武漢理工專業(yè)基礎(chǔ)實踐4報告書

1、武漢理工大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)實踐說明書專業(yè)基礎(chǔ)實踐任務(wù)書學(xué)生姓名 :專業(yè)班級 :電信 140 班指導(dǎo)教師 :肖攸安工作單位 :信息工程學(xué)院題目:專業(yè)基礎(chǔ)實踐第4 套綜合題初始條件 :（1）提供實驗室機房及其Matlab7.2 以上版本軟件；（2） MATLAB教程學(xué)習(xí)。要求完成的主要任務(wù):( 包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求,以及說明書撰寫等具體要求):（1）選擇一本 MATLAB教程，認真學(xué)習(xí)該教程的全部內(nèi)容，包括基本使用方法、數(shù)組運算、矩陣運算、數(shù)學(xué)運算、程序設(shè)計、符號計算、圖形繪制、GUI 設(shè)計等內(nèi)容 ；（2）對該套綜合題的10 道題，進行理論分析，針對具體設(shè)計部分的原理分析、建模、必要的推導(dǎo)和可

2、行性分析，畫出程序設(shè)計框圖，編寫程序代碼 （含注釋），上機調(diào)試運行程序，記錄實驗結(jié)果（含計算結(jié)果和圖表） 。（3）對實驗結(jié)果進行分析和總結(jié)；（4）要求閱讀相關(guān)參考文獻不少于5 篇；（5）根據(jù)課程設(shè)計有關(guān)規(guī)范，按時、獨立完成專業(yè)基礎(chǔ)實踐說明書。時間安排 :（1）布置課程設(shè)計任務(wù) ,查閱資料 ,學(xué)習(xí) MATLAB教程2.5 天；（2）進行編程設(shè)計2 天；（3）完成專業(yè)基礎(chǔ)實踐報告書1 天；（4）答辯0.5 天；指導(dǎo)教師簽名 :年月日系主任 (或責(zé)任教師 )簽名 :年月日1武漢理工大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)實踐說明書目錄摘要11.概述21.1 MATLAB 簡介21.2 任務(wù)內(nèi)容32.題目編程解答42.1 題目

3、142.2 題目 242.3 題目 352.4 題目 462.5 題目 592.6 題目 6102.7 題目 7102.8 題目 8122.9 題目 9122.10 題目 10133.實踐總結(jié)15參考文獻152武漢理工大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)實踐說明書摘要掌握基本信號處理方法以及學(xué)會使用一些工具進行信息的分析運算是電子信息學(xué)生基本的專業(yè)技能。專業(yè)基礎(chǔ)實踐是基于MATLAB 的運用實踐，讓我們熟悉MATLAB 在本專業(yè)中的運用方法。通過完成本次專業(yè)實踐任務(wù)要求，達到掌握MATLAB基本計算方法，熟悉它的編程環(huán)境和編程語言特點，掌握MATLAB 編程運算的基本方法的目的。MATLAB 在數(shù)字信息處理和圖像處理

4、中應(yīng)用廣泛，學(xué)會使用 MATLAB 基本編程運是應(yīng)用該工具進行數(shù)字信息處理以及圖像處理的基礎(chǔ)，故而專業(yè)基礎(chǔ)實踐對我們來說是學(xué)習(xí)MATLAB 的一個重要途徑關(guān)鍵詞 ： MATLAB，信號圖像處理，專業(yè)實踐。1武漢理工大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)實踐說明書1. 概述1.1 MATLAB簡介MATLAB 是美國 MathWorks 公司推出的一套用于科學(xué)計算和圖形處理實的可視化、高性能語言的軟件工具，全稱為矩陣實驗室（ Matrix Laboratory ）。MATLAB 可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號

