MATLAB课程设计报告(绝对完整)

课程设计任务书课程设计任务书 学生姓名：学生姓名： 董航董航 专业班级：专业班级： 电信电信 10061006 班班 指导教师：指导教师： 阙大顺，李景松阙大顺，李景松 工作单位：工作单位： 信息工程学院信息工程学院 课程设计名称课程设计名称：Matlab 应用课程设计 课程设计题目课程设计题目：Matlab 运算与应用设计 5 初始条件初始条件： 1.Matlab6.5 以上版本软件； 2.课程设计辅导资料：“Matlab 语言基础及使用入门” 、 “Matlab 及在电子信息课程中的 应用” 、线性代数及相关书籍等； 3.先修课程：高等数学、线性代数、电路、Matlab 应用实践及信号处理类相关课程等。 要求完成的主要任务：要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1.课程设计内容：根据指导老师给定的 7 套题目，按规定选择其中 1 套完成； 2.本课程设计统一技术要求：研读辅导资料对应章节，对选定的设计题目进行理论分析， 针对具体设计部分的原理分析、建模、必要的推导和可行性分析，画出程序设计框图， 编写程序代码（含注释） ，上机调试运行程序，记录实验结果（含计算结果和图表） ， 并对实验结果进行分析和总结。具体设计要求包括： 初步了解 Matlab、熟悉 Matlab 界面、进行简单操作； MATLAB 的数值计算：创建矩阵矩阵运算、多项式运算、线性方程组、数值统计； 基本绘图函数：plot, plot3, mesh, surf 等，要求掌握以上绘图函数的用法、简单图 形标注、简单颜色设定等； 使用文本编辑器编辑 m 文件，函数调用； 能进行简单的信号处理 Matlab 编程； 按要求参加课程设计实验演示和答辩等。 3.课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括： 目录； 与设计题目相关的理论分析、归纳和总结； 与设计内容相关的原理分析、建模、推导、可行性分析； 程序设计框图、程序代码（含注释） 、程序运行结果和图表、实验结果分析和总结； 课程设计的心得体会（至少 500 字） ； 参考文献（不少于 5 篇） ； 其它必要内容等。 时间安排：时间安排：1.5 周（分散进行） 参考文献：参考文献： 1(美)穆尔,高会生,刘童娜,李聪聪MATLAB 实用教程(第二版) . 电子工业出版社,2010. 2王正林,刘明精通 MATLAB(升级版) .电子工业出版社,2011. 3陈杰 . MATLAB 宝典(第 3 版) . 电子工业出版社,2011. 4刘保柱,苏彦华,张宏林 . MATLAB 7.0 从入门到精通(修订版) . 人民邮电出版社,2010. 指导教师签名：指导教师签名： 年年 月月 日日 系主任（或责任教师）签名：系主任（或责任教师）签名： 年年 月月 日日 目录目录 1 1 MATLABMATLAB 的简介的简介.1 2 2 课程设计内容课程设计内容.4 2.12.1.5 2.22.2.2 2.32.3.2 2.42.4.2 2.52.5.2 2.62.6.2 2.72.7.2 2.82.8.2 2.9.2 2.10.2 3 3 课程设计心得体会课程设计心得体会.1 4 4 参考文献参考文献.1 1 1 MatlabMatlab 软件简介软件简介 1.11.1 MATLABMATLAB 产生的历史背景产生的历史背景 MATLAB 是美国 MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数 据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包 括 MATLAB 和 Simulink 两大部分。 MATLAB 是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，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。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 的应用：利用 MATLAB 可以进行以下各种工作 数值计算 数值和符号计算 工程和科学绘图 控制系统的设计与仿真 数字图像处理 数字信号处理 通讯系统设计与仿真 财务与金融工程 1 12 2 MATLABMATLAB 的语言特点和开发环境的语言特点和开发环境 MATLAB 作为一种科学计算的高级语言之所以受欢迎，就是因为它有 丰富的函数资源和工具箱资源，编程人员可以根据自己的需要选择函数，而无 需再去编写大量繁琐的程序代码，从而减轻了编程人员的工作负担。