matlab實驗指導(dǎo)書-電信

1、實驗一 MATLAB運算基礎(chǔ)及矩陣分析與處理一 實驗?zāi)康?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(guī)則以及常用函數(shù)的使用。5. 掌握生成特殊矩陣的方法。6. 掌握矩陣分析的方法。7. 用矩陣求逆解線性方程組。二 實驗儀器和設(shè)備裝有MATLAB6.0以上計算機一臺三 實驗原理MATLAB 是以復(fù)雜矩陣作為基本編程單元的一種程序設(shè)計語言。它提供了各種矩陣的運算與操作，并有較強的繪圖功能。1.1 基本規(guī)則1.1.1 一般MATLAB命令格式為 輸出參數(shù)1，輸出參數(shù)2，=（命令名）（輸入?yún)?shù)1，輸入?yún)?shù)2，） 輸出參數(shù)

2、用方括號，輸入?yún)?shù)用圓括號如果輸出參數(shù)只有一個可不使用 括號。 1.1.2 %后面的任意內(nèi)容都將被忽略，而不作為命令執(zhí)行，一般用于為代碼加注釋。1.1.3 可用、鍵來重現(xiàn)已輸入的數(shù)據(jù)或命令。用、鍵來移動光標進行修改。1.1.4 所有MATLAB命令都用小寫字母。大寫字母和小寫字母分別表示不同的變量。1.1.5 常用預(yù)定義變量，如pi 、Inf、NaN、ans1.1.6 矩陣的輸入要一行一行的進行，每行各元素用空格或“，”分開，每行用“；”分開。如 MATLAB書寫格式為A=1 2 3 ；4 5 6 ；7 8 9 在MATLABZ中運行如下程序可得到A矩陣 a=1 2 3;4 5 6;7 8 9

3、 a = 1 2 3 4 5 6 7 8 91.1.7 需要顯示命令的計算結(jié)果時，則語句后面不加“；”號，否則要加“；”號。 運行下面兩種格式可以看出它們的區(qū)別：a=1 2 3;4 5 6;7 8 9 a=1 2 3;4 5 6;7 8 9;a= 1 2 3 不顯示結(jié)果 4 5 6 7 8 91.1.8 當輸入語句過長需要換行時，應(yīng)加上“”后再回車，則可續(xù)行輸入。1.2 文件管理常用命令1.2.1 幫助（HELP）命令 MATLAB有很多命令，因此很不容易記憶。使用HELP命令可以得到有關(guān)命令的屏幕幫助信息。如 在MATLAB環(huán)境下直接運行HELP命令就會在屏幕上給出MATLAB的基本命令以及

4、相關(guān)的工具箱軟件命令（請自行驗證）。 而下面的格式可以得到指定命令的幫助信息，和詳細說明。 help 命令名 1.2.2 save 命令該命令存儲定義的變量或演算結(jié)果，也可以用來存儲指定的變量。 命令格式為 save 文件名 變量名表 -append -ascii 1.2.3 what 命令 該命令可以在當目錄下顯示MATLAB文件和MAT數(shù)據(jù)文件1.2.4 dir 命令 顯示當前目錄下的所有文件.1.2.5 clear命令 如果輸入 calear a b c ，則表示清除工作空間中指定變量a,b,c；如果僅僅輸入calear命令，則清除整個工作空間。 1.3 矩陣運算 MATLAB具有強大的

5、矩陣運算功能,這里我們只作簡單介紹.1.3.1 在MATLAB中表示一個矢量要用方括號， 而列矢量的輸入只需在行矢量輸入格式基礎(chǔ)上加轉(zhuǎn)置符“”即可。 如 x=1 2 3;4 5 6 x = 1 2 3 4 5 6 而 x=1 2 3;4 5 6' (加轉(zhuǎn)置符) x = 1 4 2 5 3 61.3.2 下面三條命令可以產(chǎn)生一個行矢量1 a=linspace(x,y,n) 2 a=x:n:y第一條命令可以在線性空間產(chǎn)生一個值在x至y之間間隔點數(shù)為n的行矢量(一組數(shù)據(jù))。其行矢量的起始值是x, 終值為y, 點數(shù)為n。第二條命令可以在對數(shù)空間產(chǎn)生一個值在10x至 10y之間等間隔的行矢量(一

