MATLAB期末论文

MATLAB期末论文班级：物电101班学号：10221107姓名：刘彩梅[摘要]MATLAB是目前在国际上被广泛接受和使用的科学与工程计算软件，其现在的发展已经成为一种数值运算、符号运算、数据可视化、图形界面设计、程序设计、仿真等多功能于一体的集成软件。今天的MATLAB已经不再是仅仅解决矩阵与数值计算的软件，更是一种集数值与符号运算、数据可视化图形表示与图形界面设计、程序设计、仿真等多种功能于一体的集成软件。在国内，随着MATLAB在我国高校的推广和应用，MATLAB已经渐入人心。[关键词]MATLAB矩阵数据可视化运用[正文]MATLAB主要有两种基本的数据运算量：数组和矩阵。在MATLAB中矩阵运算是把矩阵视为一个整体来进行，基本上与线性代数的处理方法一致。矩阵的加减乘除，乘方开方，指数对数等运算，都有一套专门的运算符或运算函数。而对于数组，不论是算术的运算还是关系或逻辑的运算，甚至于调用函数的运算，形式上可以当作整体，有一套有别于矩阵的，完整的运算符和运算函数，但实质上却是针对数组的每个元素施行的。一．MATLAB的特点及应用领域MATLAB把矩阵（或数组）独立地当作一个运算量对待后，向下可以兼容向量和标量，不仅如此，矩阵和数组中的元素可以用复数作基本单元，向下可以包含实数集，在此基础上，还可以概括出一些特点：语言简洁,编程效率高；交互性好，使用方便；强大的绘图能力，便于数据可视化；学科众多，领域广泛的工具箱；开放性好，易于扩充；与C语言和Fortran语言有良好的接口.MATLAB的应用领域十分的广泛如：数据分析；数值与符号计算；工程与科学绘图；控制系统设计；航天工业；汽车工业；生物医学工程；语音处理；图像与数字信号处理；财务、金融分析；建模、仿真及样机开发；新算法研究开发；图形用户界面设计。1.矩阵与数组和基本操作命令1）．矩阵的直接输入矩阵有多种输入方式，这里介绍一种逐一输入矩阵元素的方法。具体做法是，在方括号内逐行键入矩阵各元素，同一行各元素之间用逗号或空格分隔，两行元素之间用分号分隔。例1.在MATLAB的提示符下输入：A=[1,2,3;4,5,6;7,8,9]得到一个3行3列的矩阵，屏幕上显示为A＝1234567892）.矩阵元素矩阵元素用矩阵名及其下标表示。在作了例1的输入后，若键入：A(2,3)屏幕显示ans＝6即矩阵A第2行第3列的元素为6。也可通过改变矩阵的元素来改变矩阵。在例1输入矩阵A后键入：A(3，3)＝10即得一新的矩阵，屏幕会显示A＝12345678103).矩阵的运算矩阵运算的运算符为＋，－，*，／，\，′和^。其中＋，－，*是通常矩阵加法、减法和乘法的运算符。例2.在MATLAB的提示符下分别输入矩阵A和B.A=132-1B=3012求A+B,2A,2A-3B,AB[][]A+Bans=43312*Aans=264-22*B-3*Bans=-761-8A*Bans=665-2因为矩阵加减运算的规则是对应元素相加减，所以参与运算的矩阵必须是同阶矩阵。而数与矩阵的加减乘除的规则一目了然，但矩阵相乘有定义的前提是两矩阵内阶相等。4）逆矩阵的求法定义对于n阶方阵A，如果存在n阶方阵B，使得AB＝BA＝E，则称n阶方阵A是可逆的，而B称为A的逆矩阵，记为A-1。在MATLAB中求逆阵的函数为inv()。例3.在MATLAB的提示符下键入：A＝[1,0,1；2,1,0；-3,2,-5]A＝101210－32－5键入：X＝inv(A)X＝－2.50001-0.50005-113.5000-10.5000二．MATLAB的绘图功能（数据可视化）1）二维图形1.创建图形窗口在Matlab中，绘制的图形被直接输出到一个新的窗口中，这个窗口和命令行窗口是相互独立的，被称为图形窗口。如果当前不存在图形窗口，Matlab的绘图函数会自动建立一个新的图形窗口；如果已存在一个图形窗口，Matlab的绘图函数就会在这个窗口中进行绘图操作；如果已存在多个图形窗口，Matlab的绘图函数就会在当前窗口中进行绘图操作。函数调用方式（1）figure（2）figure('PropertyName',PropertyValue,...)