实验一：Matlab认知实验.doc

实验一：Matlab认知实验一、 实验目的通过认知实验掌握Matlab语言的基本应用，为后续的相关实验奠定基础。二、 实验要求（1）、掌握Matlab软件启动与关闭操作,熟悉Matlab软件的窗口界面；（2）、能够熟练定义各种变量；（3）、能够运用Matlab基本函数和基本运算符进行计算及方程求解；（4）、能够使用plot函数绘制二维图形，并能够进行图形控制、标注等基本操作。三、 实验环境硬件：计算机软件：Matlab 7.0四、 实验内容1MATLAB的启动与一般的Windows程序一样，启动MATLAB系统有3种常见方法： 使用Windows“开始”菜单。 进入Matlab安装路径，运行Matlab系统启动程序matlab.exe。 利用桌面快捷方式。启动MATLAB7.0后对话框如图1-1，它大致包括以下几个部分：图1-8 MATLAB启动后环境（1）菜单栏和工具栏MATLAB的菜单栏（单击即可打开相应的菜单）和工具栏（使用它们能使操作更快捷）与Windows程序的界面类似，只要稍加实践就可以掌握其功能和使用方法。（2）Command Window（命令窗口）MATLAB命令窗口是用来接受MATLAB命令的窗口。在命令窗口中直接输入命令，可以实现显示、清除、储存、调出、管理、计算和绘图等功能。MATLAB命令窗口中的符号“”为运算提示符，表示MATLAB处于准备状态。当在提示符后输入一段程序或一段运算式后按回车键，MATLAB会给出计算结果并将其保存在工作空间管理窗口中，然后再次进入准备状态。表1-1常用管理命令命令管理功能cd显示当前工作目录dir显示当前工作目录或指定目录下的文件clc清除命令窗口中的所有内容clf清除图形窗口quit(exit)退出MATLABtype test在命令窗口中显示文件test.m的内容delete test删除文件test.mwhich test显示test.m的目录what显示当前目录或指定目录下的M、MAT、MEX文件为了便于对输入的内容进行编辑，MATLAB提供了一些控制光标位置和进行简单编辑的一些常用编辑键，掌握这些命令可以在输入命令的过程中起到事半功倍的效果。表1-2常用编辑键命令功能命令功能调用上一行调用下一行光标左移一个字符光标右移一个字符home光标置于当前行首end光标置于当前行尾del删除光标处的字符backspace删除光标前的字符在以上按键中，反复使用“”，可以调出以前键入的所有命令，进行修改、计算。（3）Workspace（工作空间管理窗口）工作空间管理窗口显示当前MATLAB的内存中使用的所有变量的变量名、变量的大小和变量的数据结构等信息，数据结构不同的变量对应着不同的图标。（4）Current Directory（当前目录选择窗口）当前目录选择窗口显示当前目录下所有文件的文件名、文件类型和最后修改时间（5）Command History（命令历史记录窗口）命令历史记录窗口显示所有执行过的命令在默认设置下，该窗口会保留自MATLAB安装后使用过所有命令，并表明使用的时间。利用该窗口，一方面可以查看曾经执行过的命令；另一方面，可以重复利用原来输入的命令，这只需在命令历史窗口中直接双击某个命令，就可以执行该命令。2. MATLAB的退出要退出MATLAB系统，有3种常见方法： 在MATLAB主窗口File菜单中选择Exit MATLAB命令。 在MATLAB命令窗口输入Exit或Quit命令。 单击MATLAB主窗口的“关闭”按钮。 3. MATLAB的变量变量是任何程序设计语言的基本要素之一，与一般常规的程序设计语言不同的是，MATLAB语言并不要求对所使用的变量进行事先声明，也不需要指定变量类型，它会自动根据赋予变量的值或对变量进行的操作来确定变量的类型并为其分配内存空间。在赋值过程中，如果变量已存在，MATLAB将使用新值代替旧值，并以新的变量类型代替旧的变量类型。MATLAB中变量的命名规则是：（1）变量名区分大小写；（2）变量名的长度不超过31位，第31个字符之后的字符将被忽略；（3）变量名必须以字母开头，之后可以是任意字母、数字或下划线，变量名中不允许使用标点符号。