MATLAB实验指导书

MATLABMATLAB 实实 验验 指指 导导 书书 前前言言 MATLAB 程序设计语言是一种高性能的 用于科学和技术计算的计算机语言 它是一种集数学计算 分析 可视化 算法开发与发布等于一体的软件平台 自 1984 年 MathWorks 公司推出以来 MATLAB 以惊人的速度应用于自动化 汽车 电子 仪器仪表和通讯等领域与行业 MATLAB 有助于我们快速高效地解决问题 MATLAB 相关实验课程的学习能加强学生对 MATLAB 程序设计语言理解及动手 能力的训练 以便深入掌握和领会 MATLAB 应用技术 目录目录 基础型实验 1 实验一 MATLAB 集成环境使用与基本操作命令练习 1 实验二 MATLAB 中的数值计算与程序设计 7 实验三 MATLAB 图形系统 11 1 基础型实验基础型实验 实验一实验一 MATLABMATLAB 集成环境使用与基本操作命令练习集成环境使用与基本操作命令练习 一一 实实验验 目目的的 熟悉 MATLAB 语言编程环境 熟悉 MATLAB 语言命令 二二 实实验验仪仪器器和和设设备备 装有 MATLAB7 0 以上计算机一台 三 实验原理实验原理 MATLAB 是以复杂矩阵作为基本编程单元的一种程序设计语言 它提供 了各种矩阵的运算与操作 并有较强的绘图功能 1 1 基本规则基本规则 1 1 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 1 1 2 后面的任意内容都将被忽略 而不作为命令执行 一般用于为代码加 注释 1 1 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 1 1 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 1 1 5常用预定义变量 如 pi Inf NaN ans 1 1 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 987 654 321 A 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 2 4 5 6 7 8 9 1 1 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它们的区别 a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a 1 2 3 不显示结果 4 5 6 7 8 9 1 1 8 当输入语句过长需要换行时 应加上 后再回车 则可续行输入 1 2 文件管理常用命令文件管理常用命令 1 2 1 帮助 HELP 命令 MATLAB 有很多命令 因此很不容易记忆 使用 HELP 命令可以得到有关 命令的屏幕帮助信息 如 在 MATLAB 环境下直接运行 HELP 命令就会在屏幕上给出 MATLAB 的基本命令以及相关的工具箱软件命令 请自行验证 而下面的格式可以得到指定命令的帮助信息 和详细说明 help 命令名 1 2 2 save 命令 该命令存储定义的变量或演算结果 也可以用来存储指定的变量 命令格式为 save 文件名 变量名表 append ascii 1 2 3 what 命令 该命令可以在当目录下显示 MATLAB 文件和 MAT 数据文件 1 2 4 dir 命令 显示当前目录下的所有文件 1 2 5clear 命令 如果输入 calear a b c 则表示清除工作空间中指定变量 a b c 如果仅仅 输入 calear 命令 则清除整个工作空间 1 3 矩阵运算矩阵运算 MATLAB 具有强大的矩阵运算功能 这里我们只作简单介绍 1 3 1在 MATLAB 中表示一个矢量要用方括号 而列矢量的输入只需在行矢 量输入格式基础上加转置符 即可 如 x 1 2 3 4 5 6 3 x 1 2 3 4 5 6 而 x 1 2 3 4 5 6 加转置符 x 1 4 2 5 3 6 1 3 2下面三条命令可以产生一个行矢量 1a linspace x y n 2a logspace x y n 3a x n y 第一条命令可以在线性空间产生一个值在 x 至 y 之间间隔点数为 n 的行矢量 一组数据 其行矢量的起始值是 x 终值为 y 点数为 n 第二条命令可以在对数空间产生一个值在 10 x至 10y之间等间隔的行 矢量 一组数据 第三条命令产生 x 至 y 步长为 n 的行矢量 但是 三个命令之间存在差别 下面的例子可以说明这一点 例 1 x logspace 0 5 6 x 1 10 100 1000 10000 100000 例 2 x linspace 0 10 11 x 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 例 3 x 0 1 10 x 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 通过上面三个例子可以看出例一 例二中 n 代表选取的点数 而在例 三 中 n 则表示步长 注意它们的区别 1 3 3 矩阵的加 减 乘 除等 和其它语言书写一样 但要注意的是在运算 符前面加有 则表示是数组运算 为对应元素的相应操作 例 4 请注意下面的不同情况 a 1 2 3 4 b 2 2 2 2 c a b c a b c c 4 6 6 2 4 14 14 6 8 c a b c a b c c 1 0e 015 0 5000 1 0000 2 2518 2 2518 1 5000 2 0000 2 2518 2 2518 1 4 常见数学函数常见数学函数 函 数 名数 学 计 算 功 能函 数 名数 学 计 算 功 能 abs x 实数的绝对值或复数的幅值floor x 对 x 朝 方向取整 acos x 反余弦 arcsinx gcd m n 求正整数 m 和 n 的最大公约数 acosh x 反双曲余弦 arccoshximag x 求复数 x 的虚部 angle x 在四象限内求复数 x 的相角 lcm m n 求正整数 m 和 n 的最小公倍数 asin x 反正弦 arcsinxlog x 自然对数 以为底数 e asinh x 反双曲正弦 arcsinhxlog10 x 常用对数 以 10 为底数 atan x 反正切 arctanxreal x 求复数 x 的实部 atan2 x y 在四象限内求反正切 rem m n 求正整数 m 和 n 的 m n 之余数 atanh x 反双曲正切 arctanhxround x 对 x 四舍五入到最接近的整数 ceil x 对 x 朝 方向取整sign x 符号函数 求出 x 的符号 conj x 求复数 x 的共轭复数sin x 正弦 sinx cos x 余弦 cosxsinh x 反双曲正弦 sinhx cosh x 双曲余弦 coshxsqrt x 求实数 x 的平方根 x exp x 指数函数 x etan