matlab实验报告.docx
《matlab实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《matlab实验报告.docx（37页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
matlab实验报告
实验一数组及其运算
【实验目的】
1.学习MATLAB软件的启动和退出，变量的存储和调用
2.熟悉MATLAB中关于数组及其运算的各种指令，能熟练应用数组运算解决问题
【实验内容与要求】
1.Matlab的启动与退出
Ø双击MATLAB图标，进入MATLAB命令窗口，即可输入命令，开始运算。
Ø单击File菜单中Exit，或使用命令窗口键入Exit命令退出。
2.一维数组的创建和寻访
一维数组的输入和寻访
>>b=[246810]%元素之间要用逗号或空格分开
b=
246810
>>c=2:
2:
10
c=
246810
>>d=linspace（2,10,5）
d=
246810
>>b（1:
3）
ans=
246
>>c
（2）
ans=
4
问题1：
体会以上输入方法之间的区别和联系。
若a为0～2*pi之间均匀分布的100个数据，b=[1234],各用何种方法输入较简单。
答
a=0:
2*pi/99:
2*pi
b=linspace（0,2*pi,100）
包括起点，终点，还有步长。
问题2：
体会一维数组寻访的方法。
变量与赋值
1．变量命名
在MATLAB6.5中，变量名是以字母开头，后接字母、数字或下划线的字符序列，最多63个字符。
在MATLAB中，变量名区分字母的大小写。
2．赋值语句
（1）变量=表达式
（2）表达式
其中表达式是用运算符将有关运算量连接起来的式子，其结果是一个矩阵。
预定义变量
在MATLAB工作空间中，还驻留几个由系统本身定义的变量。
例如，用pi表示圆周率π的近似值，用i，j表示虚数单位。
预定义变量有特定的含义，在使用时，应尽量避免对这些变量重新赋值。
3.二维数组的创建与寻访
>>A=[123;456;789]%行之间要用分号隔开
A=
123
456
789
>>B=A（2,3）%取出数组A的第二行，第三列元素
B=
6
>>C=A（2:
3,1:
3）%取出数组A的2，3行与1，2，3列交叉的元素
C=
456
789
>>D=A（5）
D=
5
问题3：
体会二维数组的输入方法，“全下标”标识和“单下标”标识的区别，体会以上输入的结果。
体会
矩阵的建立
在matlab中有两种建立的方法
直接输入法
最简单的建立矩阵的方法是从键盘直接输入矩阵的元素。
具体方法如下：
将矩阵的元素用方括号括起来，按矩阵行的顺序输入各元素，同一行的各元素之间用空格或逗号分隔，不同行的元素之间用分号分隔。
利用M文件建立矩阵
对于比较大且比较复杂的矩阵，可以为它专门建立一个M文件。
下面通过一个简单例子来说明如何利用M文件创建矩阵。
4.数组和矩阵的运算
>>A=[13;45];B=[-12;41];C=A*B%矩阵运算
C=
115
1613
>>D=A.*B%数组运算
D=
-16
165
问题4：
体会数组运算和矩阵运算的区别，输入A/B,结果如何？
输入A\B结果又如何？
输入A./B结果呢？
体会左除和右除的区别？
体会，下面是在网上找到的相关信息
在MATLAB中，有两种矩阵除法运算：
\和/，分别表示左除和右除。
如果A矩阵是非奇异方阵，则A\B和B/A运算可以实现。
A\B等效于A的逆左乘B矩阵，也就是inv（A）*B，而B/A等效于A矩阵的逆右乘B矩阵，也就是B*inv（A）。
对于含有标量的运算，两种除法运算的结果相同，如3/4和4\3有相同的值，都等于0.75。
又如，设a=[10.5,25]，则a/5=5\a=[2.10005.0000]。
对于矩阵来说，左除和右除表示两种不同的除数矩阵和被除数矩阵的关系。
对于矩阵运算，一般A\B≠B/A。
5.标准数组生成函数
>>A=ones（1,2）%生成长度为2的全一行数组
A=
11
>>B=randn（2,3）%产生（2×3）的正态随机阵
B=
