数学软件课程教学大纲

数学软件课程教学大纲课程英文名称：Mathematicssoftware课程编号：0500450学分：3学时：48课程教学对象数学与计算科学学院应用数学专业、信息与计算科学专业本科学生。课程性质及教学目的课程性质：专业选修课。教学目的:数学软件是数学理论和方法与现代计算机技术结合的课程，课程力求在内容上反映MATLAB的程序设计及在图形显示和科学可视化方面的特点，强调理论联系实际。通过讲授、习题和上机实践，使学生掌握专业课程设计、毕业设计以及求解实际问题所需的MATLAB程序设计基础知识；并通过对优化软件Lingo的学习，使学生能够利用数学软件解决现实中的一些最优化问题。对先修知识的要求要求学生先修完《计算机文化基础》，已经修完一门高级语言程序设计课程，具备基本的代数、微积分知识。课程的主要内容、基本要求和学时分配建议（总学时数:24）知识模块知识点要求学时学习方式课外学习要求1、初识MATLAB1.1MATLAB概述C1课堂讲授1.2MATLAB集成环境与帮助系统B1课堂讲授2、MATLAB矩阵及其运算2.1矩阵的定义与基本运算A1课堂讲授2.2MATLAB中的矩阵块操作A1课堂讲授2.3结构体数据和Cell型数据B1课堂讲授3、MATLAB绘图3.1二维数据曲线图A2课堂讲授3.2三维图形B1课堂讲授3.3图像处理与动画制作初步C1课堂讲授4、MATLAB程序设计4.1M文件与函数文件B1课堂讲授4.2程序控制结构A2课堂讲授5、MATLAB文件操作5.1基本的文件读写操作B1课堂讲授5.2常用表格数据的导入、导出方法B1课堂讲授5.3格式化文本数据的导入、导出方法C1课堂讲授5.4文件操作综合实例C1课堂讲授完成某全国数学建模竞赛赛题所涉数据的导入与导出6、MATLAB图形用户界面设计6.1图形对象及其句柄及属性C1课堂讲授6.1句柄属性操作B1课堂讲授6.2图形用户界面设计工具B2课堂讲授7、Lingo软件与目标规划7.1Lingo软件入门C1课堂讲授7.2在Lingo中使用集合B2课堂讲授7.3Lingo中的数据导入与导出B1课堂讲授注：知识点中粗体字部分为本课程的重点或难点（按照本课程知识体系列出知识模块及知识点，其中重点或难点用粗体字标注；要求按“了解（C）”、“熟悉（B）”、“熟练掌握（A）”三个层次描述学生对知识点应达到的要求；学习方式可分为课堂讲授、自学辅导、课堂讨论或分组讨论等；课外学习要求可按照知识模块或知识点提出撰写专题论文、调研报告、完成综合性作业或设计等要求，一般性的课外作业不在此列)建议使用教材及参考书教材：[1]MATLAB教程R2010a[M].北京:北京航空航天大学出版社，2010.[2]谢金星,薛毅.优化建模与Lindo/Lingo软件[M].北京:清华大学出版社,2005.参考书：[1]张志涌.精通MATLAB6.5版教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.[2]刘卫国.MATLAB程序设计教程[M].北京:中国水利水电出版社，2005.[3]李丽，王振领.Matlab工程计算及应用[M].北京:人民邮电出版社，2001.课程考核方式考核成绩分为两部分：一部分是根据每次上机完成情况来评定一部分成绩，占总成绩的50%；另一部分是最终笔试成绩，占总成绩的50%。课内实验（实训）环节及要求（总学时数:24）序号实验（实训）项目实验（实训）内容实验(实训）目的及要求学时1初识MATLAB启动MATLAB,了解MATLAB的各个窗口，查看其中的菜单及工具栏；设置命令窗口及编辑器中的字体为16号粗体；在命令窗口计算连上百度或google，在搜索栏输入“matlab十进制数转二进制数”，搜索将十进制数转换为二进制数的库函数，并调用该函数计算出数据2010的二进制表达；连上百度或google，在搜索栏输入“matlabfiletype:ppt”，看能搜索出什么？若改为输入“matlabfiletype:pdf”或“matlabfiletype:doc”，结果如何？在命令窗口执行editdec2bin查看函数dec2bin.m的源代码；请在MATLAB下直接输入下列常数，看它们的值是多少：i,j,eps,inf,nan,pi,realmax,realmin7、点击matlab的Help菜单，打开matlab的帮助文档，看看右边Contents栏中有些什么工具箱，找到图像处理工具箱（ImageProcessingToolbox），看看其中的形态学运算（MorphologicalOperations），形态学的两大基础是什么？掌握MATLAB的启动和退出；熟MATLAB的常用窗口和工具栏；了解通过网络获取于matlab资源的方法22MATLAB基本运算1、输入矩阵，并提取矩阵A的第3列和第2行元素。2、当A=[34,NaN,inf–inf–pieps0]时，求下列函数的值：all(A),any(A),isnan(A),isinf(A),isfinite(A)，分析结果。