Matlab课程设计报告.doc

武汉理工大学Matlab 课程设计报告 : 在同一幅图上用不同的线条、颜色绘制五条曲线，并分别对五条曲线进行命名，并添加坐标标志、图名函数和网格。 较全面了解常用的数据分析与处理原理及方法； 能够运用相关软件进行模拟分析； 掌握基本的文献检索和文献阅读的方法； 提高正确地撰写论文的基本能力。设定（X1 Y1）、（X2 Y2）、（X3 Y3）、（X4 Y4）、（X5 Y5）五个函数，在同一 幅图上用不同的线条、颜色绘制五条曲线，并分别对五条曲线进行命名，并添加 坐标标志、图名函数和网格，并按三种格式进行保存。 MATLAB 软件。 数字信号处理与图像处理基础知识。 第 18 周，安排任务（鉴 1-通信实验室 1，12 月 25 日） 第 18 周，程序设计与计算（鉴主 13 楼计算机实验室） 第 19 周，完成（答辩，提交报告，演示） 2 摘要 . I Abstract . II 1 MATLAB 基本介绍 .1 1.1 MATLAB 应用领域 . 3 1.2 MATLAB 特点 . 10 1.3 MATLAB 优势 . 10 2 二维绘图基础 .3 2.1 二维绘图的基本指令 .3 2.2 二维绘图的基本操作 . 6 3 三维绘图. 11 3.1 三维绘图的基本指令 . 11 3.2 图形修饰方法 . 12 3.2.1 图形颜色修饰 . 12 3.2.2 图形效果修饰 . 13 3.2.3 伪彩色图 . 13 3.3 三维绘图的典型画法 . 14 3.3.1 三维多边形 . 14 3.3.2 三维曲面图 . 14 3.3.3 三维陀螺锥图 . 15 4.综合设计应用 . 16 4.1 利用 MATLAB 仿真软件绘图 . 16 4.1.1 设计要求 . 16 4.1.2 设计程序及仿真图像 . 16 5 总结与体会 . 18 6 参考文献. 19 MATLAB 和 Mathematica、Maple 并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB 可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、 实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、 控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 MATLAB 的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十 分相似，故用 MATLAB 来解算问题要比用 C，FORTRAN 等语言完成相同的事情简捷 得多，并且 mathwork 也吸收了像 Maple 等软件的优点,使 MATLAB 成为一个强大 的数学软件。 本次课程设计的目的在于较全面了解常用的画图方法，能够运用相关软件进 行模拟分析。通过对采集的曲线进行常规的数学统计数据处理和仿真，了解曲线 的特点，为后续的研究提供参考，从而达到本次课程设计的目的。 I Abstract MATLAB,and Mathematica,Maple,and known as the three major mathematical software. It is the application of technology in mathematics classes in numerical computing software, second to none. MATLAB matrix operations can be carried out, drawing functions and data, algorithm, create a user interface, connected to other programming language, procedures, mainly used in engineering calculations, control design, signal processing and communications, image processing, signal detection, Financial Modeling & Design and analysis and other fields. MATLABs basic data unit is the matrix, and its expression and mathematics instruction, engineering, commonly used in the form of very similar, so the problem solver to use MATLAB to use than C,FORTRAN and other languages accomplish the same thing much more simple, and mathwork also absorbed the advantages of software such as Maple to MATLAB as a powerful mathematical software. The course design aimed at drawing a more