MATLAB课程设计报告(绝对完整)

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1Matlab软件简介 1.1MATLAB产生的历史背景MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）的简称，和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。MATLAB的应用：利用MATLAB可以进行以下各种工作数值计算数值和符号计算工程和科学绘图控制系统的设计与仿真数字图像处理数字信号处理通讯系统设计与仿真财务与金融工程1．2MATLAB的语言特点和开发环境MATLAB作为一种科学计算的高级语言之所以受欢迎，就是因为它有丰富的函数资源和工具箱资源，编程人员可以根据自己的需要选择函数，而无需再去编写大量繁琐的程序代码，从而减轻了编程人员的工作负担。被称为第四代编程语言的MATLAB最大的特点就是简洁开放的程序代码和直观实用的开发环境。具体地说MATLAB主要有以下特点：(1)库函数资源丰富(2)语言精炼，代码灵活(3)运算符多而灵活(4)面向对象控制功能优良，使界面编程更方便、自由。(5)程序设计自由(6)图形功能强大(7)程序的兼容性好(8)源代码开放(9)形形色色的工具箱2．课程设计内容 2.1已知t=linspace(0,2*pi,6)，求t的正弦和正弦的绝对值。2.1.1理论分析该函数linspace（）为赋值向量函数，还要用到简单的正弦sin（）和绝对值abs（）函数。2.1.2程序代码t=linspace(0,2*pi,6);%产生6维的从0到2*pi等分行向量sin(t)%求t的正弦值abs(sin(t))%求sin（t）的的绝对值2.1.3程序运行结果ans=00.95110.5878-0.5878-0.9511-0.0000ans=00.95110.58780.58780.95110.00002.1.4在matlab中乘号不能不写，也不能写成‘×’。只能写成‘*’。2.2制函数在时的曲线。2.2.1理论分析：这是一个简单的函数，但要了解该函数用程序代码书写的正确和规范，以及了解绘制二维曲线的函数。2.2.2程序代码x=0:0.01:1;%x轴上以0.01的速度从0递增到1的数组y=x.*exp(-x);%y关于x的表达式plot(x,y)%以x为横坐标y为纵坐标画出二维曲线2.2.3程序运行结果2.2.4总结在matlab中两数之间应该用‘*’符号，不能省略，而且注意如果是进行向量的运算得用‘.*’运算。2.3已知a=[1,3,0;2,0,1;4,6,5],a1=logical([101]),a2=logical([110]),b=a>1,求a(a1,a2)和a(b)。2.3.1理论分析：注意矩阵的赋值以及各种运算2.3.2程序代码a=[1,3,0;2,0,1;4,6,5];%定义a的矩阵并赋值a1=logical([101]);%a1的逻辑值数组a2=logical([110]);%a2的逻辑值数组b=a>1;%a,b的逻辑表达式a(a1,a2)%求矩阵a的1,3行和1,2列的子矩阵a(b)%求a中大于1的数2.3.3程序运行结果ans=1346ans=243652.3.4在matlab中矩阵的形式各种各样，还有各种赋值形式，我们要了解矩阵的各种形式以及运算2.4分析下面每条指令的功能并运行，观察执行结果。（1）X=0:0.25:3;Y=X.*exp(-X);plot(X,Y),xlabel(‘x’),ylabel(‘y’),title(‘y=x*exp(-x)’);A=zeros(3,5)A(:)=-4:5L=abs(A)>4islogical(L)X=A(L)A=[1:5;6:10]pow2(A)A=zeros(3,2)A(:)=1:6A=A*(1+i)A1=A.’;B1=A’;A=ones(2,3)B=ones(2)C=eye(4)D=diag(C)E=repmat(C,1,3)2.4.1理论分析：该大题是让我们练习编写代码，观察执行结果，根据结果去了解各个函数的功能及用法，所以我们必须熟练了解一些常用函数的用法。程序代码X=0:0.25:3;%生成数组Y=X.*exp(-X);%y1的表达式plot(X,Y),xlabel('x'),ylabel('y'),title('y=x*exp(-x)');%标注x,y轴及标题程序运行结果程序代码A=zeros(2,5)%生成一个2×5的全0矩阵A(:)=-4:5%将A矩阵赋值L=abs(A)>4%将A中绝对值与4比较后的逻辑值矩阵islogical(L)%求L的逻辑值X=A(L)%求出L中逻辑值为1的那个元素对应A的值程序运行结果A=-4-2024-3-1135L=0000000001ans=1X=程序代码A=[1:5;6:10]%生成一个二维数组pow2(A)%求该数组的每个元素的平方值程序运行结果A=12345678910ans=24816326412825651210程序代码A=zeros(3,2)%生成一个3行2列的全0矩阵A(:)=1:6%将A从新赋值A=A*(1+i)%将A中的每个元素进行运算A1=A.'