MATLAB程序设计与应用课件.docx
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MATLAB程序设计与应用课件.docx
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MATLAB程序设计与应用课件
《MATLAB程序设计与应用》实验指导书
山东建筑大学信息与电气工程学院电子信息教研室
前言
一、实验目的
本课程是电气工程及其自动化、自动化、电力工程与管理专业本科生的学科基础选修课,它在线性代数、信号分析和处理、控制系统设计和仿真等方面有着广泛的应用。
主要是学习MATLAB的语法规则、基本命令和使用环境,使学生掌握MATLAB的基本命令和基本程序设计方法,提高使用该语言的应用能力,具有使用MATLAB语言编程和调试的能力,以便为后续多门课程使用该语言奠定必要的基础。
通过上机实验,使学生掌握MATLAB在线帮助功能的使用、熟悉MATLAB运行环境和MATLAB语言的主要特点,掌握MATLAB语言的基本语法规则及基本操作命令的使用,学会M文件的建立和使用方法以及应用MATLAB实现二维和三维图形的绘制方法,具有使用MATLAB语言编程和调试的能力。
二、实验前预习
每次实验前,学生须仔细阅读本实验指导书的相关内容,明确实验目的、要求;明确实验步骤、测试数据及需观察的现象;复习与实验内容有关的理论知识;预习仪器设备的使用方法、操作规程及注意事项;做好预习要求中提出的其它事项。
三、实验注意事项
1.实验开始前,应先检查本组电脑设备是否工作正常,matlab软件工作是否正常。
2.实验时每位同学应独立完成实验任务,避免抄袭。
3.实验后应及时将实验数据进行记录与存盘,避免因电脑故障或其它原因造成实验数据的丢失。
4.实验中严格遵循电脑操作规程,如电脑发生异常现象,应立即切断电源,报告指导教师检查处理。
5.测量数据或观察现象要认真细致,实事求是。
6.未经许可,不得对电脑进行软件及硬件的更改操作。
7.实验结束后,实验记录交指导教师查看并认为无误后,方可关掉电脑离开。
8.爱护公物,发生仪器设备等损坏事故时,应及时报告指导教师,按有关实验管理规定处理。
9.自觉遵守学校和实验室管理的其它有关规定。
四、实验总结
每次实验后,应对实验进行总结,即实验数据进行整理,绘制波形和图表,分析实验现象,撰写实验报告。
实验报告除写明实验名称、日期、实验者姓名、同组实验者姓名外,还包括:
1.实验目的;
2.实验内容
3.实验流程图;
4.程序命令清单;
5.运行结果;
6.实验的收获与体会;
7.回答每项实验的有关问答题。
目录
实验一matlab集成环境使用与运算基础4
实验二matlab矩阵分析与处理7
实验三选择结构程序设计9
实验四循环结构程序设计11
实验五函数文件13
实验六matlab高层绘图操作15
实验七matlab数据处理与多项式计算17
实验八菜单与对话框设计20
实验一matlab集成环境使用与运算基础
一、实验目的
1,熟悉启动和退出matlab的方法。
2,熟悉matlab命令窗口的组成。
3,掌握建立矩阵的方法。
4,掌握matlab各种表达式的书写规则以及常用函数的使用。
二、实验原理
1.Matlab的启动
matlab系统的启动有三种常见方法:
1)使用Windows“开始”菜单。
2)运行matlab系统启动程序matlab.exe。
3)利用快捷方式。
2.Matlab系统的退出
要退出matlab系统,也有三种常见方法:
1)在matlab主窗口File菜单中选择Exitmatlab命令。
2)在matlab命令窗口输入Exit或Quit命令。
3)单击matlab主窗口的“关闭”按钮。
3.Matlab帮助窗口
进入帮助窗口可以通过以下三种方法:
1)单击matlab主窗口工具栏中的help按钮。
2)在命令窗口中输入helpwin、helpdesk或doc。
3)选择help菜单中的“matlabhelp”选项。
4.Matlab帮助命令
1)help命令
在matlab命令窗口直接输入help命令将会显示当前帮助系统中所包含的所有项目,即搜索路径中所有的目录名称。
同样,可以通过help加函数名来显示该函数的帮助说明。
2)lookfor命令
help命令只搜索出那些关键字完全匹配的结果,lookfor命令对搜索范围内的m文件进行关键字搜索,条件比较宽松。
3)模糊查询
用户只要输入命令的前几个字母,然后按tab键,系统就会列出所有以这几个字母开头的命令。
5.赋值语句
1)变量=表达式
2)表达式
6.矩阵的建立
1)直接输入法:
将矩阵的元素用方括号括起来,按矩阵行的顺序输入各元素,同一行的各元素之间用空格或逗号分开,不同行的元素之间用分号分开。
2)利用m文件建立矩阵
3)利用冒号表达式建立一个向量e1:
e2:
e3
4)利用linspace函数产生行向量linspace(a,b,n).