3、已知A=[2,2.1,2.5,2.7;20,-20.4,-20.6,-20.5];执行ceil(A),round(A),floor(A),fix(A),分析他们的异同，及各自功能。4、已知A=[4856;1692;71212],执行B=A;b=A<5,B(b)=0,A(A<5)=0;最后A和B相等么？给出“A=rand(4,5),A(A<0.5)=0”的功能说明。5、已知矩阵A=[1234；5678;9101112]，b=[1-12-2]，利用矩阵运算，求矩阵B，使得矩阵B的每一行恰好等于矩阵A的每一行减去向量b。6、已知A=；B=；；1）利用Matlab生成矩阵C：AaB2）删除矩阵C的第1、3、5行。7*、有什么办法自动生成如下方阵[除中心外的主对角线、副对角线、中间行、中间列的元素全为1，中心为-16（16为元素1的个数），其他为0]：。请给出自动生成具有以上特征的7x7方阵的matlab代码。了解MATLAB的基本数学函数；熟悉脚本编写方法；熟悉矩阵的创建、访问、基本操作33单元数组和结构体已知某10位学生3门课程的成绩如下表。请创建一结构体变量stu，使其4个成员分别为Name、Number、English、Computer、Geometry，用于存储表格数据，并计算各学生的总分、平均分、名次等。nameNumberEnglishComputerGeometryLiLi200510301716858John200510302537161Luky200510303698090ZhengXiao200510304578161WuShaobing200510305496446LiLin200510306586175WangHua200510307838355HanYe200510308648073掌握单元数组的生成及操作、结构体的生成及操作24MATLAB绘图1、使用subplot在同一图形窗口绘制如下曲线：1）y=x-x3/3,-6≤x≤62)y=,-6≤x≤63)x2+2y2=64,-8≤x≤84),-2≤x≤2。2、在同一坐标轴内使用plot函数绘制曲线1）y=2x-0.5，-1≤x≤1;2)，并使用ledgend进行标注。3、使用绘制下列极坐标图：1)=5cos∈[2)=5sintan∈[4、绘制三维曲线：5、分别使用mesh和ezmesh(（或surf和ezsurf）绘制曲面：f(x,y)=-5/(1+x2+y2),|x|≤3,|y|≤3.掌握常用的二维、三维绘图函数；掌握基本的图形修饰函数。25MATLAB图像处理基础实现一种RGB颜色空间中的车牌定位。基本步骤如下：1、读图像；2、颜色特征提取；3、二值化；4、水平投影求上下边界；5、垂直投影求左右边界；6、显示结果图像的读取、显示和基本操作26MATLAB程序设计1一、用if语句实现下列分段函数，并计算其在x=-5.0，-3.0，1.0，2.0，2.5，3.0，5.0时的值：二、根据，求的近似值。当n分别取100、1000、10000时，结果是多少？要求：分别用循环结构和向量运算（使用sum函数）来实现，并求出各自的运行时间（使用tic,toc）。掌握建立和执行M文件的方法；掌握实现选择程序设计、循环程序设计的方法；了解MATLAB程序调试方法27MATLAB程序设计2一、找出最小的n值，滿足n!>10100：二、编写Matlab函数mat_add()，使其调用格式为A=mat_add(A1,A2,A3,...),要求该函数能接受任意多个矩阵进行加法运算（提示：使用varargin和nargin）三、编写递归函数mysum()求，要求调用格式为s=mysum(N,m),并求mysum(2,20)。（提示：=，即mysum(N,m)=Nˆm+mysum(N-1,m)）。掌握多输入多输出函数的常见设计方法；掌握递归函数的编程方法。28MATLAB文件操作1、DNA序列可以看成是由a、c、g、t四个字符按一定顺序排成的字符串，四个字符在DNA中出现的频率可以作为DNA的一个特征。统计2000年全国数模竞赛A题中所给各个DNA序列中a、c、g、t各自出现的频率。如：对NDA序列:actgca,a出现的频率Pa=a出现的次数/DNA序列长度=2/6=0.33333。将统计结果使用xlswrite保存于result.xls中。2*、使用textread()函数读取2009年全国数模竞赛B题所给数据，统计每天来就诊的视网膜疾病的人数。将结果使用函数dlmwrite保存于文件result.txt中。掌握用Matlab进行建模数据导入与导出39GUI程序设计完成如下图所示的图形用户界面：包含一个图像显示窗口，一个文件夹打开按钮，一个文件列表框、两个静态文本（图象宽度、高度）、两个文本编辑框（显示图像宽度高度）、一个退出按钮。功能要求：按打开文件夹按钮，打开图象文件夹，列表框能显示文件夹中的图像文件；点击列表框中的图像文件，则在左侧显示图像，并在两个文本框中显示图像的宽度和高度。掌握通过GUIDE创建GUI的方法210Lingo中的集合建筑工地的位置(用平面坐标a,b表示，距离单位：公里)及水泥日用量d(吨)下表给出。有两个临时料场位于P