MATLAB論文37131

1、MATLAB論文學院：信息工程學院班級：級通信一班學號：姓名： 4MATLAB論文摘要：MATLAB作為一種高性能的數(shù)值計算和可視化軟件，自其誕生以來，隨著其功能的逐步增加和完善，在電氣、電子、控制、力學、計算機、機械等眾多領域的應用也越來越廣泛。為此，國內(nèi)外大多數(shù)高校理工科專業(yè)都開設了MATLAB課程。目前來說，MATLAB仍然采用“學生聽教師講、看教師做”的教學模式。作為一種數(shù)學計算工具而言，這種教學模式的弊端顯而易見，為此探究教學改革勢在必行。20世紀90年代初期出現(xiàn)的建構(gòu)主義理論對于當前的MATLAB教學改革具有十分重要的指導意義，該理論主張以學生為中心，以自主學習能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為

2、目標。因為學生是認知的主體，是知識意義的主動建構(gòu)者，教師對教學意義的生成只起幫助者和促進者作用，并不要求教師直接向?qū)W生傳授和灌輸知識。教學中利用情境、協(xié)作、會話等學習環(huán)境要素充分發(fā)揮學生的主動性、積極性和創(chuàng)新精神，最終達到使學生有效地實現(xiàn)對當前所學知識的意義建構(gòu)的目的。關(guān)鍵詞：MATLAB；MATLAB語言1. MATLAB信息技術(shù)的飛速發(fā)展，使得通信系統(tǒng)在性能不斷提高的同時也變得越來越復雜。正因如此，采用傳統(tǒng)技術(shù)對通信系統(tǒng)進行分析和設計的日子一去不復返，而由于計算機仿真的廉價性和高效性，使其成為通信系統(tǒng)中的主要設計和分析手段之一。另一方面，計算機仿真更是進行通信和網(wǎng)絡等科研工作時所必備的工具

3、。然而，目前許多學生都缺乏這個環(huán)節(jié)的鍛煉，得出的結(jié)果可信度較差，所以在這里進行基本的演示。MATLAB是國際公認的優(yōu)秀科技應用軟件，是計算機輔助分析與設計、算法研究和應用開發(fā)的基礎工具和首選平臺，是目前科學研究領域最流行的應用軟件，其特點概括為：(1)高效的數(shù)字計算方法及符號計算功能，使用戶從繁雜的數(shù)學運算分析中解脫出來。(2)完備的圖形處理功能，實現(xiàn)計算結(jié)果和編程的可視化。(3)友好的用戶界面及接近數(shù)學表達式的自然化語言，使學習者易于學習和掌握。(4)功能豐富的應用工具箱，為用戶提供了大量方便而實用的處理工具。MATLAB軟件是由美國Mathworks公司推出的用于數(shù)值計算和圖形處理的科學計

4、算系統(tǒng)環(huán)境。MATLAB是英文MatrixLaborutory（矩陣實驗室)的縮寫。是現(xiàn)今國際公認的最優(yōu)秀的科技應用軟件，它具有強大的數(shù)值計算和工程運算功能、符號計算功能和科學數(shù)據(jù)可視化能力。廣泛應用于數(shù)值計算、圖形分析、過程控制、系統(tǒng)識別、實時控制和動態(tài)仿真等領域。成為大學生、碩士生和博士生必須掌握的基本技能。同時，MATLAB也被研究單位和工業(yè)部門廣泛應用，使科學研究和解決各種具體問題的效率大大提高。MATLAB集成環(huán)境主要包括五個部分：MATLAB語言、MATLAB工作環(huán)境、句柄圖形、MATLAB數(shù)學函數(shù)庫和數(shù)學建模、小波分析、MATLABAPI(ApplicationProgramIn

5、terface)。MATLAB語言是以數(shù)組為基本數(shù)據(jù)單位，包括控制流程語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸人輸出及面向?qū)ο蟮忍攸c的高級語言。利用SIMULINK對系統(tǒng)進行仿真與分析，在進入虛擬實驗環(huán)境后，不需要書寫代碼，只需使用鼠標拖動庫中的功能模塊并將它們連接起來，再按照實驗要求修改各元器件的參數(shù)。通過虛擬實驗環(huán)境建立實驗仿真電路模型，可使一些枯燥的電路變得有趣味，復雜的波形變得形象生動，使得各種復雜的能量轉(zhuǎn)換過程比較直觀地呈現(xiàn)。MATLAB是一種高效能的、用于科學和技術(shù)計算的計算機語言。它將計算、可視化和編程等功能集于一個易于使用的環(huán)境。MATLAB是一個交互式系統(tǒng)（寫程序與執(zhí)行命令同步），其基本的數(shù)

