MATLAB程序设计与应用
MATLAB程序设计及应用实例
MATLAB程序设计及应用实例MATLAB程序设计及应用实例一、引言1.1 研究背景1.2 目的和意义二、MATLAB入门2.1 MATLAB的基本概念2.2 MATLAB环境的配置2.3 MATLAB的基本操作2.4 基本数据类型和变量2.5 控制语句和循环结构三、向量和矩阵运算3.1 向量的定义和运算3.2 矩阵的定义和运算3.3 矩阵的转置、共轭和逆3.4 特殊矩阵的和操作3.5 矩阵的行列式和特征值计算四、函数的定义和调用4.1 函数的定义和语法4.2 函数的输入和输出参数4.3 匿名函数和内嵌函数4.4 函数的调试和错误处理五、图形化界面设计5.1 MATLAB的图形化界面工具箱5.2 GUI的设计和布局5.3 控件的属性设置和事件处理5.4 图像的读取和处理5.5 图表的绘制和交互操作六、数据分析与统计6.1 数据的导入和导出6.2 数据的预处理和清洗6.3 常用的数据统计和分析方法6.4 数据可视化和结果展示七、信号处理与图像处理7.1 信号的和处理7.2 傅里叶变换和频域分析7.3 滤波器的设计和应用7.4 图像的读取和处理7.5 图像的增强和分割八、机器学习与深度学习8.1 机器学习算法的基本原理8.2 机器学习工具箱的使用8.3 深度学习算法的基本原理8.4 深度学习工具箱的使用8.5 实例：图像分类和预测九、应用实例9.1 实例1：图像处理与分析9.2 实例2：信号处理与模式识别9.3 实例3：数据挖掘与预测十、总结与展望10.1 主要研究成果总结10.2 存在的问题和不足10.3 下一步工作的展望本文档涉及附件：- 附件1：MATLAB代码示例- 附件2：实验数据集法律名词及注释：- 版权：对创作作品的控制权和使用权的法律保护。
- 许可证：允许某人使用或复制作品的法律文件。
MATLAB程序设计及应用实例
c=input('请输入一个字符','s'); if c>='A' & c<='Z'
disp(setstr(abs(c)+1)); elseif c>='a'& c<='z'
disp(setstr(abs(c)-1)); elseif c>='0'& c<='9'
disp(abs(c)-abs('0')); else
disp(c); end
5.1.4 选择结构- switch语句
switch语句
其语句格式为： switch 表达式 case 值1 语句组1 case 值2 语句组2 …… case 值m 语句组m otherwise 语句组m+1 end
5.1.4 选择结构- switch语句
例 某商场对顾客所购买的商品实行打折销售，已知打折标 准，求所售商品的实际销售价格
例 矩阵乘法运算要求两矩阵的维数相容，否则会出错。 先求两矩阵的乘积，若出错，则自动转去求两矩阵的点乘
matlab程序设计与应用
matlab程序设计与应用Matlab是一款高效能的编程语言，具有高品质的计算和分析功能，近十多年来被广泛应用在工程计算、科学研究、商业分析、金融模拟和教育工作等多个领域。
它拥有一系列强大的算法编写功能，可以实现非线性矩阵求解、信号处理、图像处理、生物医学信号处理等功能。
本文将介绍Matlab程序设计与应用，以及它在工程计算、科学研究、商业分析等领域的应用和示例。
一、Matlab程序设计Matlab是一种操作方便的高级编程语言，立足于原始编码，它建立在C及FORTRAN之上，而且它的高级结构使得设计程序不必写成复杂的程序框架，而可以把主要精力放在要实现的功能上。
Matlab在程序设计方面支持面向对象编程（Object-oriented programming，OOP）方式，可以实现结构化的程序设计，把大量的程序按照模块和函数来管理，方便调用和重用，并可以利用Matlab的类和类的方法来实现程序的重用和拓展。
二、Matlab在工程计算领域的应用Matlab在工程计算领域的应用如下：（1）Matlab可以用于科学计算，如：数值分析、科学计算、多元函数拟合、图像处理以及信号处理等。
（2）Matlab可以用于设计和调试电子电路，如：数字电路、模拟电路、射频电路、功率电路以及控制电路等。
（3）Matlab可以用于控制系统分析，如：数模转换、频响函数以及过程控制等。
