MATLAB课程设计实验体会

课程设计实验体会学生姓名：李祥胜学生学号：20120704专业班级：光信息科学与技术指导老师：missChen学院：信息工程学院题目:MATLAB学期实验总结MATLAB概念及介绍MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB集成环境主要包括五个部分：MATLAB语言、MATLAB工作环境、句柄图形、MATLAB数学函数库和数学建模、小波分析、MATLABAPI(ApplicationProgramInterface)。MATLAB语言是以数组为基本数据单位，包括控制流程语句、函数、数据结构、输人输出及面向对象等特点的高级语言。利用SIMULINK对系统进行仿真与分析，在进入虚拟实验环境后，不需要书写代码，只需使用鼠标拖动库中的功能模块并将它们连接起来，再按照实验要求修改各元器件的参数。通过虚拟实验环境建立实验仿真电路模型，可使一些枯燥的电路变得有趣味，复杂的波形变得形象生动，使得各种复杂的能量转换过程比较直观地呈现。1.1、MATLAB语言特点及优势1.1.1、语言特点MATLAB被称为第四代计算机语言，利用其丰富的函数资源，使编程人员从繁琐的程序代码中解放出来。MATLAB的最突出的特点就是简洁。MATLAB用更直观的、符合人们思维习惯的代码，代替了C和FORTRAN语言的冗长代码。MATLAB给用户带来的是最直观、最简洁的程序开发环境。以下简单介绍一下MATLAB的主要特点。（1）语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。MATLAB程序书写形式自由，利用其丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。由于库函数都由本领域的专家编写，用户不必担心函数的可靠性。（2)运算符丰富。由于MATLAB是用C语言编写的，MATLAB提供了和C语言几乎一样多的运算符，灵活使用MATLAB的运算符将使程序变得极为简短，具体运算符见附表。（3）MATLAB既具有结构化的控制语句（如for循环、while循环、break语句和if语句），又有面向对象编程的特性。（4）语法限制不严格，程序设计自由度大。例如，在MATLAB里，用户无需对矩阵预定义就可使用。（5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。（6）MATLAB的图形功能强大。在FORTRAN和C语言里，绘图都很不容易，但在MATLAB里，数据的可视化非常简单。MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力。（7)MATLAB的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。由于MATLAB的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。(8)功能强劲的工具箱是MATLAB的另一重大特色。MATLAB包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。其工具箱又可分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能、图示建模仿真功能、文字处理功能以及与硬件实时交互功能。功能性工具箱能用于多种学科。而学科性工具箱是专业性比较强的，如control、toolbox、signalprocessingtoolbox、communicationtoolbox等。这些工具箱都是由该领域内的学术水平很高的专家编写的，所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序，而直接进行高、精、尖的研究。下表列出了MATLAB的核心部分及其工具箱等产品系列的主要应用领域。(9)源程序的开放性。开放性也许是MATLAB最受人们欢迎的特点。除内部函数以外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件，用户可通过对源文件的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱。1.1.2优势（1）友好的工作平台和编程环境MATLAB由一系列工具组成。这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。（2）简单易用的程序语言Matlab一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C＋＋语言基础上的，因此语法特征与C＋＋语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。（3）强大的科学计算机数据处理能力MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C++。在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。（4）出色的图形处理功能MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的MATLAB对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。另外新版本的MATLAB还着重在图形用户界面（GUI）的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。（5）应用广泛的模块集合工具箱1.1.3、MATLAB的功能详解（1）、MATLAB有着强大的功能，可以用来进行多种工作，具体如下：数值分析、数值和符号计算、工程与科学绘图、控制系统的设计与仿真、数字图像处理技术、数字信号处理技术、通讯系统设计与仿真、财务与金融工程等。由于MATLAB功能太多，不可能一一介绍，并且每一个功能涉及内容又很多，（2）、介绍起来比较繁琐，因此我们只以图形处理功能为例，通过对MATLAB图形处理的介绍来展示它的强大功能，并以点代面，进而进一步体现MATLAB的发展现状。（3）、MATLAB提供了大量用于将矢量数据以曲线图形方式进行显示的函数，包括用于实现图标绘制、科学曲线绘制和各种专业数据可视化显示的二维图形绘制函数；用于表示向量场的数据及二元函数的图形表达的三维图形绘制函数；提供了用于图形效果高级处理的相关函数以及图形句柄操作函数；柱状图、饼图和直方图等特殊图形绘制函数；动画制作等丰富的3D可视化功能。1.2、课程实验设计思想我们基于MATLABR2014A。1）展示一些基本的数值计算；2）通过软件展示几例基本的函数；3）应用简单的程序展示信号系统中一些基本性质，并应用图形可视化。1.2.1、GUI图形设计简介1.2.2、建立GUI对象首先打开一个空白的GUI面板，并在其布局编辑器中添加控件1.2.3、修改控件属性1.2.4、MATLAB中excel的调用在某些情况下，题设中给出了一系列数据，如学生成绩单实现成绩情况显示图，我们知道，excel的绘图功能特别强大，尤其是面对此类问题，excel可以根据简单的的公式实现强大的数据运算，所以学会MATLAB和excel结合，会给我们带来很大的帮助。这就需要应用MATLAB与excel的数据交互调用功能，即xlsread调用函数，functionsure_Callback(hObject,eventdata,handles)%导入数据确定按钮[FileName,PathName]=uigetfile({'*.xls'},'Chooseafile');str=[PathName,FileName];set(handles.daoru,'string',str);%显示入可编辑数据导入文本框[data,text_data]=xlsread(str);%读取str并生成新的数组1.2.5、回调函数程序1.2.6、编写程序functionsure_Callback(hObject,eventdata,handles)%导入数据确定按钮[FileName,PathName]=uigetfile({'*.xls'},'Chooseafile');str=[PathName,FileName];set(handles.daoru,'string',str);%显示入可编辑数据导入文本框[data,text_data]=xlsread(str);%读取str并生成新的数组mess1=data(:,1);%访问excel表格第一列set(handles.showI,'string',mess1)%把字符串显示在显示学号列表mess3=data(:,3);%访问excel表格第三列set(handles.showc,'string',mess3)%把字符串显示在显示语文列表mess4=data(:,4);%访问excel列表第四列set(handles.showm,'string',mess4)%把字符串显示在显示数学列表mess5=data(:,5);%访问excel列表第五列set(handles.showe,'string',mess5)%把字符串显示在显示英语列表mess2=text_data(2:end,2);%访问excel列表第二列set(handles.shown,'string',mess2)%把字符串显示在显示名字列表handles.mess2=mess2handles.data=data;%保存数据handles.text=text_data;guidata(hObject,handles);通过举例说明学生成绩管理系统的可以按学号或者姓名查询学生成绩及情况如按学号查询（在学号范围内可以显示成绩，否则显示‘Nothing’），按姓名查询（存在姓名可以显示成绩，否则显示‘Nothi