matlabGUI矩阵计算器.docx
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matlabGUI矩阵计算器.docx
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matlabGUI矩阵计算器
数学应用软件工具箱开发
——矩阵计算器
姓名:
***
学号:
********
指导老师:
***
专业:
********
2014年9月11日
一.操作过程
1.准备工作
①在Matlab的主窗口中,选择File菜单中的New菜单项,再选择其中的GUI命令,就会显示GUI的设计模板;
②选择GUI模板中的默认的空白模版BlankGUI(Default)就会显示GUI设计窗口,可以开始设计矩阵计算器了。
2.设计过程
①在GUI界面中加入以下控件:
1>2个文本编辑器(edittext)作为输入矩阵的窗口;
2>16个用以执行运算的按钮(pushbutton);
3>4个静态文本框(statictext),其中一个作为显示计算所得结果的窗口,另外3个分别作为表示所输入的矩阵(A、B)以及用来输入标题(矩阵计算器);
4>加入3个按钮组(buttongroup)分别圈住:
a.1>中的2个控件及3>中的A、B;
b.2>中的16个计算按钮;
c.3>中的显示计算结果的窗口。
②分别双击以上25个控件修改其string属性如下:
1>中的改为空白(将原有的“edittext”删掉);
2>中的改为对应的矩阵运算或文字,如“+”、“/R”、“秩”、“逆”等(见图1);
3>中的按顺序改为空白、“A”、“B”以及“矩阵计算器”;
4>中的按钮组分别改为“输入区”、“功能区”、“输出区”。
③对每个控件分别单击右键,选择“viewcallback”→“callback”→“保存”,在每个控件的函数后加入代码(见附件)。
④此外,还需要做的小变动有:
1>②中修改string属性时通过修改fontWeight及fontSize把string的字符粗细、字号也一并修改了。
2>分别双击2个文本编辑器(edittext)将其max属性取值为100或更大的值,以使编辑器有滚动条,方便显示输入的维数比较大的矩阵。
3>双击计算结果窗口将其style改为listbox,也用于显示维数比较大的计算结果。
4>还可修改各控件的backgroundcolor(背景色)、HorizontalAligment(对齐方式)等其他属性以美化界面。
⑤保存运行的结果如下:
图1
二.功能简介
1.功能概述
此矩阵计算器能够实现一些基本的矩阵运算,包括对单个矩阵的运算以及对两个矩阵的运算。
其中,对于两个矩阵的运算有:
加、减、乘、除(左除、右除)、按元素乘、按元素除以及求解线性方程组;对于単个矩阵的运算有:
转置、求秩、求逆、计算行列式、求2范数、LU分解、最简阶梯阵化简、求特征值等。
计算过程中,矩阵的输入方式有两种:
1>与MATLAB中矩阵输入方式类似,即:
矩阵行中的元素以空格或逗号间隔;矩阵行之间以分号间隔;整个元素列表用方括号括起来。
2>为方便计算,可直接输入每行的元素,行之间用回车间隔,每行的元素之间用空格间隔即可。
(注:
本报告为能把输入的矩阵完全显示出来,选择第一种输入方式)
2.功能详细描述
1>矩阵相加(减)
输入A=[123;456;789],B=[147;258;369],按下“+”按钮,输出区显示计算结果如图2所示:
图2
输入的A、B矩阵必须是维数相同,否则不能实现相加运算。
如输入不同维数的矩阵且进行相加运算,则会提示出错,如图3所示:
图3
两矩阵相减的运算过程与相加运算类似,在此不再赘述。
2>点乘(除)
输入A=[123;456;789],B=[147;258;369],按下“.*”按钮,输出区显示计算结果如图4所示:
图4
输入的A、B矩阵必须是维数相同,否则不能实现按元素乘(除)的运算。
如输入不同维数的矩阵且进行按元素乘的运算,则会提示出错,提示信息同图3。
3>矩阵相乘:
输入A=[123;456;789],B=[147;258;369],按下“*”按钮,输出区显示计算结果如图5所示:
图5
输入的A、B矩阵必须满足前者的列数等于后者的行数,否则不能实现矩阵的乘法运算,出现错误提示如图6所示:
图6
4>左除(右除):
输入A=[123;456;789],B=[147;258;369],按下“/L”按钮,输出区显示计算结果如图7所示:
图7
输入的A、B矩阵必须满足行相等,否则出现错误提示如图8所示:
图8
5>矩阵转置:
输入矩阵A=[123;456;789],点击“A’”按钮,显示结果如图9所示:
图9
6>矩阵求秩:
输入矩阵A=[123;456;789],点击“秩”按钮,输出区显示计算结果如图10所示:
图10
7>矩阵求逆:
输入矩阵A=[124;456;789],按下“逆”按钮,输出区显示计算结果如图11所示:
图11
本矩阵计算器求逆功能只针对非奇异方阵,如果输入矩阵A为奇异阵或非方阵,均会提示错误
A为非方阵时提示错误如图12:
图12
A为奇异阵时提示错误如图13:
图13
8>行列式:
输入A=[124;456;789],按下“行列式”按钮,输出区显示计算结果如图14所示:
图14
输入矩阵A必须为方阵,否则无法计算行列式,提示错误如图15所示:
图15
9>范数:
输入矩阵A=[123;456;789],按下“范数”按钮,输出区显示计算结果如16所示:
图16
由于设计者能力有限,本计算器默认计算矩阵的2范数,其他范数暂不能计算。
10>LU分解:
输入矩阵A=[123;456;426],按下“LU”按钮,输出区显示计算结果如图17所示:
图17
其中,输出前三行为L矩阵,中间三行为U矩阵,后三行为P矩阵
11>线性方程组求解:
AX=B
输入A=[123;456;789](系数矩阵),B=[4;5;6](常数项),按下“Ax=B”按钮,输出区显示计算结果图18所示:
图18
本部分输入限制较大,须详细说明。
第一,系数矩阵必须是非奇异的方阵,否则方程组解不存在或不唯一,本计算器无法求解。
第二,常数项必须与系数矩阵行数相同,否则也会出现错误提示
12>最简行阶梯形矩阵:
输入矩阵A=[123;456;789],分别按下“阶梯形”按钮,输出区显示计算结果如图19所示:
图19
13>特征值:
输入矩阵A=[123;456;789],按下“特征值”按钮,输出区显示计算结果如图20所示:
图20
附录:
主要代码
%%矩阵相加
a=str2num(get(handles.edit1,'string'));
b=str2num(get(handles.edit2,'string'));
[iaja]=size(a);
[ibjb]=size(b);
ifia~=ib|ja~=jb|(ia~=ib&ja~=jb)%判断A、B是否满足相加条件
c='error.Matrixdimensionsmustagree.';
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
else
result=a+b;
c=num2str(result);
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
end
%%矩阵相减
a=str2num(get(handles.edit1,'string'));
b=str2num(get(handles.edit2,'string'));
[iaja]=size(a);
[ibjb]=size(b);
ifia~=ib|ja~=jb|(ia~=ib&ja~=jb)%判断A、B是否满足相减条件
c='error.Matrixdimensionsmustagree.';
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
else
result=a-b;
c=num2str(result);
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
end
%%矩阵点乘
a=str2num(get(handles.edit1,'string'));
b=str2num(get(handles.edit2,'string'));
[iaja]=size(a);
[ibjb]=size(b);
ifia~=ib|ja~=jb|(ia~=ib&ja~=jb)%判断A、B是否满足点乘条件
c='error.Matrixdimensionsmustagree.';
