matlab程序设计与应用实验指导书-装订印刷_最终稿

对matlab学习很有帮助,希望能帮助更多人

目 录

目 录 ............................................................................................. 1 实验一 matlab集成环境使用与运算基础 ..................................... 4 实验二、matlab矩阵分析与处理 ..................................................... 8 实验三、matlab程序设计 ............................................................... 11 实验四、matlab图形绘制 ............................................................... 14 实验五、matlab数据分析与多项式计算 ....................................... 17 实验六 matlab文件操作 ................................................................. 21 实验七 matlab符号计算 ................................................................. 24 实验八 matlab在数字图像处理中的应用 ..................................... 26 实验九 电力系统线路故障分析 ..................................................... 30 实验十 matlab综合应用程序开发 ................................................. 32 实验十一 利用matlab进行FIR滤波器的设计………………….33 实验十二线性时不变系统的时域响应 ........................................... 35 实验十三 数字滤波器设计与语音信号处理 ................................. 37 实验十四 数字图像处理初步 ......................................................... 39

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实验一 matlab集成环境使用与运算基础

一、实验目的

1．熟悉启动和退出matlab的方法。 2．熟悉matlab命令窗口的组成。 3．掌握建立矩阵的方法。

4．掌握matlab各种表达式的书写规则以及常用函数的使用。

二、实验原理

1．Matlab的启动

matlab系统的启动有三种常见方法： 1）使用Windows“开始”菜单。

2）运行matlab系统启动程序matlab.exe。 3）利用快捷方式。 2．Matlab系统的退出

要退出matlab系统，也有三种常见方法：

1）在matlab主窗口File菜单中选择Exit matlab 命令。 2）在matlab命令窗口输入Exit或Quit命令。 3）单击matlab主窗口的“关闭”按钮。 3．Matlab帮助窗口

进入帮助窗口可以通过以下三种方法： 1）单击matlab主窗口工具栏中的help按钮。

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2）在命令窗口中输入helpwin、helpdesk或doc。 3）选择help菜单中的“matlab help”选项。 4．Matlab帮助命令 1）help命令

在matlab命令窗口直接输入help命令将会显示当前帮助系统中所包含的所有项目，即搜索路径中所有的目录名称。同样，可以通过help加函数名来显示该函数的帮助说明。

2）lookfor命令

help命令只搜索出那些关键字完全匹配的结果，lookfor命令对搜索范围内的m文件进行关键字搜索，条件比较宽松。

3）模糊查询

用户只要输入命令的前几个字母，然后按tab键，系统就会列出所有以这几个字母开头的命令。 5．赋值语句 1）变量＝表达式 2）表达式 6．矩阵的建立

1）直接输入法：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开，不同行的元素之间用分号分开。

2）利用m文件建立矩阵

3）利用冒号表达式建立一个向量 e1:e2:e3 4) 利用linspace函数产生行向量 linspace(a,b,n).

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三、实验仪器和设备

1．计算机1台。

四、预习要求

1．复习matlab启动与退出，熟悉matlab运行环境，掌握matlab帮助的使用。

2．复习matlab中矩阵的建立以及矩阵的加减乘除以及乘方运算的基本原理。

五、实验内容及步骤

1．先求下列表达式的值，然后显示matlab工作空间的使用情况并保存全部变量。

2sin850

（1）z1

1 e2

1 2i 21（2

）z2 In(x其中x 0.4552

1234 4 13 1

,B 203 347872．已知 A

3657 3 27

求下列表达式的值：

（1） A+6*B和A-B+I（其中I为单位矩阵） （2） A*B和A.*B （3） A^3和A.^3

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（4） A/B及B\A

（5） [A,B]和[A（[1，3]，：）；B^2] 3．设有矩阵A和B

1234

6789

A 11121314

16171819 21222324

5 3016

17 69 10

15 ,B 023 4 20 970

25 41311

（1） 求它们的乘积C；

（2） 将矩阵C的右下角3*2子矩阵赋给D； （3） 察看matlab工作空间的使用情况。

六、实验报告要求

实验报告应包括实验目的、实验内容、流程图、程序清单、运行结果以及实验的收获与体会。

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实验二 matlab矩阵分析与处理

一、实验目的

1．掌握生成特殊矩阵的方法； 2．掌握矩阵分析的方法；

3．用矩阵求逆法求解线性方程组。

二、实验原理

1．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； ones：产生全1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的标准正态分布的随机矩阵。 2．矩阵运算

1）矩阵加减运算：假定有两个矩阵A和B，则可以由A+B和A-B实现矩阵的加减运算。

2）假定有两个矩阵A和B，若A为m×n矩阵，B为n×p矩阵，则C=A*B为m×p矩阵。

3）如果A矩阵是非奇异方阵，A\B等效与A的逆左乘B矩阵，inv(A)*B,而B/A等效于A矩阵的逆右乘B矩阵，也就是

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B*inv(A).

