wbtMATLAB程序设计与使用实行指导书新

1、MATLAB程序设计与应用实验教案授课人：王炳庭授课班级：电类113、电类114一、实验目的本课程是电气工程及其自动化、自动化、电力工程与管理专业本科生的学科基础选修课，它在线性代数、信号分析和处理、控制系统设计和仿真等方面有着广泛的应用。主要是学习MATLAB勺语法规则、基本命令和使用环境，使学生掌握MATLAB勺基本命令和基本程序设计方法，提高使用该语言的应用能力，具有使用MATLA语言编程和调试的能力，以便为后续多门课程使用该语言奠定必要的基础。通过上机实验，使学生掌握MATLAB在线帮助功能的使用、熟悉MATLAB运行环境和MATLAB5言的主要特点，掌握MATLAB5言的基本语法规则

2、及基本操作命令的使用，学会M文件的建立和使用方法以及应用MATLA实现二维和三维图形的绘制方法，具有使用MATLA语言编程和调试的能力。二、实验前预习每次实验前，学生须仔细阅读本实验指导书的相关内容，明确实验目的、要求；明确实验步骤、测试数据及需观察的现象；复习与实验内容有关的理论知识；预习仪器设备的使用方法、操作规程及注意事项；做好预习要求中提出的其它事项。三、实验注意事项1实验开始前，应先检查本组电脑设备是否工作正常，matlab软件工作是否正常。2实验时每位同学应独立完成实验任务，避免抄袭。3实验后应及时将实验数据进行记录与存盘，避免因电脑故障或其它原因造成实验数据的丢失。4实验中严格遵

3、循电脑操作规程，如电脑发生异常现象，应立即切断电源，报告指导教师检查处理。5测量数据或观察现象要认真细致，实事求是。6未经许可，不得对电脑进行软件及硬件的更改操作。7实验结束后，实验记录交指导教师查看并认为无误后，方可关掉电脑离开。8爱护公物，发生仪器设备等损坏事故时，应及时报告指导教师，按有关实验管理规定处理。9自觉遵守学校和实验室管理的其它有关规定。四、实验总结每次实验后，应对实验进行总结，即实验数据进行整理，绘制波形和图表，分析实验现象，撰写实验报告。实验报告除写明实验名称、日期、实验者姓名、同组实验者姓名外，还包括：1实验目的；2实验内容3实验流程图；4程序命令清单；5运行结果；6实验

4、的收获与体会；7回答每项实验的有关问答题。目录实验一matlab集成环境使用与运算基础5.实验二matlab矩阵分析与处理9.实验三选择结构程序设计1.3实验四循环结构程序设计错.误！未定义书签。实验五函数文件1.8.实验六matlab高层绘图操作2.1实验七matlab数据处理与多项式计算2.7实验八菜单与对话框设计3.0实验一matlab集成环境使用与运算基础一、实验目的1，熟悉启动和退出matlab的方法。2，熟悉matlab命令窗口的组成。3，掌握建立矩阵的方法。4，掌握matlab各种表达式的书写规则以及常用函数的使用。二、实验原理1Matlab的启动matlab系统的启动有三种常见

5、方法：1）使用Windows开始”菜单。2）运行matlab系统启动程序matlab.exe。3）利用快捷方式。2Matlab系统的退出要退出matlab系统，也有三种常见方法：1）在matlab主窗口File菜单中选择Exitmatlab命令。2）在matlab命令窗口输入Exit或Quit命令。3）单击matlab主窗口的“关闭”按钮。3Matlab帮助窗口进入帮助窗口可以通过以下三种方法：1）单击matlab主窗口工具栏中的help按钮。2）在命令窗口中输入helpwin、helpdesk或doc。3）选择help菜单中的“matlabhelp选项。4Matlab帮助命令1）help命令