comprehensive understanding of commonly used methods, able to use relevant software simulation analysis. Curves collected through routine data processing and simulation of mathematical statistics to understand the curve of the characteristics of the study provide a reference for follow-up, so as to achieve the purpose of this course design.II MATLAB 和 Mathematica、Maple 并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB 可以进行矩阵运算、绘制函 数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要 应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、 图像处理、信号检测、金 融建模设计与分析等领域。 MATLAB 的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用 的形式十分相似，故用 MATLAB 来解算问题要比用 C，FORTRAN 等语言完成 相同的事情简捷得多，并且 mathwork 也吸收了像 Maple 等软件的优点,使 M ATLAB 成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对 C，FORTRAN，C+ ，JAVA 的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入 到 MATLAB 函数库中方便自己以后调用，此外许多的 MATLAB 爱好者都编写 了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。 MATLAB 产品族可以用来进行以下各种工作： 数值分析 数值和符号计算 工程与科学绘图 控制系统的设计与仿真 数字图像处理 技术 数字信号处理 技术 通讯系统设计与仿真 财务与金融工程 MATLAB 的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统 设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附 加的工具箱（单独提供的专用 MATLAB 函数集）扩展了 MATLAB 环境， 以解决这些应用领域内特定类型的问题。 19 此高级语言可用于技术计算 此开发环境可对代码、文件和数据进行管理 交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题 数学函数可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数 值积分等 二维和三维图形函数可用于可视化数据 各种工具可用于构建自定义的图形用户界面 各种函数可将基于 MATLAB 的算法与外部应用程序和语言（如 C、C+、Fortran、Java、COM 以及 Microsoft Excel）集成。 不支持大写输入，内核仅仅支持小写 （1）友好的工作平台和编程环境 MATLAB 由一系列工具组成。这些工具方便用户使用 MATLAB 的函数 和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包括 MATLAB 桌面和命令 窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、 工作空间、文件的浏览器。 （2）强大的科学计算机数据处理能力 MATLAB 是一个包含大量计算算法的集合。其拥有 600 多个工程中要 用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中 所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优 化和容错处理。 （3）出色的图形处理功能 MATLAB 自产生之日起就具有方便的数据可视化功能。高层次的作图 包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。新版本的 MAT LAB 对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可 视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面）方面更加完善，而且 对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四 维数据的表现等），MATLAB 同样表现了出色的处理能力。 MATLAB 语言丰富的图形表现方法，使得数学计算结果可以方便地、多样性地实现了可视化，这是其它语言所不能比拟的。MATLAB 语言的绘图功能不仅能 绘制几乎所有的标准图形，而且其表现形式也是丰富多样的。