matlab_課程設計計算與應用7.doc

此文檔收集于網絡，如有侵權，請聯系網站刪除1 Matlab 軟件簡介 MATLAB是美國MathWorks公司生產的一個為科學和工程計算專門設計的交互式大型軟件，是一個可以完成各種精確計算和數據Matlab應用課程設計目錄1.Matlab軟件簡介11.1 Matlab的發(fā)展歷程. 1.2 Matlab的基本功能1 1.3 Matlab的基本應用22.具體題目分析.2 2.1 題4.1.2 2.2 題4.2.3 2.3 題4.3.3 2.4 題4.4.4 2.5 題4.5.9 2.6 題4.6.9 2.7 題4.710 2.8 題4.810 2.9 題4.911 2.10題4.10123.心得體會134.參考文獻145.本科生課程設計成績評定表15 課程設計任務書學生姓名: 專業(yè)班級: 指導教師: 工作單位: 題 目: Matlab運算與應用設計7 初始條件： 1.Matlab6.5以上版本軟件； 2.課程設計輔導資料：“Matlab語言基礎及使用入門”、“數字信號處理原理與實現”、“Matlab及在電子信息課程中的應用”等； 3.先修課程：信號與系統(tǒng)、數字信號處理、Matlab應用實踐及信號處理類課程等。要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）1. 本課程設計統(tǒng)一技術要求：研讀輔導資料對應章節(jié)，對選定的設計題目進行理論分析，針對具體設計部分的原理分析、建模、必要的推導和可行性分析，畫出程序設計框圖，編寫程序代碼（含注釋），上機調試運行程序，記錄實驗結果（含計算結果和圖表），并對實驗結果進行分析和總結。具體設計要求包括： 初步了解Matlab、熟悉Matlab界面、進行簡單操作； MATLAB的數值計算：創(chuàng)建矩陣、矩陣運算、多項式運算、線性方程組、數值統(tǒng)計； 基本繪圖函數：plot, plot3, mesh, surf等，要求掌握以上繪圖函數的用法、簡單圖形標注、簡單顏色設定等； 使用文本編輯器編輯m文件，函數調用； 能進行簡單的信號處理Matlab編程；2. 課程設計說明書按學校“課程設計工作規(guī)范”中的“統(tǒng)一書寫格式”撰寫，具體包括： 目錄； 與設計題目相關的理論分析、歸納和總結； 與設計內容相關的原理分析、建模、推導、可行性分析； 程序設計框圖、程序代碼（含注釋）、程序運行結果和圖表、實驗結果分析和總結； 課程設計的心得體會（至少500字）； 參考文獻；其它必要內容等。 時間安排： 指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日處理的、可視化的、強大的計算工具。它集圖示和精確計算于一身，在應用數學、物理、化工、機電工程、醫(yī)藥、金融和其他需要進行復雜數值計算的領域得到了廣泛應用。它不僅是一個在各類工程設計中便于使用的訓算工具，而且也是一個在數學、數值分析和工程計算等課程教學中的優(yōu)秀的教學工具。MATLAB可以在幾乎所有的PC機和大型計算機上運行，適用于Windows、UNIX等多種系統(tǒng)平臺。1.1 MATLAB產生的歷史背景 MATLAB名稱是由兩個英文單詞Maix和Laboratory的前二個字母組成。20世紀70年代后期，美國新墨西哥大學計算機系主任CleveMoler教授為了便于教學，減輕學生編寫Fortran程序的負擔，為兩個矩陣運算軟件包Linpack和Eispack編寫了接口程序，這也許就算MATLAB的第一個版本。1984年，在JackLittle(也稱JohnLittle)的建議推動下，由Little、Moler、SteveBangert三人合作，成立rMathWorks公司，同時把MATLAB正式推向市場。從那時開始，MATLAB的源代碼采用C語言編寫，除加強了原有的數值計算能力外，還增加了數據圖形的可視化功能。