MATLAB实验指导书(DOC).doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-dateMATLAB实验指导书(DOC)MATLAB实验指导书(DOC)MATLAB实 验 指 导 书前言MATLAB程序设计语言是一种高性能的、用于科学和技术计算的计算机语言。它是一种集数学计算、分析、可视化、算法开发与发布等于一体的软件平台。自1984年MathWorks公司推出以来，MATLAB以惊人的速度应用于自动化、汽车、电子、仪器仪表和通讯等领域与行业。MATLAB有助于我们快速高效地解决问题。MATLAB相关实验课程的学习能加强学生对MATLAB程序设计语言理解及动手能力的训练，以便深入掌握和领会MATLAB应用技术。 -目录基础型实验- 1 -实验一 MATLAB集成环境使用与基本操作命令练习- 1 -实验二 MATLAB中的数值计算与程序设计- 7 -实验三 MATLAB图形系统- 11 -基础型实验实验一 MATLAB集成环境使用与基本操作命令练习一 实验目的熟悉MATLAB语言编程环境；熟悉MATLAB语言命令二 实验仪器和设备装有MATLAB7.0以上计算机一台三 实验原理MATLAB 是以复杂矩阵作为基本编程单元的一种程序设计语言。它提供了各种矩阵的运算与操作，并有较强的绘图功能。1.1 基本规则1.1.1 一般MATLAB命令格式为 输出参数1，输出参数2，=（命令名）（输入参数1，输入参数2，） 输出参数用方括号，输入参数用圆括号如果输出参数只有一个可不使用 括号。 1.1.2 %后面的任意内容都将被忽略，而不作为命令执行，一般用于为代码加注释。1.1.3 可用、键来重现已输入的数据或命令。用、键来移动光标进行修改。1.1.4 所有MATLAB命令都用小写字母。大写字母和小写字母分别表示不同的变量。1.1.5 常用预定义变量，如pi 、Inf、NaN、ans1.1.6 矩阵的输入要一行一行的进行，每行各元素用空格或“，”分开，每行用“；”分开。如 MATLAB书写格式为A=1 2 3 ；4 5 6 ；7 8 9 在MATLAB中运行如下程序可得到A矩阵 a=1 2 3;4 5 6;7 8 9 a = 1 2 3 4 5 6 7 8 91.1.7 需要显示命令的计算结果时，则语句后面不加“；”号，否则要加“；”号。 运行下面两种格式可以看出它们的区别：a=1 2 3;4 5 6;7 8 9 a=1 2 3;4 5 6;7 8 9;a= 1 2 3 不显示结果 4 5 6 7 8 91.1.8 当输入语句过长需要换行时，应加上“”后再回车，则可续行输入。1.2 文件管理常用命令1.2.1 帮助（HELP）命令 MATLAB有很多命令，因此很不容易记忆。使用HELP命令可以得到有关命令的屏幕帮助信息。如 在MATLAB环境下直接运行HELP命令就会在屏幕上给出MATLAB的基本命令以及相关的工具箱软件命令（请自行验证）。 而下面的格式可以得到指定命令的帮助信息，和详细说明。 help 命令名 1.2.2 save 命令该命令存储定义的变量或演算结果，也可以用来存储指定的变量。 命令格式为 save 文件名 变量名表 -append -ascii 1.2.3 what 命令 该命令可以在当目录下显示MATLAB文件和MAT数据文件1.2.4 dir 命令 显示当前目录下的所有文件.1.2.5 clear命令 如果输入 calear a b c ，则表示清除工作空间中指定变量a,b,c；如果仅仅输入calear命令，则清除整个工作空间。 1.3 矩阵运算 MATLAB具有强大的矩阵运算功能,这里我们只作简单介绍.1.3.1 在MATLAB中表示一个矢量要用方括号， 而列矢量的输入只需在行矢量输入格式基础上加转置符“”即可。 如 x=1 2 3;4 5 6 x = 1 2 3 4 5 6 而 x=1 2 3;4 5 6' (加转置符) x = 1 4 2 5 3 61.3.2 下面三条命令可以产生一个行矢量1 a=linspace(x,y,n) 2 a=logspace(x,y,n) 3 a=x:n:y第一条命令可以在线性空间产生一个值在x至y之间间隔点数为n的行矢量(一组数据)。其行矢量的起始值是x, 终值为y, 点数为n。第二条命令可以在对数空间产生一个值在10x至 10y之间等间隔的行矢量(一组数据)。第三条命令产生x至y步长为n的行矢量。但是, 三个命令之间存在差别，下面的例子可以说明这一点。 例1 x=logspace(0,5,6) x = 1 10 100 1000 10000 100000 例2 x=linspace(0,10,11) x = 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 例3 x=0:1:10 x = 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 通过上面三个例子可以看出例一, 例二中n代表选取的点数。而在例三 中n则表示步长. 注意它们的区别。1.3.3 矩阵的加, 减, 乘, 除等, 和其它语言书写一样。 但要注意的是在运算 符前面加有“.”