武漢理工 MATLAB課設(shè) 套題

1、武漢理工大學(xué)matlab應(yīng)用課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄摘要31 Matlab 軟件簡(jiǎn)介41.1 基本功能41.2 應(yīng)用41.3 發(fā)展歷程41.4 特點(diǎn)51.5 優(yōu)勢(shì)52 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容7題目一：7題目二：7題目三：9題目四：10題目五：18題目六：19題目七：20題目八：22題目九：23題目十：253 課程設(shè)計(jì)心得26參考文獻(xiàn)：27摘要MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)

2、檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。本次課程設(shè)計(jì)就是要使用Matla來(lái)進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，熟悉Matlab的操作界面，操作方法，各函數(shù)的含義及使用，為日后的學(xué)習(xí)提供有力的工具。關(guān)鍵詞：Matlab, 數(shù)學(xué)軟件，課程設(shè)計(jì)261 Matlab 軟件簡(jiǎn)介1.1 基本功能 MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高

3、科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。1.2 應(yīng)用 MATLAB 產(chǎn)品族可以用來(lái)進(jìn)行以下各種工作： 數(shù)值分析 數(shù)值和符號(hào)計(jì)算 工程與科學(xué)繪圖 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 數(shù)字圖像處理技術(shù) 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù) 通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 財(cái)務(wù)與金融工程1.3 發(fā)展歷程20世紀(jì)70年代，美國(guó)新墨西哥大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任Clev

4、e Moler為了減輕學(xué)生編程的負(fù)擔(dān)，用FORTRAN編寫(xiě)了最早的MATLAB。1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市場(chǎng)。到20世紀(jì)90年代，MATLAB已成為國(guó)際控制界的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算軟件。 目前最新版本已更新至MATLAB 7.13 。1.4 特點(diǎn) （1）高效的數(shù)值計(jì)算及符號(hào)計(jì)算功能，能使用戶從繁雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算分析中解脫出來(lái)； （2）具有完備的圖形處理功能,實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果和編程的可視化； （3）友好的用戶界面及接近數(shù)學(xué)表達(dá)式的自然化語(yǔ)言，使學(xué)者易于學(xué)習(xí)和掌握；（4） 功能豐富的應(yīng)用工具箱(如信號(hào)處理工具箱、通信工具箱

5、等) ,為用戶提供了大量方便實(shí)用的處理工具。1.5 優(yōu)勢(shì)（1）友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。（2）簡(jiǎn)單易用的程序語(yǔ)言Matlab是一個(gè)高級(jí)的矩陣/陣列語(yǔ)言，它包含控制語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。（3）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)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

6、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(guò)了各種優(yōu)化和容錯(cuò)處理。在通常情況下，可以用它來(lái)代替底層編程語(yǔ)言，如C和C+ 。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。（4）出色的圖形處理功能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(lái)，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(huà)和表達(dá)式作圖。可用于科學(xué)計(jì)算和工程繪圖。（5）應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱MATLAB對(duì)許多專門(mén)的領(lǐng)域都開(kāi)發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集和工具箱。一般來(lái)說(shuō)，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開(kāi)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

7、的方法而不需要自己編寫(xiě)代碼。（6）實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái)新版本的MATLAB可以利用MATLAB編譯器和C/C+數(shù)學(xué)庫(kù)和圖形庫(kù)，將自己的MATLAB程序自動(dòng)轉(zhuǎn)換為獨(dú)立于MATLAB運(yùn)行的C和C+代碼。允許用戶編寫(xiě)可以和MATLAB進(jìn)行交互的C或C+語(yǔ)言程序。（7）應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)（包括用戶界面）在開(kāi)發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便地控制多個(gè)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(qiáng)大的圖形標(biāo)注和處理功能，包括對(duì)性對(duì)起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向Excel和HDF5進(jìn)行連接。2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容題目一：求100,200之間第一個(gè)能被19整除的整數(shù)。（1）理論分析利用

8、find語(yǔ)句查找，并結(jié)合rem函數(shù)求得個(gè)符合條件的數(shù)。（2）程序代碼x=100:200;>> n=find(rem(x,19)=0);>> X=x(n(1)X = 114（3）運(yùn)算結(jié)果圖1、題目一的過(guò)程及結(jié)果（4）總結(jié)通過(guò)MATLAB中的特定語(yǔ)句函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)某些特定功能，比如find函數(shù)就可以查找出符合條件的數(shù)。題目二：繪制對(duì)數(shù)曲線y=log(x)和指數(shù)函數(shù)y=x2曲線(一)y=log(x)：（1）理論分析本題要用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示log函數(shù)，之后用plot（）函數(shù)來(lái)將圖形畫(huà)出來(lái)。（2）程序代碼>> x=0:0.01:100;y=log (x);plot(y)（

