武漢理工大學(xué)Matlab課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

武漢理工大學(xué)《Matlab》課程設(shè)計(jì)說明書學(xué)號(hào)：課程設(shè)計(jì)題目學(xué)院專業(yè)班級(jí)姓名指導(dǎo)教師年月日

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名：胡健 專業(yè)班級(jí)： 電信1004 指導(dǎo)教師：李景松、祝立華 工作單位： 信息工程學(xué)院 題目：Matlab運(yùn)算與應(yīng)用設(shè)計(jì)1初始條件：Matlab6.5以上版本軟件；課程設(shè)計(jì)輔導(dǎo)資料：“Matlab語(yǔ)言基礎(chǔ)及使用入門”、“Matlab及在電子信息課程中的應(yīng)用”等；先修課程：信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、Matlab應(yīng)用實(shí)踐及信號(hào)處理類課程等。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）初步了解Matlab、熟悉Matlab界面、進(jìn)行簡(jiǎn)單操作；MATLAB的數(shù)值計(jì)算：創(chuàng)建矩陣、矩陣運(yùn)算、多項(xiàng)式運(yùn)算、線性方程組、數(shù)值統(tǒng)計(jì)；基本繪圖函數(shù)：plot,plot3,mesh,surf等，要求掌握以上繪圖函數(shù)的用法、簡(jiǎn)單圖形標(biāo)注、簡(jiǎn)單顏色設(shè)定等；使用文本編輯器編輯m文件，函數(shù)調(diào)用；能進(jìn)行簡(jiǎn)單的信號(hào)處理Matlab編程；按要求參加課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)演示和答辯等。課程設(shè)計(jì)說明書按學(xué)?！罢n程設(shè)計(jì)工作規(guī)范”中“統(tǒng)一書寫格式”撰寫。時(shí)間安排：1周參考文獻(xiàn)：（美）\o"穆爾"穆爾,\o"高會(huì)生"高會(huì)生,\o"劉童娜"劉童娜,\o"李聰聰"李聰聰,MATLAB實(shí)用教程（第二版）,電子工業(yè)出版社,2010\o"王正林"王正林,\o"劉明"劉明,精通MATLAB（升級(jí)版）,電子工業(yè)出版社,2011\o"陳杰"陳杰,MATLAB寶典（第3版）,電子工業(yè)出版社,2011\o"劉保柱"劉保柱,\o"蘇彥華"蘇彥華,\o"張宏林"張宏林,MATLAB7.0從入門到精通（修訂版）,人民郵電出版社,2010指導(dǎo)教師簽名： 年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年月日武漢理工大學(xué)《Matlab》課程設(shè)計(jì)說明書目錄1.Matlab軟件簡(jiǎn)介………………11.1Matlab的發(fā)展歷程……………………11.2Matlab的基本功能……………………11.3Matlab的基本應(yīng)用……………………22.具體題目分析……………………22.1題1.1…………22.2題1.2…………32.3題1.3…………42.4題1.4…………52.5題1.5…………112.6題1.6…………122.7題1.7…………132.8題1.8…………142.9題1.9…………152.10題1.10………………………163.心得體會(huì)……………184.參考文獻(xiàn)……………195.本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表…………20武漢理工大學(xué)《Matlab》課程設(shè)計(jì)說明書Matlab運(yùn)算與應(yīng)用設(shè)計(jì)11.Matlab軟件簡(jiǎn)介MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（MatrixLaboratory）的簡(jiǎn)稱，是美國(guó)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(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。1.1 Matlab的發(fā)展歷程20世紀(jì)70年代，美國(guó)新墨西哥大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任CleveMoler為了減輕學(xué)程的負(fù)擔(dān)，用FORTRAN編寫了最早的MATLAB。1984年由Little、Moler、SteveBangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市場(chǎng)。