Matlab程序设计及应用实验讲义.doc

Matlab程序设计及应用实验讲义自编电子科学与工程系2013.02实验一 MATLAB环境与命令窗口1、实验目的1）熟悉MATLAB的操作环境及基本操作方法；2）掌握MATLAB的搜索路径及其设置方法；3）熟悉MATLAB帮助信息的查阅方法；2、实验主要仪器设备和材料计算机PC一台 2010a软件3、实验内容和原理1、先建立自己的工作目录，再将自己的工作目录设置到MATLAB的搜索路径下，再试验用help命令能否查询到自己的工作目录。2、在MATLAB环境下验证下面几个例子，并总结MATLAB的主要优点。1）绘制正弦曲线和余弦曲线2）求方程的全部根3）求积分4）求解线性方程组3、利用MATLAB的帮助功能分别查询inv 、plot、 max 、round等函数的功能与用法4、完成下列操作：1）在MATLAB命令窗口输入以下命令：x=0:pi/10:2*pi;y=sin(x);2）在工作空间窗口选择变量y，再在工作空间窗口选择绘图菜单命令或在工具栏中单击绘图命令按钮，绘制变量的图形，并分析图形的含义。5、访问MathsWorks公司的主页，查询有关MATLAB的产品信息。思考与练习1、如何启动和退出MATLAB的集成环境？2、简述MATLAB的主要功能。3、如果一个MATLAB命令包含的字符很多，需要分成多行输入，该如何处理？4、help命令和look for命令有何区别？5、在MATLAB环境下，建立一个变量fac,同时又在当前目录下建立了一个M文件fac.m，如果需要运行fac.m文件，该如何处理？实验二 数值数组的创建与运算1、实验目的1）掌握MATLAB数据对象的特点以及数据的运算规则。2）掌握MATLAB中建立矩阵的方法以及矩阵处理的方法。3）掌握MATLAB分析的方法。2、实验主要仪器设备和材料计算机PC一台 2010a软件3、实验内容和原理1、求下列表达式的值：1）2），其中，。3），其中，。4），其中，。2、已知， 求下列表达式的值：1）和（其中为单位矩阵）。2）、和。3）及4)A,B和A（1，3,:);B2。3.已知 完成下列操作：1）输出A在10.25范围内的全部元素。2）取出A前3行构成矩阵B，前两列构成矩阵C，右下角3×2子矩阵构成矩阵D，B与C的乘积构成矩阵E。3）分别求表达式E<D,E&D,E|D和E|D的值。4.产生5阶希尔伯特矩阵H和5阶帕斯卡矩阵P，且求其行列式的值Hh和Hp以及他们的条件数Th和Tp，判断哪个矩阵性能更好，为什么？5.已知求A的特征值及特征向量，并分析其数学意义。思考与练习1、在一个MATLAB命令中，6+7i和6+7*i有何区别？i和I有何区别？2、设A和B是两个同大小的矩阵，试分析A*B和A.*B、A./B和B.A、A/B和BA的区别？若A和B是两个标量数据，结果又如何？3、写出完成下列操作的命令。1）删除矩阵A的第7号元素。2）将向量t的0元素用机器零代替。3）将含有12个元素的向量x转换成3×4矩阵。4）求一个字符串的ASCII码。5）产生与A同样大小的幺矩阵。、6）从矩阵A提取主对角线元素，并以这些元素构成对角阵B。实验三 字符串与构架数组1、实验目的1掌握字符串的创建方法2会用常见字符串函数3掌握元胞数组的创建4掌握构架数组的创建2、实验主要仪器设备和材料计算机PC一台、MATLAB软件2010a3、实验内容和原理用单引号创建字符串，用字符串函数对字符串进行有关运算，显示字符串。元胞数组的创建：（1）直接使用 创建；（2）由各元胞创建；（3）由各元胞内容创建；元胞数组的显示；元胞数组的内容获取。结构数组的创建：（1）直接创建；（2）利用struct函数创建。结构数组数据的获取与设置：（1）使用点号（.）获取；（2）使用getfield获取结构数组的数据；（3）使用setfield设置结构数组的数据。结构数组域的获取：（1）使用fieldnames获取结构数组的所有域；（2）获取结构数组域的数据。(1) Str1=Hello ,str2=I like “matlab”(2) length(str1),x1=double(Str1),char(x1),char(x2),class(str1),class(x1),ischar(str1)(3) disp(Please input matrix a)(4) A=“This is the first Cell.”,1 2;3 4;eye(3),Tom,Jane(5) B(1,1)=“This is the second Cell.”(6) C1,1=“This is the third Cell”（7）celldisp(A)(8) ps(1)=struct(name,曲线1,color,red,position,0,0,300,300);(9) ps(2)= struct(name,曲线2,color,blue,position,100,100,300,300);(10) x1=ps(1)(11) x2=ps(1).position(12) x3=ps(1).position(1,3)实验四 MATLAB的数值计算1、实验目的1掌握积分的数值计算方法；2掌握微分的数值计算方法。