MATLAB 语言不仅 具有高层绘图能力，而且还具有底层绘图能力句柄绘图方法。在面向对象的 图形设计基础上，使得用户可以用来开发各专业的专用图形。 （1）plot 的功能： plot 命令自动打开一个图形窗口 Figure，用直线连接相邻两数据点来绘制图 形，根据图形坐标大小自动缩扩坐标轴，将数据标尺及单位标注自动加到两个坐 标轴上，可自定坐标轴，可把 x, y 轴用对数坐标表示。如果已经存在一个图形 窗口，plot 命令则清除当前图形，绘制新图形，可单窗口单曲线绘图；可单窗口 多曲线绘图；可单窗口多曲线分图绘图；可多窗口绘图，可任意设定曲线颜色和 线型，可给图形加坐标网线和图形加注功能 （2）plot 的调用格式 plot(x) 缺省自变量绘图格式，x 为向量, 以 x 元素值为纵坐标，以相应元素 下标为横坐标绘图 plot(x,y) 基本格式，以 y(x)的函数关系作出直角坐标图，如果 y 为 nm 的 矩阵，则以 x 为自变量，作出 m 条曲线 plot(x1,y1,x2,y2) 多条曲线绘图格式 plot(x,y,s) 开关格式，开关量字符串 s 设定曲线颜色和绘图方式，使用颜 色字符串的前 13 个字母，如 yellowyel 表示等或 plot(x1,y1,s1,x2,y2,s2，) S 的标准设定值如下： 字母 颜色 标点 线型 y 黄色 点线 m 粉红 圈线 c 亮蓝 线 r 大红 字线 g 绿色 实线 b 蓝色 星形线 w 白色 ： 虚线 k 黑色 (-) 点划线 调用格式： subplot(m,n,p) 按从左至右，从上至下排列 n 为窗口顺序号 这些函数为： title 给图形加标题 xlable 给 x 轴加标注 ylable 给 y 轴加标注 text 在图形指定位置加标注 gtext 将标注加到图形任意位置 grid on(off) 打开、关闭坐标网格线 legend 添加图例 axis(xmin xmax ymin ymax) 用行向量中给出的值设定坐标轴的最 大和最小值。如 axis (-2 2 0 5) axis(equal) 将两坐标轴设为相等。 axis on(off) 显示和关闭坐标轴的标记、标志。 axis auto 将坐标轴设置返回自动缺省值。 fplot 的调用格式: fplot(fun,lims) 绘制函数 fun 在 x 区间 lims=xmin xmax的函数图。 fplot(fun,lims,corline) 以指定线形绘图。 x,y=fplot(fun,lims) 只返回绘图点的值,而不绘图。用 plot(x,y)来绘图。 ezplot 的调用格式： ezplot(f) 这里 f 为包含单个符号变量 x 的符号表达式，在 x 轴的默认范围 -2*pi 2*pi内绘制 f(x)的函数图 ezplot(f,xmin,xmax) 给定区间 ezplot(f,xmin,xmax,figure(n) 指定绘图窗口绘图 fill 的功能：绘制二维多边形并填充颜色 例如：x=1 2 3 4 5;y=4 1 5 1 4;fill(x,y,r) bar 绘制直方图 polar 绘制极坐标图 hist 绘制统计直方图 stairs 绘制阶梯图 stem 绘制火柴杆图 rose 绘制统计扇形图 comet 绘制彗星曲线 errorbar 绘制误差棒图 compass 复数向量图(罗盘图) feather 复数向量投影图(羽毛图) quiver 向量场图 area 区域图 pie 饼图 例如：x=0.0, 0.48,0.84,1,0.91,0.6,0.14 x1, x2, x3, x4, x5, x6, x7, plot (x) 图 1 例如：t=0:pi/100:2*pi; y=sin(t);y1=sin(t+0.25);y2=sin(t+0.5); plot(t,y,t,y1,t,y2) 图 2 例如：t=0:pi/100:2*pi; y=sin(t); subplot(3,1,1); plot(t,y) subplot(3,1,2); plot(t,y3) subplot(3,1,3); plot(t,y2) 图 3 例如 t=0:pi/100:2*pi; y=sin(t);y1=sin(t+0.25);y2=sin(t+0.5); plot(t,y) figure(2) plot(t,y1) figure(3) plot(t,y2) 图 4 5. t=0:pi/100:2*pi; y=sin(t); y1=sin(t+0.25); y2=sin(t+0.5); plot(t,y,r-,t,y1,y+,t,y2,b*) 图 5 例如：t=0:0.1:10 y1=sin(t);y2=cos(t);plot(t,y1,r,t,y2,b-); x=1.7*pi;1.6*pi; y=-0.3;0.8; s=sin(t);cos(t); text(x,y,s); title(正弦和余弦曲线); legend(正弦,余弦) xlabel(时间 t),ylabel(正弦、余弦) grid axis square 图 6 例如：ezplot(sin(x),cos(y),-4*pi 4*p i,figure(2) 图 7三维绘图的主要功能： 绘制三维线图 绘制等高线图 绘制伪彩色图 绘制三维网线图 绘制三维曲面图、柱面图和球面图 绘制三维多面体并填充颜色 3.1 三维线图基本指令 （1）调用格式： plot3(x,y,z) x,y,z 是长度相同的向量 plot3(X,Y,Z) X,Y,Z 是维数相同的矩阵 plot3(x,y,z,s) 带开关量 plot3(x1,y1,z1,s1, x2,y2,z2,s2, ) 二维图形的所有基本特性对三维图形全都适用。