1993年，MathWorks公司推出了MATLAB的40版本，系統(tǒng)平臺由DOS改為Windows，推出了功能強大的、可視化的、交互環(huán)境的用于模擬非線性動態(tài)系統(tǒng)的工具Simulink，第一次成功開發(fā)出了符號計算工具包Symbolic Math Toolbox 10，為MATLAB進行實時數據分析、處理和硬件開發(fā)而推出了與外部直接進行數據交換的組件，為MATLAB能融科學計算、圖形可視、文字處理于一體而制作了Notebook，實現了MATLAB與大型文字處理軟件Word的成功對接。至此，MathWorks使MATLAB成為國際控制界公認的標準計算軟件。 1997年，MathWorks公司推出了MATLAB的50版本，緊接著產生了51、52版本，至1999年MATLAB發(fā)展到53版本。MATLAB擁有了更豐富的數據類型和結構，更好的面向對象的快速精美的圖形界面，更多的數學和數據分析資源，MATLAB工具也達到了25個，幾乎涵蓋了整個科學技術運算領域。在大部分大學里，應用代數、數理統(tǒng)計、自動控制、數字信號處理、模擬與數字通信、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等課程的教材都把MATLAB作為必不可少的內容。在國際學術界，MATLAB被確認為最準確可靠的科學計算標準軟件，在許多國際一流的學術刊物上都可以看到MATLAB在各個領域里的應用。 MATLAB當前推出的最新版本是70版(R14)，本書無特殊注明均指70版。12 MATLAB的語言特點和開發(fā)環(huán)境MATLAB作為一種科學計算的高級語言之所以受歡迎，就是因為它有豐富的函數資源和工具箱資源，編程人員可以根據自己的需要選擇函數，而無需再去編寫大量繁瑣的程序代碼，從而減輕了編程人員的工作負擔。被稱為第四代編程語言的MATLAB最大的特點就是簡潔開放的程序代碼和直觀實用的開發(fā)環(huán)境。具體地說MATLAB主要有以下特點： (1)庫函數資源豐富 數百種庫函數大大減輕了用戶子程序的編寫工作量，也避免了一些不必要的錯誤，因而用戶也不必擔心程序的可靠性問題。 (2)語言精煉，代碼靈活 MATLAB的編程語言符合人們的思維習慣，對代碼的書寫也沒有特別嚴格的控制，語言精煉，程序的亢余度非常小。 (3)運算符多而靈活 MATLAB的內核是用C語言編寫的，它為用戶提供了和C語言一樣多的運算符，用戶運用這些運算符可以使程序更加簡煉。 (4)面向對象，控制功能優(yōu)良 MATLAB在5x各版本中優(yōu)化了數據結構，使得程序的結構化控制更精良，面向對象的功能更加友善。特別是當前的70版，在可視化編程方面比以前的版本又有了更大的提高，使界面編程更方便、自由。 (5)程序設計自由 MATLAB70版支持長變量名達到63個字符，用戶可以不對矩陣進行預定義就使用，變量和數組的應用也有了很大的擴展，這為用戶編寫程序提供了更大的自由度，使編程更加簡單、方便。 (6)圖形功能強大 在很多程序語言中，繪制圖形是一件很麻煩的事情。但在MATLAB中，只需調用相應的繪圖函數即可，既方便又迅速。隨著硬件的發(fā)展和MATLAB70推出，MATLAB的圖形功能更好，可視化編程能力得到更進一步的提高。 (7)程序的兼容性好 MATLAB可以在各種PC機、大型計算機和各種操作系統(tǒng)上運行。 (8)源代碼開放 MATLAB的最重要的特點是源代碼的開放性，除了內部函數，所有的MATLAB核心文件和工具箱文件都完全開放，都可瀆可改。用戶對源文件修改就可以生成適合自己的源代碼文件。 (9)形形色色的工具箱 凡有工具箱的軟件大都分為兩大部分，就是核心部分和形形色色的工具箱。MATLAB有數百個核心內部函數，數十個形形色色的工具箱。工具箱大致可以分為兩大類，類是學科性工具箱，另一類是功能性工具箱。學科性工具箱大都涵蓋了本學科所有的已有的基本概念和基本運算，大都十分專業(yè)。2 設計內容2.1 求100，200之間第一個能被21整除的整數。 2.1.1分析：利用for循環(huán)語句控制，并結合rem函數求得個符合條件的數。 