授课时数： 4 学时
教学内容：
《MATLAB 与数值分析》课程教学大纲
电磁场与无线技术、电波传播与天线专业
、课程性质和目标
学科基础课
本课程主要介绍 MATLAB 软件平台的使用和编程技巧、数值计算方法的基础理论和
基本算法，并在通用软件平台 MATLABh 开展教学。通过该课程的学习，学生应了解MATLAB 软件平 台
的基本特性、数值计算方法的基础理论，掌握
MATLAB 勺使用、MATLAB 的编程技巧和数值计算的
基本方法，具备MATLAB^件平台的熟练编程能力和数值求解算法的
MATLAB^程实现的能力。
二、课程内容安排和要求 (一)教学内容、要求及教学方法
本课程课堂教学内容主要包括两大部分： MATLAB 软件平台及编程；数值分析基础理论与基本
算法。
1. MATLAB 软件平台及编程
(1) MATLAB 既论
教学内容：
1) MATLAB^件平台简介
MATLAB 软件平台的历程、影响、特点和功能等的介绍。 2) MATLAB^件平台入门
MATLAB 软件平台的命令窗口、当前目录浏览器窗口、工作空间浏览器窗口、历史命令窗 口和数组编辑器窗口等
的介绍。
3) MATLA 啲常量、运算符和基本操作
MATLAB 使用的常量值、各种运算符、基本操作命令和帮组命令与帮助窗口等的介绍， 并以范例形式加以说明。
教学要求：
熟悉和了解 MATLAB^件平台，掌握 MATLAB 勺常量、运算符和基本操作。
(2) MATLABi 础知识
课程编号： 02072006
适用专业：电子信息工程、信息对抗技术、
学 时 数： 56
学 分 数： 3.5 开课学期：第 3 学期
先修课程：高等数学，线性代数， C 语言与高级程序设计
执 笔 者：程建
编写日期： 2012.04
审核人：吕明
授课对象： 本科生 课程类别： 教学目标：
授课时数： 2 学时
授课时数： 4 学时
教学内容：
1) MATLA 啲数组与矩阵 数组与矩阵的概念；数组或矩阵元素的标识、访问与赋值；数组与矩阵的输入法；矩阵的 特
有运算。
2) 字符串和符号矩阵 字符串变量和函数求值；符号变量；符号矩阵的创建方法；符号矩阵的运算；符号矩阵运 算中
特有命令的应用。
3) 多项式及其运算 多项式运算函数；多项式运算举例。
教学要求：
熟悉和了解MATLAB 勺字符串、符号矩阵和多项式的操作和运算， 掌握MATLAB 勺数组与矩
阵的操作和运算。
(3) MATLAB^序设计
教学内容：
(4) MATLAB^据的图形表示
教学内容：
1) MATLABT 维绘图
基本二维绘图；特殊的二维绘图函数；填充多边形。
2) MATLABE 维绘图 三维图形的基本函数；绘制三维折线及曲线；绘制三维网格曲面。
教学要求：
掌握MATLAB 的二维绘图和三维绘图指令和编程技巧，了解 维绘图的应用。
5) Simulink 建模与仿真基础
授课时数：
2 学时
M 文件及函数编写
M 文件的特点和编写技巧；
MATLAB 的函数特点和编写技巧；参数与变量；数据类型。
程序结构
MATLAB 的选择结构；MATLAB 勺循环结构。 程序终止与异常
MATLAB^序的终止控制；MATLAB 程序的异常处理。
教学要求：
掌握 M 文件和函数的编写，掌握 MATLAB 的数据类型和程序结构，了解 MATLAB 程序 的终止控制和异常处理语句。
1) 2) 3)
授课时数：
2 学时
MATLAB 的二维绘图和三
1） Simulink 的基本操作与模型窗口
介绍 Simulink 的启动、 Simulink 模型库的打开、 Simulink 仿真模型建立、仿真参数设置等 基本操作，以及模型窗口的组成和功能等。
2）模型创建与系统仿真 介绍模型创建的基本操作、信号线的操作、模型的文本注释， 数设置，以及复杂系统的仿真与分
析。
3）子系统创建与封装 介绍子系统的创建、条件执行子系统，以及子系统的封装。 4）用MATLAB 命令创建和运行 Simulink 模型
介绍用MATLAB 命令创建Simulink 模型的相关指令、模块和信号线添加的相关指令、模块 参数与属性的操作指令等，以及用 MATLAB 命令运行Simulink 模型的操作等。
教学要求：