定义三维坐标轴大小 axis(xmin xmax ymin ymax zmin zmax ) grid on(off) 绘制三维网格 text(x,y,z,string) 三维图形标注 子图和多窗口也可以用到三维图形中 fill3 = fill 三维多边形的绘制和填色与二维多边形完全相同 调用格式：fill3(x,y,z,s) 与二维相同 mesh 三维网线绘图函数 调用格式：mesh(z) z 为 nm 的矩阵，x 与 y 坐标为元素的下标 mesh(x,y,z) x,y,z 分别为三维空间的坐标位置 z=f(x,y) 根据 x,y 坐标找出 z 的高度 生成坐标 X,Y=meshgrid(x,y) 表达式点运算 Z=X.2+Y.2 X，Y 是 nm 的矩阵，维数可任定 X n；Y m； Z默认方位角：37。5，俯角 30。 colormap( R,G,B) 色图设定函数 matlab 的颜色数据集合为红、绿、兰三颜色矩阵R，G，B，维数 m3。 r,g,b 在0 1区间连续取值，理论上颜色种类可达无穷多种。 matlab 使用三维向量表示一种颜色，常用颜色数据见下。 饱和色 调和色 0 0 1 兰色 0 0 0 黑色 0 1 0 绿色 0.5 0.5 05 灰色 0 1 1 浅兰 0.5 0 0 暗红色 1 0 0 红色 1 0.62 0.4 铜色 1 0 1 粉红 0.49 1 0.8 浅绿 1 1 0 黄色 0.49 1 0.83 宝石兰 1 1 1 白色 与三维网线图的区别： 网线图：线条有颜色，空挡是黑色的（无颜色） 曲面图：线条是黑色的，空挡有颜色（把线条之间填充颜色） 调用格式：surf(x,y,z) 绘制三维曲面图，x,y,z 为图形坐标向量。 surfc(X,Y,Z) 带等高线的曲面图。 surfl(X,Y,Z) 被光照射带阴影的曲面图。 cylinder(r,n) 三维柱面绘图函数。 matlab 有极好的颜色表现功能，其颜色数据又构成了一维新的数据集 合，也可称为四维图形 colormap(MAP) 色图设定函数，MAP 为 m3 维色图矩阵 图形颜色可根据需要任意生成，也可用 matlab 配备的色图函数 matlab 的色图函数： hsv 饱和值色图 gray 线性灰度色图 hot 暖色色图 cool 冷色色图 bone 兰色调灰色图 copper 铜色色图 pink 粉红色图 prism 光谱色图 jet 饱和值色图 II flag 红、白、蓝交替色图 shading faceted 网格修饰，缺省方式 shading flat 去掉黑色线条，根据小方块的值确定颜色 shading interp 颜色整体改变，根据小方块四角的值差补过度点的值确定颜色 透视与消隐 用于网线图 裁剪修饰 用于网线图、曲面图 视角修饰 观察不同角度的三维视图 函数 view(az,el)az -方位角；el -俯视角；省缺值为：az=-37.5; el=30 其它修饰：a. 水线修饰； b. 等高线修饰 pcolor 常用于以二维平面图表现三维图形的效果，用颜色表示三 维图形的高度。 动画生成的步骤： 1.创建帧矩阵 moviein 2.对动画中的每一帧生成图形，并把它们放到帧矩阵中 getframe 3.从帧矩阵中回放动画 画图程序：y1=rand(3,5);y2=rand(3,5);y3=rand(3,5); fill3(y1,y2,y3,m);hold on; plot3(y1,y2,y3,yo) 图 7 三维多边形 画图程序：X,Y,Z=peaks(30)；surf(X,Y,Z) 图 8 三维曲面图 画图程序：t1=0:0.1:0.9; t2=1:0.1:2; r=t1 -t2+2; x,y,z=cylinder(r,30); surf(x,y,z); grid 图 9 三维陀螺锥面 4.1 利用 MATLAB 仿真软件进行绘图。 4.1.1 设计要求 设定（X1 Y1）、（X2 Y2）、（X3 Y3）、（X4 Y4）、（X5 Y5）五个函数，在同一幅 图上用不同的线条、颜色绘制五条曲线，并分别对五条曲线进行命名，并添加坐 标标志、图名函数和网格，并按三种格式进行保存。 x=0:0.1:10 y1=sin(x);y2=cos(x); y3=sin(x+0.5); y4=cos(x+0.5);y5=sin(x+1) plot(x,y1,r+,x,y2,b-,x,y3,m,x,y4,k-,x,y5,c:); x=1.7*pi;1.6*pi;1.6*pi;1.4*pi;1.5*pi;y=-0.3;0.8;-0.1;0.7;0.1; s=sin(x+0.0);cos(x+0.0);sin(x+0.5);cos(x+0.5);sin(x+1.0); text(x,y,s); title(正弦和余弦及延迟曲线); legend(正弦,余弦,正弦延迟,余弦延迟,余弦延迟) xlabel(时间 t),ylabel(正弦、余弦) grid； axis square 图 10 JPEG 格式下的仿真结果 10.80.6正 弦 和 余 弦