9、3）運(yùn)算結(jié)果圖2、y=log（x）的圖像（4）總結(jié)Plot（）函數(shù)在使用時(shí)要將需要畫(huà)出的函數(shù)y放入括號(hào)以明確所化函數(shù)，此外，在一些函數(shù)中要將變量也加入括號(hào)。（二）y=x2（1）理論分析本題要用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示指數(shù)函數(shù)，之后用plot（）函數(shù)來(lái)將圖形畫(huà)出來(lái)。（2）程序代碼x=0:0.01:10;y=x.2;plot(y)（3）運(yùn)算結(jié)果圖3、y=x2的圖像（4）總結(jié)在輸入指數(shù)的時(shí)候，表示x的指數(shù)應(yīng)用x.，不然會(huì)出現(xiàn)mpower的錯(cuò)誤題目三：因式分解（1）理論分析可利用MATLAB自身的函數(shù)將上述表達(dá)式進(jìn)行因式分解（2）程序代碼>> syms a b x yfactor(3*(a.2)*(

10、x-y).3-4*(b.2)*(y-x).2) ans =(x-y)2*(3*a2*x-4*b2-3*a2*y)（3）運(yùn)算結(jié)果圖4、題目三的過(guò)程及結(jié)果（4）總結(jié)在表達(dá)上述函數(shù)時(shí)，函數(shù)中參數(shù)的生命和函數(shù)的表達(dá)是重點(diǎn)，如果不聲明，軟件將會(huì)報(bào)錯(cuò)或者對(duì)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。題目四：分析下面每條指令的功能并運(yùn)行，觀察執(zhí)行結(jié)果。（一）X=0:0.5:6;Y=X.*exp(-X);plot(X,Y),xlabel(x), ylabel(y),title(y=x*exp(-x);（1）理論分析X=0:0.5:6;得到以0.5為步長(zhǎng)，取得0到6內(nèi)的所有實(shí)數(shù)，確定自變量X的范圍。利用plot函數(shù)畫(huà)出函數(shù)Y的圖像，并設(shè)置

11、圖像的一些基本性質(zhì)。（2）程序代碼X=0:0.5:6;Y=X.*exp(-X);plot(X,Y),xlabel('x'), ylabel('y'),title('y=x*exp(-x)')（3）運(yùn)算結(jié)果圖5、第一段程序的運(yùn)行（二）A=zeros(1,10)A(:)=-4:5L=abs(A)>3islogical(L)X=A(L)（1）理論分析zeros函數(shù)建立一個(gè)1*10全0矩陣賦給A，在將-4到5內(nèi)的整數(shù)賦給A，形成新的矩陣。L=abs(A)>3，獲得新的矩陣L，通過(guò)邏輯函數(shù)islogical得到新的矩陣賦給X。（2）程序代碼A=

12、zeros(1,10)A(:)=-4:5L=abs(A)>3islogical(L)X=A(L)A = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0A = -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5（3）運(yùn)算結(jié)果圖6、第二段程序的運(yùn)行（三）A=2:6;7:11pow2(A)（1）理論分析pow2函數(shù)的使用。（2）程序代碼A=2:6;7:11pow2(A)A = 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11ans = 4 8 16 32 64 128 256 512 1024 2048（3）運(yùn)算結(jié)果圖7、第三段程序的運(yùn)行（四）A=zeros(3,4)A(:)=1:12A=A*(1+i)A1=A

13、.B1=A（1）理論分析A=zeros(3,4) A(:)=1:12 獲得一個(gè)新的矩陣，主要是區(qū)別.的用法。前者是求矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，后者實(shí)現(xiàn)非共軛轉(zhuǎn)置。（2）程序代碼A=zeros(3,4)A(:)=1:12A=A*(1+i)A1=A.'B1=A'A = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0A = 1 4 7 10 2 5 8 11 3 6 9 12A = 1.0000 + 1.0000i 4.0000 + 4.0000i 7.0000 + 7.0000i 10.0000 +10.0000i 2.0000 + 2.0000i 5.0000 + 5.0000i 8.00

14、00 + 8.0000i 11.0000 +11.0000i 3.0000 + 3.0000i 6.0000 + 6.0000i 9.0000 + 9.0000i 12.0000 +12.0000A1 = 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

15、+12.0000iB1 = 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（3）運(yùn)算結(jié)果圖8、第四段程序的運(yùn)行（五）A=ones(2,3)B=ones(3)C=magic(4)D=diag(C)E=repmat(C,1,3)（1）理論

16、分析ones函數(shù)以及eye，drag，repmat函數(shù)的使用。（2）程序代碼A=ones(2,3)B=ones(3)C=magic(4)D=diag(C)E=repmat(C,1,3)A = 1 1 1 1 1 1B = 1 1 1 1 1 1 1 1 1C = 16 2 3 13 5 11 10 8 9 7 6 12 4 14 15 1D = 16 11 6 1E = Columns 1 through 10 16 2 3 13 16 2 3 13 16 2 5 11 10 8 5 11 10 8 5 11 9 7 6 12 9 7 6 12 9 7 4 14 15 1 4 14 15 1

17、4 14 Columns 11 through 12 3 13 10 8 6 12 15 1（3）運(yùn)算結(jié)果圖9、第五段程序的運(yùn)行題目五：利用whileend循環(huán)結(jié)構(gòu)編程求出1+3+5+151的值（1）理論分析while語(yǔ)句    while語(yǔ)句的一般格式為：    while (條件)         循環(huán)體語(yǔ)句    end其執(zhí)行過(guò)程為：若條件成立，則執(zhí)行循環(huán)體語(yǔ)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)。之后通過(guò)累