4)矩阵的乘方。一个矩阵的乘方运算可以表示成A^x，要求A为方阵，x为标量。 3．矩阵点运算

在matlab中，有一种特殊的运算，因为其运算苻是在有关算术运算苻前面加点，因此叫点运算。点运算苻有.*,./,.\和.^。两个矩阵进行点运算是指它们的对应元素进行相关运算，要求两矩阵的维参数相同。

三、实验仪器和设备

1．计算机1台。

四、预习要求

1．复习特殊矩阵的产生。

2．复习矩阵的加减乘除与乘方运算，以及相应的点运算。

五、实验内容及步骤

1．熟悉matlab的运行环境，写出完成下列操作的命令： （1） 建立3阶单位矩阵A；

（2） 建立5*6随机矩阵A，其元素为[100,200]范围内的随机整

数；

（3） 产生均值为1，方差为0.2的500个正态分布的随机数； （4） 产生和A同样大小的么矩阵； （5） 将矩阵A的对角线元素加30；

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（6） 从矩阵A提取对角线元素，并以这些元素构成对角阵B。 2．完成以下各题，将步骤命令写入实验报告，并在机器上运行结果验证。

（1）用左除运算符求解方程组

2u 3v 8

4u 5v w 15 ，并以向量的方式表达结果。 2u 4w 1

（7） 用左除运算符求解方程组

110 100 011 X 010 001 001

六、实验报告要求

实验报告应包括实验目的、实验内容、流程图、程序清单、运行结果以及实验的收获与体会。

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实验三 matlab程序设计

一、实验目的

matlab作为一种高级语言，不仅可以以命令方式完成操作，也具有数据结构、控制流、输入输出和面向对象编程能力，本次实验通过熟悉和掌握m文件式建立与实用方法、以及函数与控制程序流程的语句实用，使学生具备一定的编程和调试能力。

二、实验原理

1．m文件

用matlab语言编写的程序，称为m文件。M文件根据调用方式的不同分为两类，命令文件（Script file）和函数文件（Function file）。

2．程序控制结构 1）顺序结构 2）选择结构

（1） if语句 a) 单分支if语句b) 双分支if语句 c) 多

分支if语句

（2） switch 语句 （3） try语句 3）循环结构 （1） for 语句 （2） while语句

（3） break语句与continue语句

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（4） 循环的嵌套 3．函数文件

function 输出形参表＝函数名（输入形参表） 注释说明部分 函数体语句

三、实验仪器和设备

1．计算机1台。

四、预习要求

1．复习matlab中流程控制语句。 2．复习matlab函数文件的建立与调用。

五、实验内容及步骤

1．分别用if和switch语句实现以下计算，a,b,c,x的值从键盘输入：

ax2 bx c,

y asincb x,

Inb c/x,

0.5 x 1.51.5 x 3.5 3.5 x 5.5

2．产生20个两位随机整数，输出其中小于平均值的偶数。 3．输入20个数，求其中最大数和最小数，要求分别用循环结构和matlab的max和min函数来实现。

4．编写一个函数文件，求小于任意自然数n的Fibnacci数列各项，Fibnacci数列定义如下：

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f1 1,n 1

f2 1,n 2

f f f,n 2

n 1n 2 n

5．完成以下各题，将答案写入实验报告，并在机器上运行结果验证

（1）编写一个函数文件求两个数的最大值。 （2）编写一个函数文件求三个数的最大值。 （3）编写一个函数文件，求矩阵的最大元素。

（4）编写一个函数文件，以向量为参数，对向量元素进行排序并输出。

六、实验报告要求

1.完成实验内容中的计算；

2. 验证实验内容中计算所得结果的正确性。

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实验四 matlab图形绘制

一、实验目的

matlab提供了强大的图形处理功能，本次实验旨在使学生熟悉和掌握应用matlab实现二维图形和三维图形的绘制和控制与表现方法。

二、实验原理

1．二维数据曲线图

（1） 绘制单根二维曲线 plot(x,y);