例如 fun , hao123 都是变量名。MATLAB中有一些预定义的变量，这些特殊的变量称为常量。表1-3 MATLAB语言中的常量常量名常量值常量名常量值i, j虚数单位realmin最小可用正实数pi圆周率realmax最大可用正实数eps计算机的最小浮点数inf正无穷大，如1/0ans用于结果的缺省变量名flops浮点运算数在MATLAB语言中，定义变量时应避免与常量名相同，以免改变常量的值4Matlab运算基础Matlab下的所有运算功能是基于矩阵，变量-矩阵，运算-矩阵的运算。例如C = A + B ，A、B、C都是矩阵,是矩阵的加运算。即使一个常数，Y=5，MATLAB也看做是一个1x1的矩阵。Matlab中矩阵的输入是按行进行，同一行元素之间用空格或”,”隔开，不同行之间用“;”隔开。在Matlab命令窗口中输入： x=1 2;3 4 或 x=1,2;3,4表示矩阵。实践内容：在Matlab命令窗口中输入矩阵5. MATLAB的函数与基本运算符MATLAB语言中最基本最重要的成分是函数。一个函数由函数名、输入变量和输出变量组成。同一个函数，不同数目的输入变量和不同数目的输出变量，均代表不同的含义。 表1-4 MATLAB常用函数函数名解释MATLAB命令函数名解释MATLAB命令三角函数sinxsin(x)反三角函数arcsinxasin(x)cosxcos(x)arccosxacos(x)tanxtan(x)arctanxatan(x)cotxcot(x)arccotxacot(x)幂函数x axa对数函数lnxlog(x)sqrt(x)log 2xlog2(x)指数函数a xaxlog 10xlog10(x)e xexp(x)绝对值函数|x|abs(x)表1-4 MATLAB算术运算符运算符说明及用途 +矩阵对应元素相加-矩阵对应元素相减*矩阵相乘，前一矩阵的列数必须与后一矩阵的行数相同矩阵中对应位置的元素相乘/或右或左除。A左除B，等于A的逆矩阵乘B。 A右除B，等于A乘B的逆矩阵。./或.右或左点除。A左点除B，等于A中的元素除以B对应位置的元素。A右点除B，等于A中的元素除B对应位置的元素。幂，n次幂相当于n个矩阵相乘.点幂，矩阵中每个元素的n次幂实践内容：已知 ，按照上述运算法进行运算，并核实结果的正确性。注意：一个矩阵还可与一个数进行加、减、乘、除运算，其结果是该矩阵中的每一个元素与这个数进行相应的运算。实践内容：将数字3与矩阵A，按照上述运算法进行运算，核实结果的正确性，会遇到什么样的问题？6命令行基础（1）简单的运算求 解：用键盘在命令窗口输入以下内容 (30+3*(6-4)/32%按回车键，结果显示ans =4（2）MATLAB表达式的输入 已知 ，求 解：用键盘在命令窗口输入以下内容 x=3;y=x3+x(1/3)-8*sin(x) %按回车键，结果显示y = 27.3133（3）用“”键重新显示以前使用过的语句 求 ； 解：输入 y1=2*sin(0.6*pi)/(1+sqrt(7) %按回车键，结果显示 y1 = 0.5000按“”键重新显示： y1=2*sin(0.6*pi)/(1+sqrt(7)用“”键修改为： y2=2*cos(0.6*pi)/(1+sqrt(7) %按回车键，结果显示y2 =0. 3633注意：（1）当命令行有错误，MATLAB会用红色字体提示； （2）同一行中若有多个表达式，则必须用分号或逗号隔开，若表达式后面是分号，将不显示结果； （3）在MATLAB的命令窗口中输入一个表达式或利用MATLAB进行编程时，如果表达式太长，可以用续行符号“”将其延续到下一行；（4）编写MATLAB程序时，通常利用符号“%”对程序或其中的语句进行注释。5. MATLAB的图形功能为了从直观上认识计算结果，可以通过MATLAB的图形功能将计算结果图形化。MATLAB是通过描点、连线来作图的，因此，在作二维图形和三维图形之前，必须先取得该图形上一系列点的坐标，然后利用MATLAB函数作图。