6、組數(shù)據(jù))。第三條命令產(chǎn)生x至y步長為n的行矢量。但是, 三個命令之間存在差別，下面的例子可以說明這一點。 例1 x=logspace(0,5,6) x = 1 10 100 1000 10000 100000 例2 x=linspace(0,10,11) x = 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 例3 x=0:1:10 x = 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 通過上面三個例子可以看出例一, 例二中n代表選取的點數(shù)。而在例三 中n則表示步長. 注意它們的區(qū)別。1.3.3 矩陣的加, 減, 乘, 除等, 和其它語言書寫一樣。 但要注意的是在運算 符前面加有“.”則表示是數(shù)

7、組運算，為對應(yīng)元素的相應(yīng)操作。 例4 請注意下面的不同情況. a=1 2;3 4; b=2 2;2 2;c=a*b c=a.*b c = c = 6 6 2 4 14 14 6 8 c=a/b c=a./b c = c = 1.0e+015 * 0.5000 1.0000 -2.2518 2.2518 1.5000 2.0000 -2.2518 2.25181.4 常見數(shù)學(xué)函數(shù)函 數(shù) 名數(shù) 學(xué) 計 算 功 能函 數(shù) 名數(shù) 學(xué) 計 算 功 能abs（x）實數(shù)的絕對值或復(fù)數(shù)的幅值floor（x）對x朝-方向取整acos（x）反余弦arcsingcd（m，n）求正整數(shù)m和n的最大公約數(shù)acosh（x

8、）反雙曲余弦arccoshimag（x）求復(fù)數(shù)x的虛部angle（x）在四象限內(nèi)求復(fù)數(shù) x 的相角lcm（m，n）求正整數(shù)m和n的最小公倍數(shù)asin（x）反正弦arcsinlog（x）自然對數(shù)（以為底數(shù)）asinh（x）反雙曲正弦arcsinhlog10（x）常用對數(shù)（以10為底數(shù)）atan（x）反正切arctanreal（x）求復(fù)數(shù)x的實部atan2（x,y）在四象限內(nèi)求反正切rem（m，n）求正整數(shù)m和n的m/n之余數(shù)atanh（x）反雙曲正切arctanhround（x）對x四舍五入到最接近的整數(shù)ceil（x）對x朝+方向取整sign（x）符號函數(shù)：求出x的符號conj（x）求復(fù)數(shù)x的共

9、軛復(fù)數(shù)sin（x）正弦sincos（x）余弦cossinh（x）反雙曲正弦sinhcosh（x）雙曲余弦coshsqrt（x）求實數(shù)x的平方根：exp（x）指數(shù)函數(shù) tan（x）正切tanfix（x）對x朝原點方向取整tanh（x）雙曲正切tanh例5：輸入 x=-4.85 -2.3 -0.2 1.3 4.56 6.75，則： ceil(x)= -4 -2 0 2 5 7 fix(x) = -4 -2 0 1 4 6 floor(x) = -5 -3 -1 1 4 6 round(x) = -5 -2 0 1 5 71.5 關(guān)系及邏輯運算 1.5.1 關(guān)系運算允許常量(或矩陣中的元素與元素)

10、之間的比較. 如果比較結(jié)果為真,則答案為1, 否則為0. 常用的關(guān)系運算符如下:< 小于 , > 大于 , = 等于 <= 小于等于, >= 大于等于, = 不等于對于復(fù)數(shù)”=” 和”=” 既比較實部也比較虛部, 而其它運算僅比較實部。例6 比較 a=5:1:15 與 b=1 2 8 8 7 10 12 11 13 14 15 中的對應(yīng)元素 是否相同,則運行下面程序a=5:1:15;b=1 2 8 8 7 10 12 11 13 14 15;y=a= =b y = 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1.5.2 MATLAB有三個邏輯運算符. & 邏輯與

11、 | 邏輯或 邏輯非在矩陣運算中,以上命令是將兩個矩陣中的對應(yīng)元素進行運算, 得到的結(jié) 果是具有同樣元素的矩陣。例7 分別對下面兩個矩陣進行邏輯運算. X=0 1;1 0; Y=0 0;1 0; X&Y ans = 0 0 1 0 X|Y ans = 0 1 1 0 X ans = 1 0 0 1 MATLAB在進行混合運算時, 其順序為: 算術(shù)運算 關(guān)系比較 邏輯運算例8 計算 x&y+x>y 時, 程序首先執(zhí)行x+y運算, 然后將相加結(jié)果與y比較, 最后將比較結(jié)果和x作與運算，運行結(jié)果如下。 x=0 1;1 0; y=0 0;1 0; x&y+x>y a

