秋级MATLAB程序设计实验指导书.docx
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秋级MATLAB程序设计实验指导书
2016秋2014级《MATLAB程序设计》实验指导书
实验一MATLAB的基本功能
一、实验目的
1、了解MATLAB程序设计的开发环境，熟悉命令窗口、工作区窗口、历史命令等窗口的使用。
2、掌握MATLAB常用命令的使用。
3、掌握MATLAB帮助系统的使用。
4、熟悉利用MATLAB进行简单数学计算以及绘图的操作方法。
二、实验内容
1、启动MATLAB软件，熟悉MATLAB的基本工作桌面，了解各个窗口的功能与使用。
图1MATLAB工作桌面
2、MATLAB的常用命令与系统帮助:
（1）系统帮助
help：
用来查询已知命令的用法。
例如已知inv是用来计算逆矩阵，键入helpinv即可得知有关inv命令的用法。
lookfor：
用来寻找未知的命令。
例如要寻找计算反矩阵的命令，可键入lookforinverse，MATLAB即会列出所有和关键字inverse相关的指令。
找到所需的命令後，即可用help进一步找出其用法。
（2）数据显示格式:
常用命令：
说明
formatshort显示小数点后4位（缺省值）
formatlong显示15位
formatbank显示小数点后2位
format+显示+，-，0
formatshorte5位科学记数法
formatlonge15位科学记数法
formatrat最接近的有理数显示
（3）命令行编辑：
键盘上的各种箭头和控制键提供了命令的重调、编辑功能。
具体用法如下：
↑----重调前一行（可重复使用调用更早的）
↓----重调后一行
→----前移一字符
←----后移一字符
home----前移到行首
end----移动到行末
esc----清除一行
del----清除当前字符
backspace----清除前一字符
（4）MATLAB工作区常用命令：
who--------显示当前工作区中所有用户变量名
whos--------显示当前工作区中所有用户变量名及大小、字节数和类型
disp（x）-----显示变量X的内容
clear-----清除工作区中用户定义的所有变量
save文件名-----保存工作区中用户定义的所有变量到指定文件中
load文件名-----载入指定文件中的数据
3、在命令窗口执行命令完成以下运算，观察workspace的变化，记录运算结果。
（1）计算（365-522-70）3
（2）>>area=pi*2.5^2
（3）已知x=3，y=4，
在MATLAB中求z：
（4）利用who,whos命令查看工作空间内的所有变量，并比较两种命令区别。
（5）使用clear命令删除工作空间内的所有变量。
提示：
MATLAB有一些永久常数（PermanentConstants）如表所示，虽然在工作空间中看不到，但使用者可直接取用。
表1.1MATLAB中常用的变量，常量
特殊的变量、常量
取值
ans
用于结果的缺省变量名
pi
圆周率π的近似值（3.1416）
eps
数学中无穷小（epsilon）的近似值（2.2204e-016）
inf
无穷大，如1/0=inf（infinity）
NaN
非数，如0/0=NaN（NotaNumber），inf/inf=NaN
i，j
虚数单位：
i=j=
（6）将下面的矩阵赋值给变量m1,在workspace中察看m1在内存中占用的字节数。
m1=
执行以下命令，观察结果:
>>m1（2,3）
>>m1（11）
>>m1（:
3）
>>m1（2:
3,1:
3）
>>m1（1,4）+m1（2,3）+m1（3,2）+m1（4,1）
（7）执行命令>>helpabs，查看函数abs的用法及用途，计算abs（3+4i）。
（8）执行命令：
>>x=0:
0.1:
6*pi;
>>y=5*sin（x）;
>>plot（x,y）
（9）在matlab的命令窗口里完成如下计算，其中t的值分别取-1,0,1，表达式如下：
（10）求方程组的根:
（11）一个多项式的系数向量是p=[1-6-72-27]，求这个多项式的根并写出多项式。
