MATLAB課程設(shè)計任務(wù)書

1、課程設(shè)計任務(wù)書學生姓名： 專業(yè)班級： 電信 指導教師： 工作單位：信息工程學院 題目: MATLAB運算與應(yīng)用設(shè)計2 初始條件：1. MATLAB6.5以上版本軟件；2. 課程設(shè)計輔導資料：“MATLAB語言基礎(chǔ)及使用入門”、“MATLAB及在電子信息課程中的應(yīng)用”等；3. 先修課程：信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、MATLAB應(yīng)用實踐及信號處理類課程等。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，學習該教程的全部內(nèi)容，包括使用方法、數(shù)組運算、矩陣運算、數(shù)學運算、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

2、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、必要的推導和可行性分析，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、獨立完成課程設(shè)計說明書。時間安排: (1) 布置課程設(shè)計任務(wù),查閱資料,學習MATLAB教程 十周； (2) 進行編程設(shè)計 一周； (3) 完成課程設(shè)計報告書 一周；指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目 錄 1 MATLAB概述.31.1MATLAB簡介 .41.2MATLAB的功能 .4

3、1.3MATLAB 的典型應(yīng)用 .62設(shè)計題目：MATLAB運算與應(yīng)用設(shè)計 套題二 .63設(shè)計內(nèi)容 .83.1 題一 .83.2 題二 .83.3 題三 .93.4 題四 .103.5 題五 .153.6 題六 .153.7 題七 .153.8 題八 .163.9 題九 .173.10題十 .184 課程設(shè)計心得 .205參考文獻 .216 本科生課程設(shè)計成績評定表 .22摘要關(guān)鍵詞： 數(shù)據(jù)處理 圖形處理 廣泛應(yīng)用MATLAB（矩陣實驗室）是MATrix LABoratory的縮寫，是一款由美國The MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件。MATLAB是一種用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分

4、析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境。除了矩陣運算、繪制函數(shù)/數(shù)據(jù)圖像等常用功能外，MATLAB還可以用來創(chuàng)建用戶界面及與調(diào)用其它語言（包括C，C+和FORTRAN）編寫的程序。盡管MATLAB主要用于數(shù)值運算，但利用為數(shù)眾多的附加工具箱（Toolbox）它也適合不同領(lǐng)域的應(yīng)用，例如控制系統(tǒng)設(shè)計與分析、圖像處理、信號處理與通訊、金融建模和分析等。另外還有一個配套軟件包Simulink，提供了一個可視化開發(fā)環(huán)境，常用于系統(tǒng)模擬、動態(tài)/嵌入式系統(tǒng)開發(fā)等方面。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

5、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。可用于科學計算和工程繪圖。新版本的MATLAB對整個圖形處理功能作了很大的改進和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能MATLAB的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊，可應(yīng)用于數(shù)據(jù)分析、數(shù)值與符號計算、控制系統(tǒng)設(shè)計、航天工業(yè)、汽車工業(yè)、生物醫(yī)

6、學工程、語音處理、圖像與數(shù)字信號處理、財務(wù)、金融分析、建模、仿真及樣機開發(fā)、新算法研究開發(fā)、圖形用戶界面設(shè)計等領(lǐng)域。1.1MATLAB簡介MATLAB軟件由美國Math Works公司于1984年推出，經(jīng)過不斷的發(fā)展和完善，如今己成為覆蓋多個學科的國際公認的最優(yōu)秀的數(shù)值計算仿真軟件。MATLAB具備強大的數(shù)值計算能力，許多復雜的計算問題只需短短幾行代碼就可在MATLAB中實現(xiàn)。作為一個跨平臺的軟件，MATLAB已推出Unix、Windows、Linux和Mac等十多種操作系統(tǒng)下的版本，大大方便了在不同操作系統(tǒng)平臺下的研究工作。MATLAB軟件具有很強的開放性和適應(yīng)性。在保持內(nèi)核不變的情況下，M

