MATLAB實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、MATLAB實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書(shū)前言MATLAB程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是一種高性能的、用于科學(xué)和技術(shù)計(jì)算的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。它是一種集數(shù)學(xué)計(jì)算、分析、可視化、算法開(kāi)發(fā)與發(fā)布等于一體的軟件平臺(tái)。自1984年MathWorks公司推出以來(lái)，MATLAB以驚人的速度應(yīng)用于自動(dòng)化、汽車(chē)、電子、儀器儀表和通訊等領(lǐng)域與行業(yè)。MATLAB有助于我們快速高效地解決問(wèn)題。MATLAB相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)能加強(qiáng)學(xué)生對(duì)MATLAB程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言理解及動(dòng)手能力的訓(xùn)練，以便深入掌握和領(lǐng)會(huì)MATLAB應(yīng)用技術(shù)。 目錄基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)- 1 -實(shí)驗(yàn)一 MATLAB集成環(huán)境使用與基本操作命令練習(xí)- 1 -實(shí)驗(yàn)二 MATLAB中的數(shù)值計(jì)算與程序設(shè)計(jì)- 7

2、 -實(shí)驗(yàn)三 MATLAB圖形系統(tǒng)- 11 -基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 MATLAB集成環(huán)境使用與基本操作命令練習(xí)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜ATLAB語(yǔ)言編程環(huán)境；熟悉MATLAB語(yǔ)言命令二 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備裝有MATLAB7.0以上計(jì)算機(jī)一臺(tái)三 實(shí)驗(yàn)原理MATLAB 是以復(fù)雜矩陣作為基本編程單元的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它提供了各種矩陣的運(yùn)算與操作，并有較強(qiáng)的繪圖功能。1.1 基本規(guī)則1.1.1 一般MATLAB命令格式為 輸出參數(shù)1，輸出參數(shù)2，=（命令名）（輸入?yún)?shù)1，輸入?yún)?shù)2，） 輸出參數(shù)用方括號(hào)，輸入?yún)?shù)用圓括號(hào)如果輸出參數(shù)只有一個(gè)可不使用 括號(hào)。 1.1.2 %后面的任意內(nèi)容都將被忽略，而不作為命令執(zhí)行，

3、一般用于為代碼加注釋。1.1.3 可用、鍵來(lái)重現(xiàn)已輸入的數(shù)據(jù)或命令。用、鍵來(lái)移動(dòng)光標(biāo)進(jìn)行修改。1.1.4 所有MATLAB命令都用小寫(xiě)字母。大寫(xiě)字母和小寫(xiě)字母分別表示不同的變量。1.1.5 常用預(yù)定義變量，如pi 、Inf、NaN、ans1.1.6 矩陣的輸入要一行一行的進(jìn)行，每行各元素用空格或“，”分開(kāi)，每行用“；”分開(kāi)。如 MATLAB書(shū)寫(xiě)格式為A=1 2 3 ；4 5 6 ；7 8 9 在MATLAB中運(yùn)行如下程序可得到A矩陣 a=1 2 3;4 5 6;7 8 9 a = 1 2 3 4 5 6 7 8 91.1.7 需要顯示命令的計(jì)算結(jié)果時(shí)，則語(yǔ)句后面不加“；”號(hào)，否則要加“；”號(hào)。

4、 運(yùn)行下面兩種格式可以看出它們的區(qū)別：a=1 2 3;4 5 6;7 8 9 a=1 2 3;4 5 6;7 8 9;a= 1 2 3 不顯示結(jié)果 4 5 6 7 8 91.1.8 當(dāng)輸入語(yǔ)句過(guò)長(zhǎng)需要換行時(shí)，應(yīng)加上“”后再回車(chē)，則可續(xù)行輸入。1.2 文件管理常用命令1.2.1 幫助（HELP）命令 MATLAB有很多命令，因此很不容易記憶。使用HELP命令可以得到有關(guān)命令的屏幕幫助信息。如 在MATLAB環(huán)境下直接運(yùn)行HELP命令就會(huì)在屏幕上給出MATLAB的基本命令以及相關(guān)的工具箱軟件命令（請(qǐng)自行驗(yàn)證）。 而下面的格式可以得到指定命令的幫助信息，和詳細(xì)說(shuō)明。 help 命令名 1.2.2 s