被称为第 四代编程语言的 MATLAB 最大的特点就是简洁开放的程序代码和直观实用的开发 环境。具体地说 MATLAB 主要有以下特点： (1)库函数资源丰富 (2)语言精炼，代码灵活 (3)运算符多而灵活 (4)面向对象控制功能优良，使界面编程更方便、自由。 (5)程序设计自由 (6)图形功能强大 (7)程序的兼容性好 (8)源代码开放 (9)形形色色的工具箱 2 2课程设计内容课程设计内容 2.12.1 已知 t=linspace(0,2*pi,6)，求 t 的正弦和正弦的绝对值。 2.1.12.1.1 理论分析理论分析 该函数 linspace（）为赋值向量函数，还要用到简单的正弦 sin（） 和绝对值 abs（）函数。 2.1.22.1.2 程序代码程序代码 t = linspace(0,2*pi,6); %产生 6 维的从 0 到 2*pi 等分行向量 sin(t) %求 t 的正弦值 abs(sin(t) %求 sin（t）的的绝对值 2.1.32.1.3 程序运行结果程序运行结果 ans = 0 0.9511 0.5878 -0.5878 -0.9511 -0.0000 ans = 0 0.9511 0.5878 0.5878 0.9511 0.0000 2.1.42.1.4 总结总结 在 matlab 中乘号不能不写，也不能写成 。只能写成* 。 2.22.2 制函数制函数在在时的曲线。时的曲线。 x xey 10 x 2.2.12.2.1 理论分析理论分析： 这是一个简单的函数，但要了解该函数用程序代码书写的正确和规范，以 及了解绘制二维曲线的函数。 2.2.22.2.2 程序代码程序代码 x = 0:0.01:1; %x 轴上以 0.01 的速度从 0 递增到 1 的数组 y = x.*exp(-x); %y 关于 x 的表达式 plot(x,y) %以 x 为横坐标 y 为纵坐标画出二维曲线 2.2.32.2.3 程序运行结果程序运行结果 2.2.42.2.4 总结：总结： 在 matlab 中两数之间应该用*符号，不能省略，而且注意如果是进行向 量的运算得用.*运算。 2.32.3 已知已知 a=1,3,0;2,0,1;4,6,5,a=1,3,0;2,0,1;4,6,5, a1=logical(1a1=logical(1 0 0 1),1), a2=logical(1a2=logical(1 1 1 0),b=a1,0),b=a1,求求 a(a1,a2)a(a1,a2)和和 a(b)a(b)。 2.3.12.3.1 理论分析：理论分析： 注意矩阵的赋值以及各种运算 2.3.22.3.2 程序代码程序代码 a = 1,3,0;2,0,1;4,6,5; %定义 a 的矩阵并赋值 a1 = logical(1 0 1); %a1 的逻辑值数组 a2 = logical(1 1 0); %a2 的逻辑值数组 b = a 1; %a,b 的逻辑表达式 a(a1,a2) %求矩阵 a 的 1,3 行和 1,2 列的子矩阵 a(b) %求 a 中大于 1 的数 2.3.32.3.3 程序运行结果程序运行结果 ans = 1 3 4 6 ans = 2 4 3 6 5 2.3.42.3.4 总结总结 在 matlab 中矩阵的形式各种各样，还有各种赋值形式，我们要了解矩阵的 各种形式以及运算 2.42.4 分析下面每条指令的功能并运行，观察执行结果。分析下面每条指令的功能并运行，观察执行结果。 （1） X=0:0.25:3; Y=X.*exp(-X); plot(X,Y),xlabel(x), ylabel(y),title(y=x*exp(-x); (2) A=zeros(3,5) A(:)=-4:5 L=abs(A)4 islogical(L) X=A(L) (3) A=1:5;6:10 pow2(A) (4) A=zeros(3,2) A(:)=1:6 A=A*(1+i) A1=A.; B1=A; (5) A=ones(2,3) B=ones(2) C=eye(4) D=diag(C) E=repmat(C,1,3) 2.4.12.4.1 理论分析：理论分析： 该大题是让我们练习编写代码，观察执行结果，根据结果去了解各个函数的 功能及用法，所以我们必须熟练了解一些常用函数的用法。 2.4.1.22.4.1.2 程序代码程序代码 X=0:0.25:3; %生成数组 Y=X.