MATLAB实验指导书(第一次实验)

************************ MATLAB上机指导书

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昆明理工大学机电学院

刘孝保

2013年3月

实验一 MATLAB 工作环境熟悉及简单命令的执行

一、实验目的：熟悉MATLAB 的工作环境，学会使用MATLAB 进行一些简单的运算。 二、实验内容：MATLAB 的启动和退出，熟悉MATLAB 的桌面（Desktop ），包括菜单

（Menu ）、工具条 （Toolbar ）、命令窗口(Command Window)、历史命令窗口、工作

空间(Workspace)等；完成一些基本的矩阵操作；学习使用在线帮助系统。

三、实验步骤：

1、启动MATLAB ，熟悉MATLAB 的桌面。

2、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）（365-52?2-70）÷3 （2）>>area=pi*2.5^2

（3）已知x=3，y=4，在MATLAB 中求z ：

()

2

3

2y x y x z -= （4）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=????

?

????

???11514412679810115133216 执行以下命令 >>m1( 2 , 3 ) >>m1( 11 ) >>m1( : , 3 )

>>m1( 2 : 3 , 1 : 3 )

>>m1( 1 ,4 ) + m1( 2 ,3 ) + m1( 3 ,2 ) + m1( 4 ,1) （5）执行命令>>help abs

查看函数abs 的用法及用途，计算abs( 3 + 4i ) （6）执行命令

>>x=0:0.1:6*pi; >>y=5*sin(x); >>plot(x,y)

（6）运行MATLAB 的演示程序，>>demo ，以便对MATLAB 有一个总体了解。

四、思考题

1、以下变量名是否合法？为什么？ （1）x2 （2）3col （3）_row （4）for

2、求以下变量的值，并在MATLAB 中验证。 （1）a = 1 : 2 : 5 ;

（2）b = [ a' a' a' ] ; （3）c = a + b ( 2 , : )

实验二函数的编写及调试

一、实验目的：掌握MATLAB函数编写及调试方法。

二、实验内容：

1、启动MATLAB后，点击File|New|M-File，启动MATLAB的程序编辑及调试器

（Editor/Debugger），编辑以下程序，点击File|Save保存程序，注意文件名最好用英文字符。点击Debug|Run运行程序，在命令窗口查看运行结果，程序如有错误则改正。注：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：

2→1

3→10→5→16→8→4→2→1

6→3→10→5→16→8→4→2→1

运行下面的程序，按程序提示输入n=1,2,3,5,7等数来验证这一结论。

%classic "3n+1" problem from number theory.

while 1

n=input('Enter n,negative quits:');

if n<=0

break

end

a=n;

while n>1

if rem(n,2)==0

n=n/2;

else

n=3*n+1;

end

a=[a,n];

end

a

end

三、思考题(选做一题作为作业)

1、用对分法求解方程

x

e x sin

2=

-

在[0，1]内的解，并验证，在程序中统计出对分次数。

提示：先将原方程转化成

sin

2

)

(=

-

=-x

e

x

f x的形式。

对分法的基本思想是：一个一元方程f(x)=0，若f(x1)*f(x2)<0，则在[x1,x2]区间内有实数解。取该区间的中点xm=(x1+x2)/2，判定f(x1)和f(x2)二者中哪一个与f(xm)异号，若f(x1)*f(xm)<0，则解存在的区间缩小为[x1,xm]，否则解存在的区间缩小为[xm,x2]。重复这样的步骤，直到区间的长度小于一个可以接受的小数（比如1e-10）,则认为中点即是原方程的解。

2、编写一个函数，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。function [y]=myfun1(x)

??

???>+-≤<≤=3

,630,

0,sin )(x x x x x x x y

选择一些数据测试你编写的函数。

3、编程求满足∑=>m

i i 1

100002的最小m 值。

实验三 符号计算

一、计算符号表达式()cos()sin()f x x x x =+-在1x π=-处的值

二、设x 为符号变量，42()21f x x x =++，

32

()635g x x x x =+++，试进行如下运算。 （1）()()f x g x +，

（2）()()f x g x ?， （3）对()f x 进行因式分解

三、指出下面各条语句的输出结果 >> f=sym('2*u'); >> subs(f,'u',2)

>> f2=subs(f,'u','u+2') >> a=3;

