1、MATLAB程序設計與應用實驗教案授課人：王炳庭授課班級：電類113、電類114一、實驗目的本課程是電氣工程及其自動化、自動化、電力工程與管理專業本科生的學科基礎選修課，它在線性代數、信號分析和處理、控制系統設計和仿真等方面有著廣泛的應用。主要是學習MATLAB勺語法規則、基本命令和使用環境，使學生掌握MATLAB勺基本命令和基本程序設計方法，提高使用該語言的應用能力，具有使用MATLA語言編程和調試的能力，以便為后續多門課程使用該語言奠定必要的基礎。通過上機實驗，使學生掌握MATLAB在線幫助功能的使用、熟悉MATLAB運行環境和MATLAB5言的主要特點，掌握MATLAB5言的基本語法規則

2、及基本操作命令的使用，學會M文件的建立和使用方法以及應用MATLA實現二維和三維圖形的繪制方法，具有使用MATLA語言編程和調試的能力。二、實驗前預習每次實驗前，學生須仔細閱讀本實驗指導書的相關內容，明確實驗目的、要求；明確實驗步驟、測試數據及需觀察的現象；復習與實驗內容有關的理論知識；預習儀器設備的使用方法、操作規程及注意事項；做好預習要求中提出的其它事項。三、實驗注意事項1實驗開始前，應先檢查本組電腦設備是否工作正常，matlab軟件工作是否正常。2實驗時每位同學應獨立完成實驗任務，避免抄襲。3實驗后應及時將實驗數據進行記錄與存盤，避免因電腦故障或其它原因造成實驗數據的丟失。4實驗中嚴格遵

3、循電腦操作規程，如電腦發生異?，F象，應立即切斷電源，報告指導教師檢查處理。5測量數據或觀察現象要認真細致，實事求是。6未經許可，不得對電腦進行軟件及硬件的更改操作。7實驗結束后，實驗記錄交指導教師查看并認為無誤后，方可關掉電腦離開。8愛護公物，發生儀器設備等損壞事故時，應及時報告指導教師，按有關實驗管理規定處理。9自覺遵守學校和實驗室管理的其它有關規定。四、實驗總結每次實驗后，應對實驗進行總結，即實驗數據進行整理，繪制波形和圖表，分析實驗現象，撰寫實驗報告。實驗報告除寫明實驗名稱、日期、實驗者姓名、同組實驗者姓名外，還包括：1實驗目的；2實驗內容3實驗流程圖；4程序命令清單；5運行結果；6實驗

4、的收獲與體會；7回答每項實驗的有關問答題。目錄實驗一matlab集成環境使用與運算基礎5.實驗二matlab矩陣分析與處理9.實驗三選擇結構程序設計1.3實驗四循環結構程序設計錯.誤！未定義書簽。實驗五函數文件1.8.實驗六matlab高層繪圖操作2.1實驗七matlab數據處理與多項式計算2.7實驗八菜單與對話框設計3.0實驗一matlab集成環境使用與運算基礎一、實驗目的1，熟悉啟動和退出matlab的方法。2，熟悉matlab命令窗口的組成。3，掌握建立矩陣的方法。4，掌握matlab各種表達式的書寫規則以及常用函數的使用。二、實驗原理1Matlab的啟動matlab系統的啟動有三種常見

5、方法：1）使用Windows開始”菜單。2）運行matlab系統啟動程序matlab.exe。3）利用快捷方式。2Matlab系統的退出要退出matlab系統，也有三種常見方法：1）在matlab主窗口File菜單中選擇Exitmatlab命令。2）在matlab命令窗口輸入Exit或Quit命令。3）單擊matlab主窗口的“關閉”按鈕。3Matlab幫助窗口進入幫助窗口可以通過以下三種方法：1）單擊matlab主窗口工具欄中的help按鈕。2）在命令窗口中輸入helpwin、helpdesk或doc。3）選擇help菜單中的“matlabhelp選項。4Matlab幫助命令1）help命令