2.1.2程序編碼： for n=100:200 % 控制n從100開始以1為步長出個取值至200；if rem(n,21)=0 % 判斷條件：整數對21取余不等于0continue % 結束本次循環(huán)，開始下一次循環(huán)end % i f語句結束標志break % 跳出循環(huán)體執(zhí)行下面的語句end n % 提示輸出nn = 1052.1.3程序流程100-nnn=n+1rem(n,21)=0YN 圖2-1 題2.1流程圖2.1.4 實驗結果進行分析和總結： 利用for語句逐個去值，然后通過if語對rem(n,21)=0進行判斷滿足 條件時，循環(huán)繼續(xù)。不滿足時，結束循環(huán)。輸出n的值為 1052.2 繪制余弦曲線y=cos（x）和指數函數y=x2曲線。 2.2.1分析：在matlab中繪制函數圖像有很多的函數可以完成。如：fplot 函數plot函數等，不同的函數使用規(guī)則是有區(qū)別的，合理使用任何一個畫圖函數得到預期的結果。2.2.2程序編碼: x=0:pi/100:4*pi;y=cos(x);plot(x,y) x=0:0.01:4;y=x.2;plot(x,y) 2.2.3 函數圖像如（圖3-2）： y=cos(x) y=x2 圖2-2 題2.2結果截圖 2.2.4 實驗結果分析和總結： Plot函數的基本調運格式為：plot（x，y）其中x,y為向量，可存儲x坐標和y坐標數據。2.3 計算2+4+6.+100 的值，當和大于2000時終止計算。2.3.1分析：利用for循環(huán)語句來的到累加的效果，并利用while語句控制和大于2000時終止計算。2.3.2 程序編碼： y=0; n=100; for i=2:2:100y=y+i;if y2000break;endend yy = 20702.3.3 實驗結果分析和總結： 利用for語句使i從2到100逐個取值，利用y=y+i語句實現累加，利用if y2000 語句最終達到題目要求，求得y=2070。2.4 分析下面每條指令的功能并運行，觀察執(zhí)行結果。2.4.1 x=0:0.25:3; y=x.*exp(-x); plot(x,y),label(x), label(y),title(y=x*exp(-x);2.4.1.1 分析：X=0:0.25:3;得到以0.25為步長，取得0到3內的所有實數，確定自變量X的范圍。利用plot函數畫出函數Y的圖像，并設置圖像的一些基本性質。2.4.1.2 程序編碼： x=0:0.25:3; y=x.*exp(-x); plot(x,y),xlabel(x), ylabel(y),title(y=x*exp(-x); 圖2-3 y=x*exp(-x)2.4.2 A=zeros(2,5)A(:)=-4:5L=abs(A)4islogical(L)X=A(L)2.4.2.1 分析：zeros函數建立一個3*5全0矩陣賦給A，在將-4到5內的整數賦給A，形成新的矩陣。L=abs(A)4，獲得新的矩陣L，通過邏輯函數islogical得到新的矩陣賦給X。2.4.2.2 程序編碼： A=zeros(2,5) A = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 A(:)=-4:5A = -4 -2 0 2 4 -3 -1 1 3 5 L=abs(A)4L = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 islogical(L)ans = 1 X=A(L)X = 52.4.3 A=1:5;6:10pow2(A)2.4.3.1 分析：pow2函數的使用。3.4.3.2 程序編碼： A=1:5;6:10A = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 pow2(A)ans = 2 4 8 16 32 64 128 256 512 10242.4.4 A=zeros(3,2) A(:)=1:6 A=A*(1+i) A1=A.; B1=A;2.4.4.1 分析：A=zeros(3,2) A(:)=1:6 獲得一個新的矩陣，主要是區(qū)別.的用法。前者是求矩陣的共軛轉置，后者實現非共軛轉置。