MATLAB实验指导书(共17页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上MATLAB语言及应用实验指导书机械与电气工程学院黄高飞 余群 编写目 录专心-专注-专业实验一 基础准备及入门一、 实验目的1、 了解MATLAB操作桌面的基本结构和组成;2、 理解Command Window指令窗的作用,掌握指令窗的操作方式和指令的基本语法;3、 了解Command History历史指令窗的作用、历史指令的再运行方法;4、 理解Current Directory当前路径、搜索路径的作用,掌握当前路径、搜索路径的设置方法;5、 理解Workspace Browser工作空间浏览器的作用,掌握内存变量的查阅、删除、保存和载入的基本方法;6、 了解L
2、aunch Pad的作用;7、 掌握M脚本文件的编写、运行方法;8、 掌握利用帮助系统查询函数等基本信息的方法。二、 实验原理1、 MATLAB操作桌面的基本结构和组成 了解MATLAB的基本组件是正确使用MATLAB的基本前提。MATLAB由以下基本组件组成:(1) 指令窗Command Window:可键入各种送给MATLAB运作的指令、函数、表达式;显示除图形外的所有运算结果(2) 历史指令窗Command History:记录已经运作过的指令、函数、表达式;(3) 当前目录浏览器:进行当前目录的设置;展示相应目录上的M、MDL等文件;(4) 工作空间浏览器Workspace Brows
3、er:列出MATLAB工作空间中所有的变量名、大小、字节数;(5) 内存数组编辑器Array Editor:在工作空间浏览器中对变量进行操作时启动(6) 开始按钮(7) 交互界面分类目录窗Launch Pad:以可展开的树状结构列着MATLAB提供的所有交互界面(8) M文件编辑/调试器(9) 帮助导航/浏览器2、MATLAB指令窗的基本操作 MATLAB指令窗给用户提供了最直接的交互界面,可用于输入和执行指令、显示指令运行结果、调试MATLAB程序等常用的MATLAB仿真计算功能。本实验掌握以下在指令窗执行的基本操作,达到熟悉使用指令窗的目的:(1) 最简单的计算器使用方法:在MATLAB指
4、令窗中,可按计算器的方式进行 一般的数学计算,MATLAB的运算符的含义大致与常见的运算规则一致;(2) 在指令窗中输入和生成矩阵:与一般的计算器不同,在MATLAB中可直接输入和生成矩阵。实际上,矩阵是MATLAB工作的基本元素。(3) 数值表述方法:在MATLAB中的大部分数值的表述方式与平常是相同的,需要注意的是在表示比较大的数时,MATLAB默认采用科学计数法显示;(4) 变量命名规则:对于MATLAB变量命名规则,需要注意以下几点:a、 变量名、函数名对字母大小写敏感b、 变量名的第一个字母必须是英文字母,后续可以是字母、数字、下划线c、 变量的有效时限:在变量定义赋值之后,会作为内
5、存变量保存并显示在Workspace Browser中。因此,凡是显示在Workspace Browser中的变量都是“有效”的,其后可以被调用,否则不能被调用。d、 对于像等常用的数学常量,MATLAB定义了预定义变量与其对应,在使用时需多加留意。e、 复数和复数矩阵的表示方法。(5)其他操作的操作要旨和操作技巧的运用。3、计算结果的图形表示 计算结果可视化是MATLAB的主要组成部分,借助图形表现数据是十分常用的“数据表达手段”,尤其当数据量相当庞大时,因为图形可以表现数据内在联系和宏观特征。关于MATLAB绘图的基本方法在后续章节中详细讲述,本实验主要通过示例了解MATLAB绘图的基本功
6、能。4、Current Directory、路径设置器和文件管理理解当前目录Current Directory和搜索路径的作用是正确使用MATLAB的关键环节。当前目录指的是当前MATLAB工作的目录,MATLAB运行指令需要打开或者保存的文件,都首先在目录中查找或保存。搜索路径则是MATLAB工作时,需查找相应的文件、函数或变量所在的相关文件夹所在的路径。在理解当前目录Current Directory和搜索路径的作用的基础上,也要掌握当前目录Current Directory和搜索路径的设置方法,这是正确使用MATLAB的必要步骤。为了理解MATLAB当前目录Current Directo