7、ATLAB可以針對不同的應(yīng)用學科推出相應(yīng)的工具箱(toolbox)，目前己經(jīng)推出了圖象處理工具箱、信號處理工具箱、小波工具箱、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱以及通信工具箱等多個學科的專用工具箱，極大地方便了不同學科的研究工作。國內(nèi)已有越來越多的科研和技術(shù)人員認識到MATLAB的強大作用，并在不同的領(lǐng)域內(nèi)使用MATLAB來快速實現(xiàn)科研構(gòu)想和提高工作效率。MATLAB提供了20類圖像處理函數(shù),涵蓋了圖像處理的包括近期研究成果在內(nèi)的幾乎所有的技術(shù)方法,是學習和研究圖像處理的人員難得的寶貴資料和加工工具箱。這些函數(shù)按其功能可分為:圖像顯示;圖像文件I/O;圖像算術(shù)運算;幾何變換;圖像登記;像素值與統(tǒng)計;圖像分析;圖像

8、增強;線性濾波;線性二元濾波設(shè)計;圖像去模糊;圖像變換;鄰域與塊處理;灰度與二值圖像的形態(tài)學運算;結(jié)構(gòu)元素創(chuàng)建與處理;基于邊緣的處理;色彩映射表操作;色彩空間變換;圖像類型與類型轉(zhuǎn)換。1.2MATLAB的功能 (1)強大的科學計算機數(shù)據(jù)處理能力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

9、從最簡單最基本的函數(shù)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。(2)出色的圖形處理功能圖形處理功能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。新版本的MATLAB對整個圖形處理功能作了很大的改進和完善，

10、使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而且對于一些其他軟件所沒有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等），MATLAB同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時對一些特殊的可視化要求，例如圖形對話等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。另外新版本的MATLAB還著重在圖形用戶界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。(3)應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱MATLAB對許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強大的模塊集和工具箱。一般來說，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學習、

11、應(yīng)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(yīng)用的諸多領(lǐng)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(luò)、小波分析、信號處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識、控制系統(tǒng)設(shè)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(shè)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。(4)實用的程序接口和發(fā)布平臺新版本的MATLAB可以利用MATLAB編譯器和C/C+數(shù)學庫以及圖形庫，將自己的MATLAB程序自動轉(zhuǎn)換為獨

12、立于MATLAB運行的C和C+的代碼。允許用戶編寫可以和MATLAB進行交互的C或C+語言程序。另外，MATLAB網(wǎng)頁服務(wù)程序還容許在Web應(yīng)用中使用自己的MATLAB數(shù)學和圖形程序。MATLAB的一個重要特色就是具有一套程序擴展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。工具箱是MATLAB函數(shù)的子程序庫，每一個工具箱都是為某一類學科專業(yè)和應(yīng)用而定制的，主要包括信號處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。(5)應(yīng)用軟件開發(fā)（包括用戶界面）在開發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便地控制多個文件和圖形窗口；在編程方面支持了函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強大的圖形標注和處理

13、功能，包括對性對起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向Excel和HDF5進行連接。1.3MATLAB的典型應(yīng)用MATLAB的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊，典型的應(yīng)用舉例如下：(1) 數(shù)據(jù)分析(2) 數(shù)值與符號計算；(3) 工程與科學繪圖；(4) 控制系統(tǒng)設(shè)計；(5) 航天工業(yè)；(6) 汽車工業(yè)；(7) 生物醫(yī)學工程；(8) 語音處理；(9) 圖像與數(shù)字信號處理；(10) 財務(wù)、金融分析；(11) 建模、仿真及樣機開發(fā)；(12) 新算法研究開發(fā)；(13) 圖形用戶界面設(shè)計。2設(shè)計題目：第2套題目：專業(yè)基礎(chǔ)實踐課程設(shè)計21.計算y1=和y2=；2.畫出衰減震蕩曲線及其他的包絡(luò)線,t的取值范圍是0,6.3.

14、畫出所表示的三維曲面。x,y的取值范圍是-9, 9。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=0:0.2:2;Y=X.*exp(-X);plot(X,Y),xlabel(x), ylabel(y),title(y=x*exp(-x);（2） A=zeros(3,4)A(:)=-4:7L=abs(A)>3islogical(L)X=A(L)（3） A=randn(2,5)B=1:5;6:10A*B（4） A=zeros(3,5)A(:)=1:15A=A*(1+i)yA1=A.;B1=A;（5） A=ones(3,4)B=magic(2)C=eye(4)D=diag(C)E

