入clear则是去除所有定义过的变量名称。
MATLAB赋值语句
●表达式
MATLAB书写表达式的规则与“手写算式”差不多相同。
如果一个指令过长可以在结尾加上...(代表此行指令与下一行连续),例如
?
3*...
6
ans=
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MATLAB常用数学函数
●三角函数和双曲函数
名称
含义
名称
含义
名称
含义
sin
正弦
csc
余割
atanh
反双曲正切
cos
余弦
asec
反正割
acoth
反双曲余切
tan
正切
acsc
反余割
sech
双曲正割
cot
余切
sinh
双曲正弦
csch
双曲余割
asin
反正弦
cosh
双曲余弦
asech
反双曲正割
acos
反余弦
tanh
双曲正切
acsch
反双曲余割
atan
反正切
coth
双曲余切
atan2
四象限反正切
acot
反余切
asinh
反双曲正弦
sec
正割
acosh
反双曲余弦
●指数函数
名称
含义
名称
含义
名称
含义
exp
E为底的指数
log10
10为底的对数
pow2
2的幂
log
自然对数
log2
2为底的对数
sqrt
平方根
●复数函数
名称
含义
名称
含义
名称
含义
abs
绝对值
conj
复数共轭
real
复数实部
angle
相角
imag
复数虚部
●圆整函数和求余函数
名称
含义
名称
含义
ceil
向+∞圆整
rem
求余数
fix
向0圆整
round
向靠近整数圆整
floor
向-∞圆整
sign
符号函数
mod
模除求余
●矩阵变换函数
名称
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