武漢理工大學(xué)Matlab課程設(shè)計(jì)第五套

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名: 向華東 專業(yè)班級: 電信1302 指導(dǎo)教師: 桂林 工作單位: 武漢理工大學(xué) 題 目:Matlab運(yùn)算與應(yīng)用設(shè)計(jì)5（1）提供實(shí)驗(yàn)室機(jī)房及其Matlab6.5以上版本軟件； （2）MATLAB教程學(xué)習(xí)。要求完成的主要任務(wù):(包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求,以及說明書撰寫等具體要求):（1）選擇一本MATLAB教程，認(rèn)真學(xué)習(xí)該教程的全部內(nèi)容，包括基本使用方法、數(shù)組運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、數(shù)學(xué)運(yùn)算、程序設(shè)計(jì)、符號計(jì)算、圖形繪制、GUI設(shè)計(jì)等內(nèi)容；（2）對該套綜合題的10道題，進(jìn)行理論分析，針對具體設(shè)計(jì)部分的原理分析、建模、必要的推導(dǎo)和可行性分析，畫出程序設(shè)計(jì)框圖，編寫程序代碼（含注

2、釋），上機(jī)調(diào)試運(yùn)行程序，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果（含計(jì)算結(jié)果和圖表）。（3）對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)；（4）要求閱讀相關(guān)參考文獻(xiàn)不少于5篇；（5）根據(jù)課程設(shè)計(jì)有關(guān)規(guī)范，按時(shí)、獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)說明書。時(shí)間安排: (1) 布置課程設(shè)計(jì)任務(wù),查閱資料,學(xué)習(xí)MATLAB教程 十周； (2) 進(jìn)行編程設(shè)計(jì) 一周； (3) 完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告書 一周；指導(dǎo)教師簽名: 年 月 日系主任(或責(zé)任教師)簽名: 年 月 日 目錄摘要11.MATLAB軟件功能簡介22.設(shè)計(jì)題目：Matlab運(yùn)算與應(yīng)用533.題目分析43.1 試題143.2 試題253.3 試題373.4 試題473.5 試題5123.6 試題6133.7 試題

3、7143.8 試題8143.9 試題9153.10 試題10164.課程設(shè)計(jì)心得175.參考文獻(xiàn)：18 1武漢理工大學(xué)Matlab應(yīng)用課程設(shè)計(jì)說明書 摘要 MATLAB MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡稱，是美國 MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以 及數(shù)值計(jì)算的高級技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界

4、面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。 關(guān)鍵詞：Matlab 矩陣 編程 1. MATLAB軟件功能簡介MATLAB的名稱源自Matrix Laboratory,1984年由美國Mathworks公司推向市場。它是一種科學(xué)計(jì)算軟件，專門以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。MATLAB將高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化集成在一起，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而被廣泛的應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)和信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計(jì)工作。MATLAB軟件包括五大通用功能，數(shù)值計(jì)算功能（Nemeric）、符號運(yùn)算功能（Symbolic）、數(shù)據(jù)可視

5、化功能（Graphic）、數(shù)字圖形文字統(tǒng)一處理功能（Notebook）和建模仿真可視化功能（Simulink）。其中，符號運(yùn)算功能的實(shí)現(xiàn)是通過請求MAPLE內(nèi)核計(jì)算并將結(jié)果返回到MATLAB命令窗口。該軟件有三大特 點(diǎn)，一是功能強(qiáng)大；二是界面友善、語言自然；三是開放性強(qiáng)。目前，Mathworks公司已推出30多個(gè)應(yīng)用工具箱。MATLAB在線性代數(shù)、矩陣分析、數(shù)值及優(yōu)化、數(shù)值統(tǒng)計(jì)和隨機(jī)信號分析、電路與系統(tǒng)、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、圖像處理、控制理論分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)、過程控制、建模和仿真、通信系統(tǒng)以及財(cái)政金融等眾多領(lǐng)域的理論研究和工程設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、

6、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完相同的事情簡捷得多，并且math work也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn),使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C+ ，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。MATLAB應(yīng)用：MATLAB 產(chǎn)品族可以用來進(jìn)行以下各種工作：數(shù)值分析 數(shù)值和符號計(jì)算 工程與科學(xué)繪圖 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 數(shù)字圖像處理 數(shù)字信號處理 通訊系統(tǒng)設(shè)

7、計(jì)與仿真 財(cái)務(wù)與金融工程 MATLAB 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測試和測量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱（單獨(dú)提供的專用 MATLAB 函數(shù)集）擴(kuò)展了 MATLAB 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問題。2.設(shè)計(jì)題目：Matlab運(yùn)算與應(yīng)用51.已知t=linspace(0,2*pi,6)，求t的正弦和正弦的絕對值。2.繪制函數(shù)在時(shí)的曲線。3.已知a=1,3,0;2,0,1;4,6,5, a1=logical(1 0 1),a2= logical(1 1 0),b=a>1,求a(a1,a2)和a(b)。4.分析下面每條指令