*exp(-X); %y1 的表达式 plot(X,Y),xlabel(x), ylabel(y),title(y=x*exp(-x); %标注 x,y 轴 及标题 2.4.1.32.4.1.3 程序运行结果程序运行结果 2.4.2.22.4.2.2 程序代码程序代码 A = zeros(2,5) %生成一个 25 的全 0 矩阵 A(:) = -4:5 %将 A 矩阵赋值 L = abs(A) 4 %将 A 中绝对值与 4 比较后的逻辑值矩阵 islogical(L) %求 L 的逻辑值 X = A(L) %求出 L 中逻辑值为 1 的那个元素对应 A 的值 2.4.2.32.4.2.3 程序运行结果程序运行结果 A = -4 -2 0 2 4 -3 -1 1 3 5 L = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 ans = 1 X = 2.4.3.22.4.3.2 程序代码程序代码 A = 1:5;6:10 %生成一个二维数组 pow2(A) %求该数组的每个元素的平方值 2.4.3.32.4.3.3 程序运行结果程序运行结果 A = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ans = 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024 2.4.4.22.4.4.2 程序代码程序代码 A=zeros(3,2) %生成一个 3 行 2 列的全 0 矩阵 A(:)=1:6 %将 A 从新赋值 A=A*(1+i) %将 A 中的每个元素进行运算 A1=A. %求 A 的转置矩阵 B1=A %求 A 的共轭转置矩阵 2.4.4.32.4.4.3 程序运行结果程序运行结果 A = 0 0 0 0 0 0 A = 1 4 2 5 3 6 A = 1.0000 + 1.0000i 4.0000 + 4.0000i 2.0000 + 2.0000i 5.0000 + 5.0000i 3.0000 + 3.0000i 6.0000 + 6.0000i A1 = 1.0000 + 1.0000i 2.0000 + 2.0000i 3.0000 + 3.0000i 4.0000 + 4.0000i 5.0000 + 5.0000i 6.0000 + 6.0000i B1 = 1.0000 - 1.0000i 2.0000 - 2.0000i 3.0000 - 3.0000i 4.0000 - 4.0000i 5.0000 - 5.0000i 6.0000 - 6.0000i 2.4.5.22.4.5.2 程序代码程序代码 A = ones(2,3) %生成一个 23 的全为 1 的矩阵 B = ones(2) %生成一个 22 的全为 1 的方阵 C = eye(4) %生成一个 4 阶单位矩阵 D = diag(C) %取 C 矩阵中的对角元素作为列向量 E = repmat(C,1,3) %将 C 矩阵复制为 13 块的矩阵 2.4.5.32.4.5.3 程序运行结果程序运行结果 A = 1 1 1 1 1 1 B = 1 1 1 1 C = 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 D = 1 1 1 1 E = 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 2.4.42.4.4 总结：总结： 在该程序编程题中，有很多函数，要注意他们的用法以及他们之间的联系， 比如 A（：） = -4 : 5,是给矩阵数组赋值，在之前 zeros()是确定 A 的矩阵形 式，所以赋值是应与 A 数组矩阵有相同多的元素个数，本来原题中是 zeros(3,5),但运行时却有错误，是因为 zeros（3,5）赋给 A，A 是 35 矩阵 共有 15 个元素，而后来赋值时又只赋给 -4:5 只有 10 个元素所以就出错了； 当改成 zeros（2,5）就可以了。还有各种其他函数的功能和用法。 2.52.5 计算计算在在 x=0.1x=0.1 与与 1010 处的值。处的值。101 . 02 35 xxy 2.5.12.5.1 理论分析：理论分析： 该题是简单的二元方程带值求解问题，只需用 matlab 编写出该方程的表达 式，带值即可求解。 