武汉理工大学专业课设

武汉理工大学《专业基础实践》课程设计说明书专业基础实践任务书学生姓名:—舒细兵—专业班级: 电信1502班指导教师:周颖 工作单位： 信息工程学院题目：专业基础实践第4套综合题初始条件：（1）提供实验室机房及其Matlab6.5以上版本软件；（2）《MATLAB教程》学习。要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）：（1）选择一本《MATLAB教程》，认真学习该教程的全部内容，包括基本使用方法、数组运算、矩阵运算、数学运算、程序设计、符号计算、图形绘制、GUI设计等内容；（2）对该套综合题的10道题，进行理论分析，针对具体设计部分的原理分析、建模、必要的推导和可行性分析，画出程序设计框图，编写程序代码（含注释），上机调试运行程序，记录实验结果（含计算结果和图表）。（3）对实验结果进行分析和总结；（4）要求阅读相关参考文献不少于5篇；（5）根据课程设计有关规范，按时、独立完成专业基础实践说明书。时间安排：TOC\o"1-5"\h\z（1）布置课程设计任务，查阅资料，学习《MATLAB教程》 3天;（2）进行编程设计 2天;（3）完成专业基础实践报告书 1天;指导教师签名:指导教师签名:系主任（系主任（或责任教师）签名:年月日武汉理工大学《专业基础实践》课程设计说明书摘要作为一名工科大学生，需要掌握基本软件的应用数据处理，然而掌握基本信号处理方法以及学会使用一些工具进行信息的分析运算是电子信息学生基本的专业技能。其中MATLAB的信息行业必须掌握的软件，专业基础实践是基于MATLAB的运用实践，让我们熟悉MATLAB在本专业中的运用方法。通过完成本次专业实践任务要求，达到掌握MATLAB基本计算方法，熟悉它的编程环境和编程语言特点，掌握MATLAB编程运算的基本方法的目的。MATLAB在数字信息处理和图像处理中应用广泛，学会使用MATLAB基本编程运是应用该工具进行数字信息处理以及图像处理的基础。所以学习和使用MATLAB软件对我们的学习以及职业的发展都有极大的好处。关键词：MATLAB，专业基础实践，信号处理武汉理工大学《专业基础实践》课程设计说明书目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"MATLAB软件介绍 4\o"CurrentDocument"2设计任务 53题目解答 6题目一 6\o"CurrentDocument"题目二 7\o"CurrentDocument"题目三 8\o"CurrentDocument"题目四 9910111112\o"CurrentDocument"题目五 14\o"CurrentDocument"题目六 14\o"CurrentDocument"题目七 15\o"CurrentDocument"题目八 15\o"CurrentDocument"题目九 16\o"CurrentDocument"题目十 17\o"CurrentDocument"4心得体会 19\o"CurrentDocument"5参考文献 19\o"CurrentDocument"本科生课程设计成绩评定表 20武汉理工大学《专业基础实践》课程设计说明书1MATLAB软件介绍MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩形计算、视化以线性动态线性系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多领域一面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、Fortran)的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB是矩阵实验室(MatrixLaboratory)之意。除具备卓越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。经过不断完善MATLAB已经发展成为适合多学科，多种工作平台的功能强大大大型软件。成为线性代数，自动控制理论，数理统计，数字信号处理，时间序列分析，动态系统仿真等高级课程的基本教学工具。MTLAB的语言特点：(1)语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。(2)运算符丰富。(3)MATLAB既具有结构化的控制语句(如for循环，while循环，break语句和if语句)，又有面向对象编程的特性。(4)程序限制不严格，程序设计自由度大。(5)MATLAB的图形功能强大。(6)MATLAB的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。由于MATLAB的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。武汉理工大学《专业基础实践》课程设计说明书2设计任务5cos(0.6兀) 5cos(0.2兀)Ly1=^T7T和 ；.绘制函数y二^^rsinx在0<x<1时的曲线。.用图形表示离散函数y=|(n-6)e〃-1。.分析下面每条指令的功能并运行，观察执行结果。