Matlab第十讲教案

西南科技大学本科生课程备课教案计算机技术在安全工程中的应用——Matlab入门及应用授课教师：徐中慧班级：专业：安全技术及工程第十章MATLAB自定义函数课型：新授课教具：多媒体教学设备，matlab教学软件一、目标与要求通过解说与实例练习，掌握matlab创建函数M文件的方法掌握matlab中全局变量与局部变量的定义与用法通过解说与实例练习，掌握在matlab主函数M文件中创建子函数在实例练习过程中，回顾利用伪码编写简单程序的方法掌握通过创建matlab函数M文件解决生活中的计算问题二、教学重点与难点本堂课教学的重点在于引导学生掌握matlab中函数M文件的创建及应用。本堂课的难点在于理解matlab中函数M文件主函数与子函数的区别及调用，局部变量与全局变量的定义与应用范围的区别。三、教学方法本课程主要通过讲授法、演示法、练习法等相结合的方法来引导学生掌控本堂课的学习内容。1)通过讲授法向学生讲述创建matlab函数M文件的基本方法、全局变量与局部变量的定义及用法等。2)通过运用多媒体设备现场演示matlab创建函数M文件的应用实例。3)在掌握创建matlab函数M文件基本方法的基础上，采用练习法引导学生创建函数M文件解决实际问题。四、教学内容课后习题五（1）拉力测试装置在测试过程中，被测样本受均匀外力的作用产生形变。下图中显示的是一组拉力测试数据。根据以下公式计算应力与形变：00llFAl和＝其中，是产生的应力，单位为lbf/in2(psi);F为施加的外力，单位为lbf;A为样本的截面积，单位为in2；为产生的形变，单位为in/in；l为样本的长度；0l为样本的原始长度。（a）测试样本是直径为0.505in的金属杆，根据直径可以计算出金属杆的截面积，进一步利用所提供的数据计算金属杆的应力和形变。（b）以形变为x轴，应力为y轴，作x-y线图。用黑色实线连接各数据点，并用圆圈标出各实测数据点。（c）添加标题和坐标轴的标注。（d）屈服应力或屈服点是指图形从陡峭的直线变成平滑曲线所对应的点，在屈服点附近测试样本的特性会发生显著变化。在屈服点之前，测试样本发生弹性形变，即当外力消失时，形变也消失，与橡皮筋类似。若继续增大外力作用，则测试样本会发生永久变形，也称塑性变形。在图中对屈服点做出标注。拉力测试数据负载长度负载长度0277502.01016502.00286502.02034002.00493002.04052002.006101002.08068502.008104002.120程序代码：%%定义已知变量F=[16503400520068507750865093001010010400];L=[2.0022.0042.0062.0082.0102.0202.0402.0802.120];L0=2;A=0.505^2*pi/4;%%oneyinli=F./Axinbian=(L-L0)./L0%%twoplot(yinli,xinbian,'-ok')%%threetitle('应力应变变化图'),xlabel('yinli'),ylabel('xinbian')%%fourgtext('屈服点')（2）创建矢量x，范围在0～20之间，步长为/100。矢量y和z分别等于sin()cos()yxxzxx①在x-y坐标系中画出x和y的关系曲线。②在极坐标系中画出x和y的关系曲线。③画出x、y和z的三维曲线，并在图中添加标题和坐标轴标注。④为了产生如下图所示的类似龙卷风的曲线应如何调整plot3中的输入参数，用comet3代替plot3绘制曲线。%%onex=0:pi/100:20*pi;y=x.*sin(x);z=x.*cos(x);plot(x,y)%%twofigure(2)polar(x,y)%%threefigure(3)plot3(x,y,z)xlabel('x'),ylabel('y'),zlabel('z'),title('三维曲线')%%fourfigure(4)plot3(z,y,x)xlabel('z'),ylabel('y'),zlabel('x'),title('三维曲线')figure(5)comet3(z,y,x)（3）创建矢量x和y，数据变化范围从-5到+5，步长为0.5.用函数meshgrid将矢量x和y映射为两上新的二维矩阵X和Y，根据下述公式计算矢量Z：22sin()ZXY①用函数mesh创建Z的三维图。②用函数surf创建Z的三维图。比较单个输入变量和三个输入变量（X，Y，Z）时输入结果的区别。③给输出的曲面图增加渲染阴影效果。④绘制Z的等高线图。⑤绘制Z的曲面图并加上等高线。%%变量定义x=-5:0.5:5;y=-5:0.5:5;[X,Y]=meshgrid(x,y);Z=sin(sqrt(X.^2+Y.^2));%%onemesh(Z)%%twofigure(2)subplot(2,2,1)surf(Z)subplot(2,2,2)surf(X,Y,Z)%%threeshadinginterp%%foursubplot(2,2,3)contour(X,Y,Z)%%fivesubplot(2,2,4)surfc(X,Y,Z)（1）导入课堂内容Matlab是一种基于函数的编程语言。函数就是用户输入参数，返回输出结果的程序。Matlab的有内置函数和自定义函数。内置函数主要包括三角函数、对数函数、统计分析函数等。Eg:三角函数sin、cos、asin、acos等Eg:sin(pi/2)ans=1sin(90)ans=0.8940由以上两段小程序可以看出matlab内置的三角函数sin的输入参数形式只能是弧度，若输入角度则会显示错误的输出结果。在matlab软件的低版本内里没有自带输入参数为角度形式的内置正弦函数。我们可以通过编写matlab自定义函数即创建函数M文件来实现这一功能。