MATLAB具有丰富的获取图形输出的程序集。绘制二维图形最常用的命令是plot，对于不同形式的输入，该函数可以实现不同的功能。(1)二维图形绘制如果用户将X和Y轴的两组数据分别在向量x和y中存储，且它们的长度相同，则命令plot(x,y)，将画出y值相对于x值的关系图。如果想绘制出一个周期内的正弦曲线，则首先应该用t=0:0.01:2*pi命令来产生自变量t；然后由命令y=sin(t)对t向量求出正弦向量y，这样就可以调用plot(t,y)来绘制出所需的正弦曲线。用键盘在命令窗口输入以下内容 t=0:0.01:2*pi; y=sin(t); plot(t,y) %按回车键，图形结果如图1-9所示。图1-9 一周期正弦曲线当要画出多条曲线，只需将坐标对依次放入plot函数即可，plot(X1, Y1, X2, Y2, , Xn, Yn)。想绘制不同的线型、颜色、标识等的图形时，可以调用plot(X,Y, Linespec)，第3个输入变量为图形显示属性的设置选项：线型、颜色、标识。线型：-实线； : 点线；-. 虚点线；-虚线；颜色：y 黄；m紫；c青；r 红；g 绿；b 蓝；w 白；k 黑；标识：. 点；o圆点；x 叉号；+ 加号；* 星号；s方形；d菱形；v下三角； 上三角； 右三角；p 五角星；h 六角星应用上述符号的不同组合可以为图形设置不同的线型、颜色、标识。在调用时，选项应置于单引号内，当多于一个选项时，各选项直接相连，中间不需要任何的分隔符。如： t=0:0.5:3*pi; y=sin(t); z=cos(t); plot(t, y,-k, t, z, : k*) %见图1-10。 图1-10 组合曲线 图1-11 组合曲线 实践内容：在02范围内，以0.05为间隔确定x点，绘制y=sin(2x),z=cos(2x)的曲线，并使用不同的线型、颜色、标识绘制。(2) 图形控制grid函数控制平面图形的坐标网格：MATLAB提供了平面网图函数grid用于绘制坐标网格，提高图形显示效果。grid函数的调用格式如下：grid on 在图形中绘制坐标网格；grid off 取消坐标网格。单独的函数grid将实现grid on 与grid off两种状态之间的转换。如： t=0:0.5:3*pi; y=sin(t); z=cos(t); plot(t, y,-k, t, z, : k*) grid on %见图1-11。 实践内容：在y=sin(2x),z=cos(2x)的曲线图形中显示或取消网格线。 (3) 图形的标注MATLAB语言还提供了丰富的图形标注函数供用户自由地标注所绘制的图形。1）坐标轴标注和图形标题title (图形标题) 为图形添加标题xlabel(x轴标记) 为x坐标轴添加标注 ylabel(y轴标记) 为y坐标轴添加标注 函数引号内的字符串将被写到图形的坐标轴上或标题位置。如：t=0:0.01:2*pi; y=sin(t); plot(t,y) xlabel(x(0-2pi);title(y=sin(x) %图1-12 图1-12 图形标注 在自动控制技术绘图标注过程中经常会遇到特殊符号的输入问题，为了解决这个问题，MATLAB语言提供了相应的字符转换，如：alpha；beta；gamma；delta；epsilon；zeta；pi；omega；Omega等。实践内容：给y=sin(2x),z=cos(2x)的图形、X轴、Y轴分别增加标注。2）文本标注MATLAB对图形进行文本注释所提供的函数为text和gtext。text函数的调用格式：text(x,y, 标注文本及控制字符串) 其中(x,y)给定标注文本在图中添加的位置gtext函数的调用格式：gtext(标注文本及控制字符串) 使用该函数，用户可以通过使用鼠标来选择文本输入的点，单击后，系统将把指定的文本输入到所选的位置上。如t=0:0.01:2*pi; y=sin(t); plot(t,y)gtext(y=sin(t)执行该函数时，将鼠标放在图形上会出现“+”字型交叉线供用户添加标注的点，选择添加标注的位置后