>> subs(f2,'u',a+2) >> subs(f2,'u','a+2') >> syms x y

>> f3=subs(f,'u',x+y) >> subs(f3,[x,y],[1,2])

>> subs(f3,[x,y],[x+y,x+y]) >> f=sym('2*u');

四、化简

五、 因式分解：

6555234-++-x x x x

预习 MATLAB 图形绘制基础

()f x =

一、实习目的

1、进一步熟悉M文件调试过程

2、熟练掌握MATLAB二维曲线的绘制

3、掌握图形的修饰

二、实习内容

1、基本命令：plot（数据作图、函数作图）, ezplot（简易作图），fplot(简易作图)

（1）plot(x,y,?s?) s用来表示色彩、线型、点型

例3.1 用plot绘制y=sinx/x的图形

x=-2*pi:pi/10:2*pi;

y=sin(x)./x; %准备数据

plot(x,y) %用plot作图

注意x=0处的图形

例3.2 x=-2*pi:pi/10:2*pi;

x=x+(x==0)*eps;

y=sin(x)./x; %（准备数据,处理分母零点))

plot(x,y) %（用plot作图）：

例3.3 画出()π,0包罗线。

t=(0:pi/100:pi);

y1=sin(t);y=-sin(t);

y2=sin(t).*sin(9*t);t3=pi*(0:9)/9;

y3=sin(t3).*sin(9*t3);

plot(t,y1,'r:',t,y,'r:',t,y2,'b',t3,y3,'bo'),axis([0,pi,-1,1])

gtext(…该点数值x?)

运行结果见图3-1。

（2）ezplot用作图：

ezplot(…sin(x)/x?,[-4*pi,4*pi])

运行结果如图3-2

（3）fplot用作图：

fplot(…sin(x)/x?,[-2*pi,2*pi])

图

3-1

图3-2

2、基本绘图控制参数：设置线型、线色、数据点形 （1）、曲线点型、线色允许设置值

（2（3（4）、图形标注：坐标轴名(label)、图形标题（title ）

、图例(legend)、图形说明（text,gtext ）,

格式如下：

title(…s?) 书写图形标题 xlabel(…s?) 横坐标轴名 ylabel (…s?) 纵坐标轴名

legend(…s1?,?s2?,…) 绘制曲线所用线型、色彩、或数据点型图例 text(x1,y1,?s?) 在图面（x1,y1）坐标处书写字符注释 gtext(…s?) 用鼠标选择书写字符注释的位置 （5）、常用坐标控制命令

（hold on 使当前轴及图形保持而不被刷新，准备接受此后将绘制的新曲线。 hold off 使当前轴及图形不再具备不被刷的性质。 hold 是否具备不被刷的性质的双向开关。

subplot(m,n,k) 图形窗中有m×n幅子图，k是子图的编号。

3、三维曲线绘图

（1）基本命令：

plot3(x,y,z,?s?) % s为线色、线形、点形

plot3(x1,y1,z1,?s1?,…. xn,yn,zn,?sn?)

例3.5

t=-2*pi:0.01:2*pi;

x=2*cos(t);y=2*sin(t),z=3*t; %(准备数据)

plot3(x,y,z,?r:?); %（用plot3作图）

（2）三维曲面作图

1）三维网格命令（mesh）

例3.6 x=-1:0.05:1;y=x;

[x,y]=meshgrid(x,y);

z=x.^2+2*y.^2;

mesh(x,y,z)

运行结果如图3-4。

图3-3

2）三维表面命令surf

例3.7

x=-1:0.05:1;y=x;

[x,y]=meshgrid(x,y);

z=x.^2+2*y.^2;

surf(x,y,z)

运行结果如图3-5。

图3-4

3）基本三维命令的几个改进命令

meshc(带等高线的网线图)

surfc(带等高线的曲面图)

