專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2

1、專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)：電信1203班指導(dǎo)教師： 桂林工作單位：信息工程學(xué)院題 目：專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐第2套綜合題初始條件：（1）提供實(shí)驗(yàn)室機(jī)房及其matlab6.5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(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）:（1）選擇一木matlab教程，認(rèn)真學(xué)習(xí)該教程的全部?jī)?nèi)容，包括基木使用方 法、數(shù)組運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、數(shù)學(xué)運(yùn)算、程序設(shè)計(jì)、符號(hào)計(jì)算、圖形繪制、gui設(shè) 計(jì)等內(nèi)容；（2）對(duì)該套綜合題的10道題，進(jìn)行理論分析，針對(duì)具體設(shè)計(jì)部分的原理分析、 建模、必要的推導(dǎo)和可行性分析，畫出程序設(shè)計(jì)框圖，編寫程序代碼

2、（含注釋）, 上機(jī)調(diào)試運(yùn)行程序，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果（含計(jì)算結(jié)果和圖表）。（3）對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)；（4）要求閱讀相關(guān)參考文獻(xiàn)不少于5篇；（5）根據(jù)課程設(shè)計(jì)冇關(guān)規(guī)范，按時(shí)、獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)說明書。時(shí)間安排:（1）布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)，杳閱資料，學(xué)習(xí)matlab教程十周；（2）進(jìn)行編程設(shè)計(jì)一周；（3）完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告書一周；指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名:目錄1 matlab概述1.1.1 matlab 簡(jiǎn)介11.2matlab 功能21.3matlab的典型應(yīng)用32 第2套題目：專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐課程設(shè)計(jì)23題一5題二題三題四7題五11題六12題七13題八14題九15題十163課程設(shè)計(jì)心得1

3、74參考文獻(xiàn)185本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表19摘要matlab軟件出美國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(gè)學(xué)科的國際公認(rèn)的最優(yōu)秀的數(shù)值讓算仿真軟件。matlab具 備強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算能力，許多復(fù)雜的計(jì)算問題只需短短幾行代碼就可在matlab 中實(shí)現(xiàn)。作為一個(gè)跨平臺(tái)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(tái)下的研究工作。matlab是一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。其擁冇600多個(gè)工程中要用到的數(shù) 學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。圖形處理功能matla

4、b自產(chǎn)生之口起就具冇方便的數(shù)據(jù)口j視化功能，以將向量 和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)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(dòng)畫和表達(dá)式作圖?？捎糜诳茖W(xué)計(jì)算和工程繪圖。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(hào)計(jì)算、控制系 統(tǒng)設(shè)計(jì)、航天工業(yè)、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)工程、語音處理、圖像與數(shù)字信號(hào)處理、 財(cái)務(wù)、金融分析、建模、仿真及樣機(jī)開發(fā)、新算法研究開發(fā)、圖形用戶界面設(shè)計(jì) 等領(lǐng)域。關(guān)鍵字：數(shù)據(jù)處理圖形處理廣泛應(yīng)用mat i ab程序簡(jiǎn)介1.1 matlab 簡(jiǎn)介matlab軟件出美國math works公司于1984年推出，經(jīng)過不斷的發(fā)展和完善, 如今

5、己成為覆蓋多個(gè)學(xué)科的國際公認(rèn)的最優(yōu)秀的數(shù)值讓算仿真軟件。matlab具 備強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算能力，許多復(fù)雜的計(jì)算問題只需短短幾行代碼就可在matlab 中實(shí)現(xiàn)。作為一個(gè)跨平臺(tái)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(tái)下的研究工作。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(xué)習(xí)和研究圖像處理的人員難得的寶貴資料和加工工具箱。1.2matlab的功能(1) 強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力matlab是一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。其擁有600多個(gè)工程中要用到的數(shù)

6、學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。函數(shù)中所使用的算法都 是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯(cuò)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+ o在計(jì)算要求相同的情況 下，使用matlab的編程工作量會(huì)大大減少(2) 出色的圖形處理功能圖形處理功能matlab 口產(chǎn)牛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(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。高層次的作圖包折二 維和三維的可視化、圖象處理、動(dòng)畫和表達(dá)式作圖?？捎糜诳茖W(xué)計(jì)算和工程繪圖。 新版本的matlab對(duì)整個(gè)圖形處理功能作了很大的改進(jìn)和完善，使它不僅在一般 數(shù)據(jù)可視化軟件都具

