计算机组成原理实验一matlab1.doc

实验一、 MATLAB的基本操作一、 实验目的1掌握Matlab软件使用的基本方法2熟悉MATLAB的基本语法3掌握与本实验有关的常用的MATLAB命令。4学习和掌握MATLAB最基本的矩阵运算和绘图工具。二、 相关知识1、 MATLAB软件简介MATLAB，Matrix Laboratory（矩阵实验室）的缩写，是集数值计算，符号运算及图形处理等强大功能于一体的科学计算语言。作为强大的科学计算平台，它几乎能够满足所有的计算需求。MATLAB软件具有很强的开放性和适用性，在保持内核不变的情况下MATLAB可以针对不同的应用学科推出相应的工具箱（toolbox）.目前，MATLAB已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用研究的诸多领域，诸如数据采集，概率统计，信号处理、图像处理和物理仿真等，都在工具箱(toolbox)家庭中有自己的一席之地。MATLAB语言是一种运算纸型的运算语言，其特点就是与平时在运算纸上书写运算的形式相同，这使得它成为一种比较容易掌握的语言，其变量均以矩阵向量形式表示（单独一个数据可以认为是一维向量），其程序语法类似于C语言，只要有一点C语言基础的人可以很快掌握。针对数字图像处理的需要，可以重点掌握以下几个内容：矩阵、向量的输入和操作（包括如何输入一个矩阵，如何产生一个全零全一的矩阵，如何对一个矩阵的行列元素进行读取、写入）；矩阵与向量的基本运算（包括加、减、点乘等）。2、 MATLAB软件环境介绍MATLAB7.0的工作桌面由标题栏，菜单栏，工具栏，命令窗口（command window），工作空间窗口（workspace），当前目录窗口（current directory），历史命令窗口（command history）及状态栏组成，为用户使用MATLAB提供了集成的交互式图形界面，如图所示。MATLAB的命令窗口是接收用户输入命令及输出数据显示的窗口，几乎所有的MATLAB行为都是在命令窗口进行的。当启动MATLAB软件时，命令窗口就做好了接收指令和输入的准备，并出现命令提示符（）。在命令提示符后输入指令，通常会创建一个或多个变量。变量可以是多种类型的，包括函数的字符串，但通常的变量只是数据。这些变量被放置在MATLAB的工作空间中，工作空间窗口提供了变量的一些重要信息，包括变量的名称、维数大小、占用内存大小以及数据类型等信息。3、 MATLAB基本操作（1）一般MATLAB命令格式为 输出参数1，输出参数2，=（命令名）（输入参数1，输入参数2，） 输出参数用方括号，输入参数用圆括号如果输出参数只有一个可不使用括号。 （2）%后面的任意内容都将被忽略，而不作为命令执行，加注释。（3）可用、键来重现已输入的数据或命令。用、键来移动光标进行修改。（4）所有MATLAB命令都用小写字母。大写字母和小写字母分别表示不同的变量。（5）常用数有特定的名字，如pi（=3.1415926）、Inf（=）、NaN则表示不定型求得的结果（如0/0）。（6）矩阵的输入要一行一行的进行，每行各元素用空格或（，）分开，每行用（；）分开。如：1 2 3A= 4 5 6 7 8 9 MATLAB书写格式为A=1 2 3 ；4 5 6 ；7 8 9 在MATLAB中运行如下程序可得到A矩阵 a=1 2 3;4 5 6;7 8 9 a = 1 2 3 4 5 6 7 8 9（7）需要显示命令的计算结果时，则语句后面不加“；”号，否则要加“；”号。 运行下面两种格式可以看出他们的区别 a=1 2 3;4 5 6;7 8 9 a=1 2 3;4 5 6;7 8 9;a = （不显示计算结果） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1) Zeros生成全0阵 B=Zeros(n) 生成n*n的全0矩阵 B=Zeros(m,n) 生成m*n的全0矩阵 B=Zeros(Size(A) 生成与矩阵A大小相同的全0矩阵 注:m n必须是一个非负数 2) ones生成全1阵 3) rand生成均匀分布的随机阵（8）向量的生成：利用（：）生成向量 a. X=j:k (j0且jk或Ik,则生成向量 X=j,j+I,j+2I,k-I,k 例 X1=1:5 X1=1 2 3 4 5 X2=1:0.5:3 X2=1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 X3=5:-1:1 X3=5 4 3 2 14、矩阵的算术运算(1) 加法和减法对于同维矩阵指令的A+B A-B对于矩阵和标量(一个数)的加减运算,指令为:A+3 A-9(2) 乘法和除法运算 A*B 是数学中的矩阵乘法,遵循矩阵乘法规则 A.