（4）Matlab可以用于机械结构设计，如：机械结构分析、运动学以及动力学等。
三、Matlab在科学研究和商业分析领域的应用Matlab在科学研究和商业分析领域的应用如下：（1）Matlab可以用于统计学研究，如：概率统计、偏差分析、多元分析以及非参数分析等。
（2）Matlab可以用于数据挖掘，如：决策树分类、聚类分析以及因子分析等。
（3）Matlab可以用于仿真研究，如：求解方程、模拟实验以及模型预测等。
（4）Matlab可以用于商业分析，如：市场调研、销售预测以及风险评估等。
MATLAB程序设计与应用第三版教学设计
MATLAB程序设计与应用第三版教学设计简介本教学设计旨在通过使用MATLAB软件，教导学生如何进行程序设计、编码和应用。
本文将对使用MATLAB进行程序设计和应用的基本理论和实践方法进行阐述，并提供适合初学者和高级用户的范例。
教材选择本教学设计使用MATLAB程序设计与应用第三版教材作为主要教材。
该教材全面介绍了MATLAB的基础知识，包括向量、矩阵、图形和文件输入输出等内容，同时具有特别的实际应用研究类技术实例，使学习过程更加具有挑战性。
教学方法课堂讲授在课堂上，我们将讲解有关MATLAB的基本理论、概念和语言规范。
我们的教学方式主要是基于问题解决的策略，即通过回答一些有关MATLAB的问题来让学生了解该软件的基本概念和功能。
实验课实验课是本教学设计的重要组成部分。
在实验课上，学生将会得到亲身体验MATLAB的机会，并掌握该软件的基本应用工具和技巧。
练习课练习课的主要目的是激发学生的主动性，帮助他们独立完成MATLAB的编程任务。
在练习课上，我们将给出一些有关基本MATLAB编程的问题，并鼓励学生独立解决问题。
课程安排下面是MATLAB程序设计与应用课程的章节安排：第一章：MATLAB软件入门在本章节中，我们将介绍MATLAB的安装和使用方法，学习如何创建变量、向量和矩阵。
第二章：MATLAB基本命令该章节主要介绍了MATLAB的基础命令，例如算术计算符、逻辑判断命令、循环和条件语句等。
第三章：MATLAB图形在第三章节中，我们将介绍如何使用MATLAB进行图形绘制和可视化分析。
第四章：MATLAB函数该章节将深入探讨MATLAB函数的编写和应用。
第五章：MATLAB数组运算该章节将讨论MATLAB的数组运算，如矩阵乘法、转置，以及向量操作。
第六章：MATLAB文件输入输出在第六章节中，我们将介绍MATLAB的文件输入和输出，这对于进行大量数据分析非常重要。
第七章：MATLAB工具箱该章节将介绍MATLAB的不同工具箱，这些工具箱能增强MATLAB的功能。
MATLAB程序设计及应用实例
MATLAB程序设计及应用实例MATLAB（Matrix Laboratory）是一种用于算法开发、数据分析、可视化和数值计算的高级技术计算语言和环境。
它的强大功能和灵活性使其成为各个领域研究和工程实践中广泛使用的工具。
下面将介绍几个MATLAB程序设计及应用的实例。
1.信号处理：MATLAB是信号处理的强大工具，它可以用于滤波、频谱分析、小波变换、分析和合成音频信号等。
例如，可以利用MATLAB进行语音信号的去噪处理，通过设计特定的滤波器来去除信号中的噪声成分，从而提取出清晰的语音信号。
2.图像处理：MATLAB可以进行图像的加载、处理和分析。
它提供了丰富的图像处理函数和工具箱，可以实现图像的滤波、二值化、边缘检测、图像增强等操作。
例如，可以使用MATLAB对医学图像进行分割，将感兴趣的区域提取出来，辅助医生进行病灶诊断。
3.控制系统设计：MATLAB是控制系统设计的有效工具。
它提供了丰富的控制系统分析和设计函数，可以进行系统建模、模拟和优化。
例如，可以使用MATLAB进行PID控制器的参数调整，通过对系统建模和后续仿真，优化PID控制器的参数，提高控制系统的性能和稳定性。
4.机器学习：MATLAB提供了强大的机器学习和深度学习工具箱，可以进行数据预处理、特征提取、模型训练和评估等操作。
例如，可以利用MATLAB进行图像分类，通过构建深度卷积神经网络模型，将输入的图像进行分类和识别。
5.数值计算：MATLAB对线性代数、数值优化和统计分析等有着强大的支持。