7、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(duì)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(shí)對(duì)一些特 殊的可視化妾求，例如圖形對(duì)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。(3) 應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱matlab對(duì)許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強(qiáng)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(xué)習(xí)、應(yīng)用和評(píng)估 不同的方法而不需要口己編寫代碼。目前，matlab己經(jīng)把工具箱延伸到了科學(xué) 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

8、、概率統(tǒng)計(jì)、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(hào)處理、圖像處理、系統(tǒng) 辨識(shí)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、lmi控制、魯棒控制、模型預(yù)測(cè)、模糊邏輯、金融分析、 地圖工具、非線性控制設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、定 點(diǎn)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。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(hào)計(jì)算；(3) 工程與科學(xué)繪圖；(4) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；航天工業(yè)；汽車工業(yè)；(7) 生物醫(yī)學(xué)工程；(8) 語音處理；(9) 圖像與數(shù)字信號(hào)處理；(10)

9、財(cái)務(wù)、金融分析；(11) 建模、仿真及樣機(jī)開發(fā)；(12) 新算法研究開發(fā)；第2套題目：專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐課程設(shè)計(jì)21. 計(jì)算 yi二 2血(0丁)和 y2=3cos(q);1 + 761 + v72. 畫出衰減震蕩曲線y =曠)cos(5)及其他的包絡(luò)線yo =不)，七的取值范圍 是0, 6兀3 .畫出“cos嚴(yán)2+2亡所表示的三維曲而。,丫的取值范圍是-9, 9o4分析下而每條指令的功能并運(yùn)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(,title( "y二x*exp(-x)，);(2

10、) a二zeros (3, 4)a(:)=-4:7l=abs(a)>3 islogical(l) x=a(l)(3) a=randn(2, 5)b二l:5;6:10a*b'(4) a=zeros (3, 5) a(:)=l: 15a 二 a*(l+i) al二a.' bl二a'(5) a=ones (3, 4) b=magic(2) c=cyc(4) d=diag(c) e=repmat (c, 1, 3)5.計(jì)算 y = x5+0.1x3-90 在 x二0. 1 與 10 處的值。6求函數(shù)1 + £ + * + . +占,e00的值。7.求1000個(gè)元

11、素的隨機(jī)數(shù)向量a中大于0. 5的元素個(gè)數(shù)。計(jì)算yl二2sin(0.5/r)1 + 76和y2二3cos(05/r)0.4156 0.2319 0.2024 0.2730 0.3690-0.0305一0.3206 0.3650 0.5662 0.1812 0.46310.34490.5146 0.3734 0.7315 0.3575 0.6278,b =0.57590.7192 0.0500 0.4226 0.6341 0.94450.74830.8420 0.0739 0.8395 0.5864 0.4058_0.46428.求線性方程組ax=b的根。人=9.畫出y=|1000sin(4x)

12、|+1的y軸為對(duì)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(duì)其進(jìn)行插值，得到每隔0. 05的結(jié)果。分析，直接在命令窗內(nèi)輸入代碼即可，代碼和結(jié)果如下：» yl=2*sin(pi/2)/(1+sqrt(6)yi0.5798>> y2=3*cos(pi/2)/(1+sqrt(7)y2 =5.0387e-17題2畫出衰減震蕩曲線y二不)cos(5)及其他的包絡(luò)線w =廣),t的取值范圍是0, 6兀分析：先聲明t的范圍，再寫出y與t的函數(shù)關(guān)系式。代碼如下：>> t=0

13、:0. 1: 6*pi ;y=exp (-3*t). *cos (t/5) :y0=exp (-3*1) :plot (t? y? t, yo)»看出的圖像如卞：題3畫血=所表示的三維曲面。x,y的取值范圍是-9, 9。代+ *分析：先聲明t的范圍，再寫出y與t的函數(shù)關(guān)系式。代碼如下：» x=-9:0.3:9;ix y二meshgridgy):r=x."2+y"2：z二cos(sqrt(2*r). /sqrt(r);surf (x, y, z)得到的圖像如下:題4分析下面每條指令的功能并運(yùn)行，觀察執(zhí)行結(jié)果。(1) x=0:0.2:2;y=x. *exp

14、(-x);plot (x,y),xlabel ( "x'), ylabel ( 'y' ),title ( 'y二x*exp(-x)');»x=0:0.2:2;%x取值從0到2每隔0. 2取一個(gè)數(shù)» y=x.*exp(-x);%y對(duì)于x的表達(dá)式，求出x對(duì)應(yīng)下的y值» 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)