5、ave 命令該命令存儲(chǔ)定義的變量或演算結(jié)果，也可以用來(lái)存儲(chǔ)指定的變量。 命令格式為 save 文件名 變量名表 -append -ascii 1.2.3 what 命令 該命令可以在當(dāng)目錄下顯示MATLAB文件和MAT數(shù)據(jù)文件1.2.4 dir 命令 顯示當(dāng)前目錄下的所有文件.1.2.5 clear命令 如果輸入 calear a b c ，則表示清除工作空間中指定變量a,b,c；如果僅僅輸入calear命令，則清除整個(gè)工作空間。 1.3 矩陣運(yùn)算 MATLAB具有強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算功能,這里我們只作簡(jiǎn)單介紹.1.3.1 在MATLAB中表示一個(gè)矢量要用方括號(hào)， 而列矢量的輸入只需在行矢量輸入格式

6、基礎(chǔ)上加轉(zhuǎn)置符“”即可。 如 x=1 2 3;4 5 6 x = 1 2 3 4 5 6 而 x=1 2 3;4 5 6' (加轉(zhuǎn)置符) x = 1 4 2 5 3 61.3.2 下面三條命令可以產(chǎn)生一個(gè)行矢量1 a=linspace(x,y,n) 2 a=logspace(x,y,n) 3 a=x:n:y第一條命令可以在線性空間產(chǎn)生一個(gè)值在x至y之間間隔點(diǎn)數(shù)為n的行矢量(一組數(shù)據(jù))。其行矢量的起始值是x, 終值為y, 點(diǎn)數(shù)為n。第二條命令可以在對(duì)數(shù)空間產(chǎn)生一個(gè)值在10x至 10y之間等間隔的行矢量(一組數(shù)據(jù))。第三條命令產(chǎn)生x至y步長(zhǎng)為n的行矢量。但是, 三個(gè)命令之間存在差別，下面的

7、例子可以說(shuō)明這一點(diǎn)。 例1 x=logspace(0,5,6) x = 1 10 100 1000 10000 100000 例2 x=linspace(0,10,11) x = 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 例3 x=0:1:10 x = 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 通過(guò)上面三個(gè)例子可以看出例一, 例二中n代表選取的點(diǎn)數(shù)。而在例三 中n則表示步長(zhǎng). 注意它們的區(qū)別。1.3.3 矩陣的加, 減, 乘, 除等, 和其它語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)一樣。 但要注意的是在運(yùn)算 符前面加有“.”則表示是數(shù)組運(yùn)算，為對(duì)應(yīng)元素的相應(yīng)操作。 例4 請(qǐng)注意下面的不同情況. a=1 2;3 4;

8、b=2 2;2 2;c=a*b c=a.*b c = c = 6 6 2 4 14 14 6 8 c=a/b c=a./b c = c = 1.0e+015 * 0.5000 1.0000 -2.2518 2.2518 1.5000 2.0000 -2.2518 2.25181.4 常見(jiàn)數(shù)學(xué)函數(shù)函 數(shù) 名數(shù) 學(xué) 計(jì) 算 功 能函 數(shù) 名數(shù) 學(xué) 計(jì) 算 功 能abs（x）實(shí)數(shù)的絕對(duì)值或復(fù)數(shù)的幅值floor（x）對(duì)x朝-方向取整acos（x）反余弦arcsingcd（m，n）求正整數(shù)m和n的最大公約數(shù)acosh（x）反雙曲余弦arccoshimag（x）求復(fù)數(shù)x的虛部angle（x）在四象限內(nèi)求復(fù)

9、數(shù) x 的相角lcm（m，n）求正整數(shù)m和n的最小公倍數(shù)asin（x）反正弦arcsinlog（x）自然對(duì)數(shù)（以為底數(shù)）asinh（x）反雙曲正弦arcsinhlog10（x）常用對(duì)數(shù)（以10為底數(shù)）atan（x）反正切arctanreal（x）求復(fù)數(shù)x的實(shí)部atan2（x,y）在四象限內(nèi)求反正切rem（m，n）求正整數(shù)m和n的m/n之余數(shù)atanh（x）反雙曲正切arctanhround（x）對(duì)x四舍五入到最接近的整數(shù)ceil（x）對(duì)x朝+方向取整sign（x）符號(hào)函數(shù)：求出x的符號(hào)conj（x）求復(fù)數(shù)x的共軛復(fù)數(shù)sin（x）正弦sincos（x）余弦cossinh（x）反雙曲正弦sinhc

10、osh（x）雙曲余弦coshsqrt（x）求實(shí)數(shù)x的平方根：exp（x）指數(shù)函數(shù) tan（x）正切tanfix（x）對(duì)x朝原點(diǎn)方向取整tanh（x）雙曲正切tanh例5：輸入 x=-4.85 -2.3 -0.2 1.3 4.56 6.75，則： ceil(x)= -4 -2 0 2 5 7 fix(x) = -4 -2 0 1 4 6 floor(x) = -5 -3 -1 1 4 6 round(x) = -5 -2 0 1 5 71.5 關(guān)系及邏輯運(yùn)算 1.5.1 關(guān)系運(yùn)算允許常量(或矩陣中的元素與元素) 之間的比較. 如果比較結(jié)果為真,則答案為1, 否則為0. 常用的關(guān)系運(yùn)算符如下:&l