到20世紀(jì)90年代，MATLAB已成為國(guó)際控制界的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算軟件。1.2Matlab的基本功能MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。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)建用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。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)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來(lái)解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且MATLAB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(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C++和JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)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。1.3 Matlab的應(yīng)用MATLAB產(chǎn)品族可以用來(lái)進(jìn)行以下各種工作：●數(shù)值分析●數(shù)值和符號(hào)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)字圖像處理技術(shù)●數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)●通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真MATLAB在通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的應(yīng)用●財(cái)務(wù)與金融工程MATLAB的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號(hào)和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)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。

具體題目分析2.1題1.1：計(jì)算y1=和y2=；2.1.1理論分析： 該題為多項(xiàng)式運(yùn)算，可直接寫出y1和y2的Matlab語(yǔ)言表達(dá)式，進(jìn)行計(jì)算。2.1.2程序代碼：>>y1=2*sin(0.3*pi)/(1+sqrt(5)) %y1=y1=0.5000 %計(jì)算結(jié)果>>y2=2*cos(0.3*pi)/(1+sqrt(5)) %y2=y2=0.3633 %計(jì)算結(jié)果2.1.3題目小結(jié)： 通過題目，我了解到sin()函數(shù)和cos()函數(shù)。從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，Matlab對(duì)于pi，和cos，sin的計(jì)算是有一定誤差的。2.2題1.2： 畫出衰減震蕩曲線及其他的包絡(luò)線,t的取值范圍是[0,4].2.2.1理論分析： 本題要學(xué)會(huì)使用plot()函數(shù)來(lái)繪制二維曲線圖。2.2.2程序代碼：>>t=0:0.01:4*pi; %產(chǎn)生向量t>>y=exp(-t/3).*sin(3*t); %產(chǎn)生向量y>>y0=exp(-t/3); %產(chǎn)生向量y0>>plot(t,y,t,y0) %繪制曲線和包絡(luò)線圖2.2.SEQ圖2.2.\*ARABIC1二維圖形繪制2.2.3題目小結(jié)： 通過本題我們學(xué)會(huì)了如何用plot()函數(shù)繪制二維曲線圖形。2.3題1.3 畫出所表示的三維曲面。x,y的取值范圍是[-8，8]。2.3.1理論分析： 本題要求我們用meshgrid()函數(shù)來(lái)形成XY矩形網(wǎng)絡(luò)，用mesh()函數(shù)來(lái)繪制網(wǎng)線圖，用surf()函數(shù)來(lái)繪制三維曲面。2.3.2程序代碼：>>x=-8:0.01:8;>>y=-8:0.01:8;>>[x,y]=meshgrid(x,y); %形成格點(diǎn)矩陣>>z=sin(sqrt(x.^2+y.^2))./sqrt(x.^2+y.^2);>>mesh(x,y,z); %繪制三維網(wǎng)線圖>>xlabel('x'),ylabel('y'),zlabel('z')圖2.3.SEQ圖2.3.\*ARABIC1三維曲面的繪制2.3.3題目小結(jié)： 通過這題，我們學(xué)會(huì)了如何繪制三維曲線圖，以及其中如何用不同顏色來(lái)表示不同區(qū)域。