15、87; a=zeros(3,4)%產(chǎn)生3 x 4的全零矩陣aa =000000000000» a(:)=-4:7%將-4到7依次賦值給aa =412530362147» l=abs(a)>3%判斷a內(nèi)各元素絕對(duì)值是否大于3,大于返冋1,小于返冋0,并將返冋值構(gòu)成與a相同行列的矩陣l»islogical(l)%判斷矩陣l內(nèi)是否為邏輯值,是返冋1,不是則返冋0ans =» x=a(l) %將人對(duì)應(yīng)l內(nèi)為真的元素取出來，構(gòu)成列向量x,即絕對(duì)值大于3的值取出-4567(3) a=randn(2,5)b=l:5;6:10a*b>> a=randn

16、 (2,5)a =%產(chǎn)生一個(gè)2到5 z間的隨機(jī)數(shù)0.29440.7143-1.33621.6236» b二1:5;6:10b 二-0. 69181. 2540-1. 44100.8580-1.59370.5711678»a*b*ans =2.5411-1.89110.96581.5797910(4) a=zeros(3,5) a(:)=l:15 a=a*(l+i) a1=a/;b1=aa=zeros(3,5)%產(chǎn)生3x 5的全零矩陣aa =0 00000 00000 0000» a(:)=l:15%將1到15依次賦值給各元素a =14710132581114369

17、1215» a=a *(l+i)%將人各元素乘以（1 + i）,成為復(fù)數(shù)矩陣a =1.0000 + 1 .ooooi13.0000+13.ooooi4.0000 + 4.0000i7.0000 + 7.0000i10.0000 +10.0000i2.0000 + 2.0000i5.0000 + 5.0000i&0000 + & ooooi 11.0000 +11.0000i14.0000+14.0000i3.0000 + 3.0000i6.0000 + 6.0000i9.0000 + 9.0000i12.0000 +12.0000i15.0000+15.ooooi&#

18、187; al二a. '%令al成為a的轉(zhuǎn)置非共轆矩陣al =1. 0000 + 1. ooooi2. 0000 + 2. ooooi3. 0000 + 3. ooooi4. 0000 + 4. ooooi5. 0000 + 5. ooooi6. 0000 + 6. ooooi7. 0000 + 7. ooooi8. 0000 + 8. ooooi9. 0000 + 9. ooooi10.0000 +10. ooooi11.0000 +11. ooooi12.0000 +12. ooooi13.0000 +13. ooooi14.0000 +14. ooooi15.0000 +15.

19、ooooibl二a'%令bl成為a的轉(zhuǎn)置共轆矩陣1. 0000 - 1. 0000i2. 0000 - 2. ooooi3. 0000 - 3. ooooi4. 0000 - 4. 0000i5. 0000 - 5. ooooi6. 0000 - 6. ooooi7. 0000 - 7. 0000i8. 0000 - 8. ooooi9. 0000 - 9. ooooi10.0000 -10. 0000i11.0000 -11. ooooi12.0000 -12. ooooi13.0000 -13. ooooi14.0000 -14. ooooi15.0000 -15. ooooi(5

20、) a=ones(3,4)b=magic(2) c=eye(4) d=diag(c) e=repmat(c,l,3)>> a=ones(3, 4)%產(chǎn)生一個(gè)3x4全1矩陣aa 二1 1 111 1 111 1 11» b=magic(2)b =%產(chǎn)生一個(gè)行列為2的全1的方陣b1342» c=eye(4)c =%產(chǎn)生一個(gè)行列為4單位方陣c10010000» d=diag(c)d =0 00 01 00 1%將。的主對(duì)角元索取出形成列向量d1111100010010001001000000100矩陣ee =001000000100100010010001&

21、#187; e=repmat(c,l,3)%將c看成一個(gè)元素，重復(fù)c構(gòu)成一個(gè)1 x 3的題5計(jì)算 = %5+0.1r3-90在x二0. 1與10處的值。分析：先聲明t的范圍，再寫岀y與t的函數(shù)關(guān)系式。代碼如下：» myfhd二(x)(xa5+().l*(xa3)-9();myfhd().l )%創(chuàng)建一個(gè)匿名函數(shù)ans =-89.9999» myfhd(lo) ans =100010題6求函數(shù)1 +右+ * + + *, e00的值。» n=100:sum=0:i=l: whil e(i<=n)sum=sum+l/(ia3):i=i4-l:end1sum1 =