它提供的优化和求解函数可以解决复杂的线性和非线性优化问题，例如最小二乘拟合和参数估计等。
此外，MATLAB还拥有强大的统计分析工具，可以进行假设检验、数据拟合、方差分析等统计分析操作。
6.仿真模拟：MATLAB可以进行动态系统的建模和仿真，通过搭建系统方程和初始条件，可以对系统的动态响应进行模拟。
例如，在电力系统中，可以使用MATLAB进行电力系统稳定性分析，对电力系统的动态响应进行跟踪和分析。
matlab程序设计与应用
matlab程序设计与应用Matlab是一款用于数值计算、可视化和编程的程序设计语言，也是进行数学建模的首选开发语言。
它被广泛应用于自然科学、工程、统计学和金融领域，在机器学习、数据挖掘和计算机视觉领域也取得了卓越的成绩。
本文将会分析Matlab的特点及其在各个领域的应用。
Matlab的主要特点可概括如下：（1） MATLAB是一种直译式语言，可实现代码快速键入和执行。
它帮助编程者以熟悉的数学语言（如矩阵表达式）生成高效的代码，简化了程序开发中的算法实现环节。
（2） MATLAB的科学计算功能非常强大，支持大量的数值计算函数，能够实现基本的程序控制，如循环、判断、算术、时间序列数据等。
（3） MATLAB拥有丰富的可视化功能，比如绘图、图像处理以及三维显示等，能够帮助用户进行数据解释，从而更加直观地理解数据。
（4） MATLAB包含大量库函数，能够实现各种高级科学和工程学计算，还具有算法离散化功能，能对原始数据进行分析和处理，有效提高计算的准确性和效率。
MATLAB由于其完善的特性，在自然科学、工程、统计学和金融领域都有着广泛的应用。
在自然科学和工程领域，MATLAB可用于写模拟计算代码、绘制图像，同时提供诸如数学解析、拟合、优化等工具，可以应用于科学实验、工程设计、分析仿真等方面。
在统计学领域，MATLAB可用于数据统计、绘图及分析、分布估计，以及实现模型拟合、统计检验等操作。
在金融领域，MATLAB可用于财务风险评估、衍生品定价及市场价值估计，还可以进行数字信号处理以及投资管理等操作。
此外，MATLAB在机器学习、数据挖掘、计算机视觉等新兴领域也有着广泛的应用。
首先，MATLAB提供了一系列处理数据的接口和工具，可用于实现机器学习和数据挖掘技术。
其次，MATLAB可以提供有助于计算机视觉的强大工具，包括图像处理、模板匹配以及对象检测等技术，有助于实现图像分割、傅立叶变换、粒子滤波等操作。
总结而言，Matlab是一款功能强大的程序设计语言，可以用于实现高效的算法代码、强大的可视化功能以及大量的数值计算函数，广泛应用于自然科学、工程、统计学和金融领域，而且能够有效解决机器学习、数据挖掘和计算机视觉等领域中的各类问题。
matlab程序设计与应用课程设计
matlab程序设计与应用课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够掌握MATLAB的基本语法和程序设计结构，理解常见的数据类型和操作；2. 学生能够运用MATLAB进行基本的数学运算、矩阵操作和数据可视化；3. 学生能够运用MATLAB解决高中数学和物理中的实际问题，如求解线性方程组、计算微积分和绘制函数图像等。
技能目标：1. 学生能够独立编写MATLAB程序，具备调试和优化程序的能力；2. 学生能够运用MATLAB进行数据分析和处理，解决实际问题；3. 学生能够通过MATLAB程序设计，培养编程思维和解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到MATLAB在科学计算和工程应用中的重要作用，激发对科学研究的兴趣；2. 学生在课程学习中，培养团队合作意识和探究精神，形成积极向上的学习态度；3. 学生通过解决实际问题，增强自信心，培养勇于克服困难的品质。
课程性质：本课程为高中信息技术选修课程，以实践为主，注重培养学生的编程能力和解决实际问题的能力。
学生特点：学生具备一定的数学基础和逻辑思维能力，对编程和计算机应用有一定的兴趣。
教学要求：教师应结合课本内容，采用案例教学和任务驱动法，引导学生主动探索和实践，注重培养学生的动手能力和创新精神。