X=0:0.5:20;Y=X.*exp(-X);plot(X,Y),xlabel('x’),ylabel(‘y’),title(‘y=x*exp(-x)’);A=zeros(4,5)A(:)=-4:15L=abs(A)>4islogical(L)X=A(L)A=[1:5;6:10]pow2(A)A=zeros(5,6)A(:)=1:30A=A*(1+i)A1=A.’；B1=A’；(5) A=ones(2,3)B=eye(3)C=ones(4)D=diag(C)E=repmat(C,1,3).计算y=2x5+0.1x3—10在x=0.1与10处的值。.求函数1+e1+e2+ +en,n=100的值。.求3000个元素的随机数向量A中大于0.5的元素个数。.用图形表示连续调制波形y=sin(t)sin(91)及其包络线，运行下面的程序，观察结果，并简单说明。t=(0:pi/100:pi),;5武汉理工大学《专业基础实践》课程设计说明书y1=sin(t)*[1,-1];y2=sin(t).*sin(9*t);t3=pi*(0:9)/9;y3=sin(t3).*sin(9*t3);plot(t,y1,'r:',t,y2,'b',t3,y3,'bo')axis([0,pi,-1,1])一114一.计的算下列矩阵A的特征值与特征向量A=22533610.有如下数据:x11.11.21.31.4y1.000001.233681.552711.993722.61170利用三次插值方法对其进行插值，得到每隔0.05的结果。3题目解答3.1题目一、必 5cos(0.6兀) 5cos(0.2兀)计算y1=2T和03+、；分析：MATLAB中有一些基本的数学计算功能，其中余弦函数用cos(),乘号用*, 用3八0.5或者sqrt(3)的来表示，而圆周率用MATLAB自带的pi;代码：y1=5.*cos(0.6*pi)/(2+3.A0.5);fprintf('y1=%f\n',y1);y2=5.*cos(0.2*pi)/(3+3.A0.5);fprintf('y2=%f\n',y2);MATLAB的运行结果：>>oneyl=-O.414004y2=0.354827心…I图3.1y1和y2计算值输出武汉理工大学《专业基础实践》课程设计说明书3.2题目二绘制函数y=xe-xsinx在0<x<1时的曲线。分析：MATLAB处理的实际上都是离散量，需要将量x分成n个等间隔细小的点计算其对应值，变成矩阵运算，对于矩阵对应位置的乘除及幂运算由点运算符”.*"，”./”和".”来完成，再用二维绘图命令plot(x,y)可绘制成连续的曲线，其中抽样的间隔越小，所画的曲线就越平滑圆润。代码：x=0:0.01:1;y=x.*exp(-x).*sin(x);plot(x,y);title(' 舒细兵')xlabel('x');ylabel('y');图3.2函数的图像武汉理工大学《专业基础实践》课程设计说明书3.3题目三用图形表示离散函数y=(n-6)e〃-1。分析：绘图命令stem(n,y)绘制的是离散序列柄状图，默认在顶部用圆形标记，所求离散函数中的绝对值在MATLAB中有abs()来求得。倒数用＜1表示。采样间隔表示间隔竖线的多少，中采用0.05表示。代码n=0:0.05:1;y=abs((n-6).*exp(n)).A-1;stem(n,y);title('电信1502舒细兵')；xlabel('x');ylabel('y');MATLAB的运行结果：图3.3函数y的离散图像武汉理工大学《专业基础实践》课程设计说明书3.4题目四X=0:0.5:20;%抽样的区间以及抽样间隔Y=X.*exp(-X);%主函数plot(X,Y);%画出图像xlabel('x');%标明x轴ylabel('y');%标明y轴title('y二x*exp(-x)');%标明函数名称分析：：变量x从0到20，间隔为0.5；，由plot绘制y的连续图形，xlabel、ylabel、title分别添加横纵坐标标记x，y以及标题到图像中。各语句注释在语句后面。用%表示MATLAB的运行结果：图3.4.1函数y的输出图像y=x图3.4.1函数y的输出图像y=xfcexp-(-x)0.350.250.150.05武汉理工大学《专业基础实践》课程设计说明书A=zeros(4,5);%生成4行5列的全零矩阵A(:)=-4:15;%所有元素都是按列进行排列的A(:)是将所有元素按列排序L=abs(A)>4;%比较A中的绝对值是否大于4islogical(L);%L的逻辑值乂二八();％把A大于4的值得传给X分析：A(:)是将矩阵A每一列元素堆叠起来变成列向量；abs(A)>4是逻辑关系运算，表达式为真时返回1，为假时返回0，故而当A中元素绝对值大于4时，其值将变为1；解释语句在代码的后面MATLAB的运行结果：A=-4a4812-315913-22610Li-1311115»L4乂E arrayTOC\o"1-5"\h\z0 0 0 110 0 1110 0 1110 0 111图3.4.2.1A和L矩阵的输出值»islogical(L)arts二3图3.4.2.2L的逻辑矩阵判断10武汉理工大学《专业基础实践》课程设计说明书A131415图.3.4.2.3X矩阵的输出值A=[1:5;6:10];%分为两行输出pow2(A)%计算2的1到10的次幂，分为两行输出分析：pow2(n)是2的n次幂，A语句是将2的1到10次幂分为两行输出，具体解释在代码的后面。MATLAB的运行结果：ars=2 4 8 15 3264 123 256 E12 1024、、图3.4.3pow2的输出值A=zeros(5,6);%%产生5行6列的全零矩阵A(:)=1:30;%将矩阵按列一次填充1到30A=A*(1+i);A1=A.';%A矩阵的转置矩阵B1=A';%A的共轭矩阵转置矩阵11

