MATLAB实验指导书

1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1．MATLAB的启动MATLAB系统的启动有三种常见方法：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。2．MATLAB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。3．MATLAB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。4．MATLAB帮助命令1）help命令在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26．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文件建立矩阵3）利用冒号表达式建立一个向量e1:e2:e34)利用linspace函数产生行向量linspace(a,b,n).三、实验仪器和设备1．计算机1台。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1．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）0122sin851ze（2）222121(1),0.4552izInxxx其中2．已知1234413134787,2033657327AB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）A^3和A.^3（4）A/B及B\A（5）[A,B]和[A（[1，3]，：）；B^2]3．设有矩阵A和B1234530166789101769A,111213141502341617181920970212223242541311B（1）求它们的乘积C；（2）将矩阵C的右下角3*2子矩阵赋给D；（3）察看MATLAB工作空间的使用情况。3六、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。4实验二MATLAB矩阵分析与处理一、实验目的1．掌握生成特殊矩阵的方法；2．掌握矩阵分析的方法；3．用矩阵求逆法求解线性方程组。二、实验原理1．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：产生单位矩阵；rand：产生0－1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。2．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m×n矩阵，B为n×p矩阵，则C=A*B为m×p矩阵。3）如果A矩阵是非奇异方阵，A\B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A^x，要求A为方阵，x为标量。3．矩阵点运算在MATLAB中，有一种特殊的运算，因为其运算符是在有关算术运算符前面加点，因此叫点运算。点运算苻有.*，./，.\和.^。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1．熟悉MATLAB的运行环境，写出完成下列操作的命令：（1）建立3阶单位矩阵A；（2）建立5*6随机矩阵A，其元素为[100,200]范围内的随机整数；（3）产生均值为1，方差为0.2的500个正态分布的随机数；（4）产生和A同样大小的么矩阵；（5）将矩阵A的对角线元素加30；5（6）从矩阵A提取对角线元素，并以这些元素构成对角阵B。2．完成以下各题，将步骤命令写入实验报告，并在机器上运行结果验证。（1）用左除运算符求解方程组1421554832wuwvuvu，并以向量的方式表达结果。（2）用左除运算符求解方程组100010001100110011X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。6实验三MATLAB数据可视化一、实验目的掌握MATLAB二维、三维图形绘制，掌握图形属性的设置和图形修饰；掌握图像文件的读取和显示。二、实验内容(1)二维图形绘制。(2)三维曲线和三维曲面绘制。三、实验原理MATLAB是一个专门的数学软件，特别是对矩阵进行操作，可以方便快捷的进行矩阵运算，从而简化了人们的脑力，同时能更加准确地计算结果。四、内容和步骤（说明：绘图题需在报告中粘贴图形结果。）1．绘制二维曲线（必做）查阅stem绘图指令，利用stem绘制复指数序列(0.10.3)()jnxne（其中-10n10）的相关图形，要求：（1）把窗口分成2行2列。（2）左上窗口绘制复指数序列的实部波形，窗口右上角绘制复指数序列的虚部波形，左下角绘制复指数序列的幅度波形，右下角绘制窗口的相位波形。要求每个子图标注标题，X,Y轴说明。要求显示网格。2．绘制多条曲线（必做）在同一图形窗口绘制。利用plot绘图指令绘图命令。（1）在窗口上部绘制正弦信号()sin(0.5)4xtt，t∈[0,4π]。要求曲线为黑色实线。（2）使用holdon命令在同一窗口重叠绘制信号()()0.5tgtxt，t∈[0,4π]。要求曲线线型为红色点划线。（3）X轴标注“时间t’,y轴标注’x(t)/g(t)”，标题为“正弦/指数序列”。（4）使用legend命令在图的右上角标注两条曲线的图例。（5）使用gtext交互式图形命令，分别标注曲线x(t)和y(t)。3．使用subplot在同一图形窗口绘制如下曲线：1）y=x-x3/3,-6≤x≤6;2)y=t2/212xe,-6≤x≤6;3)x2+2y2=64,-8≤x≤8；4)sincos'xttytt-2π≤x≤2π。4．在同一坐标轴内使用plot函数绘制曲线1）y=2x-0.5，-1≤x≤1;2)cossin3sinsin3xttytt0≤t≤π，并使用ledgend进行标注。75．绘制三维曲线（必做）1.绘制曲线22xyzxe的网线图。D:-2x2，-2y2D，显示要求去掉坐标轴，显示色图、2设计动画程序，改变上图的观测角度，实现上图视角绕z轴的360度的连续观测。（自学动画同学选做）6．试在矩形区域[10,10]x，[10,10]y上分别绘制函数22zxy与2222sinxyyxy对应的三维网格表面图和三维曲面图。五、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。8实验四MATLAB程序设计一、实验目的1、掌握交互式操作命令，input、menu、pause、disp、subplot、holdon；2、了解文件输入输出命令及函数，imread、imwrite、auread、wavread；3、掌握建立和执行M文件的方法；4、掌握定义和调用MATLAB函数文件的方法，以及function命令的使用；5、了解MATLAB基本的变量类型；6、了解MATLAB程序调试的基本方法；7、掌握利用if语句，switch语句实现选择结构的方法。8、掌握利用while语句、for语句实现循环结构的方法。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if语句a)单分支if语句b)双分支if语句c)多分支if语句switch语句try语句3）循环结构for语句while语句break语句与continue语句循环的嵌套3．函数文件function输出形参表＝函数名（输入形参表）注释说明部分函数体语句三、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。9五、实验内容及步骤1．分别用if和switch语句实现以下计算，a,b,c,x的值从键盘输入：2,0.51.5sin(),1.53.5log(/),3.55.5axbxcxyabcxxbcxx2．产生20个两位随机整数，输出其中小于平均值的偶数。3．输入20个数，求其中最大数和最小数，要求分别用循环结构和MATLAB的max和min函数来实现。4．编写一个函数文件，求小于任意自然数n的Fibnacci数列各项，Fibnacci数列定义如下：221,,1,12121nnnfffffnnn5．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，70分~79分为C，60分~69分为D。60分以下为E。6．假设)6sin()(5.0xexfx，采用for循环语句求dxxfs)(30提示：每一个小曲边梯形的面积和为定积分的值，步长h=(3*pi-0)/1000。7．计算thedayofyear。thedayofyear是指这一年已经逝去的天数（包括当天）。在平年中，它的取值范围为1到365天，在闰年中，它的取值范围1到366。编写一个MATLAB程序，输入年，月，日输入为对应的thedayofyear。六、实验报告要求1．完成实验内容中的计算；2．验证实验内容中计算所得结果的正确性。10实验五：线性方程组的求解一、实验目的1．掌握恰定方程组的解法。2．了解欠定方程组、超定方程组的解法。3．掌握左除法求解线性方程组。4．学会测试程序的运行时间。二、实验内容1．用两种方法求下列方程组的解，并比较两种方法执行的时间。1234512345123451234512345714925100315136420011925730057141624002512114500xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx2．判定下列方程是恰定方程组、欠定方程组还是超定方程组，并求其解。12345123451234512345691411568147156294271244161111913103xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx3．如图所示电路，一直R1=2Ω，R2=4Ω，R3=12Ω，R4=4Ω，R5=12Ω，R6=4Ω，R7=2Ω。（1）如us=10V，求i3，u4，u7；（2）如已知