%求A的转置矩阵B1=A'%求A的共轭转置矩阵程序运行结果A=000000A=142536A=1.0000+1.0000i4.0000+4.0000i2.0000+2.0000i5.0000+5.0000i3.0000+3.0000i6.0000+6.0000iA1=1.0000+1.0000i2.0000+2.0000i3.0000+3.0000i4.0000+4.0000i5.0000+5.0000i6.0000+6.0000iB1=1.0000-1.0000i2.0000-2.0000i3.0000-3.0000i4.0000-4.0000i5.0000-5.0000i6.0000-6.0000i程序代码A=ones(2,3)%生成一个2×3的全为1的矩阵B=ones(2)%生成一个2×2的全为1的方阵C=eye(4)%生成一个4阶单位矩阵D=diag(C)%取C矩阵中的对角元素作为列向量E=repmat(C,1,3)%将C矩阵复制为1×3块的矩阵程序运行结果A=111111B=1111C=1000010000100001D=1111E=1000100010000100010001000010001000100001000100012.4.4总结：在该程序编程题中，有很多函数，要注意他们的用法以及他们之间的联系，比如A（：）=-4:5,是给矩阵数组赋值，在之前zeros()是确定A的矩阵形式，所以赋值是应与A数组矩阵有相同多的元素个数，本来原题中是zeros(3,5),但运行时却有错误，是因为zeros（3,5）赋给A，A是3×5矩阵共有15个元素，而后来赋值时又只赋给-4:5只有10个元素所以就出错了；当改成zeros（2,5）就可以了。还有各种其他函数的功能和用法。2.5计算在x=0.1与10处的值。2.5.1理论分析：该题是简单的二元方程带值求解问题，只需用matlab编写出该方程的表达式，带值即可求解。2.5.2程序代码x=0.1;%将x初始化为0.1y=2*x^5+0.1*x^3-10;%y关于x的表达式y%求当x=0.1时y的值x=10;%将x赋值为10y=2*x^5+0.1*x^3-10;%y关于x的表达式y%求当x=10时y的值2.5.3程序运行结果y=-9.9999y=2000902.5.4总结：在写出表达式之前一定要定义出表达式中的变量2.6求函数,n=100的值2.6.1理论分析：该题是一道用循环函数编写的数学题2.6.2程序代码s=0;%为s变量赋初值为0fori=1:100%循环函数，从1到100s=s+1/i^3;%s的累加求和表达式ends%求s的值2.6.3程序运行结果s=1.20202.6.4总结在这个题目中应该注意s=s+1/i^3的通式的表达，这是一个累加表达式，但是还要注意等比数列的写法。2.7求1500个元素的随机数向量A中大于0.5的元素个数。2.7.1理论分析：该题看起来很简单，其实涉及到了很多方面，产生1500个元素得用的随机函数，依次比较1500个数得用到循环函数，还要看是否大于0.5，所以得用到if函数，再其次就是要用到累加表达式。2.7.2程序代码A=rand(1500);%随机函数产生1500个随机数向量赋给一维数组As=0;%给s赋初值0fori=1:1500%循环语句，从1到1500循环1500次ifA(i)>0.5%判断数组A中1500是否大于0.5s=s+1;%如果大于0.5，则将s的值加1，累计个数endends%求出s最后的累计值2.7.3程序运行结果s=7602.7.4总结要注意随机函数的用法，以及要分析好函数的嵌套，那个rand（）是随机函数所以每次产生的数都是不一样的，即每次运行的结果应该是不同的。应该巧妙运用到for函数与if函数的嵌套。2.8用图形表示连续调制波形,运行下面的程序，观察结果，并简单说明。t1=(0:11)/11*pi; y1=sin(t1).*sin(9*t1);t2=(0:100)/100*pi; y2=sin(t2).*sin(9*t2);subplot(2,2,1),plot(t1,y1,'r.'),axis([0,pi,-1,1]),title('子图(1)')subplot(2,2,2),plot(t2,y2,'r.'),axis([0,pi,-1,1]),title('子图(2)')subplot(2,2,3),plot(t1,y1,t1,y1,'r.')axis([0,pi,-1,1]),title('子图(3)')subplot(2,2,4),plot(t2,y2)axis([0,pi,-1,1]),title('子图(4)')2.8.1理论分析：这题是用图形表示连续调制函数y=sin（t）sin（9t）的波形，注意比较几个图得到不同。2.8.2程序代码t1=(0:11)/11*pi;%生成一个0到1/π步距为1/（11*π）的数组y1=sin(t1).*sin(9*t1);%y1关于t1的数学表达式t2=(0:100)/100*pi;%生成一个0到1/π步距为1/（100*π）的数组y2=sin(t2).