6、據(jù)元素是沒有維數(shù)限制的陣列，因此采用MATLAB編制包含矩陣和向量問題的程序時比采用只支持標量和非交互式的編程C或FORTAN語言更加方便。MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。MATLAB和Mathematica、Map

7、le、MathCAD并稱為四大數(shù)學軟件。它在數(shù)學類科技應用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。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，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點，使MATLAB成為一個強大的數(shù)學軟件。20世紀70年代，美國新墨西哥大學計算機科學系主任Cleve Moler為

8、了減輕學生編程的負擔，用FORTRAN編寫了最早的MATLAB。1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市場。到20世紀90年代，MATLAB已成為國際控制界的標準計算軟件。MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級，MATLAB的用戶界面也越來越精致，更加接近Windows的標準界面，人機

9、交互性更強，操作更簡單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進行出錯原因分析。MATLAB是一個包含大量計算算法的集合。其擁有600多個工程中要用到的數(shù)學運算函數(shù)，可以方便的實現(xiàn)用戶所需的各種計算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯處理。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C和C+ 。在計算要求相同的情況下，使用MATLAB的編程工作量會大大減少。MATLAB的這些函數(shù)集包括從最簡單最基本的函數(shù)

10、到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號運算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運算、復數(shù)的各種運算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學運算、多維數(shù)組操作以及建模動態(tài)仿真等。MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對圖形進行標注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達式作圖?？捎糜诳茖W計算和工程繪圖。MATLAB也有相應的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。一般來說，它們都是由特定領域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用

11、工具箱學習、應用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。目前，MATLAB已經(jīng)把工具箱延伸到了科學研究和工程應用的諸多領域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫接口、概率統(tǒng)計、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、神經(jīng)網(wǎng)絡、小波分析、信號處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識、控制系統(tǒng)設計、LMI控制、魯棒控制、模型預測、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設計、實時快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、定點仿真、DSP與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。2. MATLAB語言和層次分析法的計算流程MATLAB語言是一種高級的基于矩陣/數(shù)組的語言，它有程序流控制、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸

12、入/輸出和面向?qū)ο缶幊痰忍厣?。MATLAB語言是以數(shù)組為基本數(shù)據(jù)單位，包括控制流程語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸人輸出及面向?qū)ο蟮忍攸c的高級語言。利用SIMULINK對系統(tǒng)進行仿真與分析，在進入虛擬實驗環(huán)境后，不需要書寫代碼，只需使用鼠標拖動庫中的功能模塊并將它們連接起來，再按照實驗要求修改各元器件的參數(shù)。通過虛擬實驗環(huán)境建立實驗仿真電路模型，可使一些枯燥的電路變得有趣味，復雜的波形變得形象生動，使得各種復雜的能量轉(zhuǎn)換過程比較直觀地呈現(xiàn)。Matlab語言的優(yōu)點：簡單易學；代碼短小高效；只需熟悉算法特點，使用場合，函數(shù)調(diào)用格式和參數(shù)意義，不必花大量時間去糾纏具體算法。計算功能強大，強大的圖形表達功能和

13、可擴展性能，根據(jù)層次分析法的相關(guān)理論,層次分析法的基本思想是將復雜的決策問題進行分解,得到若干個下層指標,再對下層指標進行分解,得到若干個再下層指標,如此建立層次結(jié)構(gòu)模型,然后根據(jù)結(jié)構(gòu)模型構(gòu)造判斷矩陣,進行單排序,最后,求出各指標對應的權(quán)重系數(shù),進行層次總排序。2.1 構(gòu)造層次結(jié)構(gòu)模型 在進行層次分析法的分析時,最主要的步驟是建立指標的層次結(jié)構(gòu)模型,根據(jù)結(jié)構(gòu)模型構(gòu)造判斷矩陣,只有判斷矩陣通過了一致性檢驗后,方可進行分析和計算。其中,結(jié)構(gòu)模型可以設計成三個層次,最高層為目標層,是決策的目的和要解決的問題,中間層為決策需考慮的因素,是決策的準則,最低層則是決策時的備選方案。一般來講,準則層中各個指

14、標的下級指標數(shù)沒有限制,但在本文中設計的程序尚且只能在各指標具有相同數(shù)量的下級指標的假定下,完成層次分析法的分析,故本文后文選取的案例也滿足這一假定。2.2 建立判斷矩陣 判斷矩陣是表示本層所有因素針對上一層某一個因素的相對重要性的比較給判斷矩陣的要素賦值時,常采用九級標度法(即用數(shù)字1到9及其倒數(shù)表示指標間的相對重要程度),具體標度方法如表1所示。2.3 檢驗判斷矩陣的一致性 由于多階判斷的復雜性,往往使得判斷矩陣中某些數(shù)值具有前后矛盾的可能性,即各判斷矩陣并不能保證完全協(xié)調(diào)一致。當判斷矩陣不能保證具有完全一致性時,相應判斷矩陣的特征根也將發(fā)生變化,于是就可以用判斷矩陣特征根的變化來檢驗判斷