6、在matlab命令窗口直接输入help命令将会显示当前帮助系统中所包含的所有项目，即搜索路径中所有的目录名称。同样，可以通过help加函数名来显示该函数的帮助说明。2）lookfor命令help命令只搜索出那些关键字完全匹配的结果，lookfor命令对搜索范围内的m文件进行关键字搜索，条件比较宽松。3）模糊查询用户只要输入命令的前几个字母，然后按tab键，系统就会列出所有以这几个字母开头的命令。5赋值语句1）变量=表达式2）表达式6.矩阵的建立1）直接输入法：将矩阵的元素用方括号括起来，按矩阵行的顺序输入各元素，同一行的各元素之间用空格或逗号分开，不同行的元素之间用分号分开。2）利用m文件建立

7、矩阵3）利用冒号表达式建立一个向量e1:e2:e34）禾U用linspace函数产生行向量linspace（a,b,n）.三、实验仪器和设备1.计算机四、预习要求1.复习matlab启动与退出，熟悉matlab运行环境，掌握matlab帮助的使用。2复习matlab中矩阵的建立以及矩阵的加减乘除以及乘方运算的基本原理。五、实验内容及步骤先求下列表达式的值，然后显示matlab工作空间的使用情况并保存全部变量(1)Z1=2sin851e2Z仁(2*sin(85*pi/180)”(1+exp(2);结果z1=0.237512i51z2ln(x.1x2),其中x二x=2,1+2*i;-0.45,5;

8、z2=1/2*log(x+sqrt(1+xA2);结果+z2=0.3090-+-0.0019i0.3a_Q.3a(3) Z3=eesin(a0.3)In,a=3.0,2.9,_2.8,.,2.8,2.9,3.022提示：利用冒号表达式生成a向量，求各点函数值时用点乘运算。a=-3.0:0.1:3.0;z3=(exp(0.3*a)-exp(-0.3*a)/2.*sin(a+0.3)+log(0.3+a)/2)t2,0<t:1(4) Z4=t2-11Etc2,其中t=0:0.5:2.52t-2t+1,2兰tv3提示：用逻辑表达式求分段函数值。t=0:0.5:2.5;z4=(t>=0&a

9、mp;t<1).*(t.*t)+(t>=1&t<2).*(t.*t-1)+(t>=2&t<3).*(t*t-2*t+1)结果刁234Vi13-112,已知A=34787,B=203i3657一113-27求下列表达式的值:(1)A+6*B和A-B+I（其中I为单位矩阵）(2)A*B和A.*B(3)AA3和A.A3(4)A/B及BA(5)A,B和A(1，3,：）；BA2a=12,34,-4;34,7,87;3,65,7;b=1,3,-1;2,0,3;3,-2,7;x1=a+6*b;x2=a-b+eye;x3=a*b;x4=a.*b;x5=aA3;x6

10、=a.A3;x7=a/b;x8=ba;x9=a,b;x10=a(1,3,:);bA2(1)求它们的乘积C;3,设有矩阵A和B-12345_f301667891017-69A=1112131415,B=023V16171819209702122232425_i'41311一(2)将矩阵C的右下角3*2子矩阵赋给D;A=12345;678910;1112131415;1617181920;2122232425;B=3016;17-69;023-4;970;41311;C=A*BF=size(C);D=C(F(1)-2:F(1),F(2)-1:F(2)结果F=53D=520397705557

11、8907174,完成下列操作：(1) 求100,999之间能被21整除的数的个数。提示：先利用冒号表达式，再利用find和length函数提示：利用find函数和空矩阵A=100:999;B=rem(A,21);C=length(find(B=0);结果C=43六、实验报告要求实验报告应包括实验目的、实验内容、流程图、程序清单、运行结果以及实验的收获与体会。实验二matlab矩阵分析与处理、实验目的1，掌握生成特殊矩阵的方法；1, 掌握矩阵分析的方法；2, 用矩阵求逆法求解线性方程组。二、实验原理通用的特殊矩阵常用的产生通用特殊矩阵的函数有：zeros：产生全0矩阵；ones产生全1矩阵eye