5、檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。MATLAB 按照功能劃分，其主要組成部分包括：開發(fā)環(huán)境、數(shù)學(xué)函數(shù)庫、編程與數(shù)據(jù)類型、文件I/O 、圖形、三維可視化、創(chuàng)建圖形用戶界面和外部接口等。MATLAB 現(xiàn)今在科學(xué)研究和工程應(yīng)用中發(fā)揮著巨大的作用，受廣大用戶的喜愛。MATLAB 具有區(qū)別于其他應(yīng)用軟件的獨特特點：（1）靈活的數(shù)值與符號計算每個數(shù)值或符號變量都用一個矩陣表示，他有 n×m 個元素，而且矩陣無需定義即可采用，可隨時改變矩陣的尺寸。一般一復(fù)數(shù)矩陣作為基本編程單元，每個元素都看作復(fù)數(shù)，使矩陣操作變得簡單。（2）簡單的語句表達MATLAB 的語句書寫簡單，表達式的書寫如同在稿紙中演算一樣

6、。（3）強大的語句描述MATLAB 語句功能強大，一條語句往往相當(dāng)于其他高級語言中語句的幾十條、幾百條甚至幾千條。（4）簡潔完善的圖形繪制MATLAB 系統(tǒng)本身是一個 Windows 下的具有良好的用戶界面的系統(tǒng)，而且提供了豐富的圖形界面設(shè)計函數(shù)?？筛鶕?jù)輸入數(shù)據(jù)自動確定繪圖坐標(biāo)，能在規(guī)定的多種不同坐標(biāo)系繪圖。不但能繪制二維圖還能繪制三維坐標(biāo)系中的曲線和曲面。（5）豐富的工具箱函數(shù)MATLAB 提供了幾十種面向應(yīng)用問題的工具箱函數(shù)，如信號處理、圖像處理、控制系統(tǒng)、非線性公職設(shè)計、最優(yōu)化、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和小波等，使系統(tǒng)分析設(shè)計變得更加簡便，大大方便了各個領(lǐng)域科研人員的使用。（6）智能化的自動處理在程序調(diào)

7、試中能夠自動的檢測和顯示程序的錯誤，易于檢查調(diào)試。2武漢理工大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)實踐說明書1.2 任務(wù)內(nèi)容第 4 套題目：專業(yè)基礎(chǔ)實踐41.y1= 5cos(0.6) 和 y2= 5cos(0.2) ；23332. 繪制函數(shù) yxe x sin x 在 0x1 時的曲線。3.用圖形表示離散函數(shù) y (n6)en1。4.分析下面每條指令的功能并運行，觀察執(zhí)行結(jié)果。（ 1） X=0:0.5:20;Y=X.*exp(-X);plot(X,Y),xlabel( x), ylabel( y),title( y=x*exp(-x) );（ 2） A=zeros(4,5)A(:)=-4:15L=abs(A)>

8、4islogical(L)X=A(L)（ 3） A=1:5;6:10 pow2(A)（ 4） A=zeros(5,6) A(:)=1:30 A=A*(1+i) A1=A. ; B1=A ;（ 5） A=ones(2,3)B=eye(3)C=ones(4)D=diag(C)E=repmat(C,1,3)5.計算 y2x 50.1x 310 在 x=0.1 與 10 處的值。6.求函數(shù) 1e1e2en , n=100 的值。7.求 3000 個元素的隨機數(shù)向量A 中大于 0.5 的元素個數(shù)。8. 用圖形表示連續(xù)調(diào)制波形 y sin(t ) sin(9t) 及其包絡(luò)線，運行下面的程序，觀察結(jié)果，并簡

9、單說明。t=(0:pi/100:pi)'y1=sin(t)*1,-1;y2=sin(t).*sin(9*t);t3=pi*(0:9)/9;y3=sin(t3).*sin(9*t3);plot(t,y1,'r:',t,y2,'b',t3,y3,'bo')axis(0,pi,-1,1)1149. 計的算下列矩陣A 的特征值與特征向量A 22533610 有如下數(shù)據(jù)：x11.11.21.31.4y1.000001.233681.552711.993722.61170利用三次插值方法對其進行插值，得到每隔0.05的結(jié)果。3武漢理工大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)實踐

