Malab矩阵操作设计.doc
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1、Matlab应用课程设计任务书学生姓名: 专业班级: 指导教师: 工作单位: 题 目: Matlab矩阵操作设计课程设计目的:Matlab应用课程设计的目的是为了让学生熟悉matlab语言,并且利用matlab语言或者函数族进行专业课程理论知识的再现,让学生体会matlab的强大功能,为今后使用matlab语言奠定基础。课程设计内容和要求利用MATLABmathematics对矩阵操作进行设计,具体包括创建(普通、单位、零)矩阵、矩阵加减、矩阵相乘、矩阵的乘方、矩阵除法、矩阵转置、矩阵点乘、求矩阵的特征值和特征向量、矩阵的变形(reshape)、验证如下函数的功能:all、any、find、i
2、sempty、isequal、xor。要求每个学生单独完成课程设计内容,并写出课程设计说明书、说明书应该包括所涉及到的理论部分和充足的实验结果,给出程序清单,最后通过课程设计答辩。时间安排:序号阶段内容所需时间1方案设计1天2软件设计2天3系统调试1天4答辩1天合 计5天指导教师签名: 年 月 日系主任(或责任教师)签名: 年 月 日I目 录摘 要1Abstract21 要求与基础31.1矩阵操作要求31.2 MATLAB基础32 矩阵操作52.1矩阵创建52.2矩阵加减82.3 矩阵相乘92.4矩阵乘方112.5矩阵除法122.6矩阵转置132.7矩阵点乘152.9矩阵变形173 函数功能验
3、证183.1Any函数183.2All函数193.3Find函数203.4Isequal函数223.5Isempty函数233.6Xor函数234总结和心得255参考文献26 II武汉理工大学matlab应用课程设计摘 要Matlab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
4、辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。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。本次应用设计就是Matlab环境下的一些基本的矩阵操作和函数功能练习,展示了如何方便的用Matlab构造矩阵,获取矩阵的相关信息以及完成矩阵的运算。通过学习如何利用MATLABmathematics对矩阵操作进行设计,为将来迅速进入Matlab工程应用领域打下基础。关键词:Matlab,矩阵操作 AbstractMatlab is released by the
5、American mathworks company mainly face of scientific computing, visualization and interactive program design of the high-tech computing environment. It integrates numerical analysis, matrix calculation, scientific data visualization and nonlinear dynamic system of modeling and simulation, and many o
6、ther strong functions in a windows environment which is easy to use. And it offers a comprehensive solution to scientific research, engineering design, and many fields of science in which there need effective numerical calculation. It gets rid of the traditional interactive program design language (
7、such as C, Fortran) in the edit mode to a large extent, on behalf of the advanced level of current international scientific computing software. Matlab is used to do matrix operations, drawing functions and data, making the algorithm, to create the user interface, to connect other programming languag
8、es, programs, etc., mainly used in engineering calculation ,control design , signal detection ,financial modeling design and analysis, etc. The application design is some basic functions of matrix operations and functions practice under the environment of Matlab, showing how to conveniently use Matl
9、ab to structure matrix, matrix for relevant information, and complete matrix calculations. Learning how to the use the MATLAB-mathematics of matrix operations for design, which give us quick access to Matlab for the future lay the foundation for engineering applications.Key words:Matlab, Matrix oper
10、ations1 要求与基础1.1矩阵操作要求利用MATLABmathematics对矩阵操作进行设计,具体包括创建(普通、单位、零)矩阵、矩阵加减、矩阵相乘、矩阵的乘方、矩阵除法、矩阵转置、矩阵点乘、求矩阵的特征值和特征向量、矩阵的变形(reshape)、验证如下函数的功能:all、any、find、isempty、isequal、xor。说明:用具体的实例说明matlab的各种矩阵操作1.2 MATLAB基础启动Matlab后,进入Matlab的默认桌面(如图1)。第一行为菜单栏,第二行为工具栏,下面是四个最常用的窗口。中间最大的是命令窗口(Command Window),右上方为工作空间窗