8、的功能并運(yùn)行，觀察執(zhí)行結(jié)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(3,4)A(:)=-5:6L=abs(A)>4islogical(L)X=A(L)（3） A=1:5;6:10pow2(A)（4） A=zeros(3,2)A(:)=10:14A=A*(1+i)A1=A.;B1=A;（5） A=ones(2,3)B=ones(3)C=randn(4)D=diag(C)E=repmat(C,1,3)5.計(jì)算在x=0.1與10處的值。6.求函數(shù), n=10

9、0的值。7.求1500個(gè)元素的隨機(jī)數(shù)向量A中大于0.5的元素個(gè)數(shù)。8. 用圖形表示連續(xù)調(diào)制波形,運(yùn)行下面的程序，觀察結(jié)果，并簡單說明。t1=(0:11)/11*pi;y1=sin(t1).*sin(9*t1);t2=(0:100)/100*pi;y2=sin(t2).*sin(9*t2);subplot(2,2,1),plot(t1,y1,'r.'),axis(0,pi,-1,1),title('子圖 (1)')subplot(2,2,2),plot(t2,y2,'r.'),axis(0,pi,-1,1),title('子圖 (2)

10、9;)subplot(2,2,3),plot(t1,y1,t1,y1,'r.')axis(0,pi,-1,1),title('子圖 (3)')subplot(2,2,4),plot(t2,y2)axis(0,pi,-1,1),title('子圖 (4)')9. 已知方程組，用矩陣除法來解線性方程組。10已知，其中t的范圍是0 10，計(jì)算y的微分和積分并給出曲線圖。3.題目分析3.1 試題1 已知t=linspace(0,2*pi,6)，求t的正弦和正弦的絕對值。理論分析 這是利用matlab處理數(shù)值運(yùn)算，這其中要用到linspace（）等函數(shù)。程

11、序代碼 圖1 總結(jié)：注意到matlab中的pi與有誤差，而且數(shù)字與因式相乘要使用乘法符號'*'.通過這個(gè)計(jì)算，我了解到matlab有處理數(shù)據(jù)計(jì)算的功能。3.2 試題2 繪制函數(shù)在時(shí)的曲線。理論分析 利用MATLAB軟件繪制曲線圖。在這里用到的是plot命令。熟悉使用plot命令。程序代碼及圖片如下圖2總結(jié)plot命令是很好使用的命令。他可以很方便的畫出所需區(qū)域的函數(shù)圖像。甚至可以很輕松的描繪處函數(shù)運(yùn)算之后以及符合函數(shù)的圖像。3.3 試題3已知a=1,3,0;2,0,1;4,6,5, a1=logical(1 0 1),a2= logical(1 1 0),b=a>1,求a

12、(a1,a2)和a(b)。理論分析這道題目中用到logical（）函數(shù)，關(guān)鍵是要理解logical函數(shù)的功能。程序代碼圖3總結(jié)：logical函數(shù)為邏輯類運(yùn)算，產(chǎn)生0,1的矩陣，abs()為絕對值函數(shù) 3.4 試題4分析下面每條指令的功能并運(yùn)行，觀察執(zhí)行結(jié)果。（1）指令分析X=0:0.25:3; %產(chǎn)生一組自變量數(shù)據(jù)Y=X.*exp(-X); %數(shù)組的乘法plot(X,Y),xlabel(x), ylabel(y),title(y=x*exp(-x);%將函數(shù)視圖劃并表明x，y軸和標(biāo)題執(zhí)行結(jié)果：圖4（2）指令分析A=zeros(3,4) %定義一個(gè)3*4的全零矩陣A(:)=-5:6 %將元素-

13、5到6按列取出生成3行4列數(shù)組L=abs(A)>4 %絕對值大于4的值變?yōu)?，小于等于4的為0islogical(L) %判斷L是不是邏輯數(shù)X=A(L) % L中為邏輯數(shù)在A中相同位置的元素取出組成一個(gè)新矩陣執(zhí)行結(jié)果：圖5（3）指令分析 A=1:5;6:10 %生成一個(gè)矩陣 pow2(A) %矩陣相應(yīng)位子的值變成原來的平方執(zhí)行結(jié)果： 圖6（4）指令分析A=zeros(3,2) %生成一個(gè)3*2的全零矩陣A(:)=10:15 %將10到15分別賦給矩陣的各元素A=A*(1+i) %給A矩陣的元素從新賦值A(chǔ)1=A.; %A的轉(zhuǎn)置矩陣B1=A; %A的共軛轉(zhuǎn)置矩陣執(zhí)行結(jié)果： 圖7 圖8（5）指