22、101sum =1.2020%設(shè)置n的值用于比較9繾壞壞結(jié)構(gòu)用法11。掛束結(jié)構(gòu)題7求1000個(gè)元索的隨機(jī)數(shù)向量a中大于0. 5的元索個(gè)數(shù)。分析:用rand函數(shù)產(chǎn)生一個(gè)含1000個(gè)元素的的矩陣，在進(jìn)行循環(huán)比較。» a=rand( 1,1000);%隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè) 1x1000 的矩陣 aa=0;for n= 1:1:1000,if a( 1 ,n)>0.5,a=a+1;%循環(huán)比較，如果大于 0.5,次數(shù)加 1end;end;a a =4880.41560.32060.23190.36500.20240.5662a =0.51460.37340.73150.71920.05000.4

23、2260.84200.07390.8395求線性方程組ax=b的根。分析：矩陣的除法運(yùn)算。0.2730 0.3690-_0.0305_0.1812 0.46310.34490.3575 0.6278,b =0.57590.6341 0.94450.74830.5864 0.40580.4642» a=0.4156 02319 0.2024 0.2730 03690:0.3206 0.3650 0.5662 0.1812 0.4631:0.5146 0.3734 0.7315 0.3575 0.6278:0.7192 0.0500 0.4226 0.6341 0.9445:0.8420

24、 0.0739 0.8395 0.5864 0.4058: b=0.0505:0.4449:0.5959:0.7483:0.8642x=a b2.4285-0.0002-0.2452-1.88030.3152題9畫出y=|1000sin(4x) |+1的y軸為對(duì)數(shù)圖。%設(shè)置x的范圍%生成y的數(shù)據(jù)%10為對(duì)數(shù)畫岀對(duì)數(shù)坐標(biāo)分析：先取x的范圍，再生成y。» x=linspace(0:2*pi: 100000):y=abs(1000*sin(4*x)+l:semilogy(x:y)y=|1000sin(4x)|+1的y軸為對(duì)數(shù)的團(tuán)有如下數(shù)據(jù):x11.11.21.31.4y1.000001.

25、233681.552711.993722.61170利用線性插值方法對(duì)其進(jìn)行插值，得到每隔0. 05的結(jié)果。» a-l 1. 1 1. 2 1. 3 1.4:» y-l. 00000 1,23368 1. 55271 1. 99372 2. 61170:>> length_of_x-longth (x):>> scalar_x-x (1):0. 05:x (iength_of_x):>> length_of_sx-longth(scalar_x):>> y_nearos t 二 zeros(length(scalar_x),

26、1):>> y_spline - zeros (length (scalar_x), 1):>> y_cubic 二 zeros (length (scalar_x), 1):>> for i-1:16ngth_qf_sx»»»»subplot 2,1),plot (x,y jholdsubplot (2. 2.2)iplot(x.y jholdsubplot 2t3人plot (x.y j 豐> holdsubplot 2,4).plot (x.y, 1holdon. plot (scalarx. on, pl

27、ot (scalar_x( on, plot (scalarx, on, plot (scalarx,y_neares t) b ti tie (! method-neares)： y_linear), ti tie c methodlinear* ): y_spline). ti tie (* methodspline1 ): y_cubic). ti tie (' cnethod-cubic'):method=nearestmethod=linearmethod=spli ney_noares t(i)-intorplg y, scalar_x (i), * neares

28、ty_linoar (i) y_splino (i) y_cubic (i) end-interpl (x, y, scalar_x (i), * linear1 ) -interplg y, scalar_x (i), * spline') -interpl (x, y, scalar_x (i), 1 cubic1 ):3程序設(shè)計(jì)心得：通過學(xué)習(xí)mat lab,我懂得了學(xué)知識(shí)不能僅僅限于課本而應(yīng)在實(shí)際中去運(yùn)用, 這樣才能更好的理解和常握所學(xué)的內(nèi)容。在學(xué)習(xí)中書上看到的內(nèi)容，冇很多都是 不懂的，空想是很難想明白的。因此我們可以把程序輸入代碼窗口，運(yùn)行之后結(jié) 合得出的結(jié)果再加上書本上的講解，就很好理解了，相反，如果我們只是在那想 著這個(gè)