1、MATLAB程序設計與應用實驗教案授課人：王炳庭授課班級：電類113、電類114前 言一、實驗目的本課程是電氣工程及其自動化、自動化、電力工程與管理專業本科生的學科基礎選修課，它在線性代數、信號分析和處理、控制系統設計和仿真等方面有著廣泛的應用。主要是學習MATLAB的語法規則、基本命令和使用環境，使學生掌握MATLAB的基本命令和基本程序設計方法，提高使用該語言的應用能力，具有使用MATLAB語言編程和調試的能力，以便為后續多門課程使用該語言奠定必要的基礎。 通過上機實驗，使學生掌握MATLAB在線幫助功能的使用、熟悉MATLAB運行環境和MATLAB語言的主要特點，掌握MATLA

2、B語言的基本語法規則及基本操作命令的使用，學會M文件的建立和使用方法以及應用MATLAB實現二維和三維圖形的繪制方法，具有使用MATLAB語言編程和調試的能力。二、實驗前預習每次實驗前，學生須仔細閱讀本實驗指導書的相關內容，明確實驗目的、要求；明確實驗步驟、測試數據及需觀察的現象；復習與實驗內容有關的理論知識；預習儀器設備的使用方法、操作規程及注意事項；做好預習要求中提出的其它事項。 三、實驗注意事項1實驗開始前，應先檢查本組電腦設備是否工作正常，matlab軟件工作是否正常。2實驗時每位同學應獨立完成實驗任務，避免抄襲。3實驗后應及時將實驗數據進行記錄與存盤，避免因電腦故障或其它原因造成實驗

3、數據的丟失。4實驗中嚴格遵循電腦操作規程，如電腦發生異?，F象，應立即切斷電源，報告指導教師檢查處理。5測量數據或觀察現象要認真細致，實事求是。6未經許可，不得對電腦進行軟件及硬件的更改操作。7實驗結束后，實驗記錄交指導教師查看并認為無誤后，方可關掉電腦離開。 8愛護公物，發生儀器設備等損壞事故時，應及時報告指導教師，按有關實驗管理規定處理。9自覺遵守學校和實驗室管理的其它有關規定。四、實驗總結每次實驗后，應對實驗進行總結，即實驗數據進行整理，繪制波形和圖表，分析實驗現象，撰寫實驗報告。實驗報告除寫明實驗名稱、日期、實驗者姓名、同組實驗者姓名外，還包括：1實驗目的；2實驗內容3實驗流程圖；4程序

4、命令清單；5運行結果；6實驗的收獲與體會；7回答每項實驗的有關問答題。目 錄實驗一 matlab集成環境使用與運算基礎5實驗二 matlab矩陣分析與處理8實驗三 選擇結構程序設計10實驗四 循環結構程序設計12實驗五 函數文件14實驗六 matlab高層繪圖操作16實驗七 matlab數據處理與多項式計算18實驗八 菜單與對話框設計21實驗一 matlab集成環境使用與運算基礎一、實驗目的1，熟悉啟動和退出matlab的方法。2，熟悉matlab命令窗口的組成。3，掌握建立矩陣的方法。4，掌握matlab各種表達式的書寫規則以及常用函數的使用。二、實驗原理1Matlab的啟動 matlab系

5、統的啟動有三種常見方法：1）使用Windows“開始”菜單。2）運行matlab系統啟動程序matlab.exe。3）利用快捷方式。2Matlab系統的退出 要退出matlab系統，也有三種常見方法：1）在matlab主窗口File菜單中選擇Exit matlab 命令。2）在matlab命令窗口輸入Exit或Quit命令。3）單擊matlab主窗口的“關閉”按鈕。3Matlab幫助窗口進入幫助窗口可以通過以下三種方法：1） 單擊matlab主窗口工具欄中的help按鈕。2） 在命令窗口中輸入helpwin、helpdesk或doc。3） 選擇help菜單中的“matlab help”選項。

