实 验 指 导 书

前言

MATLAB程序设计语言是一种高性能的、用于科学和技术计算的计算机语言。它是一种集数学计算、分析、可视化、算法开发与发布等于一体的软件平台。自1984年MathWorks公司推出以来，MATLAB以惊人的速度应用于自动化、汽车、电子、仪器仪表和通讯等领域与行业。MATLAB有助于我们快速高效地解决问题。MATLAB相关实验课程的学习能加强学生对MATLAB程序设计语言理解及动手能力的训练，以便深入掌握和领会MATLAB应用技术。

目录

基础型实验    - 1 -

实验一 MATLAB集成环境使用与基本操作命令练习    - 1 -

实验二 MATLAB中的数值计算与程序设计    - 7 -

实验三 MATLAB图形系统    - 11 -

基础型实验

实验一 MATLAB集成环境使用与基本操作命令练习

一 实验目的

熟悉MATLAB语言编程环境；熟悉MATLAB语言命令

二 实验仪器和设备

装有MATLAB7.0以上计算机一台

三 实验原理

MATLAB 是以复杂矩阵作为基本编程单元的一种程序设计语言。它提供了各种矩阵的运算与操作，并有较强的绘图功能。

1.1    基本规则

1.1.1   一般MATLAB命令格式为 

       [输出参数1，输出参数2，……]=（命令名）（输入参数1，输入参数2，……）

       输出参数用方括号，输入参数用圆括号如果输出参数只有一个可不使用

       括号。      

1.1.2  %后面的任意内容都将被忽略，而不作为命令执行，一般用于为代码加注释。

1.1.3  可用↑、↓键来重现已输入的数据或命令。用←、→键来移动光标进行修改。

1.1.4所有MATLAB命令都用小写字母。大写字母和小写字母分别表示不同的变量。

1.1.5常用预定义变量，如pi 、Inf、NaN、ans

1.1.6矩阵的输入要一行一行的进行，每行各元素用空格或“，”分开，每行用“；”分开。如

         MATLAB书写格式为A=[1  2  3 ；4  5  6 ；7  8  9]                                                                                                     

         在MATLAB中运行如下程序可得到A矩阵

                a=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]

                a =

                   1     2     3

                   4     5     6

                   7     8     9

1.1.7  需要显示命令的计算结果时，则语句后面不加“；”号，否则要加“；”号。

      运行下面两种格式可以看出它们的区别：

a=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]       a=[1 2 3;4 5 6;7 8 9];

a=

           1   2   3             不显示结果

           4   5   6

           7   8   9

1.1.8  当输入语句过长需要换行时，应加上“…”后再回车，则可续行输入。

1.2   文件管理常用命令

1.2.1  帮助（HELP）命令

    MATLAB有很多命令，因此很不容易记忆。使用HELP命令可以得到有关命令的屏幕帮助信息。

如 在MATLAB环境下直接运行HELP命令就会在屏幕上给出MATLAB的基本命令以及相关的工具箱软件命令（请自行验证）。

 而下面的格式可以得到指定命令的帮助信息，和详细说明。

                  help  命令名  

1.2.2  save 命令

该命令存储定义的变量或演算结果，也可以用来存储指定的变量。 

      命令格式为

                 save      文件名 [变量名表]  [-append] [-ascii] 

1.2.3   what 命令

   该命令可以在当目录下显示MATLAB文件和MAT数据文件

1.2.4    dir 命令      

显示当前目录下的所有文件.

1.2.5clear命令   

     如果输入 calear a b c ，则表示清除工作空间中指定变量a,b,c；如果仅仅输入calear命令，则清除整个工作空间。                   

1.3   矩阵运算

    MATLAB具有强大的矩阵运算功能,这里我们只作简单介绍.

1.3.1在MATLAB中表示一个矢量要用方括号， 而列矢量的输入只需在行矢量输入格式基础上加转置符“’”即可。

     如          x=[1 2 3;4 5 6]

                 x =

                    1     2     3

                    4     5     6

           而   x=[1 2 3;4 5 6]'              (加转置符)

                x =

                    1     4

                    2     5

                    3     6

1.3.2下面三条命令可以产生一个行矢量

1a=linspace(x,y,n)    

2a=logspace(x,y,n) 

3a=[x:n:y]

第一条命令可以在线性空间产生一个值在x至y之间间隔点数为n的行矢量(一组数据)。其行矢量的起始值是x, 终值为y, 点数为n。

第二条命令可以在对数空间产生一个值在10x至 10y之间等间隔的行矢量(一组数据)。

第三条命令产生x至y步长为n的行矢量。

但是, 三个命令之间存在差别，下面的例子可以说明这一点。

 例1       x=logspace(0,5,6)

           x =

        1          10         100        1000       10000      100000

 例2        x=linspace(0,10,11)

           x =

        0     1     2     3     4     5     6     7     8     9    10

 例3         x=[0:1:10]

            x =

        0     1     2     3     4     5     6     7     8     9    10

        通过上面三个例子可以看出例一, 例二中n代表选取的点数。而在例三      中n则表示步长. 注意它们的区别。

1.3.3 矩阵的加, 减, 乘, 除等, 和其它语言书写一样。 但要注意的是在运算    符前面加有“.”则表示是数组运算，为对应元素的相应操作。

 例4 请注意下面的不同情况.    