10、說明書2. 題目編程解答2.1 題目 1計算 y1= 5cos(0.6) 和 y2= 5cos(0.2 )2333分析： MATLAB 中有基本的計算功能，三角函數(shù)中的余弦直接用cos( )，對于3 可以用 sqrt(3)表示，也可以當(dāng)做是30.5 來計算， MATLAB 中的圓周率用 pi 來表示。MATLAB 計算過程如下圖1 所示：圖 1函數(shù) y 的曲線圖2.2 題目 2繪制函數(shù) yxe x sin x 在 0 x 1時的曲線。分析：MATLAB 處理的實際上都是離散量， 但是將自變量 x 分成 n 個等間隔細小的點計算其對應(yīng)值，這就成了矩陣運算，對于矩陣對應(yīng)位置的乘除及冪運算由點運算符

11、 “.* ”“./”和“ .”來完成，再用二維繪圖命令 plot(x,y) 可繪制成連續(xù)的曲線，間隔越小，曲線越圓滑。MATLAB 程序：x=0:0.01:1;% x賦值 0 1，間隔為0.01y=x.*exp(-x).*sin(x);plot(x,y)%繪制連續(xù)曲線ytitle('陳偉山 ')xlabel('x');ylabel('y') %添加橫縱坐標(biāo)的標(biāo)號4武漢理工大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)實踐說明書所得 y 曲線的圖像結(jié)果：圖 2函數(shù) y 的曲線圖2.3 題目 3用圖形表示離散函數(shù)y(n6)en 1 。分析：繪圖命令stem(n,y)繪制的是離散序列柄

12、狀圖，默認在頂部用圓形標(biāo)記，其拓展形式stem(x,y,選項 )中， 選項 選擇標(biāo)記的形狀顏色。所求離散函數(shù)中的絕對值在MATLAB 中有 abs( )來求得。離散函數(shù)的圖像如圖3 所示。MATLAB 程序：n=0:10%定義變量n 的取值范圍y=1./abs(n-6).*exp(n);stem(n,y);title('陳偉山 ')xlabel('n');ylabel('y')圖 3離散函數(shù) y 圖形5武漢理工大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)實踐說明書2.4 題目 4分析下面每條指令的功能并運行，觀察執(zhí)行結(jié)果。（1）X=0:0.5:20;%定義變量 x 為 0-20

13、，步長為 0.5Y=X.*exp(-X);%給出 Y 的表達式plot(X,Y),xlabel( x), ylabel(y),title( y=x*exp(-x) );%繪制 Y 曲線，并調(diào)價橫縱坐標(biāo)標(biāo)志及標(biāo)題分析：變量 x 從 0 到 20，間隔為 0.5；y=xe-x，由 plot 繪制 y 的連續(xù)圖形， xlabel、ylabel、title 分別添加橫縱坐標(biāo)標(biāo)記 x ，y 以及標(biāo)題到圖像中。各語句注釋在語句后面。結(jié)果如下圖示：圖 4程序 (1) 結(jié)果圖（2）A=zeros(4,5)%生成 4×5 全 0 矩陣A(:)=-4:15%把-4 15 共 20 個整數(shù)賦給矩陣AL=a

14、bs(A)>4%將 A 中絕對值的元素變?yōu)?，小于 4 的變?yōu)?0，生成矩陣 Lislogical(L)%判斷 L 是否為邏輯型矩陣X=A(L)%取出當(dāng) L 中為 1 時 A 對應(yīng)位上元素給X分析：A(:) 是將矩陣 A 每一列元素堆疊起來稱為列向量；abs(A)>4 是邏輯關(guān)系運算，表達式為真時返回1，為假時返回 0，故而當(dāng) A 中元素絕對值大于4 時，其值將變?yōu)?；具體語句解釋在程序中。結(jié)果如下圖：6武漢理工大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)實踐說明書圖 5程序 (2) 結(jié)果圖（ 3） A=1:5;6:10%定義 2×5 矩陣 A 并賦值pow2(A)%將每個元素改為2 的冪分析： pow

