《MATLAB基礎(chǔ)與應(yīng)用》課程教學(xué)大綱

1、MATLAB基礎(chǔ)與應(yīng)用課程教學(xué)大綱 課程編號：160022英 文 名：Fundamentals and Applications of MATLAB課程類別：專業(yè)任意選修課適用專業(yè)：管理科學(xué)前 置 課：管理學(xué)原理、生產(chǎn)運(yùn)作管理、公司戰(zhàn)略管理等后 置 課：前 置 課：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、程序設(shè)計基礎(chǔ)（C語言）等后 置 課：管理運(yùn)籌學(xué)學(xué) 分：2學(xué)分課 時：36課時（其中實(shí)驗(yàn)課12課時）主講教師：選定教材：張笑天、楊奮強(qiáng)編著，MATLAB 7.x基礎(chǔ)教程，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008年4月版課程概述：MATLAB是適合多學(xué)科、多種工作平臺的功能強(qiáng)大、界面友好、且開放性很強(qiáng)的大型優(yōu)秀應(yīng)用軟件

2、，同時也是國內(nèi)外高等院校數(shù)學(xué)、數(shù)值分析、數(shù)學(xué)建模、數(shù)字信號處理、自動控制理論以及工程應(yīng)用等課程的基本教學(xué)和實(shí)驗(yàn)仿真工具。本課程主要介紹了MATLAB的工作環(huán)境，基本操作指令、數(shù)據(jù)類型及圖形的繪制功能、程序設(shè)計、SIMULINK仿真環(huán)境等方面的知識，并采用簡單的應(yīng)用例題來說明MATLAB的實(shí)際操作和應(yīng)用。本課程為提高學(xué)生的分析問題、仿真系統(tǒng)的能力和進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)提供必要的分析、計算工具。學(xué)習(xí)該課程的目的是使學(xué)生熟練掌握MATLAB的基本功能和常用命令，并能夠熟練地應(yīng)用MATLAB解決相關(guān)課程學(xué)習(xí)中和實(shí)際經(jīng)濟(jì)管理中的復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算問題。教學(xué)目的：本課程的教學(xué)目的是，使學(xué)生熟練掌握MATLAB語言的

3、基礎(chǔ)概念、基本內(nèi)容，包括數(shù)值計算、符號運(yùn)算、圖形處理、繪圖功能、程序設(shè)計方法及數(shù)值仿真，同時掌握MATLAB在管理科學(xué)數(shù)據(jù)處理、計算和建模中的應(yīng)用，能夠利用MATLAB的工具箱進(jìn)行相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究，在計算機(jī)軟件輔助下解決簡單的管理實(shí)踐問題。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生們將深入理解實(shí)際問題與模型、模型與軟件算法、算法與問題數(shù)值解的內(nèi)在聯(lián)系，使學(xué)生對在計算機(jī)軟件輔助下解決實(shí)際管理問題的處理過程，有較為深刻的理解。本課程注重提高學(xué)生解決問題的能力、軟件應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范、理論聯(lián)系實(shí)際的科學(xué)態(tài)度，為他們今后處理管理問題，從事管理應(yīng)用、科研活動和繼續(xù)深造打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。教學(xué)方法：MATLAB基礎(chǔ)與應(yīng)用的教

4、學(xué)采用理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的方式，以課堂教學(xué)為主，結(jié)合案例分析、課堂討論、上機(jī)實(shí)驗(yàn)等形式。在教學(xué)過程中注重MATLAB軟件的基本使用方法及其在經(jīng)濟(jì)管理中的應(yīng)用的講解。教學(xué)方法上采取啟發(fā)式教學(xué)、理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)并重的教學(xué)模式，以課堂提問和課堂討論的方式增強(qiáng)師生間的互動，同時注重方法與實(shí)際結(jié)合，盡可能采用實(shí)例和案例教學(xué)，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，將枯燥乏味的軟件學(xué)習(xí)，轉(zhuǎn)化為生動、活潑的MATLAB教與學(xué)，使學(xué)生在實(shí)例和案例分析的興趣中，學(xué)會MATLAB的基本操作方法及應(yīng)用該工具解決實(shí)際經(jīng)濟(jì)管理問題的方法。各章教學(xué)要求及教學(xué)要點(diǎn)第一章 MATLAB概述課時分配：2學(xué)時教學(xué)要求: 本章主要介紹MAT