                  a=[1 2;3 4];

                  b=[2 2;2 2];

c=a*b                      c=a.*b

            c =                         c =

               6     6                      2     4

               14    14                     6     8

            c=a/b                       c=a./b

            c =                         c =

              1.0e+015 *                    0.5000    1.0000

             -2.2518    2.2518              1.5000    2.0000

             -2.2518    2.2518

1.4  常见数学函数

 ceil(x)=  -4    -2     0     2     5     7

 fix(x) =  -4    -2     0     1     4     6

 floor(x) = -5    -3    -1     1     4     6

 round(x) = -5    -2     0     1     5     7

1.5   关系及逻辑运算                                                                    

1.5.1   关系运算允许常量(或矩阵中的元素与元素) 之间的比较. 如果比较结果为真,则答案为1, 否则为0. 常用的关系运算符如下:

<   小于    ,    >   大于    ,     ==    等于      

<=  小于等于,    >=  大于等于,     ~=    不等于

对于复数”==” 和”~=” 既比较实部也比较虚部, 而其它运算仅比较实部。

例6   比较 a=[5:1:15] 与  b=[1 2 8 8 7 10 12 11 13 14 15] 中的对应元素            是否相同,则运行下面程序

a=[5:1:15];

b=[1 2 8 8 7 10 12 11 13 14 15];

y=a==b

        y =

       0     0     0     1     0     1     0     0     1     1     1 

1.5.2MATLAB有三个逻辑运算符.

     &  逻辑与      |  逻辑或        ~  逻辑非

在矩阵运算中,以上命令是将两个矩阵中的对应元素进行运算, 得到的结  果是具有同样元素的矩阵。

例7   分别对下面两个矩阵进行逻辑运算.

           X=[0 1;1 0];      Y=[0 0;1 0];

                 X&Y                

                      ans =

                          0     0

                          1     0     

                      X|Y

                       ans =

                          0     1

                          1     0

                  ~X

                      ans =

                          1     0

                          0     1

  MATLAB在进行混合运算时, 其顺序为:

            算术运算 → 关系比较 → 逻辑运算

例8   计算 x&y+x>y 时, 程序首先执行x+y运算, 然后将相加结果与y比较, 最后将比较结果和x作与运算，运行结果如下。

                x=[0 1;1 0];

                y=[0 0;1 0];

x&y+x>y

                ans =

                    0     1

                    1     0

四 实验内容和步骤

熟悉MATLAB语言编程环境。在这一环境中，系统提供了许多编写，调试和执行MATLAB程序的便利工具。熟悉变量、MATLAB基本数学函数使用，矩阵操作练习，主要包括矩阵的建立，算数运算，逻辑运算和关系运算。

（一）熟悉Matlab的运行环境以及HELP命令，运行demo命令，观看matlab所具有的功能。

（二）验证例题中所有操作。

（三）完成以下各题，并在机器上运行结果验证。

1．输入A=[7  1  5；2  5  6；3  1  5]，B=[1  1  1; 2  2  2; 3  3  3]，在命令窗口中执行下列表达式，掌握其含义：

A(2, 3)        A(:,2)       A(3,:)       A(:,1:2:3)      A(:,3).*B(:,2)    A(:,3)*B(2,:)      A*B       A.*B       A^2       A.^2     B/A       B./A

2．输入C=1:2:20， 

实验二 MATLAB中的数值计算与程序设计

一 实验目的： 

完成MATLAB下数据分析与程序设计有关问题的练习。学习脚本文件的编写，数值输入，数组计算，程序调试等；练习利用MATLAB编程序解决基本数学问题。学习全局和局部变量的使用，流程控制结构，函数编写及其调试。

二 实验仪器和设备

装有MATLAB7.0以上计算机一台

三 实验原理

1.  常用运算命令

                       a=[1 2 3 4];

                       roots(a)

                         ans =

                         -1.6506          

                         -0.1747 + 1.5469i

                         -0.1747 - 1.5469i

         或

                        roots([1 2 3 4])

                         ans =

                             -1.6506          

                             -0.1747 + 1.5469i

                             -0.1747 - 1.5469i

  例2    已知某多项式的根如下

                             -1.6506          

                             -0.1747 + 1.5469i

                             -0.1747 - 1.5469i

           求该多项式.

                    poly([-1.6506,-0.1747+1.5469i,-0.1747 - 1.5469i])

                    ans =

                          1.0000    2.0000    3.0001    4.0001

            即所求多项式为  S^3+2S^2+3S+4  .