15、的一致性程度。在層次分析法中,令判斷矩陣最大的特征值為max,階數(shù)為n,則判斷矩陣的一致性檢驗的指標記為: CI的值越大,判斷矩陣的一致性越差。當階數(shù)大于2時,判斷矩陣的一致性指標CI與同階平均隨機一致性指標RI之比稱為隨機一致性比率,其中RI的值由表2確定,CR的計算公式為: 當CR0.1時,即可認為判斷矩陣具有滿意的一致性。然而由于在為各指標間相互重要性程度大小的判定過程中存在人為主觀因素,因此在判斷矩陣不能通過一致性檢驗時,需要對各指標間相互重要性程度重新進行賦值,直至其通過矩陣一致性檢驗。其最大特征值對應的特征向量即為該指標相對于上一級指標的重要性排序。2.4 進行層次總排序 在通過層

16、次單排序得出各指標相對上一級指標的重要性排序向量后,沿遞階層次結(jié)構(gòu)逐級依次由下往上進行矩陣計算,則可得到各底層指標對最高層的相對重要性權(quán)重,從而可對各底層指標的優(yōu)先次序進行排序,找出重點指標并予以特別關(guān)注。MATLAB被譽為“巨人肩上的工具”。由于使用Matlab編程運算與人進行科學計算的思路和表達方式完全一致，所以不象學習其它高級語言-如Basic、Fortran和C等那樣難于掌握，用Matlab編寫程序猶如在演算紙上排列出公式與求解問題，所以又被稱為演算紙式科學算法語言一般數(shù)值分析、矩陣運算、數(shù)字信號處理、建模和系統(tǒng)控制和優(yōu)化等應用程序，并集應用程序和圖形于一便于使用的集成環(huán)境中。在這個環(huán)

17、境下，對所要求解的問題，用戶只需簡單地列出數(shù)學表達式，其結(jié)果便以數(shù)值或圖形方式顯示出來。MATLAB的含義是矩陣實驗室（MATRIXLABORATORY），主要用于方便矩陣的存取，其基本元素是無須定義維數(shù)的矩陣。MATLAB自問世以來,就是以數(shù)值計算稱雄。MATLAB進行數(shù)值計算的基本單位是復數(shù)數(shù)組（或稱陣列），這使的MATLAB高度“向量化”。經(jīng)過十幾年的完善和擴充，現(xiàn)已發(fā)展成為線性代數(shù)課程的標準工具。由于它不需定義數(shù)組的維數(shù)，并給出矩陣函數(shù)、特殊矩陣專門的庫函數(shù)，使之在求解諸如信號處理、建模、系統(tǒng)識別、控制、優(yōu)化等領域的問題時，顯得大為簡捷、高效、方便，這是其它高級語言所不能比擬的。美國許

18、多大學的實驗室都安裝有MATLAB供學習和研究之用。在那里,MATLAB是攻讀學位的大學生碩士生博士生必須掌握的基本工具。MATLAB中包括了被稱作工具箱（TOOLBOX）的各類應用問題的求解工具。工具箱實際上是對MATLAB進行擴展應用的一系列MATLAB函數(shù)（稱為M文件），它可用來求解各類學科的問題，包括信號處理、圖象處理、控制系統(tǒng)辨識、神經(jīng)網(wǎng)絡等。隨著MATLAB版本的不斷升級，其所含的工具箱的功能也越來越豐富，因此，應用范圍也越來越廣泛，成為涉及數(shù)值分析的各類工程師不可不用的工具。MATLAB5.3中包括了圖形界面編輯GUI，改變了以前單一的“在指令窗通過文本形的指令進行各種操作”的狀況。這可讓使用者也可以象VB、VC、VJ、DELPHI等那樣進行一般的可視化的程序編輯。在命令窗口（matlabcommandwindow）鍵入simulink，就出現(xiàn)(SIMULINK)窗口。以往十分困難的系統(tǒng)仿真問題，用SIMULINK只需拖動鼠標即可輕而易舉地解決問題，這也是近來受到重視原因所在3.matlab制作電子音樂 clear;clc;A4=440;%標準音A4pt=44100;p0=pt/2;%頻率scale12=A4/2(9/12)*2.(0:11)/12);%十二平均律map=1 3 5 6 8 10 12 ;%七音符%樂譜score=3 6 5