5、LAB的主要功能、MATLAB命令窗口、文件管理以及MATLAB幫助系統(tǒng)。通過本章教學(xué)，使學(xué)生熟悉MATLAB的工作環(huán)境和幫助系統(tǒng)。在本章中還應(yīng)結(jié)合本課程的特點(diǎn)向?qū)W生介紹學(xué)習(xí)方法，說明教材的選用和相關(guān)參考資料，提出本課程的學(xué)習(xí)要求、考核要求和紀(jì)律要求。教學(xué)內(nèi)容:第一節(jié) MATLAB R2007a簡介一、 MATLAB的新版本特性二、 MATLAB的新產(chǎn)品概況第二節(jié) 桌面工具與開發(fā)環(huán)境一、 主菜單、工具欄二、 當(dāng)前路徑、工作區(qū)間三、 命令窗、歷史命令記錄、Strat菜單第三節(jié) 編輯/調(diào)試器一、 M文件的創(chuàng)建二、 M文件的運(yùn)行和調(diào)試三、 M文件的結(jié)果發(fā)布第四節(jié) 幫助系統(tǒng)一、 命令窗查詢幫助二、 幫

6、助瀏覽器思考題1. MATLAB的典型應(yīng)用有哪些？2. MATLAB系統(tǒng)主要由哪幾部分構(gòu)成？第二章 矩陣與數(shù)組課時分配：2學(xué)時教學(xué)要求: 本章主要介紹MATLAB的數(shù)值計算功能中的矩陣和數(shù)組的計算。通過本章教學(xué)，使學(xué)生掌握使用MATLAB進(jìn)行矩陣和數(shù)組的創(chuàng)建、存儲、計算，以便很好地利用這些功能解決實(shí)際經(jīng)濟(jì)管理問題和開展科學(xué)研究工作。教學(xué)內(nèi)容:第一節(jié) 創(chuàng)建矩陣一、 創(chuàng)建矩陣和數(shù)值序列二、 創(chuàng)建特殊矩陣三、 合并矩陣第二節(jié) 索引一、 線性索引二、 訪問單個元素三、 訪問多個元素第三節(jié) 獲取矩陣信息一、 矩陣的階數(shù)與維數(shù)二、 矩陣元素的數(shù)據(jù)類型三、 矩陣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第四節(jié) 基本操作和運(yùn)算一、 矩陣的擴(kuò)

7、大和縮小二、 改變矩陣的形狀三、 矩陣的算術(shù)運(yùn)算四、 矩陣的關(guān)系運(yùn)算和邏輯運(yùn)算第五節(jié) 空矩陣、標(biāo)量和向量一、 空矩陣二、 標(biāo)量三、 向量第六節(jié) 多維數(shù)組一、 多維數(shù)組的創(chuàng)建二、 多維數(shù)組的索引三、 改變多維數(shù)組的形狀四、 多維數(shù)組的運(yùn)算思考題1. 創(chuàng)建矩陣時應(yīng)注意什么事項(xiàng)？2. 幾種典型的數(shù)據(jù)類型之間的轉(zhuǎn)化結(jié)果是什么？3. MATLAB的三種邏輯運(yùn)算符的運(yùn)算方法是什么？第三章 數(shù)據(jù)類型課時分配：6學(xué)時教學(xué)要求: 本章主要介紹MATLAB的數(shù)據(jù)類型，主要包括：數(shù)值類型、邏輯類型、字符串、日期與時間、結(jié)構(gòu)、單元數(shù)組、函數(shù)句柄等。通過本章教學(xué)和上機(jī)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握MATLAB中數(shù)據(jù)類型的表示、判斷及

8、其相關(guān)操作。教學(xué)內(nèi)容:第一節(jié) 數(shù)值類型一、 整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、復(fù)數(shù)、無窮與非數(shù)二、 判斷數(shù)據(jù)類型三、 數(shù)據(jù)顯示形式第二節(jié) 邏輯類型一、 創(chuàng)建邏輯數(shù)組二、 邏輯數(shù)組的用途三、 判斷邏輯類型第三節(jié) 字符串一、 創(chuàng)建字符數(shù)組二、 字符串單元數(shù)組三、 字符串的操作四、 字符串類型與數(shù)值類型之間的轉(zhuǎn)化第四節(jié) 日期與時間一、 日期的表現(xiàn)形式二、 日期表現(xiàn)形式之間的轉(zhuǎn)化三、 當(dāng)前日期與時間第五節(jié) 結(jié)構(gòu)一、 創(chuàng)建結(jié)構(gòu)數(shù)組二、 結(jié)構(gòu)數(shù)組的操作第六節(jié) 單元數(shù)組一、 創(chuàng)建單元數(shù)組二、 單元數(shù)組的操作第七節(jié) 函數(shù)句柄一、 創(chuàng)建和調(diào)用函數(shù)句柄二、 利用句柄調(diào)用函數(shù)思考題1. 數(shù)據(jù)類型有哪幾種？如何用MATLAB進(jìn)行判斷?2