12、：产生单位矩阵；rand:产生01间均匀分布的随机矩阵；randn：产生均值为0,方差为1的标准正态分布的随机矩阵。1, 矩阵运算1) 矩阵加减运算：假定有两个矩阵A和B,则可以由A+B和A-B实现矩阵的加减运算。2) 假定有两个矩阵A和B，若A为mxn矩阵，B为n>p矩阵，则C=A*B为mxp矩阵。3) 如果A矩阵是非奇异方阵，AB等效与A的逆左乘B矩阵，inv(A)*B,而B/A等效于A矩阵的逆右乘B矩阵，也就是B*inv(A).4) 矩阵的乘方。一个矩阵的乘方运算可以表示成AAx，要求A为方阵，x为2, 矩阵点运算在matlab中，有一种特殊的运算，因为其运算苻是在有关算术运算苻前

13、面加点，因此叫点运算。点运算苻有和a。两个矩阵进行点运算是指它们的对应元素进行相关运算，要求两矩阵的维参数相同。三、实验仪器和设备1计算机1台四、预习要求1 复习特殊矩阵的产生。2 复习矩阵的加减乘除与乘方运算，以及相应的点运算。五、实验内容及步骤设有分块矩阵A=|E33R32I,其中E、R、o、S分别为单位矩阵、随机-O2*3S2*2_矩阵、零矩阵和对角阵，试通过数值计算验证a2=|eR+qRSIPS2一E=eye(3)；R=rand(3,2);O=zeros(2,3);S=diag(2,3);A=E,R;O,S;C=AA2;B=E,(R+R*S);O,SA2;E,R,O,S,A,C,B结果

14、E=100010001O=000000S:=2003A:=1.0000001.00000001.00000002.0000000003.0000C=1.0000001.00000001.00000004.0000000009.0000B:=1.0000001.00000001.00000004.0000009.00001, 建立一个5>5矩阵，求它的行列式的值、迹、秩和范数A=fix(10*rand(5);H=det(A);Trace=trace(A);Rank=rank(A);Norm=norm(A);A,H,Trace,Rank,Norm结果H=-3.2509e+004Trace=3

15、3Rank=5Norm=25.3208下面是一个线性方程组:1/21/31/41/31/4x11/41/5ix21/51/6X3一0.950.670.52(1) 求方程的解；(2) 将方程右边向量元素b3改为0.53,再求解，并比较b3的变化和解的相对变化。A=1/2,1/3,1/4;1/3,1/4,1/5;1/4,1/5,1/6;b=0.95,0.67,0.52'x1=Ab;B=0.95,0.67,0.53'x2=Ab;C=cond(A);结果x1=1.20000.6000C=1.3533e+0032, 建立A矩阵，试比较sqrtm(A)和sqrt(A)，分析它们的区别。A=

16、1,4,9;16,25,36;49,64,81;B=sqrtm(A);C=sqrt(A);结果B=0.6344+1.3620i0.3688+0.7235i0.7983-0.4388i1.4489+1.1717i2.7697+0.6224i3.2141-0.3775i4.3578-1.6237i5.7110-0.8625i7.7767+0.5231iC=123456789六、实验报告要求实验报告应包括实验目的、实验内容、流程图、程序清单、运行结果以及实验的收获与体会。实验三MATLAB程序设计、实验目的1, 掌握建立和执行m文件的方法。2, 掌握利用if语句实现选择结构的方法。3，掌握利用swi

17、tch语句实现多分支选择结构的方法。4，掌握try语句的使用。二、实验原理1，m文件用matlab语言编写的程序，称为m文件。M文件根据调用方式的不同分为两类，命令文件（Scriptfile）和函数文件（Functionfile）。2，程序控制结构1）顺序结构2）选择结构（1）if语句a）单分支if语句b）双分支if语句c）多分支if语句（2）switch语句（3）try语句3）循环结构（1）for语句（2）while语句（3）break语句与continue语句（4）循环的嵌套三、实验仪器和设备1.计算机1台四、预习要求1复习matlab中流程控制语句。2复习matlab函数文件的建立与调用