2.4題1.4：分析下面每條指令的功能并運(yùn)行，觀察執(zhí)行結(jié)果。X=0:0.1:1;Y=X.*exp(-X);plot(X,Y),xlabel(‘x’),ylabel(‘y’),title(‘y=x*exp(-x)’);A=zeros(2,5)A(:)=-4:5L=abs(A)>3islogical(L)X=A(L)A=[1:4;5:8]pow2(A)A=zeros(2,3)A(:)=1:6A=A*(1+i)A1=A.’;B1=A’;A=ones(1,2)B=ones(2)C=eye(3)D=diag(C)E=repmat(C,1,3)2.4.1理論分析： 運(yùn)行個(gè)代碼，并驗(yàn)證結(jié)果。2.4.2程序代碼：（1）>>X=0:0.1:1; %X的范圍是[0,1]>>Y=X.*exp(-X); >>plot(X,Y),xlabel('x'),ylabel('y'),title('y=x*exp(-x)') %繪制X,Y的曲線圖，橫坐標(biāo)為x,縱坐標(biāo)為y，標(biāo)題為y=x*exp(-x)圖2.4.SEQ圖2.4.\*ARABIC1（1）y=x*exp(-x)的曲線（2）>>A=zeros(2,5) &建立一個(gè)2×5的零矩陣A=0000000000>>A(:)=-4:5 %采用單下標(biāo)為A賦值A(chǔ)=-4-2024-3-1135>>L=abs(A)>3 %abs（）為取絕對(duì)值L=1000100001>>islogical(L) %islogical為數(shù)組檢測(cè)函數(shù)，檢測(cè)L是否為邏輯型，為真返回1，為假返回0ans=1>>X=A(L) %取出A中的元素，形成列向量X=-445（3）>>A=[1:4;5:8] %A為2×4的矩陣A=12345678>>pow2(A) %pow2（）函數(shù)為取2的多少次冪ans=248163264128256（4）>>A=zeros(2,3)A=000000>>A(:)=1:6A=135246>>A=A*(1+i) %A中每個(gè)元素乘以1+iA=1.0000+1.0000i3.0000+3.0000i5.0000+5.0000i2.0000+2.0000i4.0000+4.0000i6.0000+6.0000i>>A1=A.' %求A的轉(zhuǎn)置矩陣A1=1.0000+1.0000i2.0000+2.0000i3.0000+3.0000i4.0000+4.0000i5.0000+5.0000i6.0000+6.0000i>>B1=A' %求A的共軛轉(zhuǎn)置B1=1.0000-1.0000i2.0000-2.0000i3.0000-3.0000i4.0000-4.0000i5.0000-5.0000i6.0000-6.0000i（5）>>A=ones(1,2) %形成1×2的全1矩陣A=11>>B=ones(2) %形成2×2的全1矩陣B=1111>>C=eye(3) %形成3×3的單位矩陣C=100010001>>D=diag(C) %將C轉(zhuǎn)換為邏輯型D=111>>E=repmat(C,1,3) %以C為元胞數(shù)組，構(gòu)成1×3的新數(shù)組E=1001001000100100100010010012.4.3題目小結(jié)： 通過本題，我們可以學(xué)到矩陣的一些基本操作，比如建立特殊矩陣，以及矩陣的運(yùn)算，比如乘法和求轉(zhuǎn)置，還有就是發(fā)現(xiàn)了求轉(zhuǎn)置和求共軛轉(zhuǎn)置的不同之處。2.5題1.5：計(jì)算在x=0.1與10處的值。2.5.1理論分析： 本題為多項(xiàng)式的求值問題，涉及到多項(xiàng)式在Matlab中是如何表示的，可利用polyval（）函數(shù)或polyvalm（）函數(shù)。2.5.2程序代碼：>>p=[10.1000-100];>>x=[0.110];>>y=polyval(p,x) %求p在x處的值y=1.0e+005*-0.00101.0090 %結(jié)果用科學(xué)計(jì)數(shù)法表示2.5.3題目小結(jié)： 通過本題我們學(xué)會(huì)了如何在Matlab中表示多項(xiàng)式，即用多項(xiàng)式的系數(shù)向量來(lái)表示，并會(huì)用plyval（）函數(shù)求多項(xiàng)式在某一點(diǎn)的值。并且發(fā)現(xiàn)Matlab中數(shù)據(jù)的精度是有限的，會(huì)產(chǎn)生誤差。2.6題1.6：求函數(shù)1+1/2+1/3+…+1/n,n=100的值。2.6.1理論分析： 利用循環(huán)語(yǔ)句求值2.6.2程序代碼：>>y=0;>>forn=1:100y=y+1/n;end>>yy=5.18742.6.3題目小結(jié)： 通過本題我們學(xué)會(huì)了循環(huán)語(yǔ)句for的使用，以及遞歸算法的使用。2.7題1.7： 求500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)。