4、思考题
（1）以下变量名是否合法？
为什么？
a）x2
b）3col
c）_row
d）for
（2）求以下变量的值，并在MATLAB中验证。
a）a=1:
2:
5;
b）b=[a'a'a'];
c）c=a+b（2,:
）
实验二MATLAB矩阵及运算
一、实验目的
1、掌握矩阵和数组的表示与赋值方法
2、了解字符串、结构和单元等数据类型在MATLAB中的使用
3、掌握MATLAB中基本的数值运算，了解基本统计函数的使用
4、掌握多项式基本运算以及线性方程组的求解方法
二、实验内容
1、利用“：
”操作符和linspace函数生成数组a=[0,6,12,18,24,30,36,42]，并将数组a分别转化为4*2和2*4的矩阵。
2、在MATLAB中输入矩阵
，并使用MATLAB回答以下的问题：
（1）创建一个由A中第2列到第4列所有元素组成的4Χ3数组B;
（2）创建一个由A中第3行到第4行所有元素组成的2Χ4数组C;
（3）创建一个由A中前两行和后三列所有元素组成的2Χ3数组D;
（4）根据A利用单下标方法和双虾标方法分别创建向量a=[-5615]和向量b=[681]，并利用向量a和b生成矩阵
；
（5）利用“[]”删除矩阵A的第二行和第三列。
3、利用ones（）函数和zero（）函数生成如下矩阵：
4、生成矩阵
：
（1）取出所有大于0的元素构成一个向量a（可推广到从一个矩阵里筛选出符合条件的元素组成一个向量）。
（2）将原矩阵中大于0的元素正常显示，而小于等于0的元素全部用0来表示（可推广到将原矩阵中不符合条件的全用0来表示，符合条件的值不变）。
5、已知
，
，
，
下列运算是否合法，为什么？
如合法，写出计算结果？
（1）result1=a'
（2）result2=a*b
（3）result3=a+b
（4）result4=b*d
（5）result5=[b;c']*d
（6）result6=a.*b
（7）result7=a./b
（8）result8=a.*c
（9）result9=a.\b
（10）result10=a.^2
（11）result11=a^2
（12）result11=2.^a
6、已知
（1）求a+b,a*b,a.*b,a/b,a./b,a^2,a.^2的结果，并观察运算结果。
（2）求c中所有元素的平均值、最大值、中值，并将c中元素按从小到大顺序排列。
（3）解释b（2:
3,[1,3]）的含义，并将生成的数组赋值给d。
关系运算与逻辑运算
7、已知a=20,b=-2,c=0,d=1，计算下列表达式：
（1）r1=a>b
（2）r2=a>b&c>d
（3）r3=a==b*（-10）
（4）r4=~b|c
8、已知
（1）求矩阵A的秩（rank）；
（2）求矩阵A的行列式（determinant）；
（3）求矩阵A的逆（inverse）；
（4）求矩阵A的特征值及特征向量（eigenvalueandeigenvector）。
9、已知多项式f1（x）=2x4-x2+3x+2，f2（x）=3x+2，利用MATLAB进行如下计算：
（1）计算两多项式的乘法和除法；
（2）求多项式f1（x）的根；
（3）分别计算多项式当x=3以及
时的值。
10、用两种方法求下列方程组的解，并比较两种方法执行的时间。
11、建立一个元胞数组，要求第一个元素为4Χ4的魔术矩阵，第二个元素为18.66，第三个元素为'matlab'，第四个元素为等差数列7,9,11,13…99。
计算第一个元胞第4行第2列加上第二个元胞+第三个元胞里的第二个元素+最后一个元胞的第10个元素。
12、建立一个结构体的数组，包括3个人，字段有姓名，年龄，分数，其中分数由随机函数产生一个3行10列的数据表示了有10门课程，每门课程有三个阶段的分数。
问题是：
（1）如何找到第2个人的分数并显示出来；
（2）如何找到第2个人的每门课程3个阶段的平均分数并显示出来；
（3）所有同学的10门课程的每门课程的平均分如何计算出来？
要求放到一个数组里；
（4）找到这个班所有同学的姓名放到一个元胞数组里；
13、完成以下操作：
（1）已有str=‘decision20madeon10/20/10’，查找字符串中20出现的位置。