18、。五、实验内容及步骤1, 输入一个百分制成绩，要求输出成绩等级A、B、C、D、E。其中90分100分为A,80分89分为B,7079分为C,6069分为D,60分以下为E。要求：（1）分别用if和swtich语句实现；（2）输入百分制成绩后要判断成绩的合理性,对不合理的成绩应输出出错信息。1.1>x=input（'请输入一个成绩'）;ifx<=100&x>=90disp（'成绩等级为：A'）;elseifx<90&x>=80disp（'成绩等级为：B'）;elseifx<80&x>

19、=70disp（'成绩等级为：C'）;54elseifx>=60&x<70disp（'成绩等级为：D'）;elseifx>=0&x<60disp（'不及格'）;elsedisp（'输入的成绩不合理'）end结果请输入一个成绩88成绩等级为：B请输入一个成绩55不及格请输入一个成绩100成绩等级为：A请输入一个成绩101输入的成绩不合理1.2>x=input（'请输入一个成绩'）;switchfloor（x/10）case9,10case0,1,2,3,4,5disp(&

20、#39;成绩等级为：A');case8disp('成绩等级为：B');case7disp('成绩等级为：C');case6disp('成绩等级为：D');disp('不及格');otherwisedisp('输入的成绩不合理')end结果请输入一个成绩52不及格请输入一个成绩78成绩等级为：C请输入一个成绩90成绩等级为：ATT211112,根据=2222，求二的近似值。当n分别取100,1000,100006122232n2时，结果是多少？2.1利用循环结构forn=100,1000,10000x=1:n

21、;value=sqrt(6*sum(1./x./x);end结果value=3.1321value=3.1406value=3.14152.2利用向量运算forn=100,1000,10000sum=0;forx=1:nsum=sum+1/(x.A2);endvalue=sqrt(6*sum)end结果value=3.1415111,3,根据y=1，求352n-1(1) y<3时的最大n值；(2) 与(1)的n值对应的y值。y=0;n=1;whiley<3y=y+1/(2*n-1);n=n+1;endn=n-1;y=y-1/(2*n-1)n=n-1结果y=2.9944n=56六、实

22、验报告要求1. 完成实验内容中的计算和程序编制；2. 验证实验内容中计算和程序所得结果的正确性。实验四函数文件一、实验目的1，理解函数文件的概念；2，掌握定义和调用matlab函数的方法。二、实验原理1，函数文件的定义：函数文件是另一种形式的m文件，每一个函数文件都定义一个函数，事实上，matlab提供的标准函数大部分都是由函数文件定义的。2，函数文件的基本结构函数文件由function语句引导，其基本结构为：Function输出形参表二函数名（输入形参表）注释说明部分函数体语句其中以function开头的一行为引导行，表示该m文件是一个函数文件。3，函数调用函数文件编制好之欧，就可以调用函数

23、进行计算了，函数调用的一般格式是：输出实参表=函数名（输入实参表）三、实验仪器和设备1. 计算机1台四、预习要求1复习函数的定义与编写原则。2复习函数的调用。五、实验内容及步骤1，一个自然数是素数，且它的数字位置经过任意对换后仍为素数，则称为绝对素数。例如13是绝对素数。试求所有的两位绝对素数。要求：定义一个判断素数的函数文件。functiona=sushu(b)x=fix(b/10);y=rem(b,10);a=10*y+x;signab=0;form=2:sqrt(b)ifrem(b,m)=0signab=signab+1;endendforn=2:sqrt(a)ifrem(a,n)=0s