三、实验仪器和设备
1.计算机1台
四、预习要求
1.复习matlab启动与退出,熟悉matlab运行环境,掌握matlab帮助的使用。
2.复习matlab中矩阵的建立以及矩阵的加减乘除以及乘方运算的基本原理。
五、实验内容及步骤
1,先求下列表达式的值,然后显示matlab工作空间的使用情况并保存全部变量。
(1)
(2)
(3)
提示:
利用冒号表达式生成a向量,求各点函数值时用点乘运算。
(4)
提示:
用逻辑表达式求分段函数值。
2,已知
求下列表达式的值:
(1)A+6*B和A-B+I(其中I为单位矩阵)
(2)A*B和A.*B
(3)A^3和A.^3
(4)A/B及B\A
(5)[A,B]和[A([1,3],:
);B^2]
3,设有矩阵A和B
(1)求它们的乘积C;
(2)将矩阵C的右下角3*2子矩阵赋给D;
(3)察看matlab工作空间的使用情况。
4,完成下列操作:
(1)求[100,999]之间能被21整除的数的个数。
提示:
先利用冒号表达式,再利用find和length函数。
(2)建立一个字符串向量,删除其中的大写字母。
提示:
利用find函数和空矩阵
六、实验报告要求
实验报告应包括实验目的、实验内容、流程图、程序清单、运行结果以及实验的收获与体会。
实验二matlab矩阵分析与处理
一、实验目的
1,掌握生成特殊矩阵的方法;
2,掌握矩阵分析的方法;
3,用矩阵求逆法求解线性方程组。
二、实验原理
1,通用的特殊矩阵
常用的产生通用特殊矩阵的函数有:
zeros:
产生全0矩阵;
ones:
产生全1矩阵
eye:
产生单位矩阵;
rand:
产生0-1间均匀分布的随机矩阵;
randn:
产生均值为0,方差为1的标准正态分布的随机矩阵。
2,矩阵运算
1)矩阵加减运算:
假定有两个矩阵A和B,则可以由A+B和A-B实现矩阵的加减运算。
2)假定有两个矩阵A和B,若A为m×n矩阵,B为n×p矩阵,则C=A*B为m×p矩阵。
3)如果A矩阵是非奇异方阵,A\B等效与A的逆左乘B矩阵,inv(A)*B,而B/A等效于A矩阵的逆右乘B矩阵,也就是B*inv(A).