6、4Matlab幫助命令 1）help命令在matlab命令窗口直接輸入help命令將會顯示當前幫助系統中所包含的所有項目，即搜索路徑中所有的目錄名稱。同樣，可以通過help加函數名來顯示該函數的幫助說明。2）lookfor命令help命令只搜索出那些關鍵字完全匹配的結果，lookfor命令對搜索范圍內的m文件進行關鍵字搜索，條件比較寬松。3） 模糊查詢用戶只要輸入命令的前幾個字母，然后按tab鍵，系統就會列出所有以這幾個字母開頭的命令。5賦值語句1）變量表達式2）表達式6矩陣的建立1）直接輸入法：將矩陣的元素用方括號括起來，按矩陣行的順序輸入各元素，同一行的各元素之間用空格或逗號分開，不同行的

7、元素之間用分號分開。2）利用m文件建立矩陣3）利用冒號表達式建立一個向量 e1:e2:e34)利用linspace函數產生行向量 linspace(a,b,n).三、實驗儀器和設備1計算機 1臺 四、預習要求1復習matlab啟動與退出，熟悉matlab運行環境，掌握matlab幫助的使用。2復習matlab中矩陣的建立以及矩陣的加減乘除以及乘方運算的基本原理。五、實驗內容及步驟1，先求下列表達式的值，然后顯示matlab工作空間的使用情況并保存全部變量。（1）z1=(2*sin(85*pi/180)/(1+exp(2);結果z1 = 0.2375（2）x=2,1+2*i;-0.45,5;z2

8、=1/2*log(x+sqrt(1+x2);結果x =2.0000 1.0000 + 2.0000i -0.4500 5.0000 z2 =0.3090 - 0.0110i 0.3895 + 0.1589i 0.0929 + 0.4058i 0.5012 - 0.0019i（3）提示：利用冒號表達式生成a向量，求各點函數值時用點乘運算。a=-3.0:0.1:3.0;z3=(exp(0.3*a)-exp(-0.3*a)/2.*sin(a+0.3)+log(0.3+a)/2)（4）提示：用邏輯表達式求分段函數值。t=0:0.5:2.5;z4=(t>=0&t<1).*(t.*t)

9、+(t>=1&t<2).*(t.*t-1)+(t>=2&t<3).*(t.*t-2*t+1)結果z4 = 0 0.2500 0 1.2500 1.0000 2.25002，已知 求下列表達式的值：（1） A+6*B和A-B+I（其中I為單位矩陣）（2） A*B和A.*B（3） A3和A.3（4） A/B及BA（5） A,B和A（1，3，：）；B2a=12,34,-4;34,7,87;3,65,7;b=1,3,-1;2,0,3;3,-2,7;x1=a+6*b;x2=a-b+eye;x3=a*b;x4=a.*b;x5=a3;x6=a.3;x7=a/b;x8=

10、ba;x9=a,b;x10=a(1,3,:);b23，設有矩陣A和B（1） 求它們的乘積C；（2） 將矩陣C的右下角3*2子矩陣賦給D；A=1 2 3 4 5;6 7 8 9 10;11 12 13 14 15;16 17 18 19 20;21 22 23 24 25;B=3 0 16;17 -6 9;0 23 -4;9 7 0;4 13 11;C=A*BF=size(C);D=C(F(1)-2:F(1),F(2)-1:F(2)結果F = 5 3D =520 397 705 557 890 7174，完成下列操作：（1）求100,999之間能被21整除的數的個數。提示：先利用冒號表達式，再利

11、用find和length函數。提示：利用find函數和空矩陣A=100:999;B=rem(A,21);C=length(find(B=0);結果C = 43六、實驗報告要求實驗報告應包括實驗目的、實驗內容、流程圖、程序清單、運行結果以及實驗的收獲與體會。實驗二 matlab矩陣分析與處理一、實驗目的1，掌握生成特殊矩陣的方法；2，掌握矩陣分析的方法；3，用矩陣求逆法求解線性方程組。二、實驗原理1，通用的特殊矩陣常用的產生通用特殊矩陣的函數有：zeros：產生全0矩陣；ones：產生全1矩陣eye：產生單位矩陣；rand：產生01間均勻分布的隨機矩陣；randn：產生均值為0，方差為1的標準正