2.  建立M文件

将多个可执行的系统命令，用文本编辑器编辑后并存放在后缀为 .m 的文件中，若在MATLAB命令窗口中输入该m-文件的文件名（不跟后缀.m!），即可依次执行该文件中的多个命令。这个后缀为.m的文件，也称为Matlab的脚本文件(Script File)。

注意：文件存放路径必须在Matlab能搜索的范围内。

3.  建立函数文件

对于一些特殊用户函数，系统提供了一个用于创建用户函数的命令function，以备用户随时调用。

1．格式：

function  [输出变量列表]=fun_name(输入变量列表)

               用户自定义的函数体

2．函数文件名为：fun_name，注意：保存时文件名与函数名最好相同；

3．存储路径：最好在系统的搜索路径上。

4. 调用方法：输出参量=fun_name (输入变量)

例5：

计算s = n!，在文本编辑器中输入：

function s=pp(n);

s=1;

for i=1:n

    s=s*i;

end

s;

在MATLAB命令窗口中输入：s=pp(5)

  结果为:  s = 120

3．求下列表达式的值。

（1）

（2），其中a=3.5,b=5,c=-9.8。

实验三 MATLAB图形系统

一 实验目的

学会用MATLAB语言绘图

二 实验仪器和设备

装有MATLAB7.0以上计算机一台

三 实验原理  

1、 plot    

该命令在线性坐标系下绘制y对应于x的轨迹。若其中之一为矩阵则该命令将对应于矩阵的行或者列绘制一簇曲线。该命令也可以在同一坐标轴下绘制多条曲线。

例1    运行程序

           t=[0:1:10];

                           x1=t;

                           plot(x1)

可在图形窗口得到下面图形: 

       例2  

                 x=[0:0.5:7];

                 y=sin(x);

                 y1=2*x;

                 y2=3*x;

                 plot(y,x,y1,x,y2,x)

从上面的例子可以看出, 如果要在同一坐标轴下绘制多条曲线, 可用如下格式：        

      plot(x1,y1,x2,y2……..xn,yn)      % 对应于不同矢量时

         其中x1,y1……….xn,yn是对应的关系。

2、log log    

在两个对数（标准对数）坐标间绘制图形。 

3、 semilogx 或semilogy    

在x轴或y轴为对数坐标, 而另一轴为线性轴的空间绘制图形。

4、polar    

在极坐标空间绘制图形。

5、grid     

在图形中加栅格。

6、subplot (r,c,p) 

该命令将屏幕分成r*c个窗口,p表示在第几个窗口. 同时绘制多个图形窗口时,绘图语句间应用逗号分开。

 例3    下面的程序产生四个窗口,且分别绘制相应图形.

        t=[0:0.01:2*pi];

        y=sin(t);

        x=cos(t);       

subplot(221),plot(t,y),grid,subplot(222),plot(t,x),

grid,subplot(223),polar(t,y),subplot(224),polar(t,x)

从上面的程序可以看出,subplot语句中的r,c,p可以不用逗号分开。

      上面程序执行后得到如下图形：

7、gtext   

该命令用于鼠标定位的文字注释. 执行完绘图命令后再执行gtext(‘说明文字’) 命令, 就可在屏幕上得到一个光标, 然后,用鼠标选择说明文字的位置。

例4                t=[0:1:10];

                      x1=2*t;

                      x2=0.5*t;

                      plot(x1,t,x2,t);

                      gtext('x=2t');

                      gtext('x=0.5t')   

8、  如果需要同时在不同窗口绘制图形, 可用figure语句来完成。

 例5    t=[0:1:10];

           x1=2*t;

           x2=3*t;

           figure,plot(x1),figure,plot(x2)   

9、有关绘图方面的还有：  

✧Title   给当前图像加标题。

✧xlabel 或 ylabel  给x或y轴加标注。

✧text    在当前图像上指定位置加注释。

   等。

10、在同一座标系中绘制多个曲线时, 曲线的颜色可以自动确定，也可以自己选择。

其使用格式如下:

plot(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,…,xn,yn,选项n)

plot3函数与plot函数的用法类似。

还可以用mesh函数绘制三维网格图；用surf函数绘制三维曲面图。

MATLAB提供了丰富的三维绘图函数，可以通过help命令查看。 

例6 绘制三维曲线： 

t=0:pi/100:20*pi;

x=sin(t) ;

y=cos(t);

z=t.*sin(t).*cos(t);

plot3(x,y,z) ;

title('line in 3-D space') 

xlabel(‘X’) ;ylabel(‘Y’);zlabel(‘z’);

grid on

运行结果如下：

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