*B 是同维矩阵对应位置元素做乘法 B=inv(A) 是求矩阵的逆 A/B 是数学中的矩阵除法，遵循矩阵除法规则 A/B 是同维矩阵对应位置元素相除 A 表示矩阵的转置运算5、数组函数下面列举一些基本函数，他们的用法和格式相同。sin(A), cos(A) , exp(A), log(A)(相当于ln)sqrt(A)开平方， abs(A)求模， real(A)求实部， imag（A）求虚部式中A可以是标量也可以是矩阵例：利用等差向量产生一个正弦值向量t=0: 0.1:10A=sin(t)plot(A)这时候即可看到一个绘有正弦曲线的窗口弹出另：每条语句后面加“；”表示不要显示当前语句的执行结果，不加“；”表示要显示当前语句的执行结果。 MATLAB的算术运算运算 符号运算 符号运算 符号运算 符号加法 +减法 乘法 *点乘 .*指数 .除法 点除 . MATLAB的关系运算运算 符号运算 符号运算 符号小于 小于等于 大于等于 =不等于 = MATLAB的逻辑运算运算 符号运算 符号运算 符号与 &或 |非 6、绘图（二维绘图）（1）plot如果要使向量的横纵坐标一一对应，则应写为plot(t, A)如不要横坐标对应时，可只写plot(A)该命令在线性坐标系下绘制y对应于x的轨迹。若其中之一为矩阵则该命令将对应于矩阵的行或者列绘制一簇曲线。该命令也可以在同一坐标轴下绘制多条曲线。例： 运行程序 t=0:1:10; x1=t; plot(x1) 可在图形窗口得到下面图形。 例： x=0:0.5:7; y=sin(x); y1=2*x; y2=3*x; plot(y,x,y1,x,y2,x)从上面的例子可以看出, 如果要在同一坐标轴下绘制多条曲线, 可用如下格式： plot(x1,y1,x2,y2.xn,yn) % 对应于不同矢量时 其中x1,y1.xn,yn是对应的关系。如果A是一个矩阵不是向量，则在同一窗口中可绘出与矩阵行数相同的曲线且颜色不同。如plot(t, A, b)则原来的连续曲线就变成了蓝色的点线。下面给出常用选项。r ：红 g ：绿 b ：蓝 y ：黄 m ：洋红 c ：青 w ：白 k ：黑 ：实线 ：虚线 * ：用星号标数据点 。：用点标 o（字母o）：用圆圈标 x（字母x）：用叉标 -.：点划线(2) Subplot (r,c,p) 该命令将屏幕分成r*c个窗口,p表示在第几个窗口. 同时绘制多个图形窗口时,绘图语句间应用逗号分开。 例： 下面的程序产生四个窗口,且分别绘制相应图形. t=0:0.01:2*pi; y=sin(t); x=cos(t); subplot(2 2 1),plot(t,y),gridsubplot(2 2 2),plot(t,x),gridsubplot(2 2 3),polar(t,y)subplot(2 2 4),polar(t,x)从上面的程序可以看出,subplot语句中的r,c,p可以不用逗号分开。在语句后面应有相应的绘图命令. 上面程序执行后得到如下图形： 有关绘图方面的还有 Title 给当前图像加标题。 xlabel 或 ylabel 给x或y轴加标注。 text 在当前图像上指定位置加注释。三、 实验内容与要求1、 运行基本操作中各个例题，熟悉各操作2、 （1）生成一个23的全0矩阵（2）生成一个44的全1矩阵3、 用MATLAB命令产生矩阵A=，B=，并计算出A+B，A-B，4*A，A*B，A.*B，A/B，A./B的结果，记录结果。4、 （1）产生一个t向量，初始值：0，结束值：1，步长：0.01。（2）用MATLAB命令计算在0t1区间上对应的值并绘出图形。函数说明：sin:正弦函数，cos:余弦函数，exp；指数函数。5、编程完成以下功能：;绘制y=的黄色曲线。6、（1）绘制余弦曲线y=cos(t)，t0，2 （2）在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5)， t0，2 7、在一个图形窗口中分别显示四个图，1.sin(x),红色实线显示 2.cos(x),绿色虚线显示3.sin(2x), 黑色点划线显示 4.cos(2x)，蓝色叉号显示，其中x0，四、实验报告要求1记录实验结果。2编写实验程序并写在实验报告上，自己可以将重要函数加以注释。 常用的数学函数和命令 函数名 功能函数名 功能sin 正弦函数cos 余弦函数tan 正切函数abs 求实数绝对值或复数的值angle 求复数的幅角sqrt 平方根函数real 求复数的实部imag 求复数的虚部conj 求复数的共轭sign 符号函数exp 自然指数函数(以e为底)log 自然对数函数(以e为底)log10 以10为底的对数函数clc 清除工作空间显示的所有内