18、加可求出上式。（2）程序代碼sum=0;n=1;while n<=152sum=sum+n;n=n+2 ;endsumnsum = 5776n = 153（3）運(yùn)算結(jié)果圖10、題目五的過(guò)程及結(jié)果題目六：求解線性方程組（1）理論分析本題可以將線性方程組的系數(shù)組成矩陣，通過(guò)矩陣的計(jì)算X=ab,求出X的值。（2）程序代碼A=2 3;3 2;B=1;-1;X=ABX = -1 1（3）運(yùn)算結(jié)果圖11、題目六的過(guò)程及結(jié)果（4）總結(jié)MATLAB可以通過(guò)計(jì)算矩陣來(lái)求解線性方程，方法較為簡(jiǎn)單。題目七：編寫(xiě)程序計(jì)算的值，其中的值為 -5 到 10 之間，以 0.5 為步長(zhǎng)，通過(guò)循環(huán)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)。（1）理論分析

19、本題要使用IF結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)循環(huán)，對(duì)變量定義后帶入計(jì)算式（2）程序代碼>> x=-5:0.5:10;n=length(x);y=zeros(1,n);for i=1:31 if x(i)<=0.10 y(i)=(x(i).3)+5; else if x(i)<=31 y(i)=(-x(i).3)+5; end endendfigureplot(x,y)（3）運(yùn)算結(jié)果圖12、題目七的過(guò)程及結(jié)果（4）總結(jié)在使用IF結(jié)構(gòu)的時(shí)候，要注意if、else和end的關(guān)系，避免遺漏出錯(cuò)。題目八：利用函數(shù)調(diào)用編寫(xiě)函數(shù)文件，求半徑r分別為0.3與15時(shí)圓的面積與周長(zhǎng)。（1）理論分析本題需要新建

20、M文件來(lái)編寫(xiě)函數(shù)文件，通過(guò)調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)函數(shù)的功能（2）程序代碼function s l=circle(r) s=pi*r*r l=2*pi*r s ,l=circle(15)s = 706.8583l = 94.2478s ,l=circle(0.3)s = 0.2827l = 1.8850（3）運(yùn)算結(jié)果圖13、題目八的過(guò)程及結(jié)果（4）總結(jié)在調(diào)用函數(shù)時(shí)要注意被調(diào)用的函數(shù)的編寫(xiě)正確，要確保調(diào)用的函數(shù)的參數(shù)正確。題目九：求如下函數(shù)的解，并繪制圖形：，初始點(diǎn)為。（1）理論分析要用兩個(gè)函數(shù)z=fzero('fname',x0,tol,trace)與z=ezplot('fname&

21、#39;),其中用z=fzero('fname',x0,tol,trace)求零點(diǎn)時(shí)要用M文件創(chuàng)建調(diào)用函數(shù)，之后通過(guò)調(diào)用求出函數(shù)的零點(diǎn)。（2）程序代碼function y=fx(x) y=exp(x)-x5 z=fzero('fx',8)ezplot('y=exp(x)-x5')（3）運(yùn)算結(jié)果圖14、題目九的過(guò)程及結(jié)果（4）總結(jié)這道題中要注意函數(shù)的調(diào)用以及各個(gè)函數(shù)的用法，本題求零點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題，是調(diào)用函數(shù)時(shí)函數(shù)定義存在問(wèn)題。題目十：編寫(xiě)程序，實(shí)現(xiàn)功能為：創(chuàng)建圖形窗口，并且設(shè)置其默認(rèn)背景為綠色，默認(rèn)線寬為 5 個(gè)象素，在該窗口中繪制橢圓 的圖像，其中

22、的和任選。（1）理論分析本題要用函數(shù)將橢圓繪制出來(lái)，之后在plot（）函數(shù)中通過(guò)加語(yǔ)句的方式改變繪圖的樣式（2）程序代碼>> sita=0:pi/20:2*pi;plot(5*cos(sita),2*sin(sita),'linewidth',5); whitebg('g')（3）運(yùn)算結(jié)果圖15、題目十的過(guò)程及結(jié)果（4）總結(jié)本題語(yǔ)句簡(jiǎn)單但寫(xiě)起來(lái)復(fù)雜，信息量較大，要注意各個(gè)語(yǔ)句中符號(hào)的使用。3 課程設(shè)計(jì)心得在本次的Matlab應(yīng)用的課程設(shè)計(jì)中，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程都使我懂得了許多，不僅僅是對(duì)于Matlab軟件的應(yīng)用，還有對(duì)眾多函數(shù)的使用有了更深的理解，并且培養(yǎng)了獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)的能力，樹(shù)立了對(duì)知識(shí)應(yīng)用的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作和生活有非常大的幫助，并且提高了自己的動(dòng)手實(shí)踐操作能力。在學(xué)習(xí)使用matlab軟