12、ns = 0 1 1 0四 實驗內(nèi)容和步驟熟悉MATLAB語言編程環(huán)境。在這一環(huán)境中，系統(tǒng)提供了許多編寫，調(diào)試和執(zhí)行MATLAB程序的便利工具。熟悉變量、MATLAB基本數(shù)學(xué)函數(shù)使用，矩陣操作練習(xí)，主要包括矩陣的建立，算數(shù)運算，邏輯運算和關(guān)系運算。1、 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）（2），其中（3）2，已知，求下列表達式的值：（1） A+6*B和AB+I(其中I為單位矩陣)（2） A*B和A.*B（3） A3和A.3（4） A/B和BA（5） A,B和A(1,3,:);B23,設(shè)有矩陣A和B， ，（1）求它們的乘積C。（2）將矩陣C的右下角3

13、×2子矩陣賦給D。（3）查看MATLAB工作空間的使用情況。4. 求100,999之間能被21整除的數(shù)的個數(shù)。提示：先利用冒號表達式，再利用find和length函數(shù)。5.下面是一個線性方程組：1/2 1/3 1/4;1/3 1/4 1/5;1/4 1/5 1/6x1 x2 x3=0.95 0.67 0.52。（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' >> x=inv(A

14、)*b x = 1.2000 0.6000 0.6000 >> b2=0.95 0.67 0.53' >> x2=inv(A)*b2 x2 = 3.0000 -6.6000 6.6000五 寫出實驗總結(jié)報告實驗二 選擇結(jié)構(gòu)程序設(shè)計一、實驗?zāi)康?. 掌握建立和執(zhí)行M文件的方法。2. 掌握利用if語句實現(xiàn)選擇結(jié)構(gòu)的方法。3. 掌握利用switch語句實現(xiàn)多分支選擇結(jié)構(gòu)的方法。二、實驗環(huán)境1計算機 2裝有MATLAB6.0以上計算機一臺三 實驗原理1) if-else-then語句if-else-then語句的常使用三種形式為：(1) if 邏輯表達式 (3) if

15、邏輯表達式1 語句體 語句體1end elseif 邏輯表達式2 語句體2(2) if 邏輯表達式1 elseif 邏輯表達式3 語句體1 else else 語句體2 語句體nend end 2) switch 分支語句：switch 表達式（標量或字符串） case 值1 語句體1 case 值2 語句體2 otherwise 語句體nend說明：當表達式不是“case”所列值時，執(zhí)行otherwise語句體。四 、實驗內(nèi)容1. 求下列分段函數(shù)的值。 要求：用if語句實現(xiàn)，分別輸出x= -5.0, -3.0, 1.0, 2.0, 2.5, 3.0, 5.0 時的y值。 提示：x的值從鍵盤輸

16、入，可以是向量。2. 輸入一個百分制成績，要求輸出成績等級A,B,C,D,E 。其中90100分為A，8089分為B，7079分為C，6069分為D，60分以下為E。要求：分別用if語句和switch語句實現(xiàn)。3. 硅谷公司員工的工資計算方法如下： （1） 工作時數(shù)超過120小時者，超過部分加發(fā)15%。 （2） 工作時數(shù)低于60小時者，扣發(fā)700元。 （3） 其余按每小時84元計發(fā)。 試編程按輸入的工號和該號員工的工時數(shù)，計算應(yīng)發(fā)工資。五 寫出實驗總結(jié)報告實驗三 循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計一、實驗?zāi)康?. 掌握利用for語句實現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)的方法。2. 掌握利用while語句實現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)的方法。3. 熟悉利

17、用向量運算來代替循環(huán)操作的方法。二、實驗環(huán)境1計算機 2裝有MATLAB6.0以上計算機一臺三 實驗原理1). 無條件循環(huán)當需要無條件重復(fù)執(zhí)行某些命令時，可以使用for循環(huán)：for 循環(huán)變量t=表達式1 : 達式2 : 表達式3 語句體end說明：表達式1為循環(huán)初值，表達式2為步長，表達式3為循環(huán)終值；當表達式2省略時則默認步長為1；for語句允許嵌套。例1： 例2：矩陣輸入程序生成3×4階的Hiltber矩陣。 m=input(矩陣行數(shù)：m=); for i=1 : 3 n= input(矩陣列數(shù)：n=); for j=1 : 4 for i=1:m H（i，j）=1/（i+j-1

18、）； for j=1:n end disp(輸入第,num2str(i),行，第,num2str(j),end 列元素) A(i, j) = input ( ) end end 2) while循環(huán)語句while循環(huán)的一般使用形式為：while 表達式 語句體end例3：用迭代法計算多項式方程= 0的一個實根。 解：x0=3;r=1;n=0;while r > 1e-5 x1=x0; x0=3+5/x1.2; r=abs(x0-x1); n=n+1;end,x0,n運行結(jié)果為：x0 = 3.4260n = 9四 實驗內(nèi)容和步驟（一）驗證例題中的操作。（二）完成以下各題，將答案寫入實驗報告