7、ry和搜索路径的作用,可以大致了解一下当用户从指令窗送入一个名为cow的指令后,MATLAB的“运作次序”:(1) MATLAB在内存中检查,看cow是不是变量;如果不是,进行下一步;(2) 检查cow是不是内建函数;如果不是进行下一步 ;(3) 在当前目录下,检查是否有名为cow的M文件存在;如果不是,进行下一步;(4) 在MATLAB搜索路径的其他目录下,检查是否有名为cow的M文件存在。5、Workspace Browser和Array Editor工作空间浏览器Workspace Browser可以用于内存变量的查阅、保存和编辑,在使用MATLAB过程中,可以使用Workspace B
8、rowser跟踪相应内存变量,对调试程序有很大的帮助。MATLAB也提供了相应的数据文件存取功能,可以在Workspace Browser中导入已保存的变量数据或者保存Workspace Browser中现有的变量数据。6、Editor/Debugger和脚本编写初步通过指令窗直接输入指令一般用于解决比较简单的“一次性”问题,在以下情形是使用M文件特别有用:a、 待解决问题所需的指令较多且所用指令结构较复杂b、 一组指令通过改变少量参数就可以被反复使用去解决不同的问题M脚本文件中的指令形式和前后位置,与解决同一个问题时在指令窗中输入的那组指令没有任何区别,MATLAB在运行这个脚本时,只是简单
9、地从文件中读取那一条条指令,送到MATLAB中去执行。与在指令窗中直接运行指令一样,脚本文件运行产生的变量都驻留在MATLAB基本工作空间中。M文件的扩展名是“.m”。7、MATLAB帮助系统MATLAB提供了强大的帮助系统以供用户使用。在碰到MATLAB使用的各种相关问题时,查阅MATLAB帮助系统往往可以找到相应的解决办法和答案。对于初学者,尤其需要重视帮助系统的使用。MATLAB带有各种可利用的帮助系统,包括:(1) 纯文本帮助(2) “导航/浏览器交互界面”帮助(3) PDF帮助(4) 演示帮助和PDF帮助其中,纯文本帮助和“导航/浏览器交互界面”帮助是常用的帮助系统。三、 实验内容1
10、、指令窗的基本操作完成以下实验内容,把相关结果以截屏方式保存:(1)使用值:x=10, y=3,用MATLAB进行以下计算,并用计算器检验结果:a. u=x+y b. v=xy c. w=x/y d. s=5sin(2y) (2)使用clear指令清除当前所有内存变量,使用clc清除指令窗的显示结果。(3)指令窗显示方式的操作a、在指令窗中输入if(或for、while)等关键词,观察其颜色;b、在指令窗中输入s=hello,观察其颜色、c、指令行中的标点符号:运行指令x32,分别在最后加上和不加上分号,观察并记录其结果的区别。2、Current Directory、路径设置器和文件管理 (1
11、)在E盘新建一个文件夹并把其设置为当前目录。截屏相关过程结果并保存。 (2)在E盘新建一个文件夹并把其加入搜索路径。截屏相关过程结果并保存。(3)逐步按照以下步骤进行并记录各个步骤的结果:1) 在指令窗中输入clear指令;2) 在指令窗中输入cow,并运行;3) 在指令窗中输入cow=21,并运行;4) 再次在指令窗中输入cow,并运行;5) 再次在指令窗中输入clear指令后,输入cow;6) 使用M文件编辑器新建一个M文件,在该文件中输入一条指令: x2。保存在当前目录下,命名为cow.m。7) 再次在指令窗中输入cow,并运行;8) 把cow.m暂时移动到另一个无关的文件夹,如“我的文
12、档”。9) 再次在指令窗中输入cow,并运行;10) 把cow.m再次剪切,移动到(2)建立的搜索路径的文件夹中,并确认该文件夹已加入到搜索路径中。11) 再次在指令窗中输入cow,并运行。以上各个步骤是否验证了MATLAB对cow的搜索次序?3、Workspace Browser和Array Editor(1) 运行以下指令:clear;x=-8:0.5:8; y=x; X=ones(size(y)*x; Y=y*ones(size(x); R=sqrt(X.2+Y.2)+eps; Z=sin(R)./R; (2) 保存全部变量为数据文件Mydata.mat;在对应文件夹中找到该文件,截屏后
13、保存结果;(3) 使用clear清除变量X和Y;(4) 删除全部内存变量;(5) 把Mydata.mat的所有变量再次装入内存。4、Editor/Debugger和脚本编写初步把以下指令编写为M脚本文件,并运行:t=0:pi/50:4*pi; y0=exp(-t/3); y=exp(-t/3).*sin(3*t); plot(t,y,-r,t,y0,:b,t,-y0,:b) grid 5、帮助系统的使用(1)使用help指令查找zeros函数的作用。(2)在指令窗口中输入sin,用鼠标选中此指令,并使用鼠标右键弹出菜单,选中help on selection。你发现了什么?此方法也是查询函数注