（2） 绘制多根二维曲线 plot(x,y) 当x是向量，y是有一维与x

同维的矩阵时，则绘制多根不同颜色的曲线。当x，y是同维矩阵时，则以x，y对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵的列数。

（3） 含有多个输入参数的plot函数 plot(x1,y1,x2,y2,…,xn,yn) （4） 具有两个纵坐标标度的图形 plotyy(x1,y1,x2,y2) 2．图形标注与坐标控制 1）title （图形名称） 2）xlabel（x轴说明） 3）ylabel（y轴说明） 4）text（x，y图形说明） 5）legend（图例1，图例2，…）

6）axis （[xmin xmax ymin ymax zmin zmax]）

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3．图形窗口的分割 subplot（m,n,p） 4．三维曲线

plot3（x1,y1,z1,选项1，x2,y2，选项2，…,xn,yn,zn,选项n） 5．三维曲面

mesh(x,y,z,c) 与surf(x,y,z,c)。一般情况下，x，y，z是维数相同的矩阵。X，y是网格坐标矩阵，z是网格点上的高度矩阵，c用于指定在不同高度下的颜色范围。 6．图象处理

(1) imread和imwrite函数 这两个函数分别用于将图象文件读入matlab工作空间，以及将图象数据和色图数据一起写入一定格式的图象文件。

(2) image和imagesc函数 这两个函数用于图象显示。为了保证图象的显示效果，一般还应使用colormap函数设置图象色图。

三、实验仪器和设备

1．计算机1台。

四、预习要求

1．复习二维与三维图形的绘图函数。 2．复习图像读入与写入的函数。

五、实验内容及步骤

1．绘制下列曲线：

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1001

(1) y (2) y e

1 x22

x2

2

x t2

(3) x y 1 (4) 3

y 5t

2

2

2．在同一图形窗口采用子图形的形式分别绘制正方形、圆形、六边形和三角形。

x2y2

3．根据绘制平面曲线，并分析参数a对其形状a25 a2 1

的影响。

4．完成以下各题，将答案写入实验报告，并在机器上运行结果验证

x sin(t)

a）绘制三维圆柱螺旋线， y cos(t)，要求给出相应的坐标轴

z t

和标题附加标注，螺旋线为蓝色虚线。 b) z y xe x

2

y2

，当x和y的取值范围均为－3到3时，用建

立子窗口的方法在同一个图形窗口中绘制出三维线图，网线图，表面图和带渲染效果的表面图。

六、实验报告要求

1．完成实验内容中的图像的显示； 2．验证实验内容中所显示图像的正确性。

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实验五 matlab数据分析与多项式计算

一、实验目的

matlab提供了强大的数据分析与多项式计算功能，本次实验旨在使学生熟悉和掌握应用matlab实现数据统计处理、曲线拟合以及多项式计算的功能。

二、实验原理

1．数据统计处理 1）最大值与最小值

(a) 求向量的最大值与最小值 y=max(X) 与 [y,I]=max(X) (b) 求矩阵的最大值和最小值 max(A) 与 [Y,U]=max(A), max(A,[],dim)

2) 求和与求积 sum(X), prod(X) sum(A) 3) 标准方差与相关系数 a）Y=std(A,flag,dim) b) corrcoef(X) 2．数据差值

a) 一维数据差值 Y1=interp1(X,Y,X1,’method’) b) 二维数据差值 Z1=interp2(X,Y,Z,X1,Y1,’method’) 3．曲线拟合 [P,S]=polyfit(X,Y,m) 4．多项式计算

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1）多项式的加减计算

2）多项式乘法运算 Y=conv(P1,P2) 3) 多项式除法 [Q,r]=deconv(P1,P2) 4) 多项式的导函数

p=polyder(P): 求多项式P的导函数 p=polyder(P,Q): 求P.Q的导函数

[p,q]=polyder(P,Q):求 P/Q的导函数，导函数的分子存入p，分母存入q。 5．多项式求值

1) 代数多项式求值 Y=polyval(P,x) 2) 矩阵多项式求值 polyvalm 6．多项式求根 x=roots(P)

三、实验仪器和设备

1．计算机1台。

四、预习要求

1．复习matlab多项式数值分析函数。 2．复习matlab曲线拟合与多项式计算函数。

五、实验内容及步骤

1．利用matlab提供的rand函数生成30，000个符合均匀分布的随机数，然后检验随机数的性质：

（1） 均值和标准方差；