11、口(workspace),左边为当前目录窗口(Current Folder),右下方为命令历史窗口(Command History)。左下角还有一个开始(Start)按钮,用于快速启动各类交互界面、桌面工具和帮助等。一、命令窗口(Command Window)是进行Matlab操作最主要的窗口,用于输入运算命令和数据、运行Matlab函数和脚本并显示结果。调出命令窗口:Desktop桌面-Command Window “”为输入函数的提示符(Prompt) ,在提示符后面输入数据或运行函数;类似的符号“%” ,其后面书写的是用于解释的文字,不参与运算。在语句末尾添加分号“;”,可以防止输出结果
12、显示到屏幕上,在创建大矩阵时非常有用。ans是answer的缩写,它是matlab默认的系统变量;clear为清除工作空间中的变量命令;clc为清屏命令;命令行窗口中显示数值计算的结果有一定的格式,默认为短格式(format short),保留小数点后4位有效数字,对于大于1000的数值,使用科学计数法表示。二、命令历史窗口(Command History)用于显示记录matlab启动时间和命令窗口中最近输入的所有matlab指令,可再次执行。调出命令历史窗口:Desktop桌面- Command History 或命令窗口中输入Command History命令。三、工作空间窗口(works
13、pace)由一系列变量组成,可通过使用函数、运行m文件或载入已存在的工作空间来添加变量。用工作空间窗口可以显示每个变量的名称(name)、值(value)、数组大小(size)、字节大小(bytes)和类型(class)。调出工作空间窗口:Desktop桌面-Workspace Who 列出当前工作空间中的所有变量;Whos 列出变量和它们的大小、类型; 可以将工作空间中的部分或全部变量保存到一个二进制文件(.mat)。四、当前目录浏览器(Current Folder)显示当前目录中的所有文件,可以新建文件夹或文件,以及对文件进行排序等操作。调出当前目录浏览器窗口:Desktop菜单-Curr
14、ent Folder或filebrower命令。五、菜单和工具栏菜单和工具栏类似于Word等其他常用软件,列出部分常用菜单和工具栏菜单工具栏使用说明File:New用于创建新的脚步文件、函数文件等File:Import Data将数据导入到Matlab的工作空间File:Save Workspace as将工作空间所有变量和数据保存为数据Mat文件File:Set Path设置Matlab文件搜索路径File:Preference设置Matlab选项,如数据显示格式、字体等Desktop:Desktop Layout窗口布局选项,一般都使用默认(Default)Desktop: Undock将
15、命令行窗口变为独立窗口Help:DemosMatlab功能演示CurrentFolder按钮 设置当前工作目录2 矩阵操作2.1矩阵创建2.1.1 原理介绍1、直接输入法最简单的建立矩阵的方法是在命令窗口直接输入矩阵的元素,比较适合建立较小的矩阵。把矩阵的元素放到一对方括号()内,每行的元素用空格或逗号分隔,每行用分号分隔。建立向量的时候可以利用冒号表达式,冒号表达式可以产生一个行向量,一般格式是: e1:e2:e3,其中e1为初始值,e2为步长,e3为终止值。e2省略时步长为1。2、利用MATLAB函数创建矩阵 基本矩阵函数如下:(1) zeros()函数:产生全为0的矩阵;(2) eye(
16、)函数:产生单位阵;(3) ones()函数:产生全为1的矩阵,ones(n):产生n*n维的全1矩阵,ones(m,n):产生m*n维的全1矩阵;(4) rand()函数:产生在(0,1)区间均匀分布的随机阵;(5) randn()函数:产生均值为0,方差为1的标准正态分布随机矩阵。3、利用m文件建立矩阵当矩阵尺寸较大或为经常使用的数据矩阵,则可以将此矩阵保存为文件,在需要时直接将文件利用load命令调入工作环境中使用即可。同时可以利用命令reshape对调入的矩阵进行重排。reshape(A,m,n),它在矩阵总元素保持不变的前提下,将矩阵A重新排成m*n的二维矩阵。2.1.2 程序设计1
17、.建立向量a=2:52.直接输入A=1,3,5;2,4,6;3,5,73.全零阵函数 zerosB= zeros(5) %生成55全零阵4.单位阵函数 eyeC= eye(5,4) %生成54单位阵D= eye(size(A) %生成与矩阵A相同大小的单位阵5.全1阵函数 onesE= ones(4,5) %生成45全1阵F= ones(size(A) %生成与矩阵A相同大小的全1阵6.(0,1)区间均匀分布的随机矩阵函数 rand G= rand(3) %生成33的随机矩阵7. 均值为0,方差为1的标准正态分布随机矩阵函数 randnH= randn(3) %生成33的随机矩阵2.1.3输出
18、结果1.向量a = 2 3 4 52.直接输入A = 1 3 5 2 4 6 3 5 73.全零阵B = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 04.单位阵C = 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0D = 1 0 0 0 1 0 0 0 15.全1阵E = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1F = 1 1 1 1 1 1 1 1 16.(0,1)区间均匀分布的随机矩阵G = 0.7577 0.6555 0.0318 0.7431 0.1712 0.2
19、7690.3922 0.7060 0.04627. 均值为0,方差为1的标准正态分布随机矩阵H = -2.9443 -0.7549 -0.1022 1.4384 1.3703 -0.2414 0.3252 -1.7115 0.31922.2矩阵加减2.2.1原理介绍假定有两个矩阵A和B,则可以由A+B和A-B实现矩阵的加减运算。运算规则是:若A和B矩阵的维数相同,则可以执行矩阵的加减运算,A和B矩阵的相应元素相加减。如果A与B的维数不相同,则MATLAB将给出错误信息,提示用户两个矩阵的维数不匹配。如果A和B中有一个为标量,则将矩阵中每一个元素和该标量进行加减运算。【语法格式】C=A+B或C=
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