同时，分解课程目标为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容1. MATLAB基础知识- MATLAB简介与安装- 界面与基本操作- 数据类型与变量- 运算符与基本数学运算2. MATLAB编程基础- 程序结构- 选择结构- 循环结构- 函数与脚本3. MATLAB数据可视化- 二维图形绘制- 三维图形绘制- 图形修饰与动画制作4. MATLAB数学应用- 线性代数- 微积分- 方程求解- 优化问题5. MATLAB实际应用案例- 物理运动轨迹模拟- 数学建模与数据分析- 控制系统设计与仿真教学内容安排与进度：第一周：MATLAB基础知识第二周：MATLAB编程基础第三周：MATLAB数据可视化第四周：MATLAB数学应用第五周：MATLAB实际应用案例本教学内容根据课程目标和教材章节进行组织，注重理论与实践相结合，引导学生逐步掌握MATLAB程序设计与应用。
MATLAB程序设计与应用习题
X =
1 1 1 0
2.11设a=[0 100]，求~a的值？（非运算）
答：>> clear
>> a=[0 1 0 0]
a =
0 1 0 0
>> x=not(a)
x =
1 0 1 1
2.12设a=[0 120]，b=[21 0 0]，求axor b的值？
答：>> clear
答：>> clear
>> a=[0 2 1 0]
a =
0 2 1 0
>> b=[2 1 0 0]
b =
2 1 0 0
>> x=and(a,b)
x =
0 1 0 0
2.10设a=[0 120]，b=[120 0]，求a|b的值？（或运算）
答:
>> clear
>> a=[0 1 2 0];b=[1 2 0 0];
答：quit：关闭MATLAB。
clear：清除内存中的变量。
cla：清除坐标。
clf：清除图形。
clc：清除MATLAB命令窗口的所有显示信息。
hold：控制当前图形窗口是否被刷新。
1.9学会打开并保存程序编辑窗口，并在M文档中编写1.4的运算程序并进行运算。
答：要打开程序编辑窗口，我们可以在Command Window窗口中，单击工具栏中最左端显示为一张白纸的工具按钮。这样就打开了一个空白的程序编辑窗口，如图1-6所示。
3.6已知
将a(2,3)=-1替换为a(2,3)=0。
答：
3.7已知
将a的第二行元素全部替换为0，然后将第二列元素全部替换为1。
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2）主程序：
>> T=input('绝对温度T=');
>> mu=input('气体分子量mu=');
>> vmin=input('速度下限vmin='); >> vmax=input('速度上限vmax=');
>> v=0:1500;
>> y=mksw(T,mu,v);
>> plot(v,y);
方法2-1：
百钱买百鸡
[x,y]=meshgrid(0:20,0:33); t=(find(5*x+3*y+(100-x-y)/3==100)); x(t)' y(t)' 100-x(t)'-y(t)' 鸡翁： 0
鸡母11
幼鸡： 75
78 81 84
5.1 函数、极限和导数
hold on; >> v1=vmin:vmax; %速度分布率 >> y1=mksw(T,mu,v1); >> fill([v1,500,300],[y1,0,0],'r'); trapz(y1);
结果：
当输入: 绝对温度T=300 气体分子量mu=0.028 速度下限vmin=300 速度上限vmax=500
Dy和y1不重合呢？
例5.2.求点u=(1,2,3)到平面
8 12 11 4 81 84
方法1-3：
百钱买百鸡
disp('鸡翁 鸡母 幼鸡'); for x=0:20 for y=0:33 for z=3:3:99 if x+y+z==100&5*x+3*y+z/3==100 fprintf(' %g %g %g\n',x,y,z); end end end end
复习 分子物理学绘图
例4.6：利用气体分子运动的麦克斯韦速度分 布率，求27°C下氮分子运动的速度分布曲线， 并求速度在300-500m/s范围内的分子所占的比 例，讨论温度T及分子量对速度分布曲线的影 响。 解： 积分函数 trapz() 建模
