(完整版)Matlab第十讲教案

1、西南科技大学本科生课程备课教案计算机技术在安全工程中的应用Matlab入门及应用授课教师：徐中慧班级：专业：安全技术及工程第十章MATLAB自定义函数课型：新授课教具：多媒体教学设备，matlab教学软件一、目标与要求 通过解说与实例练习，掌握matlab创建函数M文件的方法掌握matlab中全局变量与局部变量的定义与用法 通过解说与实例练习，掌握在matlab主函数M文件中创建子函数 在实例练习过程中，回顾利用伪码编写简单程序的方法 掌握通过创建matlab函数M文件解决生活中的计算问题二、教学重点与难点本堂课教学的重点在于引导学生掌握matlab中函数M文件的创建及应用。本堂课的难点在于理

2、解matlab中函数M文件主函数与子函数的区别及调用，局部变量与全局变量的定义与应用范围的区别。三、教学方法本课稈主要通过讲授法、演示法、练习法等相结合的方法来引导学牛掌控本堂课的学习内容。1）通过讲授法向学生讲述创建matlab函数M文件的基本方法、全局变量与局部变量的定义及用法等。2）通过运用多媒体设备现场演示matlab创建函数M文件的应用实例。3）在掌握创建matlab函数M文件基本方法的基础上，采用练习法引导学生创建函数M文件解决实际问题。四、教学内容课后习题五（1）拉力测试装置在测试过程中，被测样本受均匀外力的作用产生形变。下图中显示的是一组拉力测试数据。根据以下公式计算应力与形变

3、：F工口llb=和£=0Al0其中，b是产生的应力，单位为lbf/in2(psi);F为施加的外力，单位为lbf;A为样本的截面积,单位为in2；£为产生的形变，单位为in/in；1为样本的长度；片为样本的原始长度。(a) 测试样本是直径为0.505in的金属杆，根据直径可以计算出金属杆的截面积，进一步利用所提供的数据计算金属杆的应力和形变。(b) 以形变为x轴，应力为y轴，作x-y线图。用黑色实线连接各数据点，并用圆圈标出各实测数据点。(c) 添加标题和坐标轴的标注。(d) 屈服应力或屈服点是指图形从陡峭的直线变成平滑曲线所对应的点，在屈服点附近测试样本的特性会发生显著变

4、化。在屈服点之前，测试样本发生弹性形变，即当外力消失时，形变也消失，与橡皮筋类似。若继续增大外力作用，则测试样本会发生永久变形，也称塑性变形。在图中对屈服点做出标注。拉力测试数据%two负载长度0216502.00234002.00452002.00668502.008程序代码：%定义已知变量F=16503400520068507750865093001010010400;L=2.0022.0042.0062.0082.0102.0202.0402.0802.120;L0=2;A=0.505"2*pi/4;%oneyinli=F./Axinbian=(LL0)./L0负载长度7750

5、2.01086502.02093002.040101002.080104002.120HIQ*plot(yinli,xinbian,'ok')%threetitle('应力应变变化图'),xlabel('yinli'),ylabel('xinbian')%four步长为兀/100。矢量y和z分别等于gtext('屈服点')(2) 创建矢量x,范围在020兀之间,y=xsin(x)z=xcos(x) 在x-y坐标系中画出x和y的关系曲线。 在极坐标系中画出x和y的关系曲线。 画出x、y和z的三维曲线，并在图中添加标题

6、和坐标轴标注。 为了产生如下图所示的类似龙卷风的曲线应如何调整plot3中的输入参数，用comet3代替plot3绘制曲线。%onex=0:pi/100:20*pi;y=x.*sin(x);z=x.*cos(x);plot(x,y)%twofigurepolar(x,y)%threefigure(3)plot3(x,y,z)xlabel('x'),ylabel('y'),zlabel('z'),title('三维曲线')%fourfigure(4)plot3(z,y,x)xlabel('z'),ylabel(

7、9;y'),zlabel('x'),title('三维曲线')figure(5)comet3(z,y,x)(3)创建矢量x和y,数据变化范围从-5至到+5，步长为0.5.用函数meshgrid将矢量x和y映射为两上新的二维矩阵X和Y,根据下述公式计算矢量Z：Z二sin&X2+Y2) 用函数mesh创建Z的三维图。 用函数surf创建Z的三维图。比较单个输入变量和三个输入变量(X，Y，Z)时输入结果的区别。 给输出的曲面图增加渲染阴影效果。 绘制Z的等高线图。 绘制Z的曲面图并加上等高线。%变量定义x=5:0.5:5;y=5:0.5:5;X,Y=m

