(完整版)MATLAB计算与仿真教案(2013)

1、MATLA 计算与仿真教 案学 院物理与电子信息学院教研室电子信息工程_任课教师 _朱赟_授课序号：1本课内容： 第1章MATLAB系统环境1.1什么是MATLAB1.2 MATLAB操作桌面1.3 MATLAB帮助系统授课时间：90分钟一、教学目的与意义本节课程首先分析计算机算法语言的几大工具， 并在分析比较的基础上 阐述MATLAB软件的强大功能，以及学习该课程的重要性。并从安装 该软件开始，了解该软件的基本功能及操作界面。本课是课程的基础。 本章有两个目的： 一是讲述MATLAB正常运行所必须具备的基础条件； 二是简明系统地介绍高度集成的Desktop操作桌面的功能和使用方法。MATLA

2、B6.x向用户提供前所未有的、成系列的交互式工作界面，将使 新老用户能事半功倍地利用MATLAB去完成各种学习和研究。二、教学重点序论：分析四大数学计算工具的特点，论证MATLAB软件的强大功能 第一章：安装MATLAB软件，熟悉安装过程，以及基本的软件界面； 掌握MATLAB的运行环境，指令窗口的操作要点，已用指令历史窗口 的使用方法，及操作日志的功能；三、教学难点MATLAB软件的特点，与其他工具的优势；MATLAB软件的安装要求，需要的软硬件条件；MATLAB软件的安装过程，需要安装的内容，建议都选取最大。将指令逐条演示时， 学生不能看到键盘的实际操作， 在理解上会有问题， 需要授课教师

3、能尽可能详细的解释当前的操作 。四、讲授内容 介绍目前在科技和工程界上比较流行和著名的四个数学软件，Maple、MATLAB、MathCAD和Mathematica,介绍他们不同的特色； 数学软件四大家之适用范围；MATLAB应用概况,软件的组成,语言特点,运行环境；MATLAB的安装和内容选择；操作桌面简介；Command Window运行入门： 最简单的计算器使用法； 数值、变量和表达式；计算结果的图形表示；Command Window操作要旨： 指令窗显示方式的操作； 数值计算结果的显示格式； 指令窗的常用控制指令； 指令窗中指令行的编辑；Command History和实录指令：Com

4、mand History历史指令窗简介； 历史指令行的再运行； 指令窗实录指令diary；五、讲授方法要点1如何选用数学软件?一般按照以下情况分别选用。1）如果仅仅是要求一般的计算或者是普通用户日常使用：首选的是MathCAD，它在高等数学方面所具有的能力，足够一般客户 的要求，而且它的输入界面也特别友好。2）如果要求计算精度、符号计算和编程方面使用： 最好同时使用Maple和Mathematica，3）如果要求进行矩阵方面或图形方面的处理： 则选择MATLAB，它的矩阵计算和图形处理方面则是它的强项，同时 利用MATLAB的NoteBook功能，结合Word的编辑功能，可以很方便 地处理科技

5、文章。2MATLAB的正确安装方法和MATLAB环境的启动。因为指令窗是MATLAB最重要的操作界面，所以本章用第1.3、1.4两节以最简单通 俗的叙述、 算例讲述指令窗的基本操作方法和规则。 这部分内容几乎对MATLAB各种版本都适用。3数值的记述习惯采用十进制，IEEE浮点算法的计算机上,数值的精度 是eps即大约保持有效数字16位.数值范围大致为10e-308 10e308 4 变量命名规则：1）大小写敏感；2） 第一个字符必须是英文，最多31个字符（英文，数字和下连符）；3） 不得包含标点、空格，但可以包含下连符；3运算符和表达式： 所有运算定义在复数域上； 方根的运算只返还处于第一象

6、限的解； 左除，右除的区别。六、时间安排全部用时90分钟，分配如下：1MATLAB软件与其他三种软件工具的对比分析：15分钟2MATLAB软件安装的软硬件要求及安装演示：15分钟3MATLAB软件的操作界面介绍：15分钟4Command Window运行入门及演示：15分钟5Command Window操作要旨及演示：15分钟6Command History和实录指令diary及演示：15分钟授课序号：2本课内容： 第2章MATLAB应用基础2.1程序控制结构2.1程序控制结构2.1程序控制结构授课时间：90分钟一、教学目的与意义熟练掌握一维、二维数值数组的生成和操作。这是MATLAB最常用、