15、2（n）是 2 的 n 次冪，程序中將整數(shù) 110 賦給 2×5 的矩陣 A 之后，再將每個元素轉(zhuǎn)變?yōu)橐?2 為底，該元素為次數(shù)的冪。圖 6程序 (3) 結(jié)果圖（4）A=zeros(5,6)A(:)=1:30%對 A 中元素從上至下，從左至右賦值130A=A*(1+i)%A 中的元素乘以（ 1+i）變成復(fù)數(shù)矩陣A1=A. %對 A 進行轉(zhuǎn)置運算B1=A%對 A 進行共軛轉(zhuǎn)置運算7武漢理工大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)實踐說明書分析：對于復(fù)數(shù)矩陣， A. 單純?yōu)檗D(zhuǎn)置， A則取共軛后轉(zhuǎn)置，計算結(jié)果如下圖示。圖 7程序 (4) 結(jié)果圖（5）A=ones(2,3)%生成矩陣 A 為 2×3 的全 1

16、 矩陣B=eye(3)%生成 3 階的單位矩陣 BC=ones(4)%生成 4×4 的全 1 矩陣D=diag(C)%抽取主對角線元素向量E=repmat(C,1,3)分析：此題為特殊函數(shù)生成矩陣以及矩陣的操作函數(shù)， ones表示元素全為 1 的矩陣， eye 表示單位矩陣； diag（ X ）用來抽取主對角線元素， repmat 表示按指定的行列數(shù)復(fù)制矩陣 ,B=repmat(A,M,N) 功能是以的內(nèi)容堆疊在（ MxN ）的矩陣 B 中， B 矩陣的大小由 MxN 及 A 矩陣的內(nèi)容決定， 題中 C 是 4×4 矩陣， E = repmat(C,1,3)得到的矩陣 E

17、是 4×12 階矩陣。8武漢理工大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)實踐說明書結(jié)果如下圖示：圖 8程序 (5) 結(jié)果圖2.5 題目 5計算y2x50.1 3 10在x=0.1與10處的值。x分析：將 y 的表達式看成一個多項式，運用多項式表示方法y=an n-1, a1 0 生成多,a,a 項式，再利用 polyval(y,b)，設(shè) b 為 0.1 和 10 可求多項式的值y1，y2。MATLAB 程序：y=2 0 0.1 0 0 -10;y1=polyval(y,0.1)y2=polyval(y,10)結(jié)果如下：9武漢理工大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)實踐說明書2.6 題目 6求函數(shù) 1 e1e2en , n=100 的值

18、。分析：設(shè)該函數(shù)的值為 s，用循環(huán)語句可求得其值，程序流程圖如圖示：開始s=0,n=0s=s+enn=n+1Nn>100Y結(jié)束圖 9計算流程圖MATLAB 程序如下 ：s=0forn=0:100s=s+exp(n)end結(jié)果如下：2.7 題目 7求 3000 個元素的隨機數(shù)向量A 中大于 0.5 的元素個數(shù)分析：由函數(shù) rand(N,M) 可以生成一個 N×M 的隨機矩陣，再通過循環(huán)結(jié)構(gòu)程序檢測矩陣中每個元素的值的大小，若是大于 0.5 則計數(shù)加 1，程序流程圖如下：10武漢理工大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)實踐說明書開始產(chǎn)生隨機矩陣A(1 ，3000)i=0,n=0NA(1,i)>0.5