-0.43260.1253-1.1465
-1.66560.28771.1909
>>C=eye
（2）%产生（2×2）的单位阵
C=
10
01
>>D=diag（C）%取C阵的对角元素
D=
1
1
问题5：
体会标准数组生成函数的命令，熟悉生成常用数组的指令格式。
答
>>A=ones（2,3）的作用是生成2×3的全一矩阵
A=
111
111
B=randn（3,4）的作用是生成3×4的随机矩阵，他们的特点是每一次的数据不一定相等，但是每一次的数据的分布符合正态分布
>>B=randn（3,4）
B=
-0.43260.28771.18920.1746
-1.6656-1.1465-0.0376-0.1867
0.12531.19090.32730.7258
>>C=eye（3）
C=
100
010
001
>>c=[123456;789456;145632]
c=
123456
789456
145632
d=diag（c）的作用是去任何c的对角元素，不一定是单位阵
>>d=diag（c）
d=
1
8
5
通用的特殊矩阵
常用的产生通用特殊矩阵的函数有：
zeros：
产生全0矩阵（零矩阵）。
ones：
产生全1矩阵（幺矩阵）。
eye：
产生单位矩阵。
rand：
产生0～1间均匀分布的随机矩阵。
randn：
产生均值为0，方差为1的标准正态分布随机矩阵。
6.数组的操作和重组
>>A=[1350;36912;5432;2468]
A=
1350
36912
5432
2468
>>B=reshape（A,2,8）%把数组A变换成2行8列的新数组
B=
15345302
326496128
>>B=rot90（A）%数组A逆时针旋转90度
B=
01228
5936
3644
1352
>>flipud（A）%数组A进行上下翻转
ans=
2468
5432
36912
1350
问题6：
体会上述数组操作的结果。
输入fliplr（A）,结果如何？
输入diag（A）结果又如何？
答：
输入fliplr（A）
>>A=[1350;36912;5432;2468]
A=
1350
36912
5432
2468
>>fliplr（A）
ans=
0531
12963
2345
8642
>>diag（A）
ans=
1
6
3
8
7.变量的存储和调用
存储
>>savedataabc%将变量a,b,c存到data.mat文件中
调用
>>loaddata%将data.mat文件中所有变量加载到工作空间
8．多维数组的创建
格式：
A=cat（n,A1,A2,….,Am）.
说明：
n=1和n=2时分别构造[A1；A2]和[A1，A2]，都是二维数组，而n=3时可以构造出三维数组。
>>A1=[123;456;789];A2=A1';A3=A1-A2;
>>A4=cat（3,A1,A2,A3）
A4（:
:
1）=
123
456
789
A4（:
:
2）=
147
258
369
A4（:
:
3）=
0-2-4
20-2
420
【练习和思考】
1.熟悉MATLAB的启动和退出
2.自找2-3个例子，熟悉数组的运算以及它们的各种函数值
3.自找2-3个例子，熟悉数组和矩阵的加减乘除运算
4.输入任意矩阵A，B（他们的元素个数相等）命令A（:
）和A（:
）=B会产生什么结果。
答
现在输入数据验证A（:
）的作用，
数据一
>>a=[2]
a=
2
>>a（:
）
ans=
2
>>a=[23]
a=
23
>>a（:
）
ans=
2
3
由此可知A（:
）的作用是将A中的元素做竖排，现在考察在二维数组中维数的优先级
数据三
>>a=[123;456],b=[789;632],a（:
）=b
a=
123
456
b=
789
632
a=
789
632
>>a=[123;456],b=[789;632],a=b
a=
123
456
b=
789
632
a=
789
632
实验二数据和函数的可视化
【实验目的】
1.熟悉MATLAB软件中二维绘图和三维绘图的方法
2.学习使用MATLAB图形窗功能
【实验内容与要求】
1.基本命令
格式1：
plot（X,Y）