（2）有字符串s1=‘matlabexpress’，s2=‘matlabexcellent’，比较两个字符串的前8个字符是否相同，相同输出1，否则输出0。
（3）统计字符串s1=‘matlabexpress’中ex出现的次数，并替换为EX。
实验三MATLAB程序设计
一、实验目的
1、掌握建立和执行M文件的方法。
2、掌握选择结构、多分支选择结构程序的编程方法。
3、掌握多种循环结构程序的编程方法。
4、掌握定义函数文件和调用函数文件的方法。
二、实验内容
1、MATLABM文件的创建与使用。
（1）建立自己工作目录，如D:
\MATLAB。
在File菜单中，单击SetPath菜单项，在弹出对话框中建立目标文件夹，：
单击AddFolder按钮，将自己的工作目录D:
\MATLAB添加到搜索目录之中，按Save按钮保存，如图1。
图1工作目录设置
（2）在M文件编辑器中编制命令行文件。
在File菜单中，单击New—>M-File，弹出M文件编辑器，如图2：
图2编辑器
在编辑器中输入如下命令程序：
%求小于2000且为2的整数次幂的正整数。
f
（1）=2;
k=1;
whilef（k）<1000
f（k+1）=f（k）*2;
k=k+1;
end
f,k
调试后，将其以test1.m形式保存在D:
\MATLAB中。
（3）命令行程序运行。
进入命令窗口，键入test1，观察运行结果：
（4）按上述步骤，在在编辑器中输入如下函数文件：
functionf=tt（n）
%求小于任何正整数且为2的整数次幂的正整数。
%c=n（n）
%n可取任意正整数。
%
%2004年8月。
f
（1）=2;
k=1;
whilef（k）f（k+1）=f（k）*2;
k=k+1;
end
f
调试后，将其以test2.m形式保存在D:
\MATLAB中。
（5）进入命令窗口，键入test2（9），观察程序运行结果。
2、编写一个函数M文件，计算下面函数的值，给出标量x的值，调用该函数后，返回y的值。
选择一些数据测试编写的函数。
3、编写一个函数M文件，返回向量x中元素的和、平均值、最大值、最小值、均方根值。
其中方均根值（RootMeanSquare）的计算公式为：
并用下面数据测试你写的函数：
（1）x=sin（0:
0.01:
6*pi）
（2）x=rand（1,200），得到的x为200个（0,1）之间均匀分布的随机数。
4、编写一个函数M文件，若给出一个向量
，函数返回如下范德蒙矩阵。
例如在命令窗口输入>>v=myvander（[2345]），得
，同时生成一些数据测函数。
5、分别使用while和for编写命令文件，用循环语句编程计算s值:
同时对编写的文件设置断点，观察变量取值的变化情况。
6、数论中一个有趣的题目：
任意一个正整数，若为偶数，则用2除之，若为奇数，则与3相乘再加上1。
重复此过程，最终得到的结果为1。
如：
21
3105168421
63105168421
建立命令M文件，完成上述功能，要求显示数字处理过程。
7、设计一个学生身高的管理系统，输出身高的基本分为5等：
很高、较高、中等、较矮、矮，其中190cm以上为“很高”，[180cm,190cm）区间为“较高”，[170cm,180cm）为“中等”，[1160cm,170cm）为“较矮”，160cm以下为“矮”，要求分别用if语句和switch语句实现
8、Fibonacci数组的元素满足Fibonacci规则：
ak+2=ak+ak+1,（k=1，2，3，…）；且a1=a2=1。
请设计一段程序，求出该数组中第一个大于10000的元素
要求显示的结果为：
i=21
a（i）=10946
或者
a（21）=10946
9、编写一个函数文件and.m，用于求两个输入矩阵的乘积和点乘，然后在命令行窗口中调用该函数，要求：
（1）当两矩阵是尺寸相同的方阵时，返回它们的乘积和点乘。
（2）当两矩阵不是尺寸相同的方阵时，则根据它们的尺寸，分别进行乘积或点乘
（3）当两矩阵的尺寸不能满足乘积或点乘的要求时，则提示“这两个矩阵不能乘”
10、编写一个阶乘函数factorial.m，然后在如下程序中调用该函数，
“分别使用for和while语句找出最小的n值，使得n!