6、在matlab命令窗口直接輸入help命令將會顯示當前幫助系統中所包含的所有項目，即搜索路徑中所有的目錄名稱。同樣，可以通過help加函數名來顯示該函數的幫助說明。2）lookfor命令help命令只搜索出那些關鍵字完全匹配的結果，lookfor命令對搜索范圍內的m文件進行關鍵字搜索，條件比較寬松。3）模糊查詢用戶只要輸入命令的前幾個字母，然后按tab鍵，系統就會列出所有以這幾個字母開頭的命令。5賦值語句1）變量=表達式2）表達式6.矩陣的建立1）直接輸入法：將矩陣的元素用方括號括起來，按矩陣行的順序輸入各元素，同一行的各元素之間用空格或逗號分開，不同行的元素之間用分號分開。2）利用m文件建立

7、矩陣3）利用冒號表達式建立一個向量e1:e2:e34）禾U用linspace函數產生行向量linspace（a,b,n）.三、實驗儀器和設備1.計算機四、預習要求1.復習matlab啟動與退出，熟悉matlab運行環境，掌握matlab幫助的使用。2復習matlab中矩陣的建立以及矩陣的加減乘除以及乘方運算的基本原理。五、實驗內容及步驟先求下列表達式的值，然后顯示matlab工作空間的使用情況并保存全部變量(1)Z1=2sin851e2Z仁(2*sin(85*pi/180)”(1+exp(2);結果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);結果+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：利用冒號表達式生成a向量，求各點函數值時用點乘運算。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蘭tv3提示：用邏輯表達式求分段函數值。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)結果刁234Vi13-112,已知A=34787,B=203i3657一113-27求下列表達式的值:(1)A+6*B和A-B+I（其中I為單位矩陣）(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)求它們的乘積C;3,設有矩陣A和B-12345_f301667891017-69A=1112131415,B=023V16171819209702122232425_i'41311一(2)將矩陣C的右下角3*2子矩陣賦給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)結果F=53D=520397705557

11、8907174,完成下列操作：(1) 求100,999之間能被21整除的數的個數。提示：先利用冒號表達式，再利用find和length函數提示：利用find函數和空矩陣A=100:999;B=rem(A,21);C=length(find(B=0);結果C=43六、實驗報告要求實驗報告應包括實驗目的、實驗內容、流程圖、程序清單、運行結果以及實驗的收獲與體會。實驗二matlab矩陣分析與處理、實驗目的1，掌握生成特殊矩陣的方法；1, 掌握矩陣分析的方法；2, 用矩陣求逆法求解線性方程組。二、實驗原理通用的特殊矩陣常用的產生通用特殊矩陣的函數有：zeros：產生全0矩陣；ones產生全1矩陣eye

12、：產生單位矩陣；rand:產生01間均勻分布的隨機矩陣；randn：產生均值為0,方差為1的標準正態分布的隨機矩陣。1, 矩陣運算1) 矩陣加減運算：假定有兩個矩陣A和B,則可以由A+B和A-B實現矩陣的加減運算。2) 假定有兩個矩陣A和B，若A為mxn矩陣，B為n>p矩陣，則C=A*B為mxp矩陣。3) 如果A矩陣是非奇異方陣，AB等效與A的逆左乘B矩陣，inv(A)*B,而B/A等效于A矩陣的逆右乘B矩陣，也就是B*inv(A).4) 矩陣的乘方。一個矩陣的乘方運算可以表示成AAx，要求A為方陣，x為2, 矩陣點運算在matlab中，有一種特殊的運算，因為其運算苻是在有關算術運算苻前