4）、三维视图的可视效果控制

view, rotate3d, rotate

5)、图形的透视（hidden）

图形颜色的遮掩shading。

hidden on 使图形消隐（透视）。

hidden off 关闭消隐（此为默认状态）。

shading 用于曲面颜色不匀时的均衡处理，使用格式为。

shading interp 对网眼内采用匀色处理，使色彩自然连贯。

shading faceted 对网眼颜色不做特殊处理，但加深网线黑色，这种格式有较强的表现力，是默认格式。

4、球面（sphere）及柱面（cylinder）的表达

（1）sphere(n)绘制分格线条数为n的单位球面。

例3.8 sphere(50) %绘制分格线条数为50的单位球面，运行结果如图3-6。

图3-5

（2）cylinder(r,n)绘制半径为r分格线条数为n的旋转柱面（曲面），纵坐标为0到1。R为母线的描述。

例3.9 cylinder(5,30)，运行结果如图3-7。

（3）[x,y,z]= sphere(n), [x,y,z]= cylinder(r,n)，分别为读取球面及柱面的数据。

图3-6

5、特殊图形：直方图hist、饼图pie、条形图bar、矢量图feather、等高线contour。

三、实习步骤

（1）plot指令的使用

在commmand窗口键入以下指令：

X=1:10

Y=[1 2 3 4 5 6 7 8]

Z=1:-1:-10

Plot(x)

Plot(y)

Plot(x,z)

观察指令窗及图形窗中的结果。

（2）subplot指令的使用；采样点数对绘图的影响的理解；title、axis指令的使用键入所以下指令：

t1=(0:11)/11*pi;

y1=sin(t1).*sin(9*t1);

t2=(0:100)/100*pi;

y2=sin(t2).*sin(9*t2);

subplot(2,2,1),plot(t1,y1,'r.'),axis([0,pi,-1,1]),title('子图(1)')

subplot(2,2,2),plot(t2,y2,'r.'),axis([0,pi,-1,1]),title('子图(2)')

subplot(2,2,3),plot(t1,y1,t1,y1,'r.')

axis([0,pi,-1,1]),title('子图(3)')

subplot(2,2,4),plot(t2,y2)

axis([0,pi,-1,1]),title('子图(4)')

观察指令窗及图形窗中的结果。

（3）图形交互指令的使用

①、在（2）的四个子图上用ginput指令分别获取其峰值；

②、在（2）的四个子图中的子图1上用gtext指令将“不太完整的离散图形”字符串

放置到图形上。在子图2上用gtext指令将“完整的离散图形”字符串放置到图形上。在子图3上用gtext指令将“失真的连续图形”字符串放置到图形上。在子图4上用gtext

指令将“正确的连续图形”字符串放置到图形上。 （4）其它绘图指令的使用及精细指令的使用

键入所以下指令：

clf;t=6*pi*(0:100)/100;y=1-exp(-0.3*t).*cos(0.7*t); tt=t(find(abs(y-1)>0.05));ts=max(tt); plot(t,y,'r-','linewidth',3) axis([-inf,6*pi,0.6,inf])

set(gca,'xtick',[2*pi,4*pi,6*pi],'ytick',[0.95,1,1.05,max(y)]) grid on

title('\ity=1-e^{-\alphat}cos{\omegat}') text(13.5,1.2,'\fontsize{12}{\alpha}=0.3') text(13.5,1.1,'\fontsize{12}{\omega}=0.7') hold on;plot(ts,0.95,'bo','markersize',10);hold off cell_string{1}='\fontsize{12}\uparrow';

cell_string{2}='\fontsize{16}\fontname{隶书}镇定时间'; cell_string{3}='\fontsize{6}';

cell_string{4}=['\fontsize{14}\rmt_{s}=' num2str(ts)]; text(ts,0.85,cell_string)

xlabel('\fontsize{14}\bft\rightarrow') ylabel('\fontsize{14}\bfy\rightarrow') 观察指令窗及图形窗中的结果。

（5）提高部分

本实习要求事先编写好解决下面问题的程序，然后上机输入程序并调试运行程序。 A 、绘制曲线s a (t)=sin(x)/x,其中]10,10[ππ-∈x （注意：x=0处需要特别处理） B 、画出t e y t cos 5.0-=的曲线（t 的取值范围是0到2π），在x 轴上标上0.5，1.2和4.5三个刻度。在y 轴上标0.2，1.0，3.5三个刻度。用xlabel 在横轴下标上t;用ylabel 在y 轴左侧标y 在图上用“小红圈”标出第一次使y=0.6的那点位置，并要求在该点旁边用12号字，斜体标出其横坐标。

四、实习要求：

1、进一步熟悉和掌握MA TLAB 的编程及调试。

2、掌握二维图形的绘制。

3、掌握图形交互指令的使用。