9、. 什么是函數(shù)句柄？怎么進(jìn)行創(chuàng)建和調(diào)用？第四章 數(shù)學(xué)運(yùn)算基礎(chǔ)課時分配：4學(xué)時教學(xué)要求: 本章主要介紹MATLAB基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，包括：矩陣、多項(xiàng)式、傅里葉變換、函數(shù)、微分方程、稀疏矩陣等方面的表示和運(yùn)算。通過本章教學(xué)和上機(jī)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握使用MATLAB進(jìn)行上述數(shù)學(xué)運(yùn)算的基本方法。教學(xué)內(nèi)容:第一節(jié) 矩陣與線性代數(shù)一、 矩陣分析、求解線性方程組、逆矩陣與偽逆矩陣二、 矩陣的分解、矩陣的非線性運(yùn)算、特征值與特征向量三、 奇異值分解第二節(jié) 多項(xiàng)式與插值一、 多項(xiàng)式二、 插值第三節(jié) 快速傅里葉變換一、 快速傅里葉變換的概念二、 快速傅里葉變換的應(yīng)用第四節(jié) 函數(shù)的函數(shù)一、 函數(shù)的表示方法二、 函數(shù)的最小

10、值與零點(diǎn)三、 數(shù)值積分四、 嵌套函數(shù)與匿名函數(shù)第五節(jié) 求解微分方程一、 常微分方程初值問題二、 延遲微分方程初值問題三、 常微分方程邊值問題四、 求解偏微分方程第六節(jié) 稀疏矩陣一、 創(chuàng)建稀疏矩陣二、 稀疏矩陣的查看三、 稀疏矩陣的操作思考題1. 求向量（5，7，9，2）的范數(shù)；2. 對某矩陣進(jìn)行Cholesky、LU、QR分解；3. 什么是稀疏矩陣？如何進(jìn)行創(chuàng)建和操作？第五章 M文件程序設(shè)計基礎(chǔ)課時分配：10學(xué)時教學(xué)要求: 本章主要介紹MATLAB的程序設(shè)計功能。通過本章教學(xué)和上機(jī)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握M文件的編寫方法、編程技巧等，以實(shí)現(xiàn)開發(fā)和擴(kuò)充自己的函數(shù)庫、創(chuàng)建和運(yùn)行腳步命令文件、輸入和輸出各種

11、類型的數(shù)據(jù)文件、面向?qū)ο缶幊痰取＝虒W(xué)內(nèi)容:第一節(jié) M文件介紹一、 腳本和函數(shù)、P代碼文件二、 變量類型三、 關(guān)鍵字和特殊值、符號參考第二節(jié) 程序流程控制一、 條件控制語句二、 循環(huán)控制語句三、 錯誤控制語句四、 程序終止語句第三節(jié) 數(shù)據(jù)輸入/輸出一、 打開文件、讀寫操作、關(guān)閉文件二、 更多文件I/O函數(shù)第四節(jié) 程序調(diào)試與優(yōu)化一、 程序的調(diào)試二、 程序的優(yōu)化思考題1. M文件的創(chuàng)建方法有幾種？2. MATLAB中的三種變量類型如何表示？3. MATLAB中的控制語句與C語言有什么區(qū)別？第六章 符號計算功能課時分配：2學(xué)時教學(xué)要求: 本章主要介紹MATLAB的符號計算功能。通過本章教學(xué)，使學(xué)生掌握