24、ignab=signab+1;endendifsignab=0a=b;elsea=0;end结果liangweisushu=;forn=10:99a=W53(n);ifa>0liangweisushu=liangweisushu,a;endenddisp('所有的两位绝对素数是：,num2str(liangweisushu)所有的两位绝对素数是：2,已知f(40)y_f(30)f(20)(1)当f(n)=n10In(n25)时，求y值；(2)当f(n)=1*22*33*4.n*(nJ)时，求y值。functionfn=W551(n)fn=n+10*log(n*n+5);结果y=W

25、551(40)/(W551(30)+W551(20)y=0.63905.2>functionfn=f1(n)fn=0;fork=1:nfn=fn+k*(k+1);end结果y=W552(40)/(W552(30)+W552(20)y=1.7662六、实验报告要求1. 完成实验内容中的函数编制2. 验证实验结果正确性。实验五matlab高层绘图操作一、实验目的1，掌握绘制二维图形的常用函数；2，掌握绘制三维图形的常用函数；3，掌握绘制图形的辅助操作。二、实验原理1，二维数据曲线图(1)绘制单根二维曲线plot(x,y);绘制多根二维曲线plot(x,y)当x是向量，y是有一维与x同维的矩阵

26、时，则绘制多根不同颜色的曲线。当x，y是同维矩阵时，则以x，y对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵的列数。(2) 含有多个输入参数的plot函数plot(x1,y1,x2,y2,xn,yn)(4)具有两个纵坐标标度的图形plotyy(x1,y1,x2,y2)图形标注与坐标控制1) title(图形名称)；xlabel(x轴说明)2) ylabel(y轴说明)text(x，y图形说明)3) legend(图例1,图例2,)axis(xminxmaxyminymaxzminzmax)2, 图形窗口的分割subplot(m,n,p)3, 三维曲线plot3(x1,y1,z1,选项1,

27、x2,y2，选项2,xn,yn,zn,选项n)5，三维曲面mesh(x,y,z,c)与surf(x,y,z,c)。一般情况下，x,y,z是维数相同的矩阵。X,y是网格坐标矩阵，z是网格点上的高度矩阵，c用于指定在不同高度下的颜色范围。6,图像处理1)imread和imwrite函数这两个函数分别用于将图象文件读入matlab工作空间,以及将图象数据和色图数据一起写入一定格式2)image和imagesc函数这两个函数用于图象显示。为了保证图象的显示效果，一般还应使用colormap函数设置图象色图。三、实验仪器和设备1计算机1台四、预习要求1. 复习二维与三维图形的绘图函数。2复习图形辅助操作

28、。五、实验内容及步骤3sinx1,设y=0.52cosx，在x=02n区间取101点，绘制函数曲线。1+xx=linspace(0,2*pi,101);y=(0.5+3*sin(x)./(1+x.*x).*cos(x);Plot(x,y)已知y1=x2,y2=cos(2x),y3=y1*y2,完成下列操作：(1) 在同一坐标系下用不同的颜色和线型绘制三条曲线；(2) 分别用条形图、阶梯图、杆图和填充图绘制三条曲线。2.1>x=linspace(-2*pi,2*pi,100);y1=x.A2;y2=cos(2*x);y3=y1.*y2;plot(x,y1,'b-',x,y2

29、,'r:',x,y3,'y-')；text(4,16,'leftarrowy1=xA2');text(6*pi/4,-1,'downarrowy2=cos(2*x)');text(-1.5*pi,-2.25*pi*pi,'uparrowy3=y1*y2');2.2>x=linspace(-2*pi,2*pi,100);y1=x.A2;y2=cos(2*x);y3=y1.*y2;subplot(1,3,1);plot(x,y1);title('y1=xA2');subplot(1,3,2);pl