熟悉和了解 Simulink 的基本操作与模型窗口功能， 掌握模型创建与系统仿真的基本方法、 子系统创建与封装的基本方法，了解用
MATLAB 命令创建和运行Simulink 模型。
2. 数值分析基础理论与基本算法
1）数值计算的基本概念
授课时数： 3 学时 教学内容：
1） 数值分析简介 数值分析的原理和基本思想介绍；应用实例分析。
2） 误差与有效数字 误差、误差限、相对误差、相对误差限和有效数字的定义及相互关系；误差的来源和误差
的基本特性；误差的计算（估计）的基本方法。
3） 算法的适定性问题与 MATLAB 中的数值计算精度 数值分析中的病态和不稳定性问题介绍； 病态问题和不稳定算法的
实例分析； 避免误差危
害的若干原则；MATLAB 中的数值计算精度。 教学要求：
熟悉和了解数值分析的基本概念， 掌握误差分析的基本方法， 了解数值计算算法设计中应 当关注的基本问题。
2）线性方程组的数值方法
教学内容：
1） 高斯消元法
高斯消元法；主元方式的高斯消元法；
MATLAB 函数实现。
2） 矩阵分解
矩阵LU 分解的一般计算公式；利用LU 分解的线性方程组求解方法；Cholesky 分解；MATLAB 函数实现。
3） 向量范数与矩阵范数 向量范数及其性质；矩阵函数及其性质；常用范数形式； 4） 线性方程组的迭代法求解
仿真模型库的基本模块和参
授课时数： 6 学时
MATLAB 函数实现。
授课时数：
4 学时
Jacobi 迭代法；高斯_赛德尔迭代法；MATLAB 函数实现；迭代法的收敛性。 5) 方程组的病态问题与误差分析 线性方程组解的误差分析；条件数和方程组的病态性。 6) 方阵的特征值和特征向量的计算 方阵特征方程的求解法；计算特征值和特征向量的迭代法；
教学要求： 理解各种线性方程组数值求解， 掌握求解方法和解的误差分析方法， 掌握方阵的特征值和 特征向量的数值求解方法，能 MATLAB 编程实现求
解算法。
3) 函数的数值逼近
4) 数值积分
教学内容：
1) 插值型求积公式 线性和二次求积公式；求积公式的代数精度；插值型求积公式；
公式的误差分析。
2) 复化求积公式
牛顿 -科特斯求积公式；几个低次牛顿 - 科特斯求积公式；复化矩形公式；复化梯形公式； 复化Simpson 公式；MATLAB 函数实现。
3) 高斯求积公式 高精度求积公式；高斯点的基本特性；高斯求积公式；
教学要求： 了解各种数值积分方法的思路；掌握数值积分及误差分析方法； 分算法。
5) 常微分方程初值问题
MATLAB 函数实现。
授课时数： 5 学时
教学内容：
1) 代数多项式插值问题 插值多项式的存在唯一性；插值基函数和插值多项式
的一般形式；
式插值的Runge 现象；MATLAB 函数实现。
2) 插值的误差分析； 多项
分段低次插值
分段线性插值；Hermite 插值和分段 Hermite 插值；MATLAB 函数实现。 三次样条
插值
样条插值的定义；三次样条函数的计算； 曲线拟合的最小二乘法 曲线拟合的最小二乘法法；多项式拟合方法；
教学要求： 了解插值和曲线拟合方法的思路，掌握插值和曲线拟合及误差分析方法，能 实现插值和拟合算法。
3)
4) MATLAB 中的插值函数。
MATLAB 中的多项式拟合函数; MATLAB 编程
授课时数： 4 学时
MATLAB 函数实现；求积
MATLAB 中的数值积分函数。
MATLAB 编程实现数值积
6）非线性方程求解
教学内容：
1） 非线性方程的求解方法 非线性方程求解的基本原理；二分法、黄金分割法、迭代法、牛顿法。 2） 求解非线性方程数值解的 MATLAB 编程实现 代数方程求根指令；求函数零点指令。
教学要求：
了解非线性方程数值求解方法的思路；掌握非线性方程求解的基本原理和基本方法，能
MATLAB 编程实现算法。 7）课程总结
教学内容：
对课程教学内容进行归纳总结。
二）自学内容和要求
1. MATLAB 软件及编程
复习或自学 MATLAB 软件使用方法、自学 MATLAB 软件的工具箱使用方法，能使用 MATLAB
编程完成数值分析算法的程序设计。
2. 课程设计 基本要求：
针对 MATLAB 编程、 Simulink 建模与仿真和数值分析的基本理论应用与仿真等相关内容 进行课外的课题设计、实现和总结报告， 提高学生对实际问题的分析能力、 实现能力和文档编 写能力。