武汉理工大学《专业基础实践》课程设计说明书分析：对于复数矩阵，A.’为转置矩阵A’则取共轭后转置，计算结果如下图示。MATLAB的运行结果：3.0000+L.OOOOl2.0000+3.0000+L.OOOOl2.0000+2.OOOOl3.aaoo+3,aoooi4.0000+4.000015.0000+5.00001.乳goo+6,OOOOi7.ODDD+7,OOOOiB-ODDD+B.DDDDi9.ODDO+E>.DDDDiLOuODDO+10.OOOOi11,-3-3-3-3+11-OOOOi12.AM+12aOOOOiis.aaaa+13.aaaoi14.0000+14,OOOOi15.QQda+15.OOOOij札QQQQ+]6.OOOOi17.0000+17.00001.is.aaaa4]a.□□□□!1».000Q+19.OOOOi20.0000420-0000l2L.0000+21,DDDDi22.0000+22,DDDDi23.0000+23.DDDDi24.0000+24,ODDDi25.0000+25,DDDDi0000+2乱(KimiOQDD^7.OQOOi20.DDDD+23.000012D.DDDD+29,OOOOi30.OQDD+3(L(lMg»AlA]=]30000+L.000012.ODDO+2.OOOOi3.am+100001L0000+L000015.0000+5,OOOOi6.aaaa+6.QOOOl7.ODDD+7.DDDDiB.aaaa十a.aaaai9.aaaa十9.□□□□!L0.0000i-LD.DDDDi1].0000+-LL.0000LL2.000D+12.OOOOi13,0000+13,0000114.0000+14.00001L5.0000+15.OOOQi】吼0000+L6.OOOOiL7.ODOO+17.OOOOiis.a™+13.00001相.QQQQ+j9.OOOOi20.0000+2D.OOOOi21.0000+2L.0000L22.ODDD+22.OOOOi23.am■H23.OOOOi21.QQQQ■+24.OOOOl25.0000+25.DDDDi26.ooao+26.DDDDi27.ODDD+27.DDDDi2b.aaaa+23.oaaoi29.0000429.OQOOl30,0000+3D.DDDDi图3.4.4.1A和A1矩阵的输出值Bl=1.0000-Bl=1.0000-1.OOOOi6.0000-fi.OOOOi11.0000-11.DQ00116.0000-16.OOOOi21.0000-21.OOOOl26.0000-26.DMOi2.0000-2.OOOOi7.0000-7.OOOOi]2.000072.OOOOi17.0000-17.OOOOi22.0000-22.OOOOi27.GOOD-27,OOOOi3.0DOO-3.0DOQ18.0DOO-8.OOOOi13.ODOO-13-ODOOiIS.0000-IS.OOOQi23.0000-23-0DOOd28.ODOO-28-QDOai4.0000-4.OOOOi9.DOQO-9,OOOOi14.DOQQ-14.OOOOi19.0000-10.OOOOi24.DOQO-24,OOOOi29.DOQQ-29.OOOOi5-0000-5.00001L0.0000-L0.OOOOiL5.QODO-L5.OQDOi20.0000-20.OOOOi25.0000-25.0000130.QODO-30.OQDOi图3.4.4.2B1矩阵的输出值A=ones(2,3);%产生2行3列的全1矩阵B=eye⑶;％返回3*3的单位矩阵C=ones(4);%产生4*4的全1矩阵D=diag(C);%返回对角线的值形成1列E=repmat(C,1,3);%将C当成一个元素产生一个1行3列的矩阵分析：特殊函数生成矩阵以及矩阵的操作函数，ones表示元素全为1的矩阵，eye表示单位矩阵；diag(X)用来抽取主对角线元素，repmat表示按指定的行列数复制矩阵,B=repmat(A,M,N)功能是以的内容堆叠在(MxN)的矩阵B中，B矩阵的大小由MxN及A矩阵的内容决定，题中C是4X4矩阵，E=repmat(C,1,3)得到的矩阵E是4X12阶矩阵。MATLAB的运行结果：12武汉理工大学《专业基础实践》课程设计说明书»AA=TOC\o"1-5"\h\z1 1 11 1 1»EB=1 0 00 1 00 0 1»c图3.4.5.1A和B矩阵的输出值;一111111111111»DD=C和DC和D矩阵的输出值图3.4.5.2图3.4.5.3E矩阵的输出值13武汉理工大学《专业基础实践》课程设计说明书3.5题目五计算y=x5+0.1x4-100在x=0.i与10处的值。