完整版MATLAB计算与仿真教案.docx
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完整版MATLAB计算与仿真教案
MATLA计算与仿真
教案
学院物理与电子信息学院
教研室电子信息工程
任课教师朱赟
授课序号:
1
本课内容:
第1章MATLAB系统环境
1.1什么是MATLAB
1.2MATLAB操作桌面
1.3MATLAB帮助系统
授课时间:
90分钟
一、教学目的与意义
本节课程首先分析计算机算法语言的几大工具,并在分析比较的基础上阐述MATLAB软件的强大功能,以及学习该课程的重要性。
并从安装该软件开始,了解该软件的基本功能及操作界面。
本课是课程的基础。
本章有两个目的:
一是讲述MATLAB正常运行所必须具备的基础条件;二是简明系统地介绍高度集成的Desktop操作桌面的功能和使用方法。
MATLAB6.x向用户提供前所未有的、成系列的交互式工作界面,将使新老用户能事半功倍地利用MATLAB去完成各种学习和研究。
二、教学重点
序论:
分析四大数学计算工具的特点,论证MATLAB软件的强大功能
第一章:
安装MATLAB软件,熟悉安装过程,以及基本的软件界面;
掌握MATLAB的运行环境,指令窗口的操作要点,已用指令历史窗口的使用方法,及操作日志的功能;
三、教学难点
MATLAB软件的特点,与其他工具的优势;
MATLAB软件的安装要求,需要的软硬件条件;
MATLAB软件的安装过程,需要安装的内容,建议都选取最大。
将指令逐条演示时,学生不能看到键盘的实际操作,在理解上会有问题,需要授课教师能尽可能详细的解释当前的操作。
四、讲授内容
介绍目前在科技和工程界上比较流行和著名的四个数学软件,Maple、MATLAB、MathCAD和Mathematica,介绍他们不同的特色;
数学软件四大家之适用范围;
MATLAB应用概况,软件的组成,语言特点,运行环境;
MATLAB的安装和内容选择;
操作桌面简介;
CommandWindow运行入门:
最简单的计算器使用法;
数值、变量和表达式;
计算结果的图形表示;
CommandWindow操作要旨:
指令窗显示方式的操作;
数值计算结果的显示格式;
指令窗的常用控制指令;
指令窗中指令行的编辑;
CommandHistory和实录指令:
CommandHistory历史指令窗简介;
历史指令行的再运行;
指令窗实录指令diary;
五、讲授方法要点
1.如何选用数学软件?
一般按照以下情况分别选用。
1) 如果仅仅是要求一般的计算或者是普通用户日常使用:
首选的是MathCAD,它在高等数学方面所具有的能力,足够一般客户的要求,而且它的输入界面也特别友好。
2)如果要求计算精度、符号计算和编程方面使用:
最好同时使用Maple和Mathematica,
3)如果要求进行矩阵方面或图形方面的处理:
则选择MATLAB,它的矩阵计算和图形处理方面则是它的强项,同时利用MATLAB的NoteBook功能,结合Word的编辑功能,可以很方便地处理科技文章。
2.MATLAB的正确安装方法和MATLAB环境的启动。
因为指令窗是MATLAB最重要的操作界面,所以本章用第1.3、1.4两节以最简单通俗的叙述、算例讲述指令窗的基本操作方法和规则。
这部分内容几乎对MATLAB各种版本都适用。
3.数值的记述习惯采用十进制,IEEE浮点算法的计算机上,数值的精度是eps,即大约保持有效数字16位.数值范围大致为10e-308~10e308;
4.变量命名规则:
1)大小写敏感;
2)第一个字符必须是英文,最多31个字符(英文,数字和下连符);
3)不得包含标点、空格,但可以包含下连符;
3.运算符和表达式:
所有运算定义在复数域上;
方根的运算只返还处于第一象限的解;
左除,右除的区别。
六、时间安排
全部用时90分钟,分配如下:
1.MATLAB软件与其他三种软件工具的对比分析:
15分钟
2.MATLAB软件安装的软硬件要求及安装演示:
15分钟
3.MATLAB软件的操作界面介绍:
15分钟
4.CommandWindow运行入门及演示:
15分钟
5.CommandWindow操作要旨及演示:
15分钟
6.CommandHistory和实录指令diary及演示:
15分钟
授课序号:
2
本课内容:
第2章MATLAB应用基础
2.1程序控制结构
2.1程序控制结构
2.1程序控制结构
授课时间:
90分钟
一、教学目的与意义
熟练掌握一维、二维数值数组的生成和操作。
这是MATLAB最常用、最基本、又最传统的数据类型。
最具魅力的数组运算。
本章所涉内容和方法,不仅使用于数值数组,而且也将部分地延伸使用于在其他数据结构中。