*sin(9*t2);%y2关于t2的数学表达式subplot(2,2,1),plot(t1,y1,'r.'),axis([0,pi,-1,1]),title('子图（1）')%指定分成一个图到指定位置，以r的格式画出t1，y1点图形，x轴从0到π，y轴-1到1，标记为子图（1）subplot(2,2,2),plot(t2,y2,'r.'),axis([0,pi,-1,1]),title('子图（2）')%指定分成一个图到指定位置，以r的格式画出t2，y2点图形，x轴从0到π，y轴-1到1，标记为子图（2）subplot(2,2,3),plot(t1,y1,t1,y1,'r.')axis([0,pi,-1,1]),title('子图（3）')%指定分成一个图到指定位置，以r的格式画出t1，y1连线的折线图形，x轴从0到π，y轴-1到1，标记为子图（3）subplot(2,2,4),plot(t2,y2)axis([0,pi,-1,1]),title('子图（4）')%指定分成一个图到指定位置，以r的格式画出t2，y2默认的曲线图形，x轴从0到π，y轴-1到1，标记为子图（4）2.8.4总结在这几个图中，子图（1）描写函数的能力最差，子图（3）也有较大的失真，因为数据太少。对于离散数据，Plot指令默认处理方法是：自动地把这些离散点用直线连接，使之成为连续曲线。Subplot是指定几号子图。Axis设置平面轴的范围、坐标分割线。2.9已知方程组，用矩阵除法来解线性方程组。2.9.1理论分析：本题是运用矩阵法来求解线性方程组，在matlab中有很简单实用的方法求解线性方程组2.9.2程序代码A=sym([3,-1,2;-5,1,3;1,-1,4]);%将方程组的各个元素的系数定义为符号数组b=sym([9;5;8]);%将方程组等号后的值定义为符号列向量X=A\b%解出方程组2.9.4总结将各个方程组的各个元素的的系数赋给A，用到方程组的符号解，矩阵计算是求解线性方程组最简便有效的方法。用sym()符号函数，注意b要用sym（9；5；8），不能用sym（9,5,8）。2.10已知，其中t的范围是[010]，计算y的微分和积分并给出曲线图。2.10.1理论分析：这是一个求积分和微分的题，以及也涉及到画图函数。有各种不同的画图函数，注意选择方便的。2.10.2程序代码以及结果：symst,y=exp(-1)*cos(t);%定义符号变量df=diff(y,'t')%将符号t视作变量求y对t的微分jf=int(y,t)%将符号t作为变量求y对t的积分subplot(2,1,1),ezplot(df,[0,10])%在分成后的指定地方绘制微分在0到10之间的曲线图subplot(2,1,2),ezplot(jf,[0,10])%在分成后的指定地方绘制积分在0到10之间的曲线图2.10.3程序运行结果2.10.4要了解积分和微分函数的运用，该题用到了符号积分和符号微分，对ezplot（）画图函数的运用；3心得体会通过这次MATLAB的学习，我对MATLAB有了一个基础的认识，matlab是一个可以完成各种精确计算和数据处理的、可视化的、强大的计算工具。它集图示和精确计算于一身，在应用数学、物理、化工、机电工程、医药、金融和其他需要进行复杂数值计算的领域得到了广泛应用。MATLAB是一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程的特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂程序（M文件）后再一起运行。在这短短的一周内从开始的一头雾水，到自己看书学习，到同学讨论，再进行整个题目的理论分析和计算，参考课程上的代码，写出自己的代码。我们也明白了学无止尽的道理，在我们所查的很多参考书中，很多知识是我们从没有接触过的，我们对它的了解还仅限于皮毛，对它的很多功能以及函数还不是很了解，所以在这个学习的过程中我们穿越在知识的海洋中，一点一点吸取着它的知识。在MATLAB编程中需要很多的参考书，要尽量多的熟悉matlab自带的函数及其作用，因为matlab的自带函数特别多，基本上能够满足一般的数据和矩阵的计算，所以基本上不用你自己编函数。这一点对程序非常有帮助，可以使程序简单，运行效率高，可以节省很多时间。本次课设中用了很多MATLAB自带的函数，使程序变得很简单。把基本的知识看过之后，就需要找一个实际的程序来动手编一下，不要等所有的知识都学好之后再去编程，你要在编程的过程中学习，程序需要什么知识再去补充，编程是一点一点积累的，所以你要需做一些随手笔记什么的。在编写程序代码时，需要什么函数，需要什么模块就应该去着重看那个知识点，不要一步登天，一步一步学，如果太急于把所有东西都学到，也是不好的，更是实现不了的。所以那时一天一天积累的，慢慢地学通这个软件。总之，通过这次学习，我了解了一下这个软件总体的功能，以及通过自己编写一些代码也学到了一些用法和知识。更了解到了，我们还有好多东西去学，学无止尽。4参考文献[1]（美）\o"穆尔"穆尔,\o"高会生"高会生,\o"刘童娜"刘童娜,HYPERLINK"