19、，并在機器上運行結(jié)果驗證。1編寫程序，計算1+3+5+7+(2n+1)的值（用input語句輸入n 值）。2.根據(jù)，求的近似值。當n分別取100、1 000、10 000時，結(jié)果是多少？要求：分別用循環(huán)結(jié)構(gòu)和向量運算（使用sum函數(shù)）來實現(xiàn)。3.根據(jù). ，求：（1）y<3時的最大n值。（2）于（1）的n值對應(yīng)的y值。五 寫出實驗總結(jié)報告實驗四 函數(shù)與文件一、實驗?zāi)康?. 掌握文件的建立、打開與關(guān)閉和文件的讀寫操作2. 掌握定義和調(diào)用MATLAB函數(shù)的方法。3. 掌握MATLAB文件的基本操作。二、實驗環(huán)境1計算機 2裝有MATLAB6.0以上計算機一臺三 實驗原理1. 建立M文件將多個可

20、執(zhí)行的系統(tǒng)命令，用文本編輯器編輯后并存放在后綴為 .m 的文件中，若在MATLAB命令窗口中輸入該m-文件的文件名（不跟后綴.m!），即可依次執(zhí)行該文件中的多個命令。這個后綴為.m的文件，也稱為Matlab的腳本文件(Script File)。注意：文件存放路徑必須在Matlab能搜索的范圍內(nèi)。2. 建立函數(shù)文件對于一些特殊用戶函數(shù)，系統(tǒng)提供了一個用于創(chuàng)建用戶函數(shù)的命令function，以備用戶隨時調(diào)用。1格式：function 輸出變量列表=fun_name(輸入變量列表) 用戶自定義的函數(shù)體2函數(shù)文件名為：fun_name，注意：保存時文件名與函數(shù)名最好相同；3存儲路徑：最好在系統(tǒng)的搜索路

21、徑上。4. 調(diào)用方法：輸出參量=fun_name (輸入變量)例：計算s = n!，在文本編輯器中輸入：function s=pp(n);s=1;for i=1:n s=s*i;ends;在MATLAB命令窗口中輸入：s=pp(5) 結(jié)果為: s = 120四 實驗內(nèi)容和步驟1. 定義一個函數(shù)文件，求給定復(fù)數(shù)的指數(shù)、對數(shù)、正弦和余弦，并在命令文件中調(diào)用該函數(shù)文件。2、一個物理系統(tǒng)可用下列方程組來表示：從鍵盤輸入m1、m2和的值，求a1、a2、N1、N2的值。其中g(shù)取 9.8,輸入時以角度為單位。要求：定義一個求解線性方程組AX=B的函數(shù)文件，然后在命令文件中調(diào)用該函數(shù)文件。3、設(shè)，編寫一個MA

22、TLAB函數(shù)文件fx.m,使得調(diào)用f(x)時，x可用矩陣代入，得出的f(x)為同階矩陣。五 寫出實驗總結(jié)報告實驗五 MATLAB圖形系統(tǒng)一 實驗?zāi)康膶W(xué)會用MATLAB語言繪圖二 實驗儀器和設(shè)備裝有MATLAB6.0以上計算機一臺三 實驗原理 1、 plot 該命令在線性坐標系下繪制y對應(yīng)于x的軌跡。若其中之一為矩陣則該命令將對應(yīng)于矩陣的行或者列繪制一簇曲線。該命令也可以在同一坐標軸下繪制多條曲線。例1 運行程序 t=0:1:10; x1=t; plot(x1)可在圖形窗口得到下面圖形: 例2 x=0:0.5:7; y=sin(x); y1=2*x; y2=3*x; plot(y,x,y1,x,

23、y2,x)從上面的例子可以看出, 如果要在同一坐標軸下繪制多條曲線, 可用如下格式： plot(x1,y1,x2,y2.xn,yn) % 對應(yīng)于不同矢量時 其中x1,y1.xn,yn是對應(yīng)的關(guān)系。2、 log log 在兩個對數(shù)（標準對數(shù)）坐標間繪制圖形。 3、 semilogx 或semilogy 在x軸或y軸為對數(shù)坐標, 而另一軸為線性軸的空間繪制圖形。4、polar 在極坐標空間繪制圖形。5、 grid 在圖形中加?xùn)鸥瘛?、 subplot (r,c,p) 該命令將屏幕分成r*c個窗口,p表示在第幾個窗口. 同時繪制多個圖形窗口時,繪圖語句間應(yīng)用逗號分開。 例3 下面的程序產(chǎn)生四個窗口,