二、教学重点
掌握一、二维数值数组的创建、寻访;二维数组元素的标识;
实现数组运算的基本函数。
掌握数组运算和矩阵运算;
标准数组生成函数和数组操作函数;
熟悉数组构造技法;
掌握关系操作和逻辑操作。
三、教学难点
将指令逐条演示时,学生不能看到键盘的实际操作,在理解上会有问题,需要授课教师能尽可能详细的解释当前的操作。
将指令逐条演示时,学生不能看到键盘的实际操作,在理解上会有问题,需要授课教师能尽可能详细的解释当前的操作。
四、讲授内容
1.数组的运算:
被运算数组中的每一个元素平等地实施同样地操作;
2.一维数组的创建和寻访:
一维数组的创建;
一维数组的子数组寻访和赋值;
3.二维数组的创建
直接输入法;
利用M文件创建和保存数组;
4.二维数组元素的标识:
“全下标”标识;
“单下标”标识;
“逻辑1”标识;
5.二维数组的子数组寻访和赋值。
非常重要,着重讲解每条指令。
6.执行数组运算的常用函数:
函数数组运算规则的定义;
执行数组运算的常用函数;
7.数组运算和矩阵运算(数组运算和矩阵运算指令对照汇总);
标准数组生成函数和数组操作函数;
数组构作技法综合:
为了生成比较复杂的数组,也为了对已生成的数组进行修改、扩展,Matlab提供了诸如反转、插入、提取、收缩、重组等操作。
关系操作和逻辑操作:
关系操作;
逻辑操作;
关系、逻辑函数。
五、讲授方法要点
1.精心设计数组和数组运算地目的:
使计算程序简单,易读;
提高程序的向量化程度,提高计算效率,节省计算机的开销。
(与普通程序编制相比)
2.一维数组的创建的方法:
逐个元素输入;
冒号生成;
定数线性采样法;
3.二维数组由实数或复数排列成矩形而构成。
从数据结构上看,矩阵和二维数组没有区别。
当二维数组带有线性变换含义时,该二维数组就是矩阵
4.二维数组输入时,需要注意:
数组以[]为首尾,数组的行之间必须用分号或回车隔离,元素间必须用逗号或空格分隔;
当分号作为指令后的结束符号时,不在屏幕上显示执行结果;对比“,”和“;”的不同;
5.二维数组元素的标识的两种方法的转换关系:
以(m×n)的二维数组A为例,全下标:
A(r,c);
对应的单下标:
l=(c-1)×m+r);
6.二维数组的子数组寻访和赋值(对表2。
5-1中的指令逐条演示);
7.执行数组运算的常用函数中,“to”经常写为“2”。
8.对比分析数组运算和矩阵运算的区别(以转置为例);
9.标准数组生成函数中magic函数的举例;
10.运用数组操作函数进行数组转置、对称交换和旋转操作后果的对照比较;
11.为了生成比较复杂的数组,也为了对已生成的数组进行修改、扩展,Matlab提供了诸如反转、插入、提取、收缩、重组等操作;
12.关系操作和逻辑操作中,进行了如下约定:
在所有关系表达式和逻辑表达式中,作为输入的任何非0数都被看作是“逻辑真”,只有0才能被认为是“逻辑假”;
所有关系表达式和逻辑表达式的计算结果,是由0和1组成的“逻辑数组”。
在此数组中的1表示“真”,0表示“假”;
逻辑数组是一种特殊的数值数组。
六、时间安排
全部用时90分钟,分配如下:
1.数组的运算:
10分钟
2.一维数组的创建和寻访及演示:
15分钟
3.二维数组的创建及演示:
15分钟
4.二维数组元素的标识:
20分钟
5.二维数组的子数组寻访和赋值及演示:
20分钟
6.执行数组运算的常用函数及演示:
10分钟
授课序号:
6
本课内容:
第4章字符串数组、元胞数组和架构数组
4.1曲线拟合与插值运算
4.2数值微积分
4.3线性方程组求解
授课时间:
90分钟
一、教学目的与意义
字符串数组是MATLAB中另一种很重要的数据类型,其重要性虽不能与数值数组相提并论,但在MATLAB中亦不可或缺,它的作用主要是在数据可视化、图形用户界面的制作上体现出来,没有它,这些操作将遇到困难。
二、教学重点
第三章:
字符串的创建、属性和标示;
复杂串数组的创建;
第四章:
多项式运算函数;
拟合和插值;
三、教学难点
在串数组的标识中,对字符串ASCII码数组的操作;
利用串操作函数创建多行串数组;
多项式运算函数的应用。
四、讲授内容
3.1字符串数组
串数组的属性和标识;
复杂串数组的创建;
(1)多行串数组的直接创建;
(2)利用串操作函数创建多行串数组;
(3)转换函数产生数码字符串;
(4)串转换函数。
4.3多项式运算函数;
拟合和插值。
五、讲授方法要点
1.首先明确串数组是不同于数值数组的另一类重要的数据类型,它的作用主要表现在数据可视化、图形用户界面的制作,即对图形加以说明及标识上,在它的帮助下,图形才更清晰易读。
另外,串数组在MATLAB的宏指令的构作上也有其独特的作用。
2.在具体介绍串数组时注意以下几个问题:
字符变量放在“单引号对中”,且在英文状态下输入;
字符的存放字节:
2;
几个指令:
abs,double,char;
不同方法产生复杂串数组时的不同要求及特点;
串操作函数:
char,str2mat,strvcat,strcat的含义;
数值/字符串转换函数:
int2str,mun2str,mat2str(常与eval配用)的用。
3.多项式的运算函数的讲解中,注意每个字符所代表的含义;注意指
令的使用是按数值运算规律进行还是按矩阵运算规律进行。
六、时间安排
全部用时90分钟,分配如下:
1.字符串入门、属性及标示:
20分钟
2.复杂字符串创建,包括串操作函数、数值/字符串转换函数:
30分钟
3.多项式运算函数:
25分钟
4.拟合和插值:
12分钟
5.第三章、第四章小结:
3分钟
授课序号:
5
本课内容:
第3章MATLAB绘图
3.1二维图形
3.2三维图形
授课时间:
90分钟
一、教学目的与意义
数据的可视化的目的在于:
通过图形,从一堆杂乱的离散数据中观察数据间的内在关系,感受由图形所传递的内在本质。
通过本章的学习,要求学生掌握:
曲线、曲面绘制的基本技法和指令;
使用线型、色彩、数据点标记表现不同数据的特征;
利用着色、灯管照明、烘托表现高维函数的性状;
生成和运用标识对图形进行注释。
本节内容主要是对图形加以渲染及说明,使图形更加明晰易读,更具人性化。
本节完成后,学生应学会采用各种手段,例如色彩、线型、坐标、分格线控制,双坐标等,丰富图形的说明与渲染。
本节重点在第一项。
二、教学重点
离散数据、离散函数、连续函数可视化的方法及一般步骤;
Plot指令的基本调用格式;
Plot指令完成线型、色彩的设定;
坐标绘制、分格线的各个指令:
axisoff,axison,axisij,grid,box等;
精细指令完成希腊字、数学符等特殊字符的标定。
三、教学难点
Plot指令的基本调用格式,尤其是plot(X,Y,’s’)指令。
精细指令对特殊符号的标识。
四、讲授内容
离散数据和离散函数的可视化;
连续函数的可视化;
可视化的一般步骤。
二维曲线绘图的基本操作:
Plot的基本调用格式;
曲线的色彩、线型和数据点形;
坐标、刻度和分格线控制;
图形标识;
多次叠绘、双纵坐标和多子图;
综合例题,完善图形的绘制与标识。
五、讲授方法要点
1.以例题介绍离散数据、离散函数及连续函数可视化的方法,总结出可视化的一般步骤;
2.重点讲解plot指令的各种调用格式,每个格式均以例题说明,让学生理解其真正含义,尤其是指令plot(X,Y,’s’)的调用,不同的变量X,Y,其调用的结果很是不同,须例题仔细讲解,使学生充分体验;
plot(X,Y,’s’)中X,Y的取值情况有:
X,Y是同维向量;X是向量,Y是有一维与X等维的矩阵;Y是矩阵,X是与Y的一维等维的向量。
关键是用综合性例题说明各项图形标识的运用,注意演示不同的指令获得不同的效果。
六、时间安排
全部用时90分钟,分配如下:
1.离散数据、离散函数及连续函数的可视化,可视化的一般步骤:
15分钟
2.Plot指令的基本调用格式:
15分钟
3.相关例题演示:
15分钟
4.例题说明色彩、线型、数据点、坐标、刻度、分格线等:
15分钟
5.例题说明图形标识、精细指令标识特殊字符:
15分钟
6.例题说明多次叠加、双纵坐标和多子图:
15分钟
授课序号:
3
本课内容:
第2章MATLAB应用基础
2.4M文件
授课时间:
90分钟
一、教学目的与意义
M脚本文件与函数文件是matlab中很重要的两种文件类型,是matlab程序得以顺利进行的保证,掌握这两种文件的功能、特点、他们的区别及编写方法,是学好matlab重要的一环。
二、教学重点
M脚本文件与M函数文件的概念、构成、区别及使用;
MATLAB的五种控制流的用法。
三、教学难点
M脚本文件与M函数文件的概念、构成、区别及使用。
四、讲授内容
M文本编辑器;
MATLAB控制流;
M脚本文件与M函数文件的概念、构成、区别及使用。
五、讲授方法要点
M脚本文件与M函数文件的概念、构成、区别及使用等知识,由于学生还未有深入matlab的经验,所以理解起来有一定难度,所以在讲解上要结合范例解释说明。
控制流的应用以实例说明。
六、时间安排
全部用时90分钟,分配如下:
1.复习M文本编辑器:
5分钟
2.MATLAB的五种控制流,实例说明:
50分钟
3.M脚本文件与M函数文件的概念、构成、区别及使用:
25分钟
4.Matlab所讲全部内容总结:
10分钟
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- 完整版 MATLAB 计算 仿真 教案