14、释的有效方法,请牢记。四、 实验报告要求1、简述实验目的、实验原理及其要点;2、把实验过程中的结果以截屏方式保存并打印出来,按实验步骤附在实验报告中,并对所得结果进行分析和解释。3、 总结实验中的主要结论,记录心得体会。 实验二 符号计算一、 实验目的1、 掌握符号对象和符号表达式的创建方法;2、掌握符号表达式和符号函数的操作方法;3、掌握符号微积分的基本方法;4、掌握符号积分变换的基本方法。二、实验内容1、符号对象及其定义方法(1)分别定义数字类常数和符号类常数,计算两类数字之间的差(提示:参考教材例 2.1-1)(2)使用syms函数定义符号变量x、y、z,并由此定义符号表达式2、 利用M
15、ATLAB帮助系统,查阅函数numden的用法。写出使用numden函数求解表达式的分子和分母的MATLAB指令,并根据求解结果写出其表达式。3、 使用limit函数求极限。4、 使用diff函数对求微分5、 对函数 , 当为正实数时,求。(提示:参考教材例2.3-8,)6、 使用int函数求以下不定积分和定积分:(1); (2)7、求的傅里叶变换,并用反变换验算。7、 实验报告要求1、简述实验目的、实验原理及其要点;2、把实验过程中的结果以截屏方式保存并打印出来,按实验步骤附在实验报告中,并对所得结果进行分析和解释。3、总结实验中的主要结论,记录心得体会。实验三 数值数组及其运算一、实验目的
16、1、掌握一维数组的创建方法;掌握一维数组子数组的寻访和赋值方法;2、掌握二维数组的创建方法;掌握二维数组子数组的寻访和赋值方法;3、掌握数组的各种运算,理解数组运算和矩阵运算的区别。二、实验原理1、数组的创建和寻访数值数组(Numeric Array)和数组运算(Array Operations)始终是MATLAB的核心内容。自MATLAB5.x版起,由于其“面向对象”的特征,这种数值数组(以下简称为数组)成为了MATALB最重要的一种内建数据类型(Built-in Data Type),而数组运算就是定义在这种数据结构上的方法(Method)。数组是指实数或复数组成的长方阵列(Array),
17、可以是一维、二维、三维或更高的维数。不同维数的数组创建和访问的方法有相同之处,也有不同之处。一维数组的创建方法有:(1)逐个输入法;(2)冒号生成法;(3)定数线性采样法;(4)定数对数生成法。对于一维数组的寻访,常用的有以下几种类型:(1)x(3); (2)x(1 2 5) ;(3)x(1:3) ;(4)x(3:end) ;(5)x(3:-1:1) ;(6)x(find(x0.5) ;(7)x(1 2 3 4 4 3 2 1) 。在这里假设x是长度为5的一维数组。二维数组则是由实数或复数排列称矩形而成。二维数组和矩阵在数据结构上相同;一个矩形阵列是二维数组或矩阵取决于所使用的运算符号。二维数
18、组的创建方法有:(1)直接输入法,用于生成较小数组;(2)利用M文件创建和保存数组,用于经常要调用的数组,尤其是较大而且复杂的数组。对于二维数组的寻访,常用的有以下几种类型:(1)全下标标识法,如A(2,3);(2)单下标标识法,如A(10),这种方法比较少用;(3)单下标全元素标识,如A(:),指的是A的各列按先左后右的次序、首尾相接排成“一维长列”后,得到的一维数组的全部元素,其结果是一个一维列数组;类似地,也需注意A(r,:)、A(:,c)的含义。(4)“逻辑1”标识。在MATLAB中,提供了相关的函数用作常用的标准数组的生成,如全0数组、全1数组、单位矩阵、对角阵、均匀分布的随机数组、
19、正态分布的随机数组等,都有相关的生成函数。对于一些数组的特殊操作,MATLAB也提供了相应的操作函数。如提取对角元素或生成对角阵、逆时针旋转二维数组90度、提取数组下三角部分、提取数组上三角部分等,都有相应的函数。在应用中注意利用这些函数,可以事半功倍。2、数组运算数组运算是指无论在数组上施加什么运算(加减乘除或函数),总认定那种运算对被运算数组中的每个元素平等地实施同样的操作。数组运算包括加、减、乘、除、乘方等,除加减外,数组之间进行乘、除、乘方都必须在运算符号前加“.”,否则视为矩阵运算。此外,数组运算还包括转置、关系运算和逻辑运算。除了以运算符号执行数组运算外,也可以对数组施加函数,以函
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- MATLAB 实验 指导书 17
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