30、ot(x,y2);title('y2=cos(2*x)');subplot(1,3,3);plot(x,y3);title('y3=xA2*cos(2*x)');x=linspace(-2*pi,2*pi,20);y1=x.A2;subplot(2,2,1);bar(x,y1);title('y1=xA2条形图');subplot(2,2,2);stairs(x,y1);title('y1=xA2阶梯图');subplot(2,2,3);stem(x,y1);title('y1=xA2杆图');subplot(2,

31、2,4);fill(x,y1,'r');title('y1=xA2填充图');心的聚形團丁匸产的阶榛图302010y匸K2的杆图10-551003,已知x、二e2x_0丄“(x+Jl+x2),x.2在5<=x<=5区间绘制函数曲线。x=-5:0.01:5y=(x+sqrt(pi)/exp(2).*(x<=0)+1/2*log(x+sqrt(1+x.A2).*(x>0)plot(x,y)4,绘制函数的曲面图和等高线其中x的21个值均匀分布在-5,5范围，y的31个值均匀分布在0,10，要求使-22xy_4z二cosxcosye用subplo

32、t（2，1，1）和subplot（2，1,2）将产生的曲面图和登高图画在同一个窗口上x=linspace(-5,5,21);y=linspace(0,10,31);x,y=meshgrid(x,y);z=cos(x).*cos(y).*exp(-sqrt(x.A2+y.A2)/4);subplot(2,1,1);surf(x,y,z);subplot(2,1,2);contour3(x,y,z,50);六、实验报告要求1. 完成实验内容中的图像的显示；2. 验证实验内容中所显示图像的正确性。实验六MATLAB数值计算一、实验目的1，掌握数据统计和分析的方法；2，掌握数值插值与曲线拟合的方法；3

33、，掌握多项式计算的常用运算。二、实验原理1，数据统计处理1) 最大值与最小值(a)求向量的最大值与最小值y=max(X)与y,I=max(X)(b)求矩阵的最大值和最小值max(A)与Y,U=max(A),max(A,dim)2) 求和与求积sum(X),prod(X)sum(A)3) 标准方差与相关系数a)Y=std(A,flag,dim)b)corrcoef(X)2, 数据差值a)一维数据差值Y1=interp1(X,Y,X1,'method')b)二维数据差值Z1=interp2(X,Y,Z,X1,Y1,'method')曲线拟合P,S=polyfit(X

34、,Y,m)3, 多项式计算1) 多项式的加减计算2) 多项式乘法运算Y=conv(P1,P2)3) 多项式除法Q,r=deconv(P1,P2)多项式的导函数p=polyder(P):求多项式P的导函数p=polyder(P,Q):求P.Q的导函数p,q=polyder(P,Q):求P/Q的导函数，导函数的分子存入p,分母存入q5，多项式求值1) 代数多项式求值Y=polyval(P,x)2) 矩阵多项式求值polyvalm6,多项式求根x=roots(P)、实验仪器和设备1计算机四、预习要求1 .复习matlab多项式数值分析函数。2 .复习matlab曲线拟合与多项式计算函数五、实验内容及

35、步骤利用matlab提供的rand函数生成30,000个符合均匀分布的随机数，然后检验随机数的性质：(1) 均值和标准方差；最大元素与最小元素；(2) 大于0.5的随机数个数占总数额百分比。A=rand(100,300)mean(A)std(A,0,1);(1) B,C=max(A)E,F=max(B)B1,C1=min(A)E1,F2=min(B1)Length(find(A>0.5)/300001, 将100个学生5门功课的成绩存入矩阵P中，进行如下处理：(2) 分别求每门课的最高分、最低分及相应学生序号；分别求每门课的平均分和标准方差；(3) 5门课总分的最高分、最低分及相应学生序号；将5门课总分按照从大到小的顺序存入zcj中，相应学生序号存入xsxh。提示：上机调试时，为避免输入学生成绩的麻烦，可用取值范围在45,95之间的随机矩阵来表示学生成绩。P=45+(95-45)*rand()100,5Y,U=max(P)Y1,U1=min(P)(1) mean(P)std(P,0