8、eshgrid(x,y);Z=sin(sqrt(X.2+Y.2)%onemesh(Z)%twofiguresubplot(2,2,1)surf(Z)subplot(2,2,2)surf(X,Y,Z)%threeshadinginterp%foursubplot(2,2,3)contour(X,Y,Z)%fivesubplot(2,2,4)surfc(X,Y,Z)1u.ii-D.5-G-5-5(1)导入课堂内容Matlab是一种基于函数的编程语言。函数就是用户输入参数，返回输出结果的程序。Matlab的有内置函数和自定义函数。内置函数主要包括三角函数、对数函数、统计分析函数等。Eg:三角函数si

9、n、cos、asm、acos寺Eg:sin(pi/2)ans=1sin(90)ans=0.8940由以上两段小程序可以看出matlab内置的三角函数sin的输入参数形式只能是弧度，若输入角度则会显示错误的输出结果。在matlab软件的低版本内里没有自带输入参数为角度形式的内置正弦函数。我们可以通过编写matlab自定义函数即创建函数M文件来实现这一功能。(2) 函数M文件创建的语法自定义函数和matlab自定义函数的内置函数一样，具有相同的结构。函数中必须包括函数名、输入参数和输出结果三项。自定义函数在M文件中编写代码。第一行是函数的定义行，它应包括： 引导词function 输出变量 函数名

10、称 输入变量一个函数的定义如下：functionoutput=my_function(input)Matlab中函数的命名应遵循如下规则：丄函数名必须以字母开头丄可以包括字母、数字和下划线丄不能使用预留的名称丄长度没有限制，但是最好不要太长由此我们可以创建函数M文件来解决前一部分的遗留问题：functionoutput=sin_degree(x)output=sin(pi.*x./180);(3) 多输入多输出函数自定义函数也可以有多个输入参数和输出结果。一个函数的定义如下：functiona,b,c,=my_function(x,y,z,)Eg:余项函数rem(x,y)就是一个多输入函数。余

11、项函数就是求除法运算中余数的函数,需要输入除数和被除数两个选项。(4) 全局变量与局部变量全局变量是整个程序的变量。在命令窗口或脚本M文件中定义的变量都是全局变量。函数的M文件中所有变量都称为局部变量。在命令窗口或脚本M文件中不能访问自定义函数定义的变量。同理自定义函数中也不能访问工作区定义的变量。也就是说函数必须是自包含的，即：程序中的信息仅能通过输入变量传递给函数，函数中的信息仅能通过输岀变量传涕给程序。(5) 査看M文件代码Matlab中提供了两种函数类型。一种是内置函数,其程序代码是看不见的。另一种是M文件函数，它存储在程序提供的工具箱中，使用type命令可以查看M文件代码。函数sph

12、ere是Matlab中的实体模型函数,可以产生一个三维球体,查看其程序代码,输入typesphere或type(sphere')(6)应用实例 例题：个人住房公积金贷款买房，还款额及利息计算 个人买房申请住房公积金贷款，还款形式选择等额本金还款。5年以上贷款年利率为4.5%，贷款本金为10万元，还款期限为10年。编写函数M文件计算每月还款额、总还款额和总利息，并将每月还款额输出到一个txt文件中 等额本金还款计算公式：每月还款金额=(贷款本金/还款月数)+(本金已归还本金累计额)X每月利率 输入：贷款本金，贷款利率，贷款期限 输出：每月还款额，总还款额，总利息 流程图和伪码通常在编写程

13、序之前，要先画出程序的流程图或编写伪码，对程序进行设计。流程图就是以图形化的方法表现编程思路，伪码是用文字的形式对程序算法进行描述。在编写程序时，可以任意选择其中一种或两种方法对程序进行设计。在编写简单程序中，最好使用伪码的方法用句子描述程序实现的步骤 将步骤转换成程序中的注释信息 在注释行之间国入恰当的matlab程序代码程序实现的步骤定义函数M文件计算每月应还本金额 计算每月的剩余本金 计算每月还款额 计算总还款额 计算总利息 输出计算结果到已经定义的txt文件中 将程序步骤转换为伪码%definefunctionalM-file%calculatemonthlyprincipalforp

14、ayment%calculatemonthlysurplusprincipal%calculatemonthlypayment%calculatethetotalpayment%calculatethetotalinterest%outputcalculatedresults matlab程序代码%definefunctionalM-filefunctionZHK,ZLX=DEBJHK(BJ,DK_interestrate,DK_duration)%calculatemonthlyprincipalforpaymentBJ_permonth=BJ./DK_duration;%calculate

15、monthlysurplusprincipalx=1:DK_duration;surplus_BJ=BJ-BJ_permonth.*x;%calculatemonthlypaymentMYHK=BJ_permonth+surplus_BJ.*DK_interestrate/12;%calculatethetotalpaymentZHK=sum(MYHK);%calculatethetotalinterestZLX=ZHK-BJ;%outputcalculatedresultsy=fopen('result.txt','wt');fprintf(y,'Zo