说明：
以X，Y的对应元素为坐标绘二维图，注意，X，Y的维数要匹配。
【例1】
x=linspace（0,2*pi,100）;%给出横坐标
y=sin（x）;%给出纵坐标
plot（x,y）;%绘制图形
在matlab中图像的处理有很大的空间，也是matlab的突出优点
可以，加颜色标注，各种标注
问题1：
当X=[1,5,3,7;3,6,8,4;9,6,1,5],Y=[2,5,7,4;6,8,4,1;8,0,4,2]时，命令plot（X，Y）画出几条线，如何画出的？
当X=[1,5,3,7],Y=[2,5,7,4;6,8,4,1;8,0,4,2]时有何规律？
答
输入X=[1,5,3,7;3,6,8,4;9,6,1,5],Y=[2,5,7,4;6,8,4,1;8,0,4,2]
输入数据X=[1,5,3,7],Y=[2,5,7,4;6,8,4,1;8,0,4,2]，的三条线
格式2：
plot（Y）%若Y为m维向量，则等价于plot（X，Y），其中，X=1：
m
格式3：
plot（X1，Y1，Linespec1,X2,Y2,linespec2,…）%将按顺序分别画出由三个参数定义的Xi,Yi,Linespeci的线条，其中，参数Linespeci指明了线条的类型，标记符号和画线的颜色。
【例2】
t=0:
pi/20:
pi;
plot（t,t.*cos（t）,'-.r*'）;
holdon
plot（exp（t/100）.*sin（t-pi/2）,'--mo'）
plot（sin（t*pi）,':
bs'）
注：
holdon表示继续在当前图形上画图
2．图形修饰与控制
axissquare%将图形设置为正方形
axisequal%x,y轴单位刻度相等
title（'字符串'）%图形标题
axis（[xmin,xmax,ymin,ymax]）%x轴范围在xmin-xmax之间，y轴范围在ymin-ymax之间
xlabel（'字符串'）%x轴标注
ylabel（'字符串'）%y轴标注
text（x,y,'字符串'）%在（x,y）处标注说明文字
gridon%加网格线
gridoff%消除网格线
holdon%保持当前图形
holdoff%解除holdon命令
legend（'first','second',n）%对一个坐标系上的两幅图形做出图例注解
subplot（m,n,p）%将当前窗口分成m行n列区域，并指定在p区绘图
fill（x,y,'b'）%将（x
（1）,y
（1））,（x
（2）,y
（2））,…,（x（n）,y（n））,（x
（1）,y
（1））围成的封闭图形填充为蓝色
【例3】
subplot（2,2,1）;x=0:
pi/60:
2*pi;plot（x,cos（x））;
subplot（2,2,2）;x=0:
pi/60:
2*pi;plot（x,sin（x））;
subplot（2,1,2）;plot（x,sin（x）,':
b',x,cos（x）,'-r'）
legend（'sin（x）','cos（x）',1）
【例4】将正弦曲线0-pi/2部分与轴包围的封闭图形填充为蓝色
clf；
clear;
x=0:
pi/60:
2*pi;
y=sin（x）;
x1=0:
pi/60:
pi/2;
y1=sin（x1）;
plot（x,y,'-r'）
holdon;
fill（[x1,pi/2],[y1,0],'b'）
问题2：
将上面最后一句分别改为fill（x1,y1,'b'）,fill（[pi/2,x1,3*pi/2],[0,y1,0],'r'）结果如何？
答：
输入fill（x1,y1,'b'）的图像如下
输入fill（[pi/2,x1,3*pi/2],[0,y1,0],'r'）的结果如下图
3.对数图形
格式：
loglog（X,Y）%对x轴pi，y轴的刻度用常用对数（以10为底）
semilogx（X,Y）%对x轴的刻度用常用对数值，而y轴为线性刻度
semilogy（X,Y）%对y轴的刻度用常用对数值，而x轴为线性刻度
【例5】
clear;
x=logspace（-1,2）;
loglog（x,10*exp（x）,'-s'）