12、態分布的隨機矩陣。2，矩陣運算1）矩陣加減運算：假定有兩個矩陣A和B，則可以由A+B和A-B實現矩陣的加減運算。2）假定有兩個矩陣A和B，若A為m×n矩陣，B為n×p矩陣，則C=A*B為m×p矩陣。3）如果A矩陣是非奇異方陣，AB等效與A的逆左乘B矩陣，inv(A)*B,而B/A等效于A矩陣的逆右乘B矩陣，也就是B*inv(A).4)矩陣的乘方。一個矩陣的乘方運算可以表示成Ax，要求A為方陣，x為標量。3，矩陣點運算 在matlab中，有一種特殊的運算，因為其運算苻是在有關算術運算苻前面加點，因此叫點運算。點運算苻有.*,./,.和.。兩個矩陣進行點運算是指它們的

13、對應元素進行相關運算，要求兩矩陣的維參數相同。三、實驗儀器和設備1.計算機 1臺四、預習要求1復習特殊矩陣的產生。2復習矩陣的加減乘除與乘方運算，以及相應的點運算。 五、實驗內容及步驟1， 設有分塊矩陣，其中E、R、O、S分別為單位矩陣、隨機矩陣、零矩陣和對角陣，試通過數值計算驗證。E=eye(3);R=rand(3,2);O=zeros(2,3);S=diag(2,3);A=E,R;O,S;C=A2;B=E,(R+R*S);O,S2;E,R,O,S,A,C,B結果E = 1 0 0 0 1 0 0 0 1R = 0.9572 0.1419 0.4854 0.4218 0.8003 0.915

14、7O = 0 0 0 0 0 0S = 2 0 0 3A = 1.0000 0 0 0.9572 0.1419 0 1.0000 0 0.4854 0.4218 0 0 1.0000 0.8003 0.9157 0 0 0 2.0000 0 0 0 0 0 3.0000C = 1.0000 0 0 2.8715 0.5675 0 1.0000 0 1.4561 1.6870 0 0 1.0000 2.4008 3.6629 0 0 0 4.0000 0 0 0 0 0 9.0000B = 1.0000 0 0 2.8715 0.5675 0 1.0000 0 1.4561 1.6870 0 0

15、 1.0000 2.4008 3.6629 0 0 0 4.0000 0 0 0 0 0 9.00002， 建立一個5×5矩陣，求它的行列式的值、跡、秩和范數。A=fix(10*rand(5);H=det(A);Trace=trace(A);Rank=rank(A);Norm=norm(A);A,H,Trace,Rank,Norm結果H = -3.2509e+004Trace =33Rank =5Norm =25.32083，下面是一個線性方程組：（1）求方程的解；（2）將方程右邊向量元素b3改為0.53，再求解，并比較b3的變化和解的相對變化。A=1/2,1/3,1/4;1/3,1

16、/4,1/5;1/4,1/5,1/6;b=0.95,0.67,0.52'x1=Ab;B=0.95,0.67,0.53'x2=Ab;C=cond(A);結果x1=1.2000 0.6000 0.6000x2=1.2000 0.6000 0.6000C =1.3533e+0034，建立A矩陣，試比較sqrtm(A)和sqrt(A)，分析它們的區別。A=1,4,9;16,25,36;49,64,81;B=sqrtm(A);C=sqrt(A); 結果B=0.6344 + 1.3620i 0.3688 + 0.7235i 0.7983 - 0.4388i 1.4489 + 1.1717i

17、 2.7697 + 0.6224i 3.2141 - 0.3775i 4.3578 - 1.6237i 5.7110 - 0.8625i 7.7767 + 0.5231iC=1 2 3 4 5 6 7 8 9六、實驗報告要求實驗報告應包括實驗目的、實驗內容、流程圖、程序清單、運行結果以及實驗的收獲與體會。實驗三 MATLAB程序設計一、實驗目的1，掌握建立和執行m文件的方法。2，掌握利用if語句實現選擇結構的方法。3，掌握利用switch語句實現多分支選擇結構的方法。4，掌握try語句的使用。二、實驗原理1，m文件 用matlab語言編寫的程序，稱為m文件。M文件根據調用方式的不同分為兩類，命