15、=repmat(C,1,3)5.計算在x=0.1與10處的值。6.求函數(shù), n=100的值。7.求1000個元素的隨機數(shù)向量A中大于0.5的元素個數(shù)。8.求線性方程組AX=b的根。, 9.畫出y=|1000sin(4x)|+1的y軸為對數(shù)圖。10有如下數(shù)據(jù)：x11.11.21.31.4y1.000001.233681.552711.993722.61170利用線性插值方法對其進行插值，得到每隔 0.05 的結(jié)果。3設(shè)計內(nèi)容3.1 題一1.計算y1=和y2=；分析：直接輸入進行運行：y1=2*sin(0.5*pi)/(1+sqrt(6);y1y1=0.5798y2=3*cos(0.5*pi)/(

16、1+sqrt(7);y2y2 = 5.0387e-0173.2題二2.畫出衰減震蕩曲線及其他的包絡(luò)線,t的取值范圍是0,6.分析：先聲明t的范圍，寫出y、y0關(guān)于t的方程，然后運行程序。t=0:0.2:6*pi;y=exp(-3*t).*cos(t/5);y0=exp(-3*t);plot(t,y,t,y0)3.3題三3. 畫出所表示的三維曲面。x,y的取值范圍是-9，9分析：先設(shè)置x,y的范圍，用mesh函數(shù)繪制給定的三維曲面，運行程序。x=-9:0.5:9;y=-9:0.5:9;x,y=meshgrid(x,y);z=cos(sqrt(2*x.*x+2*y.*y)./sqrt(x.*x+y

17、.*y);surf(x,y,z);3.4題四4.分析下面每條指令的功能并運行，觀察執(zhí)行結(jié)果。 （1）X=0:0.25:3;Y=X.*exp(-X);plot(X,Y),xlabel(x), ylabel(y),title(y=x*exp(-x);(2) A=zeros(2,5)A(:)=-4:5L=abs(A)>4islogical(L)X=A(L)(3) A=1:5;6:10pow2(A)(4) A=zeros(3,2)A(:)=1:6A=A*(1+i)A1=A.;B1=A;(5) A=ones(2,3)B=ones(2)C=eye(4)D=diag(C)E=repmat(C,1,3)

18、1）>>X=0:0.2:2; %X取值從0 到2 每隔0.2 取一個數(shù)>> Y=X.*exp(-X); %Y對于X 的表達式,求出X 對應(yīng)下的Y 值>> plot(X,Y),xlabel('x'), ylabel('y'),title('y=x*exp(-x)')2）>> A=zeros(3,4) %產(chǎn)生3 x 4 的全零矩陣AA = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0>> A(:)=-4:7 %將-4 到7 依次賦值給AA = -4 -1 2 5 -3 0 3 6 -2 1

19、 4 7>> L=abs(A)>3 %判斷A 內(nèi)各元素絕對值是否大于3,大于返回1,小于返回0,并將返回值構(gòu)成與A相同行列的矩陣LL = 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1>> islogical(L) %判斷矩陣L 內(nèi)是否為邏輯值,是返回1,不是則返回0ans = 1>> X=A(L) %將A 對應(yīng)L 內(nèi)為真的元素取出來,構(gòu)成列向量X,即絕對值大于3的值取出X = -4 4 5 6 73）>> A=randn(2,5) %產(chǎn)生一個2到5之間的隨機數(shù)A = 0.2944 0.7143 -0.6918 1.2540 -1.4410

20、 -1.3362 1.6236 0.8580 -1.5937 0.5711>> B=1:5;6:10B = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10>> A*B'ans = -2.5411 -1.89110.9658 1.57974）A=zeros(3,5) %產(chǎn)生3 x 5 的全零矩陣AA = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0>> A(:)=1:15 %將1 到15 依次賦值給各元素A = 1 4 7 10 13 2 5 8 11 14 3 6 9 12 15>> A=A*(1+i) %將A 各元素乘以(1+i

21、),成為復數(shù)矩陣A = 1.0000 + 1.0000i 4.0000 + 4.0000i 7.0000 + 7.0000i 10.0000 +10.0000i 13.0000 +13.0000i 2.0000 + 2.0000i 5.0000 + 5.0000i 8.0000 + 8.0000i 11.0000 +11.0000i 14.0000 +14.0000i 3.0000 + 3.0000i 6.0000 + 6.0000i 9.0000 + 9.0000i 12.0000 +12.0000i 15.0000 +15.0000i>> A1=A. %令A1 成為A 的轉(zhuǎn)置非