则表示是数组运算，为对应元素的相应操作。 例4 请注意下面的不同情况. a=1 2;3 4; b=2 2;2 2;c=a*b c=a.*b c = c = 6 6 2 4 14 14 6 8 c=a/b c=a./b c = c = 1.0e+015 * 0.5000 1.0000 -2.2518 2.2518 1.5000 2.0000 -2.2518 2.25181.4 常见数学函数函 数 名数 学 计 算 功 能函 数 名数 学 计 算 功 能abs（x）实数的绝对值或复数的幅值floor（x）对x朝-方向取整acos（x）反余弦arcsingcd（m，n）求正整数m和n的最大公约数acosh（x）反双曲余弦arccoshimag（x）求复数x的虚部angle（x）在四象限内求复数 x 的相角lcm（m，n）求正整数m和n的最小公倍数asin（x）反正弦arcsinlog（x）自然对数（以为底数）asinh（x）反双曲正弦arcsinhlog10（x）常用对数（以10为底数）atan（x）反正切arctanreal（x）求复数x的实部atan2（x,y）在四象限内求反正切rem（m，n）求正整数m和n的m/n之余数atanh（x）反双曲正切arctanhround（x）对x四舍五入到最接近的整数ceil（x）对x朝+方向取整sign（x）符号函数：求出x的符号conj（x）求复数x的共轭复数sin（x）正弦sincos（x）余弦cossinh（x）反双曲正弦sinhcosh（x）双曲余弦coshsqrt（x）求实数x的平方根：exp（x）指数函数 tan（x）正切tanfix（x）对x朝原点方向取整tanh（x）双曲正切tanh例5：输入 x=-4.85 -2.3 -0.2 1.3 4.56 6.75，则： ceil(x)= -4 -2 0 2 5 7 fix(x) = -4 -2 0 1 4 6 floor(x) = -5 -3 -1 1 4 6 round(x) = -5 -2 0 1 5 71.5 关系及逻辑运算 1.5.1 关系运算允许常量(或矩阵中的元素与元素) 之间的比较. 如果比较结果为真,则答案为1, 否则为0. 常用的关系运算符如下:< 小于 , > 大于 , = 等于 <= 小于等于, >= 大于等于, = 不等于对于复数”=” 和”=” 既比较实部也比较虚部, 而其它运算仅比较实部。例6 比较 a=5:1:15 与 b=1 2 8 8 7 10 12 11 13 14 15 中的对应元素 是否相同,则运行下面程序a=5:1:15;b=1 2 8 8 7 10 12 11 13 14 15;y=a=b y = 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1.5.2 MATLAB有三个逻辑运算符. & 逻辑与 | 逻辑或 逻辑非在矩阵运算中,以上命令是将两个矩阵中的对应元素进行运算, 得到的结 果是具有同样元素的矩阵。例7 分别对下面两个矩阵进行逻辑运算. X=0 1;1 0; Y=0 0;1 0; X&Y ans = 0 0 1 0 X|Y ans = 0 1 1 0 X ans = 1 0 0 1 MATLAB在进行混合运算时, 其顺序为: 算术运算 关系比较 逻辑运算例8 计算 x&y+x>y 时, 程序首先执行x+y运算, 然后将相加结果与y比较, 最后将比较结果和x作与运算，运行结果如下。 x=0 1;1 0; y=0 0;1 0; x&y+x>y ans = 0 1 1 0四 实验内容和步骤熟悉MATLAB语言编程环境。在这一环境中，系统提供了许多编写，调试和执行MATLAB程序的便利工具。熟悉变量、MATLAB基本数学函数使用，矩阵操作练习，主要包括矩阵的建立，算数运算，逻辑运算和关系运算。（一）熟悉Matlab的运行环境以及HELP命令，运行demo命令，观看matlab所具有的功能。（二）验证例题中所有操作。（三）完成以下各题，并在机器上运行结果验证。1输入A=7 1 5；2 5 6；3 1 5，B=1 1 1; 2 2 2; 3 3 3，在命令窗口中执行下列表达式，掌握其含义：A(2, 3) A(:,2) A(3,:) A(:,1:2:3) A(:,3).*B(:,2) A(:,3)*B(2,:) A*B A.*B A2 A.2 B/A B./A2输入C=1:2:20， 实验二 MATLAB中的数值计算与程序设计一 实验目的： 完成MATLAB下数据分析与程序设计有关问题的练习。学习脚本文件的编写，数值输入，数组计算，程序调试等；练习利用MATLAB编程序解决基本数学问题。学习全局和局部变量的使用，流程控制结构，函数编写及其调试。二 实验仪器和设备装有MATLAB7.0以上计算机一台三 实验原理1. 