命题形式：
（ 1）任课教师命题
2）学生自主命题
考查方式：
教学内容：
欧拉方法
基本理论和方程离散化；欧拉方法；改进的欧拉方法； 稳定性与收敛性分析
欧拉方法的稳定性；欧拉方法的收敛性及收敛速度。
龙格- 库塔法 二阶龙格-库塔公式；三阶龙格-库塔公式；MATLAB 函数实现。 教学要求：
了解常微分方程初值问题数值求解方法的思路； 掌握欧拉及改进欧拉方法和龙格 -库塔法， 能MATLAB 编程实现算法，并进行算法的稳定性和收敛性分析。
1） 2） 3）
MATLAB 函数实现。
授课时数： 3 学时
授课时数： 1 学时
1）设计、分析与总结报告
（2） MATLAB 编程实现代码和仿真图 （三）实践性教学环节和要求
1. MATLAB 软件平台与MATLA 程序设计实验
学时数： 4 学时 实验项目勺性质和任务：
通过上机编程实验， 使学生熟悉对 MATLAB^件平台的使用，使学生掌握 MATLAB 勺编程技 巧，让学生对
MATLAB 软件平台在科学计算中的重要作用有深入了解。
实验题目涉及知识点：
MATLAB^件平台的基本操作、
实验要求：
能熟练操作MATLAB 软件平台，
2. Simulink 仿真实验 学时数： 4 学时 实验项目勺性质和任务： 通过上机编程实验，使学生对
3. 线性方程组求解和函数数值逼近方法实验 学时数： 4 学时 实验项目的性质和
任务：
通过上机编程实验， 使学生对数值分析的病态问题、线性方程组求解、 向量求解和函数的数值逼近方法有初步理解。
实验题目涉及知识点： 病态方程求解、矩阵分解和方程组求解、矩阵特征值与特征向量求解、 数据的多项式曲线拟合。 实验要求：
能完成算法设计和 MATLAB^程，并对实验结果进行分析。
4．数值求积、常微分方程和非线性方程求解方法实验
学时数： 4 学时 实验项目勺性质和任务： 通过上机实验， 使学生熟悉和掌握数值积分、 常微分方程和非线性方程求解知识及编程实 现方法。 实验题目涉及知识点：
数值积分、常微分方程和非线性方程数值求解。
完成复杂系统勺建模和仿真， 实验题目涉及知识点： Simulink 勺基本操作、 实验要求： 能熟练操作 Simulink 使用子系统。
能根据实际问题需求完成子系统创建和封装。 模型库、复杂系统建模与仿真、子系统创建和封装。 和使用模型库勺相关模块，能完成复杂系统建模与仿真，并能灵活 M 文件编写、MATLA 醉序设计。
能利用 M 文件完成MATLAB 勺程序设计。
Simulink 的重要作用和模型库有深入了解，能利用模型库 矩阵特征值与特征
Lagrange 插值和
实验要求：
能完成算法设计和 MATLAB 编程，并对实验结果进行分析。
三、考核方式 平时成绩 +上机实验 +课程设计 +课程考试（开卷） 成绩比例：
平时成绩 +上机实验 30%
四、建议教材及参考资料
1. 教材
《MATLAB 数值计算方法》，张德丰等编著，机械工业出版社,
课程设计 20% 课程考试
50%
2. 参考资料 《数值计算引论》 ，白峰杉，高等教育出版社，
《科学计算引论一基于 MATLAB 勺数值分析》，Shoichiro Nakamura ,电子工业出版社, 《数值分析基础教程》 ，李庆杨，高等教育出版社，
2004。
2001。
2002。
2010。
电子科技大学电子工程学院标准实验报告（实验）课程名称MATLAB与数值分析 学生姓名：李培睿 学号：2013020904026 指导教师：程建
一、实验名称 《MATLAB与数值分析》第一次上机实验 二、实验目的 1. 熟练掌握矩阵的生成、加、减、乘、除、转置、行列式、逆、范数等运算 操作。（用.m文件和Matlab函数编写一个对给定矩阵进行运算操作的程序） 2. 熟练掌握算术符号操作和基本运算操作，包括矩阵合并、向量合并、符号 转换、展开符号表达式、符号因式分解、符号表达式的化简、代数方程的符号解析解、特征多项式、函数的反函数、函数计算器、微积分、常微分方程的符号解、符号函数的画图等。（用.m文件编写进行符号因式分解和函数求反的程序） 3. 掌握Matlab函数的编写规范。 4、掌握Matlab常用的绘图处理操作，包括：基本平面图、图形注释命令、 三维曲线和面的填充、三维等高线等。（用.m文件编写在一个图形窗口上绘制正弦和余弦函数的图形，并给出充分的图形注释） 5. 熟练操作MATLAB软件平台，能利用M文件完成MATLAB的程序设计。 三、实验内容 1. 编程实现以下数列的图像，用户能输入不同的初始值以及系数。并以x， y为坐标显示图像 x(n+1) = a*x(n)-b*(y(n)-x(n)^2); y(n+1) = b*x(n)+a*(y(n)-x(n)^2) 2. 编程实现奥运5环图，允许用户输入环的直径。 3. 实现对输入任意长度向量元素的冒泡排序的升序排列。不允许使用sort 函数。 四、实验数据及结果分析 题目一： ①在Editor窗口编写函数代码如下：
MATLAB数值计算 MATLAB数值计算 (1) 1创建矩阵 (3) 1.1直接输入 (3) 1.2向量 (3) 1.2.1linspace：线性分布 (3) 1.2.2冒号法 (3) 1.3函数创建 (4) 1.3.1eye:单位矩阵 (4) 1.3.2rand：随机矩阵 (4)
1.3.3zeros：全0矩阵 (4) 1.3.4ones：全1矩阵 (5) 2矩阵运算 (5) 2.1加减 (5) 2.1.1[M×N]±[M×N] (5) 2.2乘 (6) 2.2.1[M×N]*a (6) 2.2.2[M×N]*[N×M] (6) 2.3乘方 (7) 2.3.1[M×M]^a (7) 2.3.2a^[M×M] (7) 2.4特殊运算 (8) 2.4.1求逆inv (8) 2.4.2行列式det (8) 2.4.3特征值eig (8) 2.4.4转置'和.' (9) 2.4.5变形reshape (10) 2.4.6翻转rot90,fliplr,flipud (11) 2.4.7抽取diag,tril,triu (12) 2.5数组运算 (12) 2.5.1乘 (12) [M×N].*[M×N] (12) 2.5.2除 (13) [M×N]./[M×N] (14) [M×N].\[M×N] (14) 2.5.3乘方 (14) [M×N].^[M×N] (15) a.^[M×N] (15) 2.6除法 (15) 2.6.1求解线性方程组 (15) 3多项式 (16) 3.1系数表示法poly (16) 3.2求根roots (16) 3.3乘法conv (16) 3.4除法deconv (17) 3.5求值polyval (17) 3.6微分polyder (18)
第2章牛顿插值法实现 参考文献：[1]岑宝俊. 牛顿插值法在凸轮曲线修正设计中的应用[J]. 机械工程师,2009,10:54-55. 求牛顿插值多项式和差商的MA TLAB 主程序： function[A,C,L,wcgs,Cw]=newpoly(X,Y) n=length(X);A=zeros(n,n);A(:,1) =Y'; s=0.0;p=1.0;q=1.0;c1=1.0; for j=2:n for i=j:n A(i,j)=(A(i,j-1)-A(i-1,j-1))/(X(i)-X(i-j+1)); end b=poly(X(j-1));q1=conv(q,b);c1=c1*j;q=q1; end C=A(n,n);b=poly(X(n));q1=conv(q1,b); for k=(n-1):-1:1 C=conv(C,poly(X(k)));d=length(C);C(d)=C(d)+A(k,k); end L(k,:)=poly2sym(C);Q=poly2sym(q1); syms M wcgs=M*Q/c1;Cw=q1/c1; （1）保存名为newpoly.m 的M 文件 （2）输入MA TLAB 程序 >> X=[242,243,249,250]; >> Y=[13.681,13.526,13.098,13.095]; >> [A,C,L,wcgs,Cw]=newpoly(X,Y) 输出3阶牛顿插值多项式L 及其系数向量C 差商的矩阵A ，插值余项wcgs 及其 ) ()()1(ξ+n n f x R 的系数向量Cw 。 A = 13.6810 0 0 0 13.5260 -0.1550 0 0 13.0980 -0.0713 0.0120 0 13.0950 -0.0030 0.0098 -0.0003 C = 1.0e+003 *
Matlab作业3（数值分析） 机电工程学院（院、系）专业班组 学号姓名实验日期教师评定 1.计算多项式乘法(x2+2x+2)(x2+5x+4)。 答： 2. （1）将(x-6)(x-3)(x-8)展开为系数多项式的形式。（2）求解在x=8时多项 式(x-1)(x-2) (x-3)(x-4)的值。 答：（1） （2）
3. y=sin(x)，x从0到2π，?x=0.02π，求y的最大值、最小值、均值和标准差。 4.设ｘ＝[0.00.30.8 1.1 1.6 2.3]'，y=[0.500.82 1.14 1.25 1.35 1.40]'，试求二次多项式拟合系数，并据此计算x1=[0.9 1.2]时对应的y1。解：x=[0.0 0.3 0.8 1.1 1.6 2.3]'; %输入变量数据x y=[0.50 0.82 1.14 1.25 1.35 1.40]'; %输入变量数据y p=polyfit(x,y,2) %对x,y用二次多项式拟合,得到系数p x1=[0.9 1.2]; %输入点x1 y1=polyval(p,x1) %估计x1处对应的y1 p = -0.2387 0.9191 0.5318 y1 = a) 1.2909
5.实验数据处理：已知某压力传感器的测试数据如下表 p为压力值，u为电压值，试用多项式 d cp bp ap p u+ + + =2 3 ) ( 来拟 合其特性函数，求出a,b,c,d，并把拟合曲线和各个测试数据点画在同一幅图上。解： >> p=[0.0,1.1,2.1,2.8,4.2,5.0,6.1,6.9,8.1,9.0,9.9]; u=[10,11,13,14,17,18,22,24,29,34,39]; x=polyfit(p,u,3) %得多项式系数 t=linspace(0,10,100); y=polyval(x,t); %求多项式得值 plot(p,u,'*',t,y,'r') %画拟和曲线 x = 0.0195 -0.0412 1.4469 9.8267
数值分析作业(1) 1：思考题（判断是否正确并阐述理由） （a）一个问题的病态性如何，与求解它的算法有关系。 (b)无论问题是否病态，好的算法都会得到它好的近似解。 (c)计算中使用更高的精度，可以改善问题的病态性。 (d)用一个稳定的算法计算一个良态问题，一定会得到他好的近似解。 (e)浮点数在整个数轴上是均匀分布。 (f)浮点数的加法满足结合律。 (g)浮点数的加法满足交换律。 (h)浮点数构成有效集合。 (i)用一个收敛的算法计算一个良态问题，一定得到它好的近似解。√2: 解释下面Matlab程序的输出结果 t=0.1; n=1:10; e=n/10-n*t 3：对二次代数方程的求解问题 20 ++= ax bx c 有两种等价的一元二次方程求解公式
2224b x a c x b ac -±==- 对 a=1，b=-100000000，c=1，应采用哪种算法？ 4：函数sin x 的幂级数展开为： 357 sin 3!5!7! x x x x x =-+-+ 利用该公式的Matlab 程序为 function y=powersin(x) % powersin. Power series for sin(x) % powersin(x) tries to compute sin(x)from a power series s=0; t=x; n=1; while s+t~=s; s=s+t; t=-x^2/((n+1)*(n+2))*t n=n+2; end
（a ） 解释上述程序的终止准则； （b ） 对于x=/2π、x=11/2π、x =21/2π，计算的精度是多少？分别需 要计算多少项？ 5:指数函数的幂级数展开 2312!3!x x x e x =+++ + 根据该展开式，编写Matlab 程序计算指数函数的值，并分析计算结果（重点分析0x <的计算结果）。
列主元法 function lianzhuyuan(A,b) n=input('请输入n:') %选择阶数A=zeros(n,n); %系数矩阵A b=zeros(n,1); %矩阵b X=zeros(n,1