16、nghuankuaner:%8.3fyuann',ZHK);fprintf(y,'Zonglixi:%8.3fyuann',ZLX);fprintf(y,'Di%2.0fgeyuehuankuanerwei:%8.3fyuann',x;MYHK);注：格式化输出函数fprintf的用法Eg:cows=2:5;fprintf('Thereare%5.2fcowsinthepasturen',cows)Thereare2.00cowsinthepastureThereare3.00cowsinthepastureThereare4.00cow

17、sinthepastureThereare5.00cowsinthepasture上述代码中，函数fprintf的第一个参数包含一个占位符()。占位符不但指定了输出的格式，还表明了变量输出的位置。程序代码中的%5.2f表明变量cows输出的格式。f表示用定点数格式显示。在使用函数fprintf时，初学者常犯的错误是忘记在占位符后输入类型域标识，如f,这样函数将不会正常工作，而且还不会给出错误提示。类型域还有其它显示格式：堆果JAMZeZcl十遴制触T斷赭也謎瓠那冊舖飙示牆勰水教，刖械欄斷UZF歎己中就壕巩显示工匸字牒式侮迫示T字和并5使用可选项widthfield和precisionfield

18、可以控制数据输出宽度和精度。Widthfield必须是正的十进制整数，用于控制字符显示的最小宽度。Precisionfield必须以点（.）开始，用于确定指数或定点数中小数点后的数字位数。例如：上例中5.2f说明字符显示的最小宽度是5位，小数点后有2位数字。上例中n是一种特殊格式命令，用于换行显示。还有一些其它的特殊格式命令：将殊榕式命令二;n:'-i冷：讣b除了可以在命令窗口中输出格式化数据外，函数fprintf还可以把数据输出到文件中。首先创建输出文件，然后用函数fopen打开该文件，同时给打开的文件分配一个文件标识符（即文件的别名）:file_id=fbpen（my_output

19、_file.txt，,，wt，）;其中，函数fopen的第一个输入参数是要打开的文件名。第二个输入参数是字符串'wt',表示要对文件进行写操作。如果能正确打开这个输出文件，并且已经给该文件分配了文件标识符，就可以把这个文件标识符作为函数fprintf的第一个输入参数按照指定格式把数据写入到文件中：fprintf（file_id,Someexampleoutputis%4.2fn',pi*1000）并在命令窗口返回写入数据的字节数。（7）子函数在同一个文件中，除了主函数外还可以创建多个子函数。子函数只能被主函数调用。使用子函数有利于程序的模块化，能够使程序的可读性更强。每

20、一个matlab的M文件只能有一个主函数，并且M文件名必须和主函数名相同。主函数之后可以定义任何合法的子函数，子函数的命名规则和变量的命名规则相同。%definefunctionalM-filefunctionZHK,ZLX=DEBJHKOO（BJ,DK_interestrate,DK_duration）%calculatemonthlyprincipalforpaymenta=BJ./DK_duration;%calculatemonthlysurplusprincipalx=1:DK_duration;b=BJ-a.*x;%calculatemonthlyinterestratec=DK_

21、interestrate/12;%calculatemonthlypaymentMYHK=zhihanshu(a,b,c);%calculatethetotalpaymentZHK=sum(MYHK);%calculatethetotalinterestZLX=ZHK-BJ;%outputcalculatedresultsy=fopen('result.txt','wt');fprintf(y,'Zonghuankuaner:%8.3fyuann',ZHK);fprintf(y,'Zonglixi:%8.3fyuann',ZLX)

22、;fprintf(y,'Di%2.0fgeyuehuankuanerwei:%8.3fyuann',x;MYHK);functionoutput=zhihanshu(BJ_permonth,surplus_BJ,interestrate_permonth)output=BJ_permonth+surplus_BJ.*interestrate_permonth;(8)匿名函数和函数句柄、复合函数一般情况下，创建用户自定义函数，需要把函数存储起来以便将来编程使用。匿名函数是Matlab7中一种新的、简单的函数构造方法。用户可以直接在命令窗口或脚本M文件中定义和使用匿名函数。匿名函数更像一个定义的变量，只要不清空工作区，匿名函数都是有效的。下面的程序代码给出了一个匿名函数的例子：ln=(x)log(x) 符号提示Matlab，ln是一个函数 在符号后面紧接着定义了函数的输入参数 最后定义函数关键概念：用户可以在M文件或命令窗口中定义匿名函数在程序中，匿名函数的用法和其它函数的用法相同。ln(10)ans=2.3026用户还可以给函数M文件创建函数句柄。创建函数M文件如下：functionresult=distance(t)resu