常用运算命令运算命令名 功能angle求复数的角min求最小值max求最大值sum求和roots求多项式的根poly由多项式的根求多项式的系数polyval求给定点多项式的值polyder多项式求导 例1 求a=S3+2S2+3S+4根. a=1 2 3 4; roots(a) ans = -1.6506 -0.1747 + 1.5469i -0.1747 - 1.5469i 或 roots(1 2 3 4) ans = -1.6506 -0.1747 + 1.5469i -0.1747 - 1.5469i 例2 已知某多项式的根如下 -1.6506 -0.1747 + 1.5469i -0.1747 - 1.5469i 求该多项式. poly(-1.6506,-0.1747+1.5469i,-0.1747 - 1.5469i) ans = 1.0000 2.0000 3.0001 4.0001 即所求多项式为 S3+2S2+3S+4 .2. 建立M文件将多个可执行的系统命令，用文本编辑器编辑后并存放在后缀为 .m 的文件中，若在MATLAB命令窗口中输入该m-文件的文件名（不跟后缀.m!），即可依次执行该文件中的多个命令。这个后缀为.m的文件，也称为Matlab的脚本文件(Script File)。注意：文件存放路径必须在Matlab能搜索的范围内。3. 建立函数文件对于一些特殊用户函数，系统提供了一个用于创建用户函数的命令function，以备用户随时调用。1格式：function 输出变量列表=fun_name(输入变量列表) 用户自定义的函数体2函数文件名为：fun_name，注意：保存时文件名与函数名最好相同；3存储路径：最好在系统的搜索路径上。4. 调用方法：输出参量=fun_name (输入变量)例5：计算s = n!，在文本编辑器中输入：function s=pp(n);s=1;for i=1:n s=s*i;ends;在MATLAB命令窗口中输入：s=pp(5) 结果为: s = 1203求下列表达式的值。（1）（2），其中a=3.5,b=5,c=-9.8。实验三 MATLAB图形系统一 实验目的学会用MATLAB语言绘图二 实验仪器和设备装有MATLAB7.0以上计算机一台三 实验原理 1、 plot 该命令在线性坐标系下绘制y对应于x的轨迹。若其中之一为矩阵则该命令将对应于矩阵的行或者列绘制一簇曲线。该命令也可以在同一坐标轴下绘制多条曲线。例1 运行程序 t=0:1:10; x1=t; plot(x1)可在图形窗口得到下面图形: 例2 x=0:0.5:7; y=sin(x); y1=2*x; y2=3*x; plot(y,x,y1,x,y2,x)从上面的例子可以看出, 如果要在同一坐标轴下绘制多条曲线, 可用如下格式： plot(x1,y1,x2,y2.xn,yn) % 对应于不同矢量时 其中x1,y1.xn,yn是对应的关系。2、 log log 在两个对数（标准对数）坐标间绘制图形。 3、 semilogx 或semilogy 在x轴或y轴为对数坐标, 而另一轴为线性轴的空间绘制图形。4、polar 在极坐标空间绘制图形。5、 grid 在图形中加栅格。6、 subplot (r,c,p) 该命令将屏幕分成r*c个窗口,p表示在第几个窗口. 同时绘制多个图形窗口时,绘图语句间应用逗号分开。 例3 下面的程序产生四个窗口,且分别绘制相应图形. t=0:0.01:2*pi; y=sin(t); x=cos(t); subplot(221),plot(t,y),grid,subplot(222),plot(t,x),grid,subplot(223),polar(t,y),subplot(224),polar(t,x)从上面的程序可以看出,subplot语句中的r,c,p可以不用逗号分开。 上面程序执行后得到如下图形：7、 gtext 该命令用于鼠标定位的文字注释. 执行完绘图命令后再执行gtext(说明文字) 命令, 就可在屏幕上得到一个光标, 然后,用鼠标选择说明文字的位置。例4 t=0:1:10; x1=2*t; x2=0.5*t; plot(x1,t,x2,t); gtext('x=2t'); gtext('x=0.5t') 8、 如果需要同时在不同窗口绘制图形, 可用figure语句来完成。 例5 t=0:1:10; x1=2*t; x2=3*t; figure,plot(x1),figure,plot(x2) 9、有关绘图方面的还有： ² Title 给当前图像加标题。² xlabel 或 ylabel 给x或y轴加标注。² text 在当前图像上指定位置加注释。 等。10、在同一座标系中绘制多个曲线时, 曲线的颜色可以自动确定，也可以自己选择。其使用格式如下:plot(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,xn,yn,选项n)b蓝色m紫红色c青色r红色g绿色w白色k黑色y黄色-实线（默认）:点连线-.点画线-虚线.点s正方形+十字号d菱形o圆圈h六角形*星号p五角星x叉号>右三角11、三维图形绘制函数plot3函数与plot函数的用法类似。还可以用mesh函数绘制三维网格图；用surf函数绘制三维曲面图。MATLAB提供了丰富的三维绘图函数，可以通过help命令查看。 例6 绘制三维曲线：t=0:pi/100:20*pi;x=sin(t) y=cos(t);z=t.*sin(t).*cos(t);plot3(x,y,z) title('line in 3-D space') xlabel(X) ;ylabel(Y);zlabel(z);grid on运行结果如下：