2.4.4.2 程序編碼： A=zeros(3,2)A = 0 0 0 0 0 0 A(:)=1:6A = 1 4 2 5 3 6 A=A*(1+i)A = 1.0000 + 1.0000i 4.0000 + 4.0000i 2.0000 + 2.0000i 5.0000 + 5.0000i 3.0000 + 3.0000i 6.0000 + 6.0000i A1=A.;B1=A; 2.4.5 A=ones(2,3) B=ones(2) C=eye(4) D=drag(C) E=repeat(C,1,3)2.4.5.1分析：ones函數以及eye，drag，repmat函數的使用。2.4.5.2 程序編碼： A=ones(2,3)A = 1 1 1 1 1 1 B=ones(2)B = 1 1 1 1 C=eye(4)C = 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 D=diag(C)D = 1 1 1 1 E=repmat(C,1,3)E = 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 12.5 利用whileend循環(huán)結構編程求出1+3+5+101的值。2.5.1 分析：while語句 while語句的一般格式為： while (條件) 循環(huán)體語句 end 其執(zhí)行過程為：若條件成立，則執(zhí)行循環(huán)體語句，執(zhí)行后再判斷條件是否成立，如果不成立則跳出循環(huán)。2.5.2 程序編碼： sum=0; i=1; while i sumsum = 26012.5.3 程序流程圖 如（圖2-4）While i101i=i+2sum 圖2-4 題2.5流程圖2.6 隨機生成一個100003的矩陣，并繪制其柱狀圖。2.6.1 分析：利用rand函數生成這個矩陣。2.6.2 程序編碼： a=randn(10000,3); bar(a)2.6.3 函數圖像 如（圖2-5） 圖2-5 題2.6矩陣柱狀圖 2.7 利用switchcase編寫以下程序：某商場對顧客所購買的商品實行打折銷售，標準如下(商品價格用price來表示)： price200 無折扣 200price500 5折扣 500price sl(0.5)；s = 0.7854l =3.1416 sl(5);s = 78.5398l = 31.41592.9 已知，其中t的范圍是0 ,10，計算y的微分和積分并給出曲線圖。2.9.1 分析：分別利用diff，以及int函數求的函數的微分和積分，利用ezplot畫圖函數得到函數的圖像。注意此處e(-1),用exp(-1)表示。2.9.2 程序編碼： syms t y y=exp(-1)*cos(t); int(y,0,10)ans =828390857088487/2251799813685248*sin(10) pretty(ans) 828390857088487 - sin(10) 2251799813685248 diff(y,0,10)ans =-828390857088487/2251799813685248*cos(t) pretty(ans) 828390857088487 - - cos(t) 2251799813685248 ezplot(y,0,10) 2.9.3函數圖像如（圖2-6）： 圖2-6 題2.9曲線圖 2.10 編寫程序，用plot(x,y)繪制下圖所示曲線。2.10.1 分析：觀察第一個函數圖像可以得到函數解析式為，y=3*x+1,x的范圍為：0=x x=0:0.001:5; y=3*x+1; plot(x,y),ylabel(y),xlabel(x)2.10.3 圖像如下如（圖2-7）： 圖2-7 y=3*x+1 2.10.4程序編碼： x=0:0.1:1; y1=-x+3; y2=x+1; plot(x,y1),xlabel(x),ylabel(y); hold on plot(x,y2)2.10.5 函數圖像如（圖2-8）： 圖2-8 y1=-x