1.麦克斯韦速度分布率为：
2.考虑到该公式较复杂，建立.m文件。
c.三重。 for… for… for…if…end…end …end …end
2）利用网格数组meshgrid( )
百钱买百鸡
方法1-1：
x+y+z=100 5x+3y+z/3=100 解方程得：
7x+4y=100
y=(100-7x)/4
for x=0:25 y=(100-7*x)/4; if mod(100-x-y,3)==0&y>=0 fprintf(' %g %g %g\n',x,y,100-x-y); end end
百钱买百鸡
syms x y z 为什么不用 p=x;q=z; z=eval(solve(f2-100)); for y=0:33 f1=x+y+z; x=solve(f1-100); f2=5*x+3*y+z/3; z=solve(f2-100); if mod(eval(z),3)==0&y+eval(z)<=100 fprintf('%g %g %g\n',100-y-eval(z),y,eval(z)); end x=p;z=q; end
方法1-1：运用符号函数 syms+solve
方法1-2：
百钱买百鸡
disp('鸡翁 鸡母 幼鸡'); for x=0:20 for y=0:33 z=100-x-y; if 5*x+3*y+z/3==100 fprintf('%g %g %g\n',x,y,z); end 鸡翁 鸡母 幼鸡 end 0 25 75 end 4 18 78
ans = 0.3763
复习．我国古代数学家张丘在“算经”里 提出一个世界数学史上有名的百鸡问题： 鸡翁一，值钱五，鸡母一，值钱三，幼鸡 三，值钱一，百钱买百鸡，问各几何？
解： 建模
(怎么建？？？)
1）运用循环语句for…end a.一重； for…if…end…end
b.二重； for… for…if…end…end …end
第五讲
MATLAB数值计算 符号计算
授课教师：田 鹏
数值计算+符号计算
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5
函数、极限和导数 空间解析几何 数列和级数 数值方法和符号积分 线形代数
参考书目： Shoichiro Nakamura.科学计算引论——基于MATLAB 的数值分析[M].电子工业出版社,北京.2006.1
m 3/ 2 2 mv 2 f 4 ( ) v exp( ) 2 kT 2kT
程序：
1）子程序（mksw.m）： function f=mksw(T,mu,v) R=8.31; %气体常数 k=1.381*10^(-23); %玻尔茨曼常数 NA=6.022*10^23; %阿伏伽德罗数 m=mu/NA; %分子质量 f=4*pi*(m/(2*pi*k*T)).^(3/2) ... .*exp(-m*v.^2./(2*k*T)).*V.^2; %速度分布率
plot(t(2:length(t)),Dy,’p’)
y1=-10*sqrt(3)*exp(-2*t)… .*sin(w*t+pi/3)+60*exp(-2*t)… .*cos(w*t+pi/3); hold on ; plot(t,y1,‘r') legend('y','Dy1', 'Dy2', 'y1')
一.单变量函数的计算和绘图
2t
例5.1：已知 y 5 3e sin(4t 3 / 3) 要求以0.01秒为间隔，绘出y及其导数的曲线. 分析：用diff(y,n)求Dy ， 每求导一次，y的维数减一。 Dy=diff(y)结果为Dy=y1-y2, 故 y’=Dy/Dx= diff(y)/Dx
y 5 3e
程序：
2t
sin(4t 3 / 3)
b=0.1;t=0:b:1.5;w= 4*sqrt(3); y=5*sqrt(3)*exp(-2*t).*sin(w*t+pi/3); plot(t,y); title(‘单变量绘图’); xlabel('x');ylabel('y(t)'); grid on;hold on; Dy=diff(y)/b; plot(t(1:length(t)-1),Dy,’*’)