7、 最基本、又最传统的数据类型。最具魅力的数组运算。本章所涉内容和 方法，不仅使用于数值数组， 而且也将部分地延伸使用于在其他数据结 构中。二、教学重点 掌握一、二维数值数组的创建、寻访；二维数组元素的标识； 实现数组运算的基本函数。掌握数组运算和矩阵运算； 标准数组生成函数和数组操作函数； 熟悉数组构造技法；掌握关系操作和逻辑操作。三、教学难点将指令逐条演示时， 学生不能看到键盘的实际操作， 在理解上会有问题， 需要授课教师能尽可能详细的解释当前的操作 。将指令逐条演示时， 学生不能看到键盘的实际操作， 在理解上会有问题， 需要授课教师能尽可能详细的解释当前的操作。四、 讲授内容1 数组的运算

8、： 被运算数组中的每一个元素平等地实施同样地操作；2 一维数组的创建和寻访：一维数组的创建；一维数组的子数组寻访和赋值；3二维数组的创建直接输入法；利用M文件创建和保存数组；4二维数组元素的标识：“全下标”标识；“单下标”标识；“逻辑1”标识；5二维数组的子数组寻访和赋值。非常重要，着重讲解每条指令。6执行数组运算的常用函数：函数数组运算规则的定义；执行数组运算的常用函数；7数组运算和矩阵运算（数组运算和矩阵运算指令对照汇总） ； 标准数组生成函数和数组操作函数；数组构作技法综合：为了生成比较复杂的数组，也为了对已生成的数组进行修改、扩展，Matlab提供了诸如反转、插入、提取、收缩、重组等操

9、作。关系操作和逻辑操作：关系操作； 逻辑操作； 关系、逻辑函数。五、讲授方法要点1精心设计数组和数组运算地目的：使计算程序简单，易读； 提高程序的向量化程度，提高计算效率，节省计算机的开销。(与普通程序编制相比)2一维数组的创建的方法： 逐个元素输入； 冒号生成； 定数线性采样法；3二维数组由实数或复数排列成矩形而构成。从数据结构上看，矩阵 和二维数组没有区别。 当二维数组带有线性变换含义时， 该二维数组就 是矩阵4二维数组输入时，需要注意：数组以 为首尾，数组的行之间必须用分号或回车隔离， 元素 间必须用逗号或空格分隔； 当分号作为指令后的结束符号时，不在屏幕上显示执行结果； 对比“，”和“

10、；”的不同；5二维数组元素的标识的两种方法的转换关系：以(mxn)的二维数组A为例，全下标：A(r,c);对应的单下标：l=(c-1)xm+r)6二维数组的子数组寻访和赋值(对表2。51中的指令逐条演示) ；7执行数组运算的常用函数中，“to”经常写为“2”。8对比分析数组运算和矩阵运算的区别(以转置为例)；9.标准数组生成函数中magic函数的举例；10运用数组操作函数进行数组转置、 对称交换和旋转操作后果的对照 比较；11.为了生成比较复杂的数组， 也为了对已生成的数组进行修改、 扩展，Matlab提供了诸如反转、插入、提取、收缩、重组等操作；12.关系操作和逻辑操作中，进行了如下约定：在

11、所有关系表达式和逻辑表达式中，作为输入的任何非0数都被 看作是“逻辑真”，只有0才能被认为是“逻辑假” ； 所有关系表达式和逻辑表达式的计算结果， 是由0和1组成的“逻 辑数组”。在此数组中的1表示“真”，0表示“假”； 逻辑数组是一种特殊的数值数组。六、时间安排全部用时90分钟，分配如下：1.数组的运算：10分钟2一维数组的创建和寻访及演示：15分钟3二维数组的创建及演示：15分钟4二维数组元素的标识：20分钟5二维数组的子数组寻访和赋值及演示：20分钟6执行数组运算的常用函数及演示：10分钟授课序号：6本课内容： 第4章 字符串数组、元胞数组和架构数组4.1曲线拟合与插值运算4.2数值微积

12、分4.3线性方程组求解授课时间：90分钟一、教学目的与意义字符串数组是MATLAB中另一种很重要的数据类型，其重要性虽不能 与数值数组相提并论，但在MATLAB中亦不可或缺，它的作用主要是 在数据可视化、图形用户界面的制作上体现出来，没有它，这些操作将 遇到困难。二、教学重点 第三章：字符串的创建、属性和标示； 复杂串数组的创建；第四章：多项式运算函数；拟合和插值；三、教学难点在串数组的标识中，对字符串ASCII码数组的操作； 利用串操作函数创建多行串数组；多项式运算函数的应用。四、讲授内容3.1字符串数组 串数组的属性和标识； 复杂串数组的创建；（1）多行串数组的直接创建；（2）利用串操作函