14、令分析 A=ones(2,3) %定義一個(gè)2*3的全一矩陣 B=ones(3) %定義一個(gè)3*3的全一矩陣 C=randn(4) %生成四行四列的隨機(jī)數(shù)矩陣 D=diag(C) %生成C的對角矩陣E=repmat(C,1,3) %將C矩陣作為一個(gè)元素生成一個(gè)1行3列的矩執(zhí)行結(jié)果：圖9 圖103.5 試題5計(jì)算在x=0.1與10處的值。理論分析：這道題目是運(yùn)用MATLAB計(jì)算多項(xiàng)式。這里運(yùn)用到的是polyval（）命令。通過polyval（）命令可以很快的計(jì)算出在相應(yīng)值下的多項(xiàng)式的值。程序代碼： m=2,0,0.1,0,0,-10; %列寫多項(xiàng)式系數(shù)y=polyval(m,0.1) %求多項(xiàng)式在

15、0.1處的值y = -9.9999 y=polyval(m,10) %求多項(xiàng)式在10處的值y = 200090圖113.6 試題6求函數(shù), n=100的值理論分析運(yùn)用循環(huán)結(jié)構(gòu)求和 ，sum求和程序代碼 圖12總結(jié) MATLAB變量可以不用先定義默認(rèn)雙精度，運(yùn)用矩陣求和3.7 試題7求1500個(gè)元素的隨機(jī)數(shù)向量A中大于0.5的元素個(gè)數(shù)。理論分析這道題中要用到隨機(jī)函數(shù)rand（）。關(guān)系運(yùn)算logical篩選條件，產(chǎn)生0,1的矩陣，然后運(yùn)用sum函數(shù)求和即為符合條件的個(gè) 圖13總結(jié) 運(yùn)用關(guān)系運(yùn)算判斷，巧妙用sum計(jì)數(shù)3.8 試題8用圖形表示連續(xù)調(diào)制波形,運(yùn)行下面的程序，觀察結(jié)果，并簡單說明。簡要分析

16、：t1=(0:11)/11*pi; %定義一組自變量 y1=sin(t1).*sin(9*t1); %數(shù)組的乘法t2=(0:100)/100*pi;%定義一組自變量y2=sin(t2).*sin(9*t2); %數(shù)組的乘法subplot(2,2,1), %將窗口分為四個(gè),當(dāng)前為第一個(gè)plot(t1,y1,'r.'), %將點(diǎn)描在坐標(biāo)圖上axis(0,pi,-1,1), %控制x,y軸的數(shù)值范圍title('子圖 (1)') %顯示標(biāo)題 subplot(2,2,2),plot(t2,y2,'r.'),axis(0,pi,-1,1),title(&#

17、39;子圖 (2)')subplot(2,2,3),plot(t1,y1,t2,y2,'r.') %點(diǎn)少時(shí)顯示的是折線axis(0,pi,-1,1),title('子圖 (3)') subplot(2,2,4),plot(t2,y2) %點(diǎn)多時(shí)才顯示曲線axis(0,pi,-1,1),title('子圖 (4)')程序運(yùn)行結(jié)果： 圖143.9 試題9 已知方程組，用矩陣除法來解線性方程組。理論分析這里是運(yùn)用matlab中的函數(shù)來處理矩陣，從而生成所需要的矩陣。這里所用到的函數(shù)為inv（）程序代碼：A=3,-1,2;-5,1,3;1,-1,

18、4;b=9;5;8;xinv=inv(A)*b %求逆執(zhí)行結(jié)果：圖15總結(jié)：在MATLAB中有很多很方便的函數(shù)幫助我們處理數(shù)據(jù)。我們要時(shí)常注意相關(guān)的函數(shù)。3.10 試題10已知，其中t的范圍是0 10，計(jì)算y的微分和積分并給出曲線圖。理論分析：在運(yùn)行過程中要注意diff（）函數(shù)，int（）函數(shù)，以及格式。程序設(shè)計(jì)：圖16圖17總結(jié)：最初實(shí)驗(yàn)的時(shí)候一直出不來圖像，后來發(fā)現(xiàn)原因好像是只能打開一個(gè)圖像，因?yàn)樯弦粋€(gè)圖像沒關(guān)，所以這個(gè)圖像就打不開。同時(shí)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)里面要先定義t，y，然后在編寫程序。4.課程設(shè)計(jì)心得這段時(shí)間的學(xué)習(xí)讓我掌握了matlab的相關(guān)知識，了解了它用于數(shù)值計(jì)算，繪圖方面的功能，學(xué)習(xí)了相關(guān)的函數(shù)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)的能力