18、令文件（Script file）和函數文件（Function file）。2，程序控制結構1） 順序結構2） 選擇結構（1） if語句 a) 單分支if語句b) 雙分支if語句 c) 多分支if語句（2） switch 語句（3） try語句3） 循環結構（1） for 語句（2） while語句（3） break語句與continue語句（4） 循環的嵌套三、實驗儀器和設備1.計算機 1臺四、預習要求1復習matlab中流程控制語句。2復習matlab函數文件的建立與調用。 五、實驗內容及步驟1，輸入一個百分制成績，要求輸出成績等級A、B、C、D、E。其中90分100分為A，80分89分為B

19、，7079分為C，6069分為D，60分以下為E。要求：（1） 分別用if和swtich語句實現；（2） 輸入百分制成績后要判斷成績的合理性，對不合理的成績應輸出出錯信息。1.1>x=input('請輸入一個成績');if x<=100 & x>=90 disp('成績等級為：A');elseif x<90 & x>=80 disp('成績等級為：B');elseif x<80 & x>=70 disp('成績等級為：C');54elseif x>=60 &a

20、mp; x<70 disp('成績等級為：D');elseif x>=0 & x<60 disp('不及格');else disp('輸入的成績不合理')end 結果請輸入一個成績88成績等級為：B請輸入一個成績55不及格請輸入一個成績100成績等級為：A請輸入一個成績101輸入的成績不合理1.2>x=input('請輸入一個成績');switch floor(x/10) case 9,10 disp('成績等級為：A'); case 8 disp('成績等級為：B'

21、); case 7 disp('成績等級為：C'); case 6 disp('成績等級為：D'); case 0,1,2,3,4,5 disp('不及格'); otherwise disp('輸入的成績不合理')end結果請輸入一個成績52不及格請輸入一個成績78成績等級為：C請輸入一個成績90成績等級為：A2，根據，求的近似值。當n分別取100，1000，10000時，結果是多少？2.1>利用循環結構for n=100,1000,10000 x=1:n; value=sqrt(6*sum(1./x./x);end 結果

22、value =3.1321value =3.1406value =3.14152.2>利用向量運算for n=100,1000,10000 sum=0; for x=1:n sum=sum+1/(x.2); end value=sqrt(6*sum)end 結果value =3.1415,3，根據，求（1）y<3時的最大n值；（2）與（1）的n值對應的y值。y=0;n=1;while y<3 y=y+1/(2*n-1); n=n+1;endn=n-1;y=y-1/(2*n-1)n=n-1結果y =2.9944n =56六、實驗報告要求1.完成實驗內容中的計算和程序編制；2.

23、驗證實驗內容中計算和程序所得結果的正確性。實驗四 函數文件一、實驗目的1，理解函數文件的概念；2，掌握定義和調用matlab函數的方法。二、實驗原理1，函數文件的定義： 函數文件是另一種形式的m文件，每一個函數文件都定義一個函數，事實上，matlab提供的標準函數大部分都是由函數文件定義的。2，函數文件的基本結構函數文件由function語句引導，其基本結構為：Function 輸出形參表函數名（輸入形參表）注釋說明部分函數體語句 其中以function開頭的一行為引導行，表示該m文件是一個函數文件。3，函數調用 函數文件編制好之歐，就可以調用函數進行計算了，函數調用的一般格式是：輸出實參表函

24、數名（輸入實參表）三、實驗儀器和設備1.計算機 1臺四、預習要求1復習函數的定義與編寫原則。2復習函數的調用。 五、實驗內容及步驟1，一個自然數是素數，且它的數字位置經過任意對換后仍為素數，則稱為絕對素數。例如13是絕對素數。試求所有的兩位絕對素數。要求：定義一個判斷素數的函數文件。function a=sushu(b)x=fix(b/10);y=rem(b,10);a=10*y+x;signab=0; for m=2:sqrt(b) if rem(b,m)=0 signab=signab+1; endendfor n=2:sqrt(a) if rem(a,n)=0 signab=signab