4)矩阵的乘方。
一个矩阵的乘方运算可以表示成A^x,要求A为方阵,x为标量。
3,矩阵点运算
在matlab中,有一种特殊的运算,因为其运算苻是在有关算术运算苻前面加点,因此叫点运算。
点运算苻有.*,./,.\和.^。
两个矩阵进行点运算是指它们的对应元素进行相关运算,要求两矩阵的维参数相同。
三、实验仪器和设备
1.计算机1台
四、预习要求
1.复习特殊矩阵的产生。
2.复习矩阵的加减乘除与乘方运算,以及相应的点运算。
五、实验内容及步骤
1,设有分块矩阵
,其中E、R、O、S分别为单位矩阵、随机矩阵、零矩阵和对角阵,试通过数值计算验证
。
2,建立一个5×5矩阵,求它的行列式的值、迹、秩和范数。
3,下面是一个线性方程组:
(1)求方程的解;
(2)将方程右边向量元素b3改为0.53,再求解,并比较b3的变化和解的相对变化。
4,建立A矩阵,试比较sqrtm(A)和sqrt(A),分析它们的区别。
六、实验报告要求
实验报告应包括实验目的、实验内容、流程图、程序清单、运行结果以及实验的收获与体会。
实验三选择结构程序设计
一、实验目的
1,掌握建立和执行m文件的方法。
2,掌握利用if语句实现选择结构的方法。
3,掌握利用switch语句实现多分支选择结构的方法。
4,掌握try语句的使用。
二、实验原理
1,m文件
用matlab语言编写的程序,称为m文件。
M文件根据调用方式的不同分为两类,命令文件(Scriptfile)和函数文件(Functionfile)。
2,程序控制结构
1)顺序结构
2)选择结构
(1)if语句a)单分支if语句b)双分支if语句c)多分支if语句
(2)switch语句
(3)try语句
3)循环结构
(1)for语句
(2)while语句
(3)break语句与continue语句
(4)循环的嵌套
3,函数文件
function输出形参表=函数名(输入形参表)
注释说明部分
函数体语句
三、实验仪器和设备
1.计算机1台
四、预习要求
1.复习matlab中流程控制语句。
2.复习matlab函数文件的建立与调用。
五、实验内容及步骤
1,求分段函数的值。
用if语句实现,分别输出x=-5.0,-3.0,1.0,2.0,2.5,3.0,5.0时的y值。
2,输入一个百分制成绩,要求输出成绩等级A、B、C、D、E。
其中90分~100分为A,80分~89分为B,70~79分为C,60~69分为D,60分以下为E。
要求:
(1)分别用if和swtich语句实现;
(2)输入百分制成绩后要判断成绩的合理性,对不合理的成绩应输出出错信息。
3,建立5×6矩阵,要求输出矩阵第n行元素,当n值超过矩阵的行数时,自动转为输出矩阵最后一行元素,并给出出错信息。
六、实验报告要求
1.完成实验内容中的计算;
2.验证实验内容中计算所得结果的正确性。
实验四循环结构程序设计
一、实验目的
1,掌握利用for语句实现循环结构的方法。
2,掌握利用while语句实现循环结构的方法。
3,熟悉利用向量运算来代替循环操作的方法。
二、实验原理
循环是指按照给定的条件,重复执行指定的语句,这是十分重要的一种程序结构。
MATLAB提供了两种实现循环结构的语句,for语句和while语句。
1,for语句
for语句格式为:
for循环变量=初值:
步长:
终值
循环体语句
end
2,while语句
While语句的一般格式为:
while(条件)
循环体语句
end
其执行过程为:
若条件成立,则执行循环体语句,执行后再判断条件是否成立,如果不成立,则跳出循环。
三、实验仪器和设备
1.计算机1台
四、预习要求
复习循环结构语句。
五、实验内容及步骤
1,根据
,求
的近似值。
当n分别取100,1000,10000时,结果是多少?