2.5.22.5.2 程序代码程序代码 x = 0.1; %将 x 初始化为 0.1 y = 2*x5+0.1*x3-10; %y 关于 x 的表达式 y %求当 x=0.1 时 y 的值 x = 10; %将 x 赋值为 10 y = 2*x5+0.1*x3-10; %y 关于 x 的表达式 y %求当 x=10 时 y 的值 2.5.32.5.3 程序运行结果程序运行结果 y = -9.9999 y = 200090 2.5.42.5.4 总结：总结： 在写出表达式之前一定要定义出表达式中的变量 2.62.6 求函数求函数, , n n=100=100 的值的值 333 1 3 1 2 1 1 n 2.6.12.6.1 理论分析理论分析： 该题是一道用循环函数编写的数学题 2.6.22.6.2 程序代码程序代码 s = 0; %为 s 变量赋初值为 0 for i = 1:100 %循环函数，从 1 到 100 s = s+1/i3; %s 的累加求和表达式 end s %求 s 的值 2.6.32.6.3 程序运行结果程序运行结果 s = 1.2020 2.6.42.6.4 总结总结： 在这个题目中应该注意 s = s+1/i3 的通式的表达，这是一个累加表达式， 但是还要注意等比数列的写法。 2.72.7 求求 15001500 个元素的随机数向量个元素的随机数向量 A A 中大于中大于 0.50.5 的元素个数。的元素个数。 2.7.12.7.1 理论分析：理论分析： 该题看起来很简单，其实涉及到了很多方面，产生 1500 个元素得用的随机 函数，依次比较 1500 个数得用到循环函数，还要看是否大于 0.5，所以得用到 if 函数，再其次就是要用到累加表达式。 2.7.22.7.2 程序代码程序代码 A = rand(1500); %随机函数产生 1500 个随机数向量赋给一维数组 A s = 0; %给 s 赋初值 0 for i = 1:1500 %循环语句，从 1 到 1500 循环 1500 次 if A(i)0.5 %判断数组 A 中 1500 是否大于 0.5 s = s+1; %如果大于 0.5，则将 s 的值加 1，累计个数 end end s %求出 s 最后的累计值 2.7.32.7.3 程序运行结果程序运行结果 s = 760 2.7.42.7.4 总结总结 要注意随机函数的用法，以及要分析好函数的嵌套，那个 rand（）是随机 函数所以每次产生的数都是不一样的，即每次运行的结果应该是不同的。应该 巧妙运用到 for 函数与 if 函数的嵌套。 2.82.8 用图形表示连续调制波形用图形表示连续调制波形, ,运行下面的程序，运行下面的程序，)9sin()sin(tty 观察结果，并简单说明。观察结果，并简单说明。 t1=(0:11)/11*pi;t1=(0:11)/11*pi; y1=sin(t1).*sin(9*t1);y1=sin(t1).*sin(9*t1); t2=(0:100)/100*pi;t2=(0:100)/100*pi; y2=sin(t2).*sin(9*t2);y2=sin(t2).*sin(9*t2); subplot(2,2,1),plot(t1,y1,r.),axis(0,pi,-subplot(2,2,1),plot(t1,y1,r.),axis(0,pi,- 1,1),title(1,1),title(子图子图 (1)(1) subplot(2,2,2),plot(t2,y2,r.),axis(0,pi,-subplot(2,2,2),plot(t2,y2,r.),axis(0,pi,- 1,1),title(1,1),title(子图子图 (2)(2) subplot(2,2,3),plot(t1,y1,t1,y1,r.)subplot(2,2,3),plot(t1,y1,t1,y1,r.) axis(0,pi,-1,1),title(axis(0,pi,-1,1),title(子图子图 (3)(3) subplot(2,2,4),plot(t2,y2)subplot(2,2,4),plot(t2,y2) axis(0,pi,-1,1),title(axis(0,pi,-1,1),title(子图子图 (4)(4) 2.8.12.8.1 理论分析：理论分析： 这题是用图形表示连续调制函数 y=sin（t）sin（9t）的波形，注意比较几 个图得到不同。 2.8.22.8.2 程序代码程序代码 t1 = (0:11)/11*pi; %生成一个 0 到 1/ 步距为 1/（11*）的 数组 y1 = sin(t1).