13、面加點，因此叫點運算。點運算苻有和a。兩個矩陣進行點運算是指它們的對應元素進行相關運算，要求兩矩陣的維參數相同。三、實驗儀器和設備1計算機1臺四、預習要求1 復習特殊矩陣的產生。2 復習矩陣的加減乘除與乘方運算，以及相應的點運算。五、實驗內容及步驟設有分塊矩陣A=|E33R32I,其中E、R、o、S分別為單位矩陣、隨機-O2*3S2*2_矩陣、零矩陣和對角陣，試通過數值計算驗證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結果

14、E=100010001O=000000S:=2003A:=1.0000001.00000001.00000002.0000000003.0000C=1.0000001.00000001.00000004.0000000009.0000B:=1.0000001.00000001.00000004.0000009.00001, 建立一個5>5矩陣，求它的行列式的值、跡、秩和范數A=fix(10*rand(5);H=det(A);Trace=trace(A);Rank=rank(A);Norm=norm(A);A,H,Trace,Rank,Norm結果H=-3.2509e+004Trace=3

15、3Rank=5Norm=25.3208下面是一個線性方程組:1/21/31/41/31/4x11/41/5ix21/51/6X3一0.950.670.52(1) 求方程的解；(2) 將方程右邊向量元素b3改為0.53,再求解，并比較b3的變化和解的相對變化。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);結果x1=1.20000.6000C=1.3533e+0032, 建立A矩陣，試比較sqrtm(A)和sqrt(A)，分析它們的區別。A=

16、1,4,9;16,25,36;49,64,81;B=sqrtm(A);C=sqrt(A);結果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、實驗報告要求實驗報告應包括實驗目的、實驗內容、流程圖、程序清單、運行結果以及實驗的收獲與體會。實驗三MATLAB程序設計、實驗目的1, 掌握建立和執行m文件的方法。2, 掌握利用if語句實現選擇結構的方法。3，掌握利用swi

17、tch語句實現多分支選擇結構的方法。4，掌握try語句的使用。二、實驗原理1，m文件用matlab語言編寫的程序，稱為m文件。M文件根據調用方式的不同分為兩類，命令文件（Scriptfile）和函數文件（Functionfile）。2，程序控制結構1）順序結構2）選擇結構（1）if語句a）單分支if語句b）雙分支if語句c）多分支if語句（2）switch語句（3）try語句3）循環結構（1）for語句（2）while語句（3）break語句與continue語句（4）循環的嵌套三、實驗儀器和設備1.計算機1臺四、預習要求1復習matlab中流程控制語句。2復習matlab函數文件的建立與調用

18、。五、實驗內容及步驟1, 輸入一個百分制成績，要求輸出成績等級A、B、C、D、E。其中90分100分為A,80分89分為B,7079分為C,6069分為D,60分以下為E。要求：（1）分別用if和swtich語句實現；（2）輸入百分制成績后要判斷成績的合理性,對不合理的成績應輸出出錯信息。1.1>x=input（'請輸入一個成績'）;ifx<=100&x>=90disp（'成績等級為：A'）;elseifx<90&x>=80disp（'成績等級為：B'）;elseifx<80&x>

19、=70disp（'成績等級為：C'）;54elseifx>=60&x<70disp（'成績等級為：D'）;elseifx>=0&x<60disp（'不及格'）;elsedisp（'輸入的成績不合理'）end結果請輸入一個成績88成績等級為：B請輸入一個成績55不及格請輸入一個成績100成績等級為：A請輸入一個成績101輸入的成績不合理1.2>x=input（'請輸入一個成績'）;switchfloor（x/10）case9,10case0,1,2,3,4,5disp(&

20、#39;成績等級為：A');case8disp('成績等級為：B');case7disp('成績等級為：C');case6disp('成績等級為：D');disp('不及格');otherwisedisp('輸入的成績不合理')end結果請輸入一個成績52不及格請輸入一個成績78成績等級為：C請輸入一個成績90成績等級為：ATT211112,根據=2222，求二的近似值。當n分別取100,1000,100006122232n2時，結果是多少？2.1利用循環結構forn=100,1000,10000x=1:n