25、+1; endendif signab=0 a=b;else a=0; end結果liangweisushu=;for n=10:99 a=W53(n); if a>0 liangweisushu=liangweisushu,a; endenddisp('所有的兩位絕對素數是：',num2str(liangweisushu)所有的兩位絕對素數是：11 13 17 31 37 71 73 79 972，已知（1）當時，求y值；（2）當時，求y值。function fn=W551(n)fn=n+10*log(n*n+5);結果y=W551(40)/(W551(30)+W551

26、(20)y =0.63905.2>function fn=f1(n)fn=0;for k=1:n fn=fn+k*(k+1);end結果y=W552(40)/(W552(30)+W552(20)y = 1.7662六、實驗報告要求1. 完成實驗內容中的函數編制2. 驗證實驗結果正確性。實驗五 matlab高層繪圖操作一、實驗目的1，掌握繪制二維圖形的常用函數；2，掌握繪制三維圖形的常用函數；3，掌握繪制圖形的輔助操作。二、實驗原理1，二維數據曲線圖（1） 繪制單根二維曲線 plot(x,y);（2） 繪制多根二維曲線 plot(x,y) 當x是向量，y是有一維與x同維的矩陣時，則繪制多根

27、不同顏色的曲線。當x，y是同維矩陣時，則以x，y對應列元素為橫、縱坐標分別繪制曲線，曲線條數等于矩陣的列數。（3） 含有多個輸入參數的plot函數 plot(x1,y1,x2,y2,xn,yn)（4） 具有兩個縱坐標標度的圖形 plotyy(x1,y1,x2,y2)2,圖形標注與坐標控制1）title (圖形名稱)；2）xlabel（x軸說明）3）ylabel（y軸說明）4）text（x，y圖形說明）5）legend（圖例1，圖例2，）6）axis （xmin xmax ymin ymax zmin zmax）3, 圖形窗口的分割subplot（m,n,p）4,三維曲線plot3（x1,y1,

28、z1,選項1，x2,y2，選項2，,xn,yn,zn,選項n）5，三維曲面mesh(x,y,z,c) 與surf(x,y,z,c)。一般情況下，x，y，z是維數相同的矩陣。X，y是網格坐標矩陣，z是網格點上的高度矩陣，c用于指定在不同高度下的顏色范圍。6，圖像處理1） imread和imwrite函數 這兩個函數分別用于將圖象文件讀入matlab工作空間，以及將圖象數據和色圖數據一起寫入一定格式的圖象文件。2） image和imagesc函數 這兩個函數用于圖象顯示。為了保證圖象的顯示效果，一般還應使用colormap函數設置圖象色圖。三、實驗儀器和設備1.計算機 1臺四、預習要求1復習二維與

29、三維圖形的繪圖函數。2復習圖形輔助操作。五、實驗內容及步驟1，設，在x02區間取101點，繪制函數曲線。x=linspace(0,2*pi,101);y=(0.5+3*sin(x)./(1+x.*x).*cos(x);plot(x,y)2，已知y1=x2,y2=cos(2x),y3=y1*y2,完成下列操作：（1）在同一坐標系下用不同的顏色和線型繪制三條曲線；（2）分別用條形圖、階梯圖、桿圖和填充圖繪制三條曲線。2.1>x=linspace(-2*pi,2*pi,100);y1=x.2;y2=cos(2*x);y3=y1.*y2;plot(x,y1,'b-',x,y2,&

30、#39;r:',x,y3,'y-');text(4,16,'leftarrow y1=x2');text(6*pi/4,-1,'downarrow y2=cos(2*x)');text(-1.5*pi,-2.25*pi*pi,'uparrow y3=y1*y2');2.2>x=linspace(-2*pi,2*pi,100);y1=x.2;y2=cos(2*x);y3=y1.*y2;subplot(1,3,1);plot(x,y1);title('y1=x2');subplot(1,3,2);plot