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
else
result=a.*b;
c=num2str(result);
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
end
%%矩阵相乘
a=str2num(get(handles.edit1,'string'));
b=str2num(get(handles.edit2,'string'));
[iaja]=size(a);
[ibjb]=size(b);
ifja~=ib%判断A、B是否满足相乘条件
c='error.Innermatrixdimensionsmustagree.';
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
else
result=a*b;
c=num2str(result);
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
end
%%矩阵点除
a=str2num(get(handles.edit1,'string'));
b=str2num(get(handles.edit2,'string'));
[iaja]=size(a);
[ibjb]=size(b);
ifia~=ib|ja~=jb|(ia~=ib&ja~=jb)%判断A、B是否满足点除条件
c='error.Matrixdimensionsmustagree.';
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
else
result=a./b;
c=num2str(result);
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
end
%%矩阵左除
a=str2num(get(handles.edit1,'string'));
b=str2num(get(handles.edit2,'string'));
[iaja]=size(a);
[ibjb]=size(b);
ifia~=ib%判断A、B是否满足左除条件
c='error.Matrixdimensionsmustagree.';
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
else
result=a\b;
c=num2str(result);
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
end
%%矩阵右除
a=str2num(get(handles.edit1,'string'));
b=str2num(get(handles.edit2,'string'));
[iaja]=size(a);
[ibjb]=size(b);
ifia~=ib%判断A、B是否满足右除条件
c='error.Matrixdimensionsmustagree.';
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
else
result=a/b;
c=num2str(result);
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
end
%%矩阵求秩
a=str2num(get(handles.edit1,'string'));
c=a';
set(handles.text1,'string',num2str(c))
a=str2num(get(handles.edit1,'string'));
result=rank(a);
c=num2str(result);
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
%%求逆
a=str2num(get(handles.edit1,'string'));
[iaja]=size(a);
ifia~=ja%判断A是否为方阵
c='error.Matrixdimensionsmustagree.';
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
else
ifabs(det(a))<1e-6%判断A是否为奇异阵
c='error.Matrixissingulartoworkingprecision.';
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
else
result=inv(a);
c=num2str(result);
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
end
end
%%求行列式
a=str2num(get(handles.edit1,'string'));
[iaja]=size(a);
ifia~=ja%判断A是否为方阵
c='error.Matrixdimensionsmustagree.';
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
else
result=det(a);
c=num2str(result);
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
end
%%求2-范数
a=str2num(get(handles.edit1,'string'));
result=norm(a);
c=num2str(result);
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles)
%%求LU分解
a=str2num(get(handles.edit1,'string'));
[L,U,P]=lu(a);
result=[L;U;P];
c=num2str(result);
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles)
%%求AX=B
a=str2num(get(handles.edit1,'string'));
b=str2num(get(handles.edit2,'string'));
[iaja]=size(a);
[ibjb]=size(b);
ifia~=ib
c='error.';
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
else
ifia~=ja%判断A是否为方阵
c='error.Matrixmustbesquare.';
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
else
ifdet(a)==0%判断A是否为奇异阵
c='error.Matrixissingulartoworkingprecision.';
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
else
result=a\b;
c=num2str(result);
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
end
end
end
a=str2num(get(handles.edit1,'string'));
result=rref(a);
c=num2str(result);
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
%%求特征值
a=str2num(get(handles.edit1,'string'));
[iaja]=size(a);
ifia~=ja%判断A是否为方阵
c='error.Matrixmustbesquare.';
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
else
result=eig(a);
c=num2str(result);
set(handles.text1,'String',c)
guidata(hObject,handles);
end
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