2,根据
,求
(1)y<3时的最大n值;
(2)与
(1)的n值对应的y值。
3,已知:
求
中:
(1)最大值、最小值、各数之和;
(2)正数、零、负数的个数。
六、实验报告要求
1.完成实验内容中的程序编制;
2.验证实验内容中程序的正确性。
实验五函数文件
一、实验目的
1,理解函数文件的概念;
2,掌握定义和调用matlab函数的方法。
二、实验原理
1,函数文件的定义:
函数文件是另一种形式的m文件,每一个函数文件都定义一个函数,事实上,matlab提供的标准函数大部分都是由函数文件定义的。
2,函数文件的基本结构
函数文件由function语句引导,其基本结构为:
Function输出形参表=函数名(输入形参表)
注释说明部分
函数体语句
其中以function开头的一行为引导行,表示该m文件是一个函数文件。
3,函数调用
函数文件编制好之欧,就可以调用函数进行计算了,函数调用的一般格式是:
[输出实参表]=函数名(输入实参表)
三、实验仪器和设备
1.计算机1台
四、预习要求
1.复习函数的定义与编写原则。
2.复习函数的调用。
五、实验内容及步骤
1,一个自然数是素数,且它的数字位置经过任意对换后仍为素数,则称为绝对素数。
例如13是绝对素数。
试求所有的两位绝对素数。
要求:
定义一个判断素数的函数文件。
2,已知
(1)当
时,求y值;
(2)当
时,求y值。
六、实验报告要求
1.完成实验内容中的函数编制
2.验证实验结果正确性。
实验六matlab高层绘图操作
一、实验目的
1,掌握绘制二维图形的常用函数;
2,掌握绘制三维图形的常用函数;
3,掌握绘制图形的辅助操作。
二、实验原理
1,二维数据曲线图
(1)绘制单根二维曲线plot(x,y);
(2)绘制多根二维曲线plot(x,y)当x是向量,y是有一维与x同维的矩阵时,则绘制多根不同颜色的曲线。
当x,y是同维矩阵时,则以x,y对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线,曲线条数等于矩阵的列数。
(3)含有多个输入参数的plot函数plot(x1,y1,x2,y2,…,xn,yn)
(4)具有两个纵坐标标度的图形plotyy(x1,y1,x2,y2)
2,图形标注与坐标控制
1)title(图形名称);
2)xlabel(x轴说明)
3)ylabel(y轴说明)
4)text(x,y图形说明)
5)legend(图例1,图例2,…)
6)axis([xminxmaxyminymaxzminzmax])
3,图形窗口的分割
subplot(m,n,p)
4,三维曲线
plot3(x1,y1,z1,选项1,x2,y2,选项2,…,xn,yn,zn,选项n)
5,三维曲面
mesh(x,y,z,c)与surf(x,y,z,c)。
一般情况下,x,y,z是维数相同的矩阵。
X,y是网格坐标矩阵,z是网格点上的高度矩阵,c用于指定在不同高度下的颜色范围。
6,图像处理
1)imread和imwrite函数这两个函数分别用于将图象文件读入matlab工作空间,以及将图象数据和色图数据一起写入一定格式的图象文件。
2)image和imagesc函数这两个函数用于图象显示。
为了保证图象的显示效果,一般还应使用colormap函数设置图象色图。
三、实验仪器和设备
1.计算机1台
四、预习要求
1.复习二维与三维图形的绘图函数。
2.复习图形辅助操作。
五、实验内容及步骤
1,设
,在x=0~2π区间取101点,绘制函数曲线。
2,已知y1=x2,y2=cos(2x),y3=y1*y2,完成下列操作:
(1)在同一坐标系下用不同的颜色和线型绘制三条曲线;
(2)分别用条形图、阶梯图、杆图和填充图绘制三条曲线。
3,已知
在-5<=x<=5区间绘制函数曲线。
4,绘制函数的曲面图和等高线
其中x的21个值均匀分布在[-5,5]范围,y的31个值均匀分布在[0,10],要求使用subplot(2,1,1)和subplot(2,1,2)将产生的曲面图和登高图画在同一个窗口上。
六、实验报告要求
1.完成实验内容中的图像的显示;
2.验证实验内容中所显示图像的正确性。
实验七matlab数据处理与多项式计算
一、实验目的
1,掌握数据统计和分析的方法;
2,掌握数值插值与曲线拟合的方法;
3,掌握多项式计算的常用运算。
二、实验原理
1,数据统计处理
1)最大值与最小值