以指定的属性值，创建一个新的图形窗口figure('Name','SimulationPlotWindow','NumberTitle','off')figure('Name','SimulationPlot')scrsz=get(0,'ScreenSize')figure('Position',[scrsz(3)/4scrsz(4)/4scrsz(3)/2scrsz(4)/2])（3）figure(h)如果h已经是图形句柄，则将它代表的图形窗口置为当前窗口；如果h不是图形句柄，但为一正整数，则创建一个图形句柄为h的新的图形窗口。figure(100)h=figure(100)figure(2),set(0,'CurrentFigure',2)2.关闭与清除图形窗口关闭：（1）close关闭当前图形窗口（2）close(h)关闭图形句柄h指定的图形窗口（3）closename关闭图形窗口名name指定的图形窗口（4）closeall关闭除隐含图形句柄的所有图形窗口（5）closeallhidden关闭包括隐含图形句柄在内的所有图形窗口（6）status=close(...)调用close函数正常关闭图形窗口时，返回1；否则返回0。清除图形窗口：（1）clf清除当前图形窗口所有可见的图形对象（2）clfreset清除当前图形窗口所有可见的图形对象，并将窗口的属性设置为默认值。在Matlab中，主要的二维绘图函数如下：（1）plotx轴和y轴均为线性刻度（2）loglogx轴和y轴均为对数刻度（3）semilogxx轴为对数刻度，y轴为线性刻度（4）semilogyx轴为线性刻度，y轴为对数刻度（5）plotyy绘制双纵坐标图形其中，plot是最基本的二维绘图函数，其调用格式有（1）plot(Y)①若Y为实向量，则以该向量元素的下标为横坐标，以Y的各元素值为纵坐标，绘制二维曲线。Y=2*[1:10]plot(Y)②若Y为复数向量，则等效于plot(real(Y),imag(Y))。③若Y为实矩阵，则按列绘制每列元素值相对其下标的二维曲线，曲线的条数等于Y的列数。④若Y为复数矩阵，则按列分别以元素实部和虚部为横、纵坐标绘制多条二维曲线。（2）plot(X,Y)①若X、Y为长度相等的向量，则绘制以X和Y为横、纵坐标的二维曲线。②若X为向量，Y是有一维与X同维的矩阵，则以X为横坐标，与X同维的Y的一维为纵坐标。曲线条数与Y的另一维相同。X=[123]Y=[1234;5678;9101112]plot(X,Y)③若X、Y为同维矩阵，则绘制以X和Y对应的列元素为横、纵坐标的多条二维曲线，曲线条数与矩阵的列数相同。（3）plot(X1,Y1,X2,Y2,...,Xn,Yn)每一对参数Xi和Yi的取值和所绘图形与(2)中相同。（4）plot(X1,Y1,LineSpec,...)以LineSpec指定的属性，绘制所有Xn、Yn对应的曲线。（5）plot(X1,Y1,'PropertyName',PropertyValue,...)对于由plot绘制所有曲线，按照设置的属性值进行绘制。（6）h=plot(...)调用函数plot时，同时返回每条曲线的图形句柄h。例1.二维图形绘制主要使用函数plot。clearall;x=linspace(0,2*pi,100);y1=sin(x);plot(x,y)holdony2=cos(x)plot(x,y)holdoff(2)三维曲面图的绘制：MATLAB绘制网线图和网面图的函数分别是mesh()和surf()，其具体操作步骤是：①用函数meshgrid()生成平面网格点矩阵[X,Y]；②由[X,Y]计算函数数值矩阵Z；③用mesh()绘制网线图，用surf()绘制网面图。绘制椭圆抛物面：clearall,closeall;x=-4:0.2:4;y=x;[X,Y]=meshgrid(x,y);Z=X.^2/9+Y.^2/9;mesh(X,Y,Z);title('椭圆抛物面网线图')figure(2)surf(X,Y,Z);title('椭圆抛物面网面图')绘制阔边帽面：clearall,closeall;x=-7.5:0.5:7.5;y=x;[X,Y]=meshgrid(x,y);R=sqrt(X.^2+Y.^2)+eps;%避开零点，以免零做除数Z=sin(R)./R;mesh(X,Y,Z);title('阔边帽面网线图')figure(2)surf(X,Y,Z);title('阔边帽面网面图')总结现今MATLAB已经渗入到人们的生活中，很多方面都离不开MATLAB的支持及运用。