2.7.1理論分析： 產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，并用循環(huán)語(yǔ)句遍歷其中的數(shù)。2.7.2程序代碼：>>y=rand(1,500); %產(chǎn)生500個(gè)隨機(jī)數(shù)>>i=0;>>forn=1:500ify(n)>0.5 %判斷y(n)是不是大于0.5i=i+1;end;end>>ii=2452.7.3題目小結(jié)： 通過本題，我們可以了解如何產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。2.8題1.8： 求線性方程組AX=b的根。2.8.1理論分析： 利用矩陣的除法解線性方程組2.8.2程序代碼：>>A=[0.41560.23190.20240.29300.3690;0.32060.46500.56620.18120.4631;0.51460.37340.83150.35750.6278;0.71920.05000.42260.93410.9445;0.84200.07390.83950.58940.4058]A=0.41560.23190.20240.29300.36900.32060.46500.56620.18120.46310.51460.37340.83150.35750.62780.71920.05000.42260.93410.94450.84200.07390.83950.58940.4058>>B=[0.0505;0.4449;0.5959;0.7483;0.8642]B=0.05050.44490.59590.74830.8642>>X=A\BX=-2.27421.43791.38904.0710-2.1998 %方程的解2.8.3題目分析： 通過本題，我學(xué)會(huì)了如何用Matlab解線性方程組，即利用矩陣的除法。2.9題1.9：畫出y=|1000sin(4x)|+1的x軸為對(duì)數(shù)的圖。2.9.1理論分析： 將橫坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為對(duì)數(shù)后繪制圖像2.9.2程序代碼：>>x0=0:0.01:1000;>>x=log(x0);>>y=abs(1000*sin(4*x)+1);>>plot(x,y);xlabel('logx'),ylabel('y')圖2.9.SEQ圖2.9.\*ARABIC1對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖像的繪制2.9.3題目分析 通過本題可以學(xué)會(huì)對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖像的繪制，對(duì)數(shù)坐標(biāo)在信號(hào)分析中有著很重要的作用。2.10題1.10： 用FFT直接計(jì)算x=cos(2*pi*40*t)+2sin(2*pi*120*t)+w(t)的功率譜2.10.1理論分析; 功率譜估計(jì)是數(shù)字信號(hào)處理的主要內(nèi)容之一，主要研究信號(hào)在頻域中的各種特征，目的是根據(jù)有限數(shù)據(jù)在頻域內(nèi)提取被淹沒在噪聲中的有用信號(hào)。用快速傅立葉變換（FFT）來(lái)計(jì)算離散傅立葉變換（DFT），用DFT的幅度平方作為信號(hào)中功率的度量，利用周期圖法求功率譜。2.10.2程序代碼：>>t=0:0.001:0.25;>>x=cos(2*pi*40*t)+2*sin(2*pi*120*t);>>y=x+2*randn(size(t));>>Y=fft(y,256);>>Pyy=Y.*conj(Y)/256;>>f=1000/256*(0:127);>>plot(f,Pyy(1:128))>>plot(f(1:50),Pyy(1:50))>>xlabel('頻率/Hz'),ylabel('振幅'),title('功率譜')圖2.10.SEQ圖2.10.\*ARABIC1功率譜2.10.3題目總結(jié)：學(xué)會(huì)用周期圖法估計(jì)功率譜，并且發(fā)現(xiàn)得到的功率譜并不是平滑的。

3.心得體會(huì)剛知道有Matlab課程設(shè)計(jì)的時(shí)候，我并沒有很在意，只是我也聽說這個(gè)軟件很長(zhǎng)一段時(shí)間了，一直想學(xué)一下又沒時(shí)間去學(xué)，就打算接這個(gè)契機(jī)好好學(xué)一下Matlab這個(gè)軟件。Matlab本是一個(gè)數(shù)學(xué)軟件，但在電子信息工程中有著非常頻繁的應(yīng)用，比如在信號(hào)處理中的應(yīng)用，通信系統(tǒng)的仿真以及自動(dòng)控制。這次課程設(shè)計(jì)給的時(shí)間并不長(zhǎng)，不足以我學(xué)完整個(gè)Matlab，當(dāng)然，題目給的也比較簡(jiǎn)單，只是最基本的語(yǔ)法以及矩陣的操作。學(xué)完這幾章之后我便完成了這次課程設(shè)