21、;value=sqrt(6*sum(1./x./x);end結果value=3.1321value=3.1406value=3.14152.2利用向量運算forn=100,1000,10000sum=0;forx=1:nsum=sum+1/(x.A2);endvalue=sqrt(6*sum)end結果value=3.1415111,3,根據y=1，求352n-1(1) y<3時的最大n值；(2) 與(1)的n值對應的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結果y=2.9944n=56六、實

22、驗報告要求1. 完成實驗內容中的計算和程序編制；2. 驗證實驗內容中計算和程序所得結果的正確性。實驗四函數文件一、實驗目的1，理解函數文件的概念；2，掌握定義和調用matlab函數的方法。二、實驗原理1，函數文件的定義：函數文件是另一種形式的m文件，每一個函數文件都定義一個函數，事實上，matlab提供的標準函數大部分都是由函數文件定義的。2，函數文件的基本結構函數文件由function語句引導，其基本結構為：Function輸出形參表二函數名（輸入形參表）注釋說明部分函數體語句其中以function開頭的一行為引導行，表示該m文件是一個函數文件。3，函數調用函數文件編制好之歐，就可以調用函數

23、進行計算了，函數調用的一般格式是：輸出實參表=函數名（輸入實參表）三、實驗儀器和設備1. 計算機1臺四、預習要求1復習函數的定義與編寫原則。2復習函數的調用。五、實驗內容及步驟1，一個自然數是素數，且它的數字位置經過任意對換后仍為素數，則稱為絕對素數。例如13是絕對素數。試求所有的兩位絕對素數。要求：定義一個判斷素數的函數文件。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結果liangweisushu=;forn=10:99a=W53(n);ifa>0liangweisushu=liangweisushu,a;endenddisp('所有的兩位絕對素數是：,num2str(liangweisushu)所有的兩位絕對素數是：2,已知f(40)y_f(30)f(20)(1)當f(n)=n10In(n25)時，求y值；(2)當f(n)=1*22*33*4.n*(nJ)時，求y值。functionfn=W551(n)fn=n+10*log(n*n+5);結果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結果y=W552(40)/(W552(30)+W552(20)y=1.7662六、實驗報告要求1. 完成實驗內容中的函數編制2. 驗證實驗結果正確性。實驗五matlab高層繪圖操作一、實驗目的1，掌握繪制二維圖形的常用函數；2，掌握繪制三維圖形的常用函數；3，掌握繪制圖形的輔助操作。二、實驗原理1，二維數據曲線圖(1)繪制單根二維曲線plot(x,y);繪制多根二維曲線plot(x,y)當x是向量，y是有一維與x同維的矩陣

26、時，則繪制多根不同顏色的曲線。當x，y是同維矩陣時，則以x，y對應列元素為橫、縱坐標分別繪制曲線，曲線條數等于矩陣的列數。(2) 含有多個輸入參數的plot函數plot(x1,y1,x2,y2,xn,yn)(4)具有兩個縱坐標標度的圖形plotyy(x1,y1,x2,y2)圖形標注與坐標控制1) title(圖形名稱)；xlabel(x軸說明)2) ylabel(y軸說明)text(x，y圖形說明)3) legend(圖例1,圖例2,)axis(xminxmaxyminymaxzminzmax)2, 圖形窗口的分割subplot(m,n,p)3, 三維曲線plot3(x1,y1,z1,選項1,

27、x2,y2，選項2,xn,yn,zn,選項n)5，三維曲面mesh(x,y,z,c)與surf(x,y,z,c)。一般情況下，x,y,z是維數相同的矩陣。X,y是網格坐標矩陣，z是網格點上的高度矩陣，c用于指定在不同高度下的顏色范圍。6,圖像處理1)imread和imwrite函數這兩個函數分別用于將圖象文件讀入matlab工作空間,以及將圖象數據和色圖數據一起寫入一定格式2)image和imagesc函數這兩個函數用于圖象顯示。為了保證圖象的顯示效果，一般還應使用colormap函數設置圖象色圖。三、實驗儀器和設備1計算機1臺四、預習要求1. 復習二維與三維圖形的繪圖函數。2復習圖形輔助操作