12、MATLAB的符號數(shù)學(xué)工具箱中的主要功能的實(shí)現(xiàn)，并為解決實(shí)際問題打好基礎(chǔ)。教學(xué)內(nèi)容:第一節(jié) 符號對象的創(chuàng)建與使用一、 創(chuàng)建符號變量和表達(dá)式二、 創(chuàng)建符號數(shù)學(xué)函數(shù)第二節(jié) 數(shù)學(xué)計算功能一、 符號微積分二、 函數(shù)的極限三、 級數(shù)求和四、 泰勒級數(shù)展開第三節(jié) 表達(dá)式的化簡和替換一、 符號表達(dá)式的化簡二、 符號表達(dá)式的替換第四節(jié) 線性代數(shù)一、 基本代數(shù)運(yùn)算、線性代數(shù)運(yùn)算二、 特征值、約當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)型、奇異值分解、特征值軌跡第五節(jié) 求解符號方程一、 求解代數(shù)方程二、 求解代數(shù)方程組三、 求解常微分方程第六節(jié) 簡易符號繪圖函數(shù)一、 二維基本繪圖、二維極坐標(biāo)繪圖二、 三維曲線繪圖、三維網(wǎng)格繪圖、三維表面繪圖三、 等

13、高線繪圖第七節(jié) 調(diào)用Maple函數(shù)一、 maple函數(shù)二、 mfun函數(shù)三、 sym函數(shù)第八節(jié) 積分變換一、 傅里葉變換二、 拉普拉斯變換三、 Z變換思考題1. 如何調(diào)用limit函數(shù)求解函數(shù)極限？2. MATLAB能解決哪些線性代數(shù)的運(yùn)算?第七章 基本繪圖功能課時分配：6學(xué)時教學(xué)要求: 本章主要介紹MATLAB的數(shù)據(jù)可視化方法。通過本章教學(xué)和上機(jī)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握MATLAB常用的圖形如二維或三維基本圖形和特殊圖形的繪制及處理方法。教學(xué)內(nèi)容:第一節(jié) 圖形窗口一、 圖形窗口的創(chuàng)建與設(shè)置二、 圖形窗口的工具欄三、 圖形窗口的主菜單第二節(jié) 繪制二維圖形一、 基本繪圖函數(shù)二、 圖形處理函數(shù)第三節(jié) 繪制

14、三維圖形一、 三維曲線圖二、 三維網(wǎng)格圖三、 三維曲面圖第四節(jié) 繪制特殊圖形一、 條形圖與區(qū)域圖二、 餅形圖、直方圖三、 離散數(shù)據(jù)圖四、 方向和速度向量圖五、 等高線圖思考題1. 用MATLAB進(jìn)行圖形處理的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些？第八章 Simulink仿真環(huán)境課時分配：4學(xué)時教學(xué)要求: 本章主要介紹MATLAB的動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真方法。通過本章教學(xué)和上機(jī)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生熟悉Simulink的工作環(huán)境和掌握MATLAB中的Simulink的基本操作。教學(xué)內(nèi)容:第一節(jié) Simulink基礎(chǔ)一、 Simulink的啟動、Simulink工作環(huán)境、Simulink模塊的基本操作二、 Simulink仿真步驟、S

15、imulink求解算法第二節(jié) Simulink的模塊庫一、 Commonly Used Blocks模塊庫、Continuous模塊庫、Discontinuities模塊庫、Discrete模塊庫、Logic and Bit Operations模塊庫二、 Lookup Tables模塊庫、Math Operations模塊庫、Model Verification模塊庫、Model-Wide Utilities模塊庫、Ports & Subsystems模塊庫三、 Signal Attributes模塊庫、Signal Routing模塊庫、Sinks模塊庫、Sources模塊庫、User-Defined Functions模塊庫第三節(jié) 子系統(tǒng)及封裝技術(shù)一、 創(chuàng)建子系統(tǒng)二、 封裝子系統(tǒng)三、 自定義模塊庫第四節(jié) 仿真運(yùn)行與分析一、 仿真的運(yùn)行控制、仿真數(shù)據(jù)的輸入和輸出、錯誤診斷二、 改善仿真性能和精度三、 使用命令運(yùn)行仿真、觀察輸出軌跡、線性化模型、尋找穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)第五節(jié) S-函數(shù)的設(shè)計與應(yīng)用一、 S-函數(shù)的概念、S-函數(shù)的使用、S-函數(shù)的工作方式、編寫S-函數(shù)二、 應(yīng)用實(shí)例思考題1. 如何在命令窗口中創(chuàng)建模型？2. Simulink的基本模塊有哪幾類，如何進(jìn)行子系統(tǒng)的建立與封裝？附錄：參考書目1. The mathworks Inc.，MATLAB