x 正切 tanx fix x 对 x 朝原点方向取整tanh x 双曲正切 tanhx 例 5 输入 x 4 85 2 3 0 2 1 3 4 56 6 75 则 ceil x 4 2 0 2 5 7 fix x 4 2 0 1 4 6 floor x 5 3 1 1 4 6 round x 5 2 0 1 5 7 1 5 关系及逻辑运算关系及逻辑运算 1 5 1 关系运算允许常量 或矩阵中的元素与元素 之间的比较 如果比较结 果为真 则答案为 1 否则为 0 常用的关系运算符如下 大于 等于 大于等于 不等于 5 对于复数 和 既比较实部也比较虚部 而其它运算仅比较实部 例 6 比较 a 5 1 15 与 b 1 2 8 8 7 10 12 11 13 14 15 中的对应元素 是否相同 则运行下面程序 a 5 1 15 b 1 2 8 8 7 10 12 11 13 14 15 y a b y 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 5 2MATLAB 有三个逻辑运算符 1 0 Y 0 0 1 0 X1 0 y 0 0 1 0 x 2 2 2 3 3 3 在命令窗口中执行下列表达式 掌握其含义 A 2 3 A 2 A 3 A 1 2 3 A 3 B 2 A 3 B 2 A B A B A 2 A 2 B A B A 2 输入 C 1 2 20 7 实验二实验二 MATLAB 中的数值计算与程序设计中的数值计算与程序设计 一一 实验目的 实验目的 完成 MATLAB 下数据分析与程序设计有关问题的练习 学习脚本文件的 编写 数值输入 数组计算 程序调试等 练习利用 MATLAB 编程序解决基 本数学问题 学习全局和局部变量的使用 流程控制结构 函数编写及其调试 二二 实实验验仪仪器器和和设设备备 装有 MATLAB7 0 以上计算机一台 三 实验原理实验原理 1 常用运算命令常用运算命令 运算命令名运算命令名 功能功能 angle求复数的角 min求最小值 max求最大值 sum求和 roots求多项式的根 poly由多项式的根求多项式的系数 polyval求给定点多项式的值 polyder多项式求导 例 1 求 a S 3 2S 2 3S 4 根 a 1 2 3 4 roots a ans 1 6506 0 1747 1 5469i 0 1747 1 5469i 或 roots 1 2 3 4 ans 1 6506 0 1747 1 5469i 0 1747 1 5469i 例 2 已知某多项式的根如下 1 6506 8 0 1747 1 5469i 0 1747 1 5469i 求该多项式 poly 1 6506 0 1747 1 5469i 0 1747 1 5469i ans 1 0000 2 0000 3 0001 4 0001 即所求多项式为 S 3 2S 2 3S 4 2 建立建立 M 文件文件 将多个可执行的系统命令 用文本编辑器编辑后并存放在后缀为 m 的文 件中 若在 MATLAB 命令窗口中输入该 m 文件的文件名 不跟后缀 m 即 可依次执行该文件中的多个命令 这个后缀为 m 的文件 也称为 Matlab 的脚本 文件 Script File 注意 文件存放路径必须在 Matlab 能搜索的范围内 3 建立函数文件建立函数文件 对于一些特殊用户函数 系统提供了一个用于创建用户函数的命令 function 以备用户随时调用 1 格式 function 输出变量列表 fun name 输入变量列表 用户自定义的函数体 2 函数文件名为 fun name 注意 保存时文件名与函数名最好相同 3 存储路径 最好在系统的搜索路径上 4 调用方法 输出参量 fun name 输入变量 例 5 计算 s n 在文本编辑器中输入 function s pp n s 1 for i 1 n s s i end s 在 MATLAB 命令窗口中输入 s pp 5 结果为 s 120 3 求下列表达式的值 1 1034245 0 1 2 6 w 2 其中 a 3 5 b 5 c 9 8 acb e abc cb a x tan 2 2 9 实验三实验三 MATLABMATLAB 图形系统图形系统 一一 实实验验目目的的 学会用 MATLAB 语言绘图 二二 实实验验仪仪器器和和设设备备 装有 MATLAB7 0 以上计算机一台 三 实验原理实验原理 1 plot 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 1 运行程序 t 0 1 10 x1 t plot x1 可在图形窗口得到下面图形 1234567891011 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 例 2 x 0 0 5 7 y sin x y1 2 x y2 3 x plot y x y1 x y2 x 10 50510152025 0 1 2 3 4 5 6 7 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 2 log log 在两个对数 标准对数 坐标间绘制图形 3 semilogx 或或 semilogy 在 x 轴或 y 轴为对数坐标 而另一轴为线性轴的空间绘制图形 4 polar 在极坐标空间绘制图形 5 grid 在图形中加栅格 6 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 3 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 221 plot t y grid subplot 222 plot t x grid subplot 223 polar t y subplot 224 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 上面程序执行后得到如下图形 11 02468 1 0 5 0 0 5 1 02468 1 0 5 0 0 5 1 0 5 1 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 1800 0 5 1 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 1800 7 gtext 该命令用于鼠标定位的文字注释 执行完绘图命令后再执行 gtext 说明文 字 命令 就可在屏幕上得到一个光标 然后 用鼠标选择说明文字的位置 例 4 t 0 1 10 x1 2 t x2 0 5 t plot x1 t x2 t gtext x 2t gtext x 0 5t 02468101214161820 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x 2t x 0 5t 8 如果需要同时在不同窗口绘制图形如果需要同时在不同窗口绘制图形 可用可