MATLAB设计矩阵计算器.doc

matlab大作业 矩阵计算器matrix calculatormatlab程序设计语言大作业矩阵计算器题 目：矩阵计算器学 号：02123010姓 名：石星宇指导教师：汤建龙1、 实验目的1、 通过gui（graphical user interface，简称gui，图形用户界面，又称图形用户接口）设计矩阵计算器，熟悉matlab中gui工具的使用和编程。2、 加深对matlab gui中句柄控制变量的理解。3、 巩固线性代数中矩阵的基本运算。2、 实验内容1、 利用matlab中的guide工具箱快速生成gui界面。2、 在生成的gui界面中设计能够实现矩阵基本运算的矩阵计算器。3、 实验结果通过guide快速生成gui界面设计的矩阵计算器如下图所示：图1 matrix calculator基本界面该矩阵计算器包含四模块，分别为：输入区、输出区、功能区及其他运算区。04、 功能描述1、 功能概述本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（共轭与非共轭）、求逆、计算行列式、求秩、平方、立方、开方、求特征值、求2范数、lu分解、最简阶梯阵化简等。计算过程中，矩阵的输入方式与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、 功能详细描述2.1矩阵相加（减）输入a=1 2 3;4 5 6;7 8 9，b=1 4 7;2 5 8;3 6 9，按下“+”按钮，输出区显示计算结果如图2所示：图2 矩阵相加输入的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 矩阵相加错误提示两矩阵相减的运算过程与相加运算类似，在此不再赘述。2.2矩阵相乘输入a=1 2 3;4 5 6;7 8 9，b=1 4 7;8 5 2;3 9 6，按下“*”按钮，输出区显示计算结果如图4所示：图4 矩阵相乘输入的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5所示：图5 矩阵相乘错误提示2.3按元素乘（除）输入同2.2。按下“.*”按钮，输出区显示计算结果如图6所示：图6 矩阵按元素相乘输入的a、b矩阵必须是维数相同，否则不能实现按元素乘的运算。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。2.4矩阵左（右）除输入a=1 2;3 5，b=1 2;5 7，按下“/l”按钮，输出区显示计算结果如图7所示：图7 矩阵左除输入的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 矩阵左除错误提示2.5矩阵转置（共轭与非共轭）输入a=2+,5;3,7-8，按下“a”（共轭转置）与“a.”按钮(非共轭转置)，输出区分别显示计算结果如图9所示：图9 共轭转置（上）与非共轭转置（下）2.6行列式计算输入a=1 2 4;4 5 6;7 8 9，按下“det”按钮，输出区显示计算结果如图10所示：图10 方阵求行列式输入矩阵a必须为方阵，否则无法计算行列式，提示错误如图11所示：图11 求行列式 错误提示2.7矩阵求逆输入a=1 2 4;4 5 6;2 5 8，按下“inv”按钮，输出区显示计算结果如图12所示：图12 矩阵求逆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，具体见图13、图14:图13 输入为非方阵时的错误提示图14 输入为奇异阵时的错误提示2.8线性方程组求解输入a=1 2 3 ; 2 -5 3;3 -2 5 （系数矩阵），b=0 ; 5 ;9（常数项），按下“ax=b”按钮，输出区显示计算结果如图15所示：图15 线性方程组求解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。2.9矩阵求秩与最简行阶梯阵化简输入矩阵a=1 2 3;4 5 6;4 5 6，分别按下“r”、“rref”按钮，输出区显示计算结果如图16所示：最简行阶梯阵矩阵的秩图16 矩阵求秩与最简行阶梯阵化简 2.10平方、立方、与开方运算输入矩阵a=1 2 3;4 5 6;7 8 9，分别按下“2”、“3”、“sqrt”按钮，输出区显示计算结果如图17所示：平方运算开方运算立方运算图17 矩阵平方、立方、与开方运算2.11矩阵特征值输入矩阵a=1 2 3;4 5 6;7 8 9，按下“eig”按钮，输出区显示计算结果如图18所示：图18 矩阵特征值求解2.12 lu分解输入矩阵a=1 2 3;4 5 6;4 2 6，按下“lu”按钮，输出区显示计算结果如图19所示：图19 矩阵lu分解其中输出区前三行为矩阵l，后三行为矩阵u，即：l = 0.2500 -0.2500 1.0000 1.0000 0 0 1.0000 1.0000 0u = 4.0000 5.0000 6.0000 0 -3.0000 0 0 0 1.5000a=l*u.2.13求矩阵范数输入矩阵a=1 2 3;4 5 6;4 2 6，按下“norm”按钮，输出区显示计算结果如图20所示：图20 求矩阵范数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。2.14其他运算设计本部分的目的在于实现功能区中无法一步实现的计算。比如两矩阵的线性组合（，其中均为常数）、矩阵的高次幂（）等。具体用法见图21：图21 其他矩阵运算实现运算实现运算图21 其他矩阵运算（2）利用“其他运算”模块对一个矩阵进行操作时，另一个矩阵不能没有输入，因此，假设在操作a矩阵（），此时b矩阵仍要赋值为空（），如图所示： 否则无法进行计算。附录（主要代码）：%作者：石星宇%设计时间：2014年4月26日%设计目的：通过gui设计矩阵计算器，熟悉matlab中gui工具的使用和编程。% 加深对matlab gui中句柄控制变量的理解。% 巩固线性代数中矩阵的基本运算。%功能简介：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（共轭与非共轭）、求逆、计算行列式、求秩、平方、立方、开方、求特征值、求2范数、lu分解、最简阶梯阵化简等。