（2）函数M文件创建的语法自定义函数和matlab自定义函数的内置函数一样，具有相同的结构。函数中必须包括函数名、输入参数和输出结果三项。自定义函数在M文件中编写代码。第一行是函数的定义行，它应包括：引导词function输出变量函数名称输入变量一个函数的定义如下：functionoutput=my_function(input)Matlab中函数的命名应遵循如下规则：函数名必须以字母开头可以包括字母、数字和下划线不能使用预留的名称长度没有限制，但是最好不要太长由此我们可以创建函数M文件来解决前一部分的遗留问题：functionoutput=sin_degree(x)output=sin(pi.*x./180);（3）多输入多输出函数自定义函数也可以有多个输入参数和输出结果。一个函数的定义如下：function[a，b，c，……]=my_function(x，y，z，……)Eg:余项函数rem(x，y)就是一个多输入函数。余项函数就是求除法运算中余数的函数，需要输入除数和被除数两个选项。（4）全局变量与局部变量全局变量是整个程序的变量。在命令窗口或脚本M文件中定义的变量都是全局变量。函数的M文件中所有变量都称为局部变量。在命令窗口或脚本M文件中不能访问自定义函数定义的变量。同理自定义函数中也不能访问工作区定义的变量。也就是说函数必须是自包含的，即：程序中的信息仅能通过输入变量传递给函数，函数中的信息仅能通过输出变量传递给程序。（5）查看M文件代码Matlab中提供了两种函数类型。一种是内置函数，其程序代码是看不见的。另一种是M文件函数，它存储在程序提供的工具箱中，使用type命令可以查看M文件代码。函数sphere是Matlab中的实体模型函数，可以产生一个三维球体，查看其程序代码，输入typesphere或type（‘sphere’）（6）应用实例①例题：个人住房公积金贷款买房，还款额及利息计算个人买房申请住房公积金贷款，还款形式选择等额本金还款。5年以上贷款年利率为4.5%，贷款本金为10万元，还款期限为10年。编写函数M文件计算每月还款额、总还款额和总利息，并将每月还款额输出到一个txt文件中等额本金还款计算公式：每月还款金额=（贷款本金/还款月数）+（本金—已归还本金累计额）×每月利率输入：贷款本金，贷款利率，贷款期限输出：每月还款额，总还款额，总利息②流程图和伪码通常在编写程序之前，要先画出程序的流程图或编写伪码，对程序进行设计。流程图就是以图形化的方法表现编程思路，伪码是用文字的形式对程序算法进行描述。在编写程序时，可以任意选择其中一种或两种方法对程序进行设计。在编写简单程序中，最好使用伪码的方法：用句子描述程序实现的步骤将步骤转换成程序中的注释信息在注释行之间国入恰当的matlab程序代码③程序实现的步骤定义函数M文件计算每月应还本金额计算每月的剩余本金计算每月还款额计算总还款额计算总利息输出计算结果到已经定义的txt文件中④将程序步骤转换为伪码%definefunctionalM-file%calculatemonthlyprincipalforpayment%calculatemonthlysurplusprincipal%calculatemonthlypayment%calculatethetotalpayment%calculatethetotalinterest%outputcalculatedresults⑤matlab程序代码%definefunctionalM-filefunction[ZHK,ZLX]=DEBJHK(BJ,DK_interestrate,DK_duration)%calculatemonthlyprincipalforpaymentBJ_permonth=BJ./DK_duration;%calculatemonthlysurplusprincipalx=1:DK_duration;surplus_BJ=BJ-BJ_permonth.*x;%calculatemonthlypaymentMYHK=BJ_permonth+surplus_BJ.*DK_interestrate/12;%calculatethetotalpaymentZHK=sum(MYHK);%calculatethetotalinterestZLX=ZHK-BJ;%outputcalculatedresultsy=fopen('result.txt','wt');fprintf(y,'Zonghuankuaner:%8.3fyuan\n',ZHK);fprintf(y,'Zonglixi:%8.3fyuan\n',ZLX);fprintf(y,'Di%2.0fgeyuehuankuanerwei:%8.3fyuan\n',[x;MYHK]);注：格式化输出函数fprintf的用法Eg:cows=2:5;fprintf('Thereare%5.2fcowsinthepasture\n',cows)Thereare2.00cowsinthepastureThereare3.00cowsinthepastureThereare4.00cowsinthepastureThereare5.00cowsinthepasture上述代码中，函数fprintf的第一个参数包含一个占位符（%）。占位符不但指定了输出的格式，还表明了变量输出的位置。程序代码中的%5.2f表明变量cows输出的格式。f表示用定点数格式显示。在使用函数fprintf时，初学者常犯的错误是忘记在占位符后输入类型域标识，如f，这样函数将不会正常工作，而且还不会给出错误提示。类型域还有其它显示格式：使用可选项widthfield和precisionfield可以控制数据输出宽度和精度。Widthfield必须是正的十进制整数，用于控制字符显示的最小宽度。Precisionfield必须以点（.）开始，用于确定指数或定点数中小数点后的数字位数。例如：上例中%5.2