11、t; 小于 , > 大于 , = 等于 <= 小于等于, >= 大于等于, = 不等于對(duì)于復(fù)數(shù)”=” 和”=” 既比較實(shí)部也比較虛部, 而其它運(yùn)算僅比較實(shí)部。例6 比較 a=5:1:15 與 b=1 2 8 8 7 10 12 11 13 14 15 中的對(duì)應(yīng)元素 是否相同,則運(yùn)行下面程序a=5:1:15;b=1 2 8 8 7 10 12 11 13 14 15;y=a=b y = 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1.5.2 MATLAB有三個(gè)邏輯運(yùn)算符. & 邏輯與 | 邏輯或 邏輯非在矩陣運(yùn)算中,以上命令是將兩個(gè)矩陣中的對(duì)應(yīng)元素進(jìn)行運(yùn)算, 得到的結(jié)

12、果是具有同樣元素的矩陣。例7 分別對(duì)下面兩個(gè)矩陣進(jìn)行邏輯運(yùn)算. X=0 1;1 0; Y=0 0;1 0; X&Y ans = 0 0 1 0 X|Y ans = 0 1 1 0 X ans = 1 0 0 1 MATLAB在進(jìn)行混合運(yùn)算時(shí), 其順序?yàn)? 算術(shù)運(yùn)算 關(guān)系比較 邏輯運(yùn)算例8 計(jì)算 x&y+x>y 時(shí), 程序首先執(zhí)行x+y運(yùn)算, 然后將相加結(jié)果與y比較, 最后將比較結(jié)果和x作與運(yùn)算，運(yùn)行結(jié)果如下。 x=0 1;1 0; y=0 0;1 0; x&y+x>y ans = 0 1 1 0四 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟熟悉MATLAB語(yǔ)言編程環(huán)境。在這一環(huán)境中，系

13、統(tǒng)提供了許多編寫(xiě)，調(diào)試和執(zhí)行MATLAB程序的便利工具。熟悉變量、MATLAB基本數(shù)學(xué)函數(shù)使用，矩陣操作練習(xí)，主要包括矩陣的建立，算數(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算和關(guān)系運(yùn)算。（一）熟悉Matlab的運(yùn)行環(huán)境以及HELP命令，運(yùn)行demo命令，觀看matlab所具有的功能。（二）驗(yàn)證例題中所有操作。（三）完成以下各題，并在機(jī)器上運(yùn)行結(jié)果驗(yàn)證。1輸入A=7 1 5；2 5 6；3 1 5，B=1 1 1; 2 2 2; 3 3 3，在命令窗口中執(zhí)行下列表達(dá)式，掌握其含義：A(2, 3) A(:,2) A(3,:) A(:,1:2:3) A(:,3).*B(:,2) A(:,3)*B(2,:) A*B A.*B

14、A2 A.2 B/A B./A2輸入C=1:2:20， 實(shí)驗(yàn)二 MATLAB中的數(shù)值計(jì)算與程序設(shè)計(jì)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?完成MATLAB下數(shù)據(jù)分析與程序設(shè)計(jì)有關(guān)問(wèn)題的練習(xí)。學(xué)習(xí)腳本文件的編寫(xiě)，數(shù)值輸入，數(shù)組計(jì)算，程序調(diào)試等；練習(xí)利用MATLAB編程序解決基本數(shù)學(xué)問(wèn)題。學(xué)習(xí)全局和局部變量的使用，流程控制結(jié)構(gòu)，函數(shù)編寫(xiě)及其調(diào)試。二 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備裝有MATLAB7.0以上計(jì)算機(jī)一臺(tái)三 實(shí)驗(yàn)原理1. 常用運(yùn)算命令運(yùn)算命令名 功能angle求復(fù)數(shù)的角min求最小值max求最大值sum求和roots求多項(xiàng)式的根poly由多項(xiàng)式的根求多項(xiàng)式的系數(shù)polyval求給定點(diǎn)多項(xiàng)式的值polyder多項(xiàng)式求導(dǎo) 例1 求