2、实验主要仪器设备和材料计算机PC一台、MATLAB软件2010a3、实验内容和原理实验内容：（1）求定积分：1） 2）（2）求二重定积分1) 2)3) 设X由区间内均匀分布的10个点组成，求向量的13阶差分。4）设用3种不同的方法求函数的数值导数，并在同一个坐标系中作出的图像。思考与练习：（1）简述数值微分与积分的计算过程。（2）试用函数quad、quadl和trapz、求积分，比较3种算法的精度（）（3）求定积分1） 2）（4）求3重积分： （5）设，用不同的方法求函数的数值导数，并在同一个坐标系中作出的图像。1）用一个5次多项式拟合函数，并对求一般意义下的导数，求出在假设点的值。2）用diff函数直接求在假设点的数值导数。3）先求出导函数，然后直接求在假设点的导数。实验五 MATLAB的符号计算1、实验目的1掌握符号对象的定义方法以及符号表达式的运算法则；2掌握微积分的符号运算方法；3掌握级数求和的方法以及将函数展开为泰勒级数的方法；4掌握代数方程和微分方程符号求解的方法。2、实验主要仪器设备和材料计算机PC一台、MATLAB软件2010a3、实验内容和原理实验内容：（1）分解因式：1） 2）（2）求函数的极限1) 2)（3）求函数的符号导数1），求。2），求。（4）求积分1），2），3），4）（5）求下列级数之和1） ，2）（6）求函数在处的泰勒展开式。1）， 2）（7）求非线性方程的符号解。1），2）3）（8）求微分方程初值问题的符号解，并与数值解进行比较。 ，思考与练习：（1）试比较下列表达式的数值计算和符号计算结果有何不同？如何将符号运算结果转换为数值结果？1），2），3）其中的值为36（2）化简表达式1）， 2），3） 4）（3）求函数的极限1） 2）（4）求函数的符号导数：1） （5）设，用不同的方法求函数的数值导数，并在同一个坐标系中作出的图像。1）用一个5次多项式拟合函数，并对求一般意义下的导数，求出在假设点的值。2）用diff函数直接求在假设点的数值导数。3）先求出导函数，然后直接求在假设点的导数。实验六 MATLAB的数据可视化1、实验目的1掌握绘制二维图形及三维图形的方法；2掌握图形控制与修饰处理的方法；3了解图像处理及动画制作的基本方法。2、实验主要仪器设备和材料计算机PC一台、MATLAB软件2010a3、实验内容和原理实验内容:1）绘制下列曲线：（1） （2）2）设在同一图形窗口采用子图的形式绘制条形图、阶梯图、杆图和对数坐标图等不同图形。3）绘制下列极坐标图（1），（2），4）绘制下列三维图形（1），。（2），。要求应用插值着色处理。5）播放一个直径不断变化的球体。实验七 MATLAB程序设计1、实验目的1掌握利用if语句、switch语句实现选择结构的方法。2掌握利用for语句、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并理解MATLAB程序设计的特点。4掌握定义和调用MATLAB函数的方法。2、实验主要仪器设备和材料计算机PC一台、MATLAB软件2010a3、实验内容和原理实验内容：1从键盘输入一个3位整数，将它反向输出。如639，输出为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90100分为A，8090分为B，7079分为C,6069分为D，60分以下为E。要求：（1）分别用if语句和switch语句实现；（2）输入百分制成绩后要判断该成绩的合理性，对不合理的成绩应输出出错信息。3输入20个数，求其中最大数和最小数。要求分别用循环结构和调用MATLAB的max函数、min函数。4控制系统的开环传递函数为，横坐标为，绘制该系统的Bode图和乃奎斯特曲线，并建立单位反馈的闭环仿真模型，在示波器中观察系统在幅值为1、零时刻跳变的阶跃信号作用下的输出响应。（保存为shiyan7_4_1文件和shiyan7_4_2文件）。5计算分段函数6利用函数的递归调用，求。7根据矩阵指数的幂级数展开式求矩阵指数。思考与练习：1什么是M文件？如何建立M文件？。2简述MATLAB中函数文件与命令文件的主要区别？3编写一个函数文件，用于求两个矩阵的乘积和点积，然后在命令文件中调用该函数。4定义一个函数文件，求给定复数的指数、对数、正弦和余弦，并在命令文件中调用该函数文件。5编写程序，建立向量N=1,2,3,4,5,然后利用向量N产生下列向量：1）2,4,6,8,10；2）1/2,1,3/2,2,5/2;3）1,1/2,1/3,1/4,1/5;4）1,1/4,1/9,1/16,1/25