gridon
4．三维曲线图
格式：
plot3（X,Y,Z,S）
说明：
当X,Y,Z均为同维向量时，则plot3描出点X（i）,Y（i）,Z（i）依次相连的空间曲线,若X，Y均为同维矩阵，X，Y，Z每一组相应列向量为坐标画出一条曲线。
S为‘color-linestyle-marker’
【例6】绘制螺旋线
t=0:
pi/60:
10*pi;
x=sin（t）;
y=cos（t）;
plot3（x,y,t,'*-b'）
gridon
Matlab还可以对图像进行翻转，这一点在立体图形中由很大的优点
5．三维网格图
格式：
mesh（X,Y,Z,C）%画出颜色由C指定的三维网格图
说明：
若X，Y均为向量，n=length（X）,m=length（Y）,Z必须满足[m,n]=size（Z）,则空间中的点（X（j），Y（i），Z（i,j））为所画曲面网线的交点，X对应于Z点的列，Y对应于Z的行；若X，Y，Z均为同维矩阵，则空间中的点（X（i,j）,Y（i,j）,Z（i,j））为所画曲面的网线的交点：
矩阵C指定网线的颜色。
【例7】绘出带有底座的马鞍面
x=-8:
8;
y=-8:
8;
[X,Y]=meshgrid（x,y）;
Z=（X.^2/4^2-Y.^2/5^2）;
mesh（X,Y,Z）
6、三维曲面图
格式：
surf（X,Y,Z,C）%画出颜色由C指定的三维曲面图。
说明：
surf同mesh命令用法和使用格式相同，不同之处在于绘得的图形是一个彩色曲面而不是彩色网格。
C缺省时数据Z同时为曲面高度，也是颜色数据。
【例8】绘出带有等高线的理想气体状态方程曲面。
pv=nRT,n=2mol:
R=8.31;
n=2;
p=（1:
20）*1e5;
v=（1:
20）*1e-3;
[P,V]=meshgrid（p,v）;
T=P.*V/n/R;
surf（P,V,T）
view（45,30）
【练习和思考】
1.输入x=[2,4,1,6,8];plot（x,'*-b'）,体会图形特点。
2.在一幅图上画出两个周期的正弦曲线和余弦曲线，画出坐标轴，加上各种图注，并在正弦曲线（0～
/2）和横轴之间填充红色。
下面是图像
输入
clear；
x=0:
pi/60:
4*pi;
y=sin（x）;z=cos（x）
x1=0:
pi/60:
pi/2;
y1=sin（x1）;
plot（x,y,'-r'）;holdon;plot（x,z）
holdon;
fill（[x1,pi/2],[y1,0],'b'）
3.在一个窗口画出4幅图，分别绘制sin2x，tanx，lnx，
的图形，并加上适当的图形修饰。
4.画出如下的三维网格曲面图。
x∈{-10，10}，y∈{-8，8}，z=
5.绘出函数
在[-2，2]，[-2，2]上的三维曲面图。
实验三程序编制
【实验目的】
1.熟悉MATLAB软件中关系运算和逻辑运算
2.熟悉MATLAB软件M函数和M文件编制办法
3.练习程序结构与控制，学会编写一般性程序
【实验内容与要求】
1.关系运算和逻辑运算
关系运算符主要用来比较数与数、矩阵与矩阵之间的大小，并返回真（用"1"表示）、假（用"0"表示）。
基本的关系运算符主要有6个：
>（大于）、<（小于）、>=（大于等于）、<=（小于等于）、==（等于）、～=（不等于）。
【例1】
2<4;%小于运算，结果为1
4>=7;%大于等于运算，结果为0
4==3；%等于运算，结果为0，注意，这里的“等于”不能输入“=”
4~=3；%不等于运算，结果为1
逻辑运算与（&）、或（|）、非（～）、异或（xor）,变量中非零数逻辑量为真”，0的逻辑量为“假”，逻辑运算结果以“1”表示“真”，以“0”表示假”。
【例2】
a=3&0;%"与"运算，两个真值间的结果为1，否则为0，所以这里a=0
a=3|0；%"或"运算，有一个真值或两个结果为1，否则为0，所以这里a=1
a=xor（3,5）;%"异或"运算，只有一个真值结果为1，否则为0，所以这里a=0
a=～4；%"非"运算，真变假，假变真，所以这里a=0
问题1：
输入a=1：
5，b=3：
7，t1=（a-2>3），t2=（a>3）-b，t3=~t1-2，t4=（a>1）&（b<6）,结果如何？