(a)求向量的最大值与最小值y=max(X)与[y,I]=max(X)
(b)求矩阵的最大值和最小值max(A)与[Y,U]=max(A),max(A,[],dim)
2)求和与求积sum(X),prod(X)sum(A)
3)标准方差与相关系数
a)Y=std(A,flag,dim)
b)corrcoef(X)
2,数据差值
a)一维数据差值Y1=interp1(X,Y,X1,’method’)
b)二维数据差值Z1=interp2(X,Y,Z,X1,Y1,’method’)
3,曲线拟合
[P,S]=polyfit(X,Y,m)
4,多项式计算
1)多项式的加减计算
2)多项式乘法运算Y=conv(P1,P2)
3)多项式除法[Q,r]=deconv(P1,P2)
4)多项式的导函数
p=polyder(P):
求多项式P的导函数
p=polyder(P,Q):
求P.Q的导函数
[p,q]=polyder(P,Q):
求P/Q的导函数,导函数的分子存入p,分母存入q。
5,多项式求值
1)代数多项式求值Y=polyval(P,x)
2)矩阵多项式求值polyvalm
6,多项式求根x=roots(P)
三、实验仪器和设备
1.计算机1台
四、预习要求
1.复习matlab多项式数值分析函数。
2.复习matlab曲线拟合与多项式计算函数。
五、实验内容及步骤
1,利用matlab提供的rand函数生成30,000个符合均匀分布的随机数,然后检验随机数的性质:
(1)均值和标准方差;
(2)最大元素与最小元素;
(3)大于0.5的随机数个数占总数额百分比。
2,将100个学生5门功课的成绩存入矩阵P中,进行如下处理:
(4)分别求每门课的最高分、最低分及相应学生序号;
(5)分别求每门课的平均分和标准方差;
(6)5门课总分的最高分、最低分及相应学生序号;
(7)将5门课总分按照从大到小的顺序存入zcj中,相应学生序号存入xsxh。
提示:
上机调试时,为避免输入学生成绩的麻烦,可用取值范围在[45,95]之间的随机矩阵来表示学生成绩。
3,已知lgx在[1,101]区间10个整数采样点的函数值如下表所示:
X
1
11
21
31
41
51
61
71
81
91
101
lgx
0
1.0414
1.3222
1.4914
1.6128
1.7076
1.7853
1.8513
1.9085
1.9590
2.0043
试求lgx的5次拟合多项式p(x),并绘制lgx和p(x)在[1,101]区间的函数。
4,有三个多项式p1(x)=x4+2x3+4x2+5,p2(x)=x+2,p3(x)=x2+2x+3,试进行下列操作:
(1)求P(x)=P1(x)+P2(x)P3(x);
(2)求P(x)的根;
(3)当x取矩阵A的每一元素时,求P(x)的值,其中
(4)当以矩阵A为自变量时,求P(x)的值,其中A的值与(3)题相同。
六、实验报告要求
1.完成实验内容中的数值计算;
2.验证实验内容中计算数据的正确性。
实验八菜单与对话框设计
一、实验目的
1,掌握菜单设计的方法;
2,掌握建立控件对象的方法;
3,掌握对话框设计的方法。
二、实验原理
1,菜单设计
1)建立用户菜单
建立一级菜单项的函数调用格式为:
一级菜单项句柄=uimenu(图形窗口句柄,属性名1,属性值1,属性名2,属性值2,…)
2)菜单对象常用属性
Label属性、Accelerator属性,callback属性、checked属性、enable属性、position属性等。
2,对话框设计
1)建立控件对象
对象句柄=uicontrol(图形窗口句柄,属性名1,属性值1,属性名2。
属性值2,…)
2)控件对象的属性
Position属性、units属性、callback属性、String属性、style属性、max,min属性等
三、实验仪器和设备
1.计算机1台
四、预习要求
1.复习菜单的建立方法;
2.复习对话框的建立方法。
五、实验内容及步骤
1,在图形窗口默认菜单上增加一个plot菜单项,利用该菜单项可以在本窗口绘制三维曲面图形。
2,设计一个对话框,其中有一个编辑框和按钮,当单击按钮时,使编辑框的内容加5。
六、实验报告要求
1.完成实验内容中图形用户界面的建立;
2.验证图形用户界面完成功能的正确性。
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- MATLAB 程序设计 应用 课件