28、。五、實驗內容及步驟3sinx1,設y=0.52cosx，在x=02n區間取101點，繪制函數曲線。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) 在同一坐標系下用不同的顏色和線型繪制三條曲線；(2) 分別用條形圖、階梯圖、桿圖和填充圖繪制三條曲線。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條形圖');subplot(2,2,2);stairs(x,y1);title('y1=xA2階梯圖');subplot(2,2,3);stem(x,y1);title('y1=xA2桿圖');subplot(2,

31、2,4);fill(x,y1,'r');title('y1=xA2填充圖');心的聚形團丁匸產的階榛圖302010y匸K2的桿圖10-551003,已知x、二e2x_0丄“(x+Jl+x2),x.2在5<=x<=5區間繪制函數曲線。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,繪制函數的曲面圖和等高線其中x的21個值均勻分布在-5,5范圍，y的31個值均勻分布在0,10，要求使-22xy_4z二cosxcosye用subplo

32、t（2，1，1）和subplot（2，1,2）將產生的曲面圖和登高圖畫在同一個窗口上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、實驗報告要求1. 完成實驗內容中的圖像的顯示；2. 驗證實驗內容中所顯示圖像的正確性。實驗六MATLAB數值計算一、實驗目的1，掌握數據統計和分析的方法；2，掌握數值插值與曲線擬合的方法；3

33、，掌握多項式計算的常用運算。二、實驗原理1，數據統計處理1) 最大值與最小值(a)求向量的最大值與最小值y=max(X)與y,I=max(X)(b)求矩陣的最大值和最小值max(A)與Y,U=max(A),max(A,dim)2) 求和與求積sum(X),prod(X)sum(A)3) 標準方差與相關系數a)Y=std(A,flag,dim)b)corrcoef(X)2, 數據差值a)一維數據差值Y1=interp1(X,Y,X1,'method')b)二維數據差值Z1=interp2(X,Y,Z,X1,Y1,'method')曲線擬合P,S=polyfit(X

34、,Y,m)3, 多項式計算1) 多項式的加減計算2) 多項式乘法運算Y=conv(P1,P2)3) 多項式除法Q,r=deconv(P1,P2)多項式的導函數p=polyder(P):求多項式P的導函數p=polyder(P,Q):求P.Q的導函數p,q=polyder(P,Q):求P/Q的導函數，導函數的分子存入p,分母存入q5，多項式求值1) 代數多項式求值Y=polyval(P,x)2) 矩陣多項式求值polyvalm6,多項式求根x=roots(P)、實驗儀器和設備1計算機四、預習要求1 .復習matlab多項式數值分析函數。2 .復習matlab曲線擬合與多項式計算函數五、實驗內容及

35、步驟利用matlab提供的rand函數生成30,000個符合均勻分布的隨機數，然后檢驗隨機數的性質：(1) 均值和標準方差；最大元素與最小元素；(2) 大于0.5的隨機數個數占總數額百分比。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, 將100個學生5門功課的成績存入矩陣P中，進行如下處理：(2) 分別求每門課的最高分、最低分及相應學生序號；分別求每門課的平均分和標準方差；(3) 5門課總分的最高分、最低分及相應學生序號；將5門課總分按照從大到小的順序存入zcj中，相應學生序號存入xsxh。提示：上機調試時，為避免輸入學生成績的麻煩，可用取值范圍在45,95之間的隨機矩陣來表示學生成績。P=45+(95-45)*rand()100,5Y,U=max(P)Y1,U1=min(P)(1) mean(P)std(P,0