24、且分別繪制相應(yīng)圖形. t=0:0.01:2*pi; y=sin(t); x=cos(t); subplot(221),plot(t,y),grid,subplot(222),plot(t,x),grid,subplot(223),polar(t,y),subplot(224),polar(t,x)從上面的程序可以看出,subplot語句中的r,c,p可以不用逗號分開。 上面程序執(zhí)行后得到如下圖形：7、 gtext 該命令用于鼠標定位的文字注釋. 執(zhí)行完繪圖命令后再執(zhí)行g(shù)text(說明文字) 命令, 就可在屏幕上得到一個光標, 然后,用鼠標選擇說明文字的位置。例4 t=0:1:10; x1=2*

25、t; x2=0.5*t; plot(x1,t,x2,t); gtext('x=2t'); gtext('x=0.5t') 8、 如果需要同時在不同窗口繪制圖形, 可用figure語句來完成。 例5 t=0:1:10; x1=2*t; x2=3*t; figure,plot(x1),figure,plot(x2) 9、有關(guān)繪圖方面的還有： ² Title 給當前圖像加標題。² xlabel 或 ylabel 給x或y軸加標注。² text 在當前圖像上指定位置加注釋。 等。10、在同一座標系中繪制多個曲線時, 曲線的顏色可以自動確定，

26、也可以自己選擇。其使用格式如下:plot(x1,y1,選項1,x2,y2,選項2,xn,yn,選項n)b藍色m紫紅色c青色r紅色g綠色w白色k黑色y黃色-實線（默認）:點連線-.點畫線-虛線.點s正方形+十字號d菱形o圓圈h六角形*星號p五角星x叉號>右三角11、三維圖形繪制函數(shù)plot3函數(shù)與plot函數(shù)的用法類似。還可以用mesh函數(shù)繪制三維網(wǎng)格圖；用surf函數(shù)繪制三維曲面圖。MATLAB提供了豐富的三維繪圖函數(shù)，可以通過help命令查看。 例6 繪制三維曲線：t=0:pi/100:20*pi;x=sin(t) y=cos(t);z=t.*sin(t).*cos(t);p

27、lot3(x,y,z) title(line in 3-D space) xlabel(X) ;ylabel(Y);zlabel(z);grid on運行結(jié)果如下：四 實驗內(nèi)容和步驟1.設(shè)y=,在x=2區(qū)間取101點,繪制函數(shù)的曲線.2.已知,完成下列操作：（1）在同一坐標系下用不同的顏色和線性繪制三條曲線。（2）以子圖形式繪制三條曲線。（3）分別用條形圖、階梯圖、桿圖和填充圖繪制三條曲線。3已知在-5區(qū)間繪制函數(shù)曲線。4.繪制曲面圖形，并進行插值著色處理。 五 寫出實驗總結(jié)報告實驗六 SIMULINK基本操作一 實驗?zāi)康膶W(xué)會SIMULINK仿真基本操作二 實驗儀器和設(shè)備裝

28、有MATLAB6.0以上計算機一臺三 實驗原理1. 在MATLAB命令窗口中輸入simulink 結(jié)果是在桌面上出現(xiàn)一個稱為Simulink Library Browser的窗口，在這個窗口中列出了按功能分類的各種模塊的名稱。 也可以通過MATLAB主窗口的快捷按鈕來打開Simulink Library Browser窗口。2. SIMILINK模塊庫按功能進行分為以下8類子庫：Ø Continuous（連續(xù)模塊）Ø Discrete（離散模塊）Ø Function&Tables（函數(shù)和平臺模塊）Ø Math（數(shù)學(xué)模塊）Ø Nonlinear（非線性模塊）Ø Signals&Systems（信號和系統(tǒng)模塊）Ø Sinks（接收器模塊）Ø Sources（輸入源模塊）3. 簡單模型的建立（1）建立模型窗口（2）將功能模塊由模塊庫窗口復(fù)制到模型窗口（3）對模塊進行連接，從而構(gòu)成需要的系統(tǒng)模型4. 功能模塊的基本操作，包括模塊的移動、復(fù)制、刪除、轉(zhuǎn)向、改變大小、模塊命名、顏色設(shè)定、參數(shù)設(shè)定、屬性設(shè)定、模塊輸入輸出信號等。q