*sin(9*t1); %y1 关于 t1 的数学表达式 t2 = (0:100)/100*pi; %生成一个 0 到 1/ 步距为 1/（100*）的 数组 y2 = sin(t2).*sin(9*t2); %y2 关于 t2 的数学表达式 subplot(2,2,1),plot(t1,y1,r.),axis(0,pi,-1,1),title(子图（1）) %指 定分成一个图到指定位置，以 r 的格式画出 t1，y1 点图形，x 轴从 0 到 ，y 轴-1 到 1，标记为子图（1） subplot(2,2,2),plot(t2,y2,r.),axis(0,pi,-1,1),title(子图（2）) %指 定分成一个图到指定位置，以 r 的格式画出 t2，y2 点图形，x 轴从 0 到 ，y 轴-1 到 1，标记为子图（2） subplot(2,2,3),plot(t1,y1,t1,y1,r.) axis(0,pi,-1,1),title(子图（3）) %指定分成一个图到 指定位置，以 r 的格式画出 t1，y1 连线的折线图形，x 轴从 0 到 ，y 轴-1 到 1，标记为子图（3） subplot(2,2,4),plot(t2,y2) axis(0,pi,-1,1),title(子图（4）) %指定分成一个图到 指定位置，以 r 的格式画出 t2，y2 默认的曲线图形，x 轴从 0 到 ，y 轴-1 到 1，标记为子图（4） 2.8.42.8.4 总结：总结： 在这几个图中，子图（1）描写函数的能力最差，子图（3）也有较大的失真， 因为数据太少。对于离散数据，Plot 指令默认处理方法是：自动地把这些离散 点用直线连接，使之成为连续曲线。Subplot 是指定几号子图。Axis 设置平面 轴的范围、坐标分割线。 2.92.9 已知方程组已知方程组，用矩阵除法来解线性方程组。，用矩阵除法来解线性方程组。 123 123 123 3xx2x9 -5xx +3x5 xx4x8 2.9.12.9.1 理论分析：理论分析： 本题是运用矩阵法来求解线性方程组，在 matlab 中有很简单实用的方法求 解线性方程组 2.9.22.9.2 程序代码程序代码 A = sym(3,-1,2;-5,1,3;1,-1,4); %将方程组的各个元素的系数 定义为符号数组 b = sym(9;5;8); %将方程组等号后的值定义为 符号列向量 X = Ab %解出方程组 2.9.42.9.4 总结：总结： 将各个方程组的各个元素的的系数赋给 A，用到方程组的符号解，矩阵计 算是求解线性方程组最简便有效的方法。用 sym()符号函数，注意 b 要用 sym（9；5；8） ，不能用 sym（9,5,8） 。 2.102.10 已知已知，其中，其中 t t 的范围是的范围是00 1010，计算，计算 y y 的微分和的微分和 -1 ye cos(t) 积分并给出曲线图。积分并给出曲线图。 2.10.12.10.1 理论分析：理论分析： 这是一个求积分和微分的题，以及也涉及到画图函数。有各种不同的画图 函数，注意选择方便的。 2.10.22.10.2 程序代码以及结果：程序代码以及结果： syms t,y = exp(-1)*cos(t); %定义符号变量 df = diff(y,t) %将符号 t 视作变量求 y 对 t 的微分 jf = int(y,t) %将符号 t 作为变量求 y 对 t 的积分 subplot(2,1,1),ezplot(df,0,10) %在分成后的指定地方绘制微分在 0 到 10 之间的曲线图 subplot(2,1,2),ezplot(jf,0,10) %在分成后的指定地方绘制积分在 0 到 10 之间的曲线图 2.10.32.10.3 程序运行结果程序运行结果 2.10.42.10.4 总结总结 要了解积分和微分函数的运用，该题用到了符号积分和符号微分，对 ezplot（）画图函数的运用； 3 心得体会 通过这次 MATLAB 的学习，我对 MATLAB 有了一个基础的认识，matlab 是一 个可以完成各种精确计算和数据处理的、可视化的、强大的计算工具。它集图 示和精确计算于一身，在应用数学、物理、化工、机电工程、医药、金融和其 他需要进行复杂数值计算的领域得到了广泛应用。MATLAB 是一个高级的矩阵/ 阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程的 特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一 个较大的复杂程序（M 文件）后再一起运行。 在这短短的一周内从开始的一头雾水，到自