分析：将y的表达式看成一个多项式，输入表达式，设置变量，最后输入变量的值，计算结果。打印输出结果。X=0.1和10的结果如下：代码：x=input（'输入x:'）;y=2*xA5+0.1*xA3-100;fprintf（'当x=%f时，y=%f\n',x,y）;MATLAB的运行结果>>five输入fl.1当£=口,1UQ0QQ时，y=-39.999880、>'>five输久x：1。当k=1Q,QQQW口时，7=200000.000000图3.5x=0.1和10的输出值题目六求函数1+e1+e2++en,n=100的值。分析：设该函数的值y，用循环语句可求得其值。采用for循环的方式，进行循环累加。一直到输入的n值为止。代码：n=input（'请输入口:'）;％输入求和的个数y=0;fori=0:ny=y+exp（i）;%累力口endfprintf（'当n=%d,y=%f\n',n,y）;MATLAB的运行结果：请输入n:10000,y=^2525387036892762000000000000000000000000000.000000X»|图3.6n=100的输出值14武汉理工大学《专业基础实践》课程设计说明书题目七求3000个元素的随机数向量A中大于0.5的元素个数。分析：由函数rand(N,M)可以生成一个NXM的随机矩阵，根据题目的要求产生一个1行3000列的随机矩阵，再通过循环结构程序检测矩阵中每个元素的值的大小，若是大于0.5则计数sum加1。代码：A=rand(1,3000);%产生一个1行3000列的随机矩阵sum=0;forii=1:length(A)ifA(ii)>0,5sum=sum+1;%统计大于0.5的个数endendfprintf('sum=%d\n',sum);%打印输出sumMATLAB的运行结果：>>sevensum=1504X»图3.7sum的输出值题目八用图形表示连续调制波形ysin(t)sin(91)及其包络线，运行下面的程序，观察结果，并简单说明。t=(0:pi/100:pi)’;y1=sin(t)*[1,-1];y2=sin(t).*sin(9*t);t3=pi*(0:9)/9;y3=sin(t3).*sin(9*t3);plot(t,y1,'r:',t,y2,'b',t3,y3,'bo')axis([0,pi,-1,1])注释代码：t=(0:pi/100:pi)';y1=sin(t)*[1,-1];%画出sin(t)的上下波形y2=sin(t).*sin(9*t);%画出包络波形t3=pi*(0:9)/9;y3=sin(t3).*sin(9*t3);%画出波形的与x轴的交点plot(t,y1,'r:',t,y2,'b',t3,y3,'bo');axis([0,pi,-1,1])15

武汉理工大学《专业基础实践》课程设计说明书分析：y1为已调信号的包络，用sin(t)乘以士1得到，用红色虚线表示；y2为已调信号，用蓝色实线表示；y3为已调信号与t轴交点，即在sin(9t)为0时取样到的点，用蓝色圆圈表示,从而得到实验图像。MATLAB的运行结果:MATLAB的运行结果:图3.8y=sin(t)sin(91)的包络函数图像题目九114计的算下列矩阵A的特征值与特征向量A=225336分析：MATLAB中有用于矩阵分解的函数，[V,D]=eig(A)得到的是矩阵V的特征值对角矩阵D和其列为对应特征值的特征向量代码：A=[1,1,4;2,2,5;3,3,6];[V,D]=eig(A);16

武汉理工大学《专业基础实践》课程设计说明书MATLAB的运行结果：V二0.8637 0.0.8637 0.70710.2007 -0.7071-0.4S23 -0.00000 0-0.9083 00 -0.00000.56050.7302»BD=9.9083图3.9V和D矩阵的输出值3.10题目十有如下数据：x11.11.21.31.4y1.000001.233681.552711.993722.61170利用三次插值方法对其进行插值，得到每隔0.05的结果。解答：分析：插值法是根据已知点推断出未知点函数值的一种计算方法，其中三次插值的方法有很多，其中还包括，三次条样插值和三次多项式插值的方法。三次条样插值函数调用方式为Y=spline(x,y,X)，其特点是速度最慢，精度高，最平滑，更加接近图像本体，三次多项式插值调用方式为Y=interp1(x,y,X)，其特点是速度较慢，精度高，平滑性好。两种方法各有各自的好处。代码：x=[1,1.1,1.2,1.3,1.4];y=[1.00000,1.23368,1.55271,1.99372,2.61170];% 输入已知数据X=1.0:0.05:1.4; %每隔0.05计算未知点函数值Y1=spline(x,y,X);%三次样条插值丫2=interp1(x,y,X,'cubic'); %三次多项式插值subplot(1,2,1)plot(x,y,'r:',X,Y1,'b',X,Y1,'k*')title('三次样条插值')% 绘制三次样条插值法的拟合曲线17

武汉理工大学《专业基础实践》课程设计说明书subplot(1,2,2)plot(x,y,'r:',X,丫2,'b',X,丫2,'k*