>10100，并求出n!
”
11、下列程序用来判断一个人的体温是否处于危险状态。
调试程序是否正确，如果程序错误指出错误在哪里？
并写出正确答案。
temp=input（‘请输入体温:
temp=’）;
iftemp<36.5
disp（‘体温偏低’）;
elseiftemp>36.5
disp（‘体温正常’）;
elseiftemp>38.0
disp（‘体温偏高！
’）;
elseiftemp>39
disp（‘体温高！
！
’）;
end
12、使用嵌套for循环命令创建下列矩阵：
实验四MATLAB绘图功能
一、实验目的
1、掌握MATLAB二维图形绘制命令及其图形控制；
2、熟悉MATLAB三维图形绘制命令及其图形控制；
3、熟悉特殊二维图形、三维图形的绘制方法。
二、实验内容
1、在同一坐标系下绘制下面三个函数在
的图象，要求三种曲线采用不同颜色以及不同的线型，同时对每条曲线利用函数进行标注，并添加图例。
2、编写程序，选择合适的步距，绘制下面函数在区间[-6,6]中的图象，并对分段的曲线进行标注，同时添加x轴和y轴的说明。
3、利用subplot函数在同一绘图窗口中用不同颜色和线型绘制以下两个函数在t[-2,2]范围内的图象。
4、某学校有30位教师,其中教授5人,副教授8人,讲师12人,助教5人.试画出职称比例结构饼图，并强调图形的教授部分同时添加标注。
5、生成1×10维的随机数向量a，分别用红、黄、蓝、绿色绘出其连线图、脉冲图、阶梯图和条形图，并分别标出标题“连线图”、“脉冲图”、“阶梯图”、“条形图”。
6、使用subplot函数，把图形窗口分成两个部分，分别绘制sin2t和3cos3t曲线,t范围:
0-5.要求前者用红色实线，数据点形状为五角星,有网格线，x轴加标注“x”，y轴加标注“y=sin2t”,加题目“y=sin2t的曲线”；后者用蓝色虚线，数据点形状为圆形，无网格线，x轴加标注“x”，y轴加标注“y=3cos3t”,加题目“y=3cos3t的曲线”；
7、绘制下列三维曲线:
（1）
（2）
8、绘制下列曲面图，并调整三维图的视角、背景色、着色以及透视效果。
（1）z=5,|x|≤5,|y|≤5
（2）
9、用mesh和surf函数，绘制下面方程所表示的三维空间曲面，x和y的取值范围设为[-3,3]，并调整三维图的视角、背景色、着色以及透视效果。
10、编写一个drawCircle（r）函数，调用该函数时，根据给定的半径r，以原点为圆心画一个如图所示的红色空心圆，同时比较不同的坐标轴函数axis的设置效果。
（图例半径r=5）
11、绘一个圆柱螺旋线（形似弹簧）图。
圆柱截面直径为10，高度为5，每圈上升高度为1。
如左图所示。
利用先前的绘图结果，对程序做少许修改，得到如右图所示图形。
实验五MATLAB符号运算
一、实验目的
1、掌握MATLAB符号对象的定义以及符号表达式的多种定义方法；
2、熟悉利用MATLAB符号运算求解微积分。
3、熟悉利用MATLAB符号运算求解方程。
二、实验内容
1、用两种不同的方法建立如下符号表达式：
（1）-2x5+6x4-3x3+18x=16;
（2）y=4x2-3x+15;
（3）
2、求下列各式的的极限：
（1）
（2）
（3）
（4）
3、求下面函数的导数
：
（1）
（2）
（3）
（4）
4、设
5、求下列积分：
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
6、试求解无穷级数的和。
7、计算有限项级数求和：
S=1+4+9+16+…+10000。
8、解下列方程（方程组分别用矩阵方法和符号运算方法求解）：
（1）
（2）
（3）
9、求微分方程
的通解。
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