从中体会逻辑操作符、计算操作符的优先等级和计算先后次序。
答
输入
>>a=1:
5,b=3:
7,t1=（a-2>3）,t2=（a>3）-b,t3=~t1-2,t4=（a>1）&（b<6）
a=
12345
b=
34567
t1=
00000
t2=
-3-4-5-5-6
t3=
-1-1-1-1-1
t4=
01100
关系运算符的运算法则为：
（1）当两个比较量是标量时，直接比较两数的大小。
若关系成立，关系表达式结果为1，否则为0。
（2）当参与比较的量是两个维数相同的矩阵时，比较是对两矩阵相同位置的元素按标量关系运算规则逐个进行，并给出元素比较结果。
最终的关系运算的结果是一个维数与原矩阵相同的矩阵，它的元素由0或1组成。
（3）当参与比较的一个是标量，而另一个是矩阵时，则把标量与矩阵的每一个元素按标量关系运算规则逐个比较，并给出元素比较结果。
最终的关系运算的结果是一个维数与原矩阵相同的矩阵，它的元素由0或1组成。
2.M函数文件
sin（x）,sum（A）都是MATLAB内嵌的库函数，可以反复调用，十分方便。
用户在实际工作中，往往需要编制自己的函数，以实现计算中的参数传递和函数的反复调用，建立函数文件的方法如下。
格式：
function[y1,y2,…]=ff（x1,x2,…）。
说明：
ff是函数名，x1,x2是输入变量，y1,y2是输出变量。
【例3】已知一作匀速直线运动的物体的初速度V0、加速度为a，求任意时刻的速度和位移。
建立文件名为ff.m的函数文件：
function[v,s]=ff（v0,a,t）%定义函数名和输入、输出
v=v0+a*t;;%给出输入、输出变量间关系
s=v0*t+a*t^2/2;
在命令窗口调用ff函数：
[v,s]=ff（2,4,5）
v=22
s=60
为了存储M函数，反复可以调用，通过编制一个M函数文件来实现，单击MATLAB中的File→New→M-File即进入文本编辑窗口，输入以上程序并保存（用自动给的文件名）即可。
注意：
①输入变量用（）括起来，输出变量用[]括起来。
②函数名和文件名必须相同！
函数名开头必须用字母，区分大小写。
③程序开头必须以function开始，第二行以后可加入注释行或运算语句。
④M函数文件可以调用其它一般M文件，M函数文件可以反复调用自己。
⑤用内联函数命令inline也可以实现M函数文件的大部分功能。
【例4】
fu=inline（'2*x^2+3*x+1'）%默认x是输入参量
fv=inline（'v0+a*t,'a','t','v0'）;%建立内联函数fv，其中v0，a，t是变量
v=fv（4,5,2）%求a=4,t=5,v0=2时函数fv的值
fu=Inlinefunction:
fu（x）=2*x^2+3*x+1
fv=Inlinefunction
V（a,t,v0）=v0+a*t
v=22
3.M文件
单击MATLAB中的File→New→M-File即进入文本编辑窗口（或用桌面快捷键），输入程序即可，开头可任意输入MATLAB语句；输完程序后，单击保存按钮，在对话框中输入文件名，文件名开头必须是字母。
运行M文件有以下几种办法：
在命令窗口输入文件名并回车；单击File→Open→*.m（文件名），打开该文件编辑窗口，再单击Tool→Run（或Debug→Run）即可运行；单击File→RunScript，输入文件名，再单击OK按钮即可。
4.if条件语句
格式：
（1）if表达式
执行语句
end
（2）if表达式
执行语句1
else
执行语句2
end
（3）if表达式1
执行语句1
elseif表达式2
执行语句2
else
执行语句3
end
注意：
1）中表达式值非0时，执行下面语句，否则跳过，执行end后面语句。
2）中表达式值非0时，执行语句1，否则执行语句2。
3）中表达式1值非0时，执行语句1并终止if语句，否则计算表达式2的值，以此类推。
【例5】比较数的大小。
解：
编一个M文件。
a=3;b=6;
ifa>b%条件表达式1
max=a;%命令串1
elseifa==b%条件表达式2
升级会员 