function varargout = matrix_calculator(varargin)gui_singleton = 1;gui_state = struct(gui_name, mfilename, . gui_singleton, gui_singleton, . gui_openingfcn, matrix_calculator_openingfcn, . gui_outputfcn, matrix_calculator_outputfcn, . gui_layoutfcn, , . gui_callback, );if nargin & ischar(varargin1) gui_state.gui_callback = str2func(varargin1);end if nargout varargout1:nargout = gui_mainfcn(gui_state, varargin:);else gui_mainfcn(gui_state, varargin:);endfunction matrix_calculator_openingfcn(hobject, eventdata, handles, varargin)handles.output = hobject;guidata(hobject, handles);function varargout = matrix_calculator_outputfcn(hobject, eventdata, handles)varargout1 = handles.output;function matrix_a_callback(hobject, eventdata, handles)function matrix_a_createfcn(hobject, eventdata, handles)if ispc & isequal(get(hobject,backgroundcolor), get(0,defaultuicontrolbackgroundcolor) set(hobject,backgroundcolor,white);endfunction matrix_b_callback(hobject, eventdata, handles)function matrix_b_createfcn(hobject, eventdata, handles)if ispc & isequal(get(hobject,backgroundcolor), get(0,defaultuicontrolbackgroundcolor) set(hobject,backgroundcolor,white);endfunction add_callback(hobject, eventdata, handles)a = eval(get(handles.matrix_a,string);b = eval(get(handles.matrix_b,string);ia ja=size(a);ib jb=size(b);if ia = ib | ja = jb |(ia = ib & ja = jb)%判断a、b是否满足相加条件 r=error.matrix dimensions must agree.; set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles);else result = a + b ; r = num2str(result); set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles);endfunction subtract_callback(hobject, eventdata, handles)a = eval(get(handles.matrix_a,string);b = eval(get(handles.matrix_b,string);ia ja=size(a);ib jb=size(b);if ia = ib | ja = jb |(ia = ib & ja = jb)%判断a、b是否满足相减条件 r=error.matrix dimensions must agree.; set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles);else result = a - b ; r = num2str(result); set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles);endfunction times_callback(hobject, eventdata, handles)a = eval(get(handles.matrix_a,string);b = eval(get(handles.matrix_b,string);ia ja=size(a);ib jb=size(b);if ja=ib %判断a、b是否满足相乘条件 r=error.inner matrix dimensions must agree.; set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles);else result = a * b ; r = num2str(result); set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles);end function l_divide_callback(hobject, eventdata, handles)a = eval(get(handles.matrix_a,string);b = eval(get(handles.matrix_b,string);ia ja=size(a);ib jb=size(b);if ia=ib %判断a、b是否满足左除条件 r=error.matrix dimensions must agree.; set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles);else result = a b ; r = num2str(result); set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles);endfunction r_divide_callback(hobject, eventdata, handles)a = eval(get(handles.matrix_a,string);b = eval(get(handles.matrix_b,string);ia ja=size(a);ib jb=size(b);if ia=ib %判断a、b是否满足右除条件 r=error.matrix dimensions must agree.; set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles);else result = a / b ; r = num2str(result); set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles);endfunction transposition_callback(hobject, eventdata, handles)a = eval(get(handles.matrix_a,string);result = a ;r = num2str(result);set(handles.answer,string,r)guidata(hobject, handles);function determinant_callback(hobject, eventdata, handles)a = eval(get(handles.matrix_a,string);ia ja=size(a);if ia =ja %判断a是否为方阵 r=error.matrix must be square.; set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles);else result = det(a) ; r = num2str(result); set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles);end function invertor_callback(hobject, eventdata, handles)a = eval(get(handles.matrix_a,string);ia ja=size(a);if ia =ja %判断a是否为方阵 r=error.matrix must be square.; set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles);else if det(a) = 0 %判断a是否为奇异阵 r=error.matrix is singular to working precision.; set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles); else result = inv(a) ; r = num2str(result); set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles); endendfunction rank_callback(hobject, eventdata, handles)a = eval(get(handles.matrix_a,string);result = rank(a) ;r = num2str(result);set(handles.answer,string,r)guidata(hobject, handles); function square_callback(hobject, eventdata, handles)a = eval(get(handles.matrix_a,string);ia ja=size(a);if ia =ja %判断a是否为方阵 r=error.inputs must be a scalar and a square matrix.; set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles);else result = a2 ; r = num2str(result); set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles);end function cube_callback(hobject, eventdata, handles)a = eval(get(handles.matrix_a,string);ia ja=size(a);if ia =ja %判断a是否为方阵 r=error.inputs must be a scalar and a square matrix.; set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles);else result = a3 ; r = num2str(result); set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles);endfunction times2_callback(hobject, eventdata, handles)a = eval(get(handles.matrix_a,string);b = eval(get(handles.matrix_b,string);result = a .* b ;r = num2str(result);set(handles.answer,string,r)guidata(hobject, handles);function divede2_callback(hobject, eventdata, handles)a = eval(get(handles.matrix_a,string);b = eval(get(handles.matrix_b,string);result = a ./ b ;r = num2str(result);set(handles.answer,string,r)guidata(hobject, handles); function transposition2_callback(hobject, eventdata, handles)a = eval(get(handles.matrix_a,string);result = a. ;r = num2str(result);set(handles.answer,string,r)guidata(hobject, handles); function eigenvalue_callback(hobject, eventdata, handles)a = eval(get(handles.matrix_a,string);ia ja=size(a);if ia =ja %判断a是否为方阵 r=error.matrix must be square.; set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles);else result = eig(a) ; r = num2str(result); set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles);endfunction solve_callback(hobject, eventdata, handles)a = eval(get(handles.matrix_a,string);b = eval(get(handles.matrix_b,string);ia ja=size(a);ib jb=size(b);if ia = ib r=error.; set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles);else if ia =ja %判断a是否为方阵 r=error.matrix must be square.; set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles); else if det(a) = 0 %判断a是否为奇异阵 r=error.matrix is singular to working precision.; set(handles.answer,string,r) guidata(hobject, handles); else result = ab ; r = num2str(result); set(handles.answer,string,r) guidata(