19、Yn=n+1i=i+1i>3000YN結(jié)束圖 10算法流程圖程序：A=rand(1,3000)%產(chǎn)生 1x3000的在（ 0,1 ）之間的隨機矩陣n=0%設(shè)計數(shù)初值為0for i=1:3000if A(1,i)>0.5%對 300 個元素依次檢測大小n=n+1%大于 0.5 是計數(shù)加 1endend結(jié)果如下：11武漢理工大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)實踐說明書2.8 題目 8用圖形表示連續(xù)調(diào)制波形 y sin(t) sin(9t ) 及其包絡(luò)線，運行下面的程序， 觀察結(jié)果，并簡單說明。t=(0:pi/100:pi)'y1=sin(t)*1,-1;y2=sin(t).*sin(9*t);t3=

20、pi*(0:9)/9;y3=sin(t3).*sin(9*t3);plot(t,y1,'r:',t,y2,'b',t3,y3,'bo')axis(0,pi,-1,1)分析： y1 為已調(diào)信號的包絡(luò)，用sin(t)乘以± 1 得到，用紅色虛線表示；y2 為已調(diào)信號，用藍色實線表示；y3 為已調(diào)信號與 t 軸交點，即在 sin(9t)為 0 時取樣得到的點，用藍色圓圈表示。運行結(jié)果如下圖：圖 11調(diào)制信號及其包絡(luò)圖2.9 題目 9114計的算下列矩陣 A 的特征值與特征向量A 225336分析： MATLAB 中有用于矩陣分解的函數(shù)，V,D

21、=eig(A)得到的是矩陣A 的特征值對角矩陣 D 和其列為對應(yīng)特征值的特征向量。程序：A=1 1 4;2 2 5;3 3 6;V,D=eig(A)12武漢理工大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)實踐說明書結(jié)果如下所示， D 中對角線為特征值， V 中對應(yīng)列為該特征值的特征向量。V =0.39080.86370.70710.56050.2007-0.70710.7302-0.4623-0.0000D =9.9083000-0.9083000-0.00002.10 題目 10有如下數(shù)據(jù)：x11.11.21.31.4y1.000001.233681.552711.993722.61170利用三次插值方法對其進行插值，得到

22、每隔0.05的結(jié)果。分析：插值法是根據(jù)已知點推斷出未知點函數(shù)值的一種計算方法，三次樣條插值法函數(shù)調(diào)用方式為 Y=spline(x,y,X)，其特點是速度最慢，精度高，最平滑；三次多項式插值調(diào)用方式為 Y=interp1(x,y,X)，其特點是速度較慢，精度高，平滑性好。MATLAB程序：x=1,1.1,1.2,1.3,1.4;y=1.00000,1.23368,1.55271,1.99372,2.61170;%輸入已知數(shù)據(jù)X=1.0:0.05:1.4%每隔 0.05計算未知點函數(shù)值Y1=spline(x,y,X)%三次樣條插值Y2=interp1(x,y,X,'cubic')%

23、三次多項式插值subplot(121)plot(x,y,'r:',X,Y1,'b')hold onplot(X,Y1,'k*')title('三次樣條插值 ')%繪制三次樣條插值法的擬合曲線subplot(122)plot(x,y,'r:',X,Y2,'b',X,Y2,'k*')title('三次多項式插值 ')%繪制三次多項式插值法的擬合曲線MATLAB計算結(jié)果如下所示， Y1 為三次樣條插值法計算出來的值， Y2 為三次多項式插值法計算出來的值，兩種方法得出的擬合曲線如圖 12 所示13武漢理工大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)實踐說明書X =1.00001.05001.10001.15001.20001.25001.30001.35001.4000Y1 =1.00001.10821.23371.38051.55271.75481.99372.27692.6117Y2 =1.00001.10701.23371.38061.55271.75521.99372.27872.6117圖 12插值法擬合曲線14武漢理工大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)實踐說明書3. 實踐總結(jié)本次專業(yè)基礎(chǔ)實踐是基于 MATLAB 的編