31、(x,y2);title('y2=cos(2*x)');subplot(1,3,3);plot(x,y3);title('y3=x2*cos(2*x)');2.3>x=linspace(-2*pi,2*pi,20);y1=x.2;subplot(2,2,1);bar(x,y1);title('y1=x2條形圖 ');subplot(2,2,2);stairs(x,y1);title('y1=x2階梯圖 ');subplot(2,2,3);stem(x,y1);title('y1=x2桿圖 ');subplot

32、(2,2,4);fill(x,y1,'r');title('y1=x2填充圖 ');3，已知在5<=x<=5區間繪制函數曲線。x=-5:0.01:5y=(x+sqrt(pi)/exp(2).*(x<=0)+1/2*log(x+sqrt(1+x.2).*(x>0)plot(x,y)4，繪制函數的曲面圖和等高線其中x的21個值均勻分布在-5,5范圍，y的31個值均勻分布在0,10，要求使用subplot（2，1，1）和subplot（2，1，2）將產生的曲面圖和登高圖畫在同一個窗口上。x=linspace(-5,5,21);y=linspac

33、e(0,10,31);x,y=meshgrid(x,y);z=cos(x).*cos(y).*exp(-sqrt(x.2+y.2)/4);subplot(2,1,1);surf(x,y,z);subplot(2,1,2);contour3(x,y,z,50);六、實驗報告要求1. 完成實驗內容中的圖像的顯示；2. 驗證實驗內容中所顯示圖像的正確性。實驗六 MATLAB數值計算一、實驗目的1，掌握數據統計和分析的方法；2，掌握數值插值與曲線擬合的方法；3，掌握多項式計算的常用運算。二、實驗原理1， 數據統計處理1） 最大值與最小值(a) 求向量的最大值與最小值 y=max(X) 與 y,I=ma

34、x(X)(b) 求矩陣的最大值和最小值 max(A) 與 Y,U=max(A), max(A,dim)2) 求和與求積 sum(X), prod(X) sum(A)3) 標準方差與相關系數 a）Y=std(A,flag,dim) b) corrcoef(X)2, 數據差值 a) 一維數據差值 Y1=interp1(X,Y,X1,method) b) 二維數據差值 Z1=interp2(X,Y,Z,X1,Y1,method)3, 曲線擬合 P,S=polyfit(X,Y,m)4, 多項式計算1）多項式的加減計算2）多項式乘法運算 Y=conv(P1,P2)3) 多項式除法 Q,r=deconv(

35、P1,P2)4) 多項式的導函數 p=polyder(P): 求多項式P的導函數 p=polyder(P,Q): 求P.Q的導函數p,q=polyder(P,Q):求 P/Q的導函數，導函數的分子存入p，分母存入q。5，多項式求值1) 代數多項式求值 Y=polyval(P,x)2) 矩陣多項式求值 polyvalm6,多項式求根 x=roots(P)三、實驗儀器和設備1.計算機 1臺四、預習要求1復習matlab多項式數值分析函數。2復習matlab曲線擬合與多項式計算函數。 五、實驗內容及步驟1，利用matlab提供的rand函數生成30，000個符合均勻分布的隨機數，然后檢驗隨機數的性質

36、：（1） 均值和標準方差；（2） 最大元素與最小元素；（3） 大于0.5的隨機數個數占總數額百分比。 A=rand(100,300)(1) mean(A) std(A,0,1);(2) B,C=max(A) E,F=max(B) B1,C1=min(A) E1,F2=min(B1)(3) Length(find(A>0.5)/300002，將100個學生5門功課的成績存入矩陣P中，進行如下處理：（4） 分別求每門課的最高分、最低分及相應學生序號；（5） 分別求每門課的平均分和標準方差；（6） 5門課總分的最高分、最低分及相應學生序號；（7） 將5門課總分按照從大到小的順序存入zcj中，相應學生序號存入xsxh。提示：上機調試時，為避免輸入學生成績的麻煩，可用取值范圍在45，95之間的隨機矩陣來表示學生成績。 P=45+(95-45)*rand()100,5 (1) Y,U=max(P) Y1,U1=min(P) (2) mean