13、数创建多行串数组；（3）转换函数产生数码字符串；（4）串转换函数。4.3多项式运算函数；拟合和插值。五、讲授方法要点1首先明确串数组是不同于数值数组的另一类重要的数据类型，它的 作用主要表现在数据可视化、 图形用户界面的制作， 即对图形加以说明 及标识上，在它的帮助下，图形才更清晰易读。 另外，串数组在MATLAB的宏指令的构作上也有其独特的作用。2在具体介绍串数组时注意以下几个问题： 字符变量放在“单引号对中” ，且在英文状态下输入； 字符的存放字节：2；几个指令：abs，double，char； 不同方法产生复杂串数组时的不同要求及特点； 串操作函数：char，str2mat，strvca

14、t，strcat的含义；数值/字符串转换函数：int2str, mun2str, mat2str（常与eval配用）的用。3多项式的运算函数的讲解中，注意每个字符所代表的含义；注意指 令的使用是按数值运算规律进行还是按矩阵运算规律进行。六、时间安排全部用时90分钟，分配如下：1字符串入门、属性及标示：20分钟2复杂字符串创建，包括串操作函数、数值/字符串转换函数：30分钟3多项式运算函数：25分钟4拟合和插值：12分钟5第三章、第四章小结：3分钟授课序号：5本课内容： 第3章MATLAB绘图3.1二维图形3.2三维图形授课时间：90分钟一、教学目的与意义数据的可视化的目的在于： 通过图形， 从

15、一堆杂乱的离散数据中观察数 据间的内在关系，感受由图形所传递的内在本质。通过本章的学习，要 求学生掌握：曲线、曲面绘制的基本技法和指令； 使用线型、色彩、数据点标记表现不同数据的特征； 利用着色、灯管照明、烘托表现高维函数的性状； 生成和运用标识对图形进行注释。本节内容主要是对图形加以渲染及说明， 使图形更加明晰易读， 更具人 性化。本节完成后， 学生应学会采用各种手段， 例如色彩、线型、坐标、 分格线控制，双坐标等，丰富图形的说明与渲染。本节重点在第一项。二、教学重点 离散数据、离散函数、连续函数可视化的方法及一般步骤；Plot指令的基本调用格式；Plot指令完成线型、色彩的设定； 坐标绘制

16、、分格线的各个指令：axis off, axis on, axis ij, grid, box等;精细指令完成希腊字、数学符等特殊字符的标定。三、教学难点Plot指令的基本调用格式，尤其是plot(X,Y,s)指令。 精细指令对特殊符号的标识。四、讲授内容离散数据和离散函数的可视化； 连续函数的可视化； 可视化的一般步骤。二维曲线绘图的基本操作：Plot的基本调用格式；曲线的色彩、线型和数据点形； 坐标、刻度和分格线控制； 图形标识；多次叠绘、双纵坐标和多子图； 综合例题，完善图形的绘制与标识。五、讲授方法要点1以例题介绍离散数据、离散函数及连续函数可视化的方法，总结出 可视化的一般步骤；2重

17、点讲解plot指令的各种调用格式，每个格式均以例题说明，让学 生理解其真正含义，尤其是指令plot(X,Y,的调用，不同的变量X， 丫, 其调用的结果很是不同， 须例题仔细讲解， 使学生充分体验；plot(X,Y,s)中X,丫的取值情况有：X,丫是同维向量；X是向量，丫是有一维与X等维的矩阵；丫是矩阵，X是与丫的一维等维的向量。关键是用综合性例题说明各项图形标识的运用， 注意演示不同的指令获 得不同的效果。六、时间安排全部用时90分钟，分配如下：1离散数据、离散函数及连续函数的可视化，可视化的一般步骤：15分钟2Plot指令的基本调用格式：15分钟3相关例题演示：15分钟4例题说明色彩、线型、数据点、坐标、刻度、分格线等：15分钟5例题说明图形标识、精细指令标识特殊字符：15分钟6例题说明多次叠加、双纵坐标和多子图：15分钟授课序号：3本课内容： 第2章MATLAB应用基础2.4 M文件授课时间：90分钟一、教学目的与意义M脚本文件与函数文件是matlab中很重要的两种文件类型，是matlab程序得以顺利进行的保证，掌握这两种文件的功能、特点、他们的区别 及编写方法，是学好matlab重要的一环。二、教学重点M脚本文件与M函数文件的概念、构成、区别及使用；MATLAB的五种控制流的用