22、共軛矩陣A1 = 1.0000 + 1.0000i 2.0000 + 2.0000i 3.0000 + 3.0000i 4.0000 + 4.0000i 5.0000 + 5.0000i 6.0000 + 6.0000i 7.0000 + 7.0000i 8.0000 + 8.0000i 9.0000 + 9.0000i 10.0000 +10.0000i 11.0000 +11.0000i 12.0000 +12.0000i 13.0000 +13.0000i 14.0000 +14.0000i 15.0000 +15.0000i>> B1=A' %令B1 成為A 的轉(zhuǎn)置

23、共軛矩陣B1 = 1.0000 - 1.0000i 2.0000 - 2.0000i 3.0000 - 3.0000i 4.0000 - 4.0000i 5.0000 - 5.0000i 6.0000 - 6.0000i 7.0000 - 7.0000i 8.0000 - 8.0000i 9.0000 - 9.0000i 10.0000 -10.0000i 11.0000 -11.0000i 12.0000 -12.0000i 13.0000 -13.0000i 14.0000 -14.0000i 15.0000 -15.0000i5）>> A=ones(3,4) %產(chǎn)生一個3 x

24、 4 全1 矩陣AA = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1>> B=magic(2) %產(chǎn)生一個行列為2 的全1 的方陣BB = 1 3 4 2>> C=eye(4) %產(chǎn)生一個行列為4 單位方陣CC = 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1>> D=diag(C) %將C 的主對角元素取出形成列向量DD = 1 1 1 1>> E=repmat(C,1,3) %將C 看成一個元素,重復C 構(gòu)成一個1 x 3 的矩陣EE = 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0

25、 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 13.5題五計算在x=0.1與10處的值。>> myfhd=(x)(x5+0.1*(x3)-90);myfhd(0.1)ans = -89.9999>> myfhd(10)ans = 1000103.6題六求函數(shù), n=100的值。分析：可以使用for循環(huán)進行解決>> y=0;for n=1:100;y=y+1/(n2); end;yy = 1.63503.7題七求1000個元素的隨機數(shù)向量A中大于0.5的元素個數(shù)。分析:用rand函數(shù)產(chǎn)生一個含1000

26、個元素的的矩陣，在進行循環(huán)比較。>> A=rand(1,1000);a=0;for n=1:1:1000,if A(1,n)>0.5,a=a+1;end;end;aa = 4883.8題八 求線性方程組AX=b的根。分析：此題可用左除法求解線性方程的根。運行結(jié)果如下： 3.9題九畫出y=|1000sin(4x)|+1的y軸為對數(shù)的圖。3.10題十x11.11.21.31.4y1.000001.233681.552711.993722.61170利用線性插值方法對其進行插值，得到每隔 0.05 的結(jié)果。4 課程設(shè)計心得在做MATLAB的過程中還是比較艱辛的，由于大多數(shù)的教程是英

27、文的，對于英語還是很薄弱，學習起來很吃力?；旧线M度比較慢，由于時間比較緊，多是采取跳躍式學習，存在著很多學習漏洞。在學習的過程中，我明白了理論與實踐結(jié)合的重要性，一個在書上看到覺得很簡單的運算在電腦上運行時，很容易出現(xiàn)常識性與粗心的錯誤，很容易漏掉某些字符，而且簡單看書搞不懂的問題在電腦運行之后很容易就搞懂了，對那方面的知識也更深刻。而且在實踐之中也很容易產(chǎn)生意想之外的問題，有效地提高了自身解決問題的能力。學習MATLAB是一個枯燥的過程，在裝MATLAB這個軟件也發(fā)生很多小插曲，費了很長的時間，一開始就極大地挫敗了自己的信心。由于軟件是全英文的，大多數(shù)教程也是純英文的，一時間不知道如何下手。拿到中文材料后，打開電腦學習一下MATLAB軟件的一些基本操作后，漸漸對他有了初步的了解，越來越發(fā)現(xiàn)他的強大。 高效的數(shù)值計算及符號計算功能，能使用戶從繁雜的數(shù)學運算分析中解脫出來； 具有完備的圖形處理功能,實現(xiàn)計算結(jié)果和編程的可視化;友好的用戶界面及接近數(shù)學表達式的自然化語言，使學者易于學習和掌握； 功能豐富的應(yīng)用工具