15、a=S3+2S2+3S+4根. a=1 2 3 4; roots(a) ans = -1.6506 -0.1747 + 1.5469i -0.1747 - 1.5469i 或 roots(1 2 3 4) ans = -1.6506 -0.1747 + 1.5469i -0.1747 - 1.5469i 例2 已知某多項(xiàng)式的根如下 -1.6506 -0.1747 + 1.5469i -0.1747 - 1.5469i 求該多項(xiàng)式. poly(-1.6506,-0.1747+1.5469i,-0.1747 - 1.5469i) ans = 1.0000 2.0000 3.0001 4.0001

16、即所求多項(xiàng)式為 S3+2S2+3S+4 .2. 建立M文件將多個(gè)可執(zhí)行的系統(tǒng)命令，用文本編輯器編輯后并存放在后綴為 .m 的文件中，若在MATLAB命令窗口中輸入該m-文件的文件名（不跟后綴.m!），即可依次執(zhí)行該文件中的多個(gè)命令。這個(gè)后綴為.m的文件，也稱(chēng)為Matlab的腳本文件(Script File)。注意：文件存放路徑必須在Matlab能搜索的范圍內(nèi)。3. 建立函數(shù)文件對(duì)于一些特殊用戶(hù)函數(shù)，系統(tǒng)提供了一個(gè)用于創(chuàng)建用戶(hù)函數(shù)的命令function，以備用戶(hù)隨時(shí)調(diào)用。1格式：function 輸出變量列表=fun_name(輸入變量列表) 用戶(hù)自定義的函數(shù)體2函數(shù)文件名為：fun_name，

17、注意：保存時(shí)文件名與函數(shù)名最好相同；3存儲(chǔ)路徑：最好在系統(tǒng)的搜索路徑上。4. 調(diào)用方法：輸出參量=fun_name (輸入變量)例5：計(jì)算s = n!，在文本編輯器中輸入：function s=pp(n);s=1;for i=1:n s=s*i;ends;在MATLAB命令窗口中輸入：s=pp(5) 結(jié)果為: s = 1203求下列表達(dá)式的值。（1）（2），其中a=3.5,b=5,c=-9.8。實(shí)驗(yàn)三 MATLAB圖形系統(tǒng)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)用MATLAB語(yǔ)言繪圖二 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備裝有MATLAB7.0以上計(jì)算機(jī)一臺(tái)三 實(shí)驗(yàn)原理 1、 plot 該命令在線性坐標(biāo)系下繪制y對(duì)應(yīng)于x的軌跡。若其中之一

18、為矩陣則該命令將對(duì)應(yīng)于矩陣的行或者列繪制一簇曲線。該命令也可以在同一坐標(biāo)軸下繪制多條曲線。例1 運(yùn)行程序 t=0:1:10; x1=t; plot(x1)可在圖形窗口得到下面圖形: 例2 x=0:0.5:7; y=sin(x); y1=2*x; y2=3*x; plot(y,x,y1,x,y2,x)從上面的例子可以看出, 如果要在同一坐標(biāo)軸下繪制多條曲線, 可用如下格式： plot(x1,y1,x2,y2.xn,yn) % 對(duì)應(yīng)于不同矢量時(shí) 其中x1,y1.xn,yn是對(duì)應(yīng)的關(guān)系。2、 log log 在兩個(gè)對(duì)數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)）坐標(biāo)間繪制圖形。 3、 semilogx 或semilogy 在x軸或

19、y軸為對(duì)數(shù)坐標(biāo), 而另一軸為線性軸的空間繪制圖形。4、polar 在極坐標(biāo)空間繪制圖形。5、 grid 在圖形中加?xùn)鸥瘛?、 subplot (r,c,p) 該命令將屏幕分成r*c個(gè)窗口,p表示在第幾個(gè)窗口. 同時(shí)繪制多個(gè)圖形窗口時(shí),繪圖語(yǔ)句間應(yīng)用逗號(hào)分開(kāi)。 例3 下面的程序產(chǎn)生四個(gè)窗口,且分別繪制相應(yīng)圖形. t=0:0.01:2*pi; y=sin(t); x=cos(t); subplot(221),plot(t,y),grid,subplot(222),plot(t,x),grid,subplot(223),polar(t,y),subplot(224),polar(t,x)從上面的程序可以看出,subplot語(yǔ)句中的r,c,p可以不用逗號(hào)分開(kāi)。 上面程序執(zhí)行后得到如下圖形：7、 gtext 該命令用于鼠標(biāo)定位的文字注釋. 執(zhí)行完繪圖命令后再執(zhí)行g(shù)text(說(shuō)明文字) 命令, 就可在屏幕上得到一個(gè)光標(biāo), 然后,用鼠標(biāo)選擇說(shuō)明文字的位置。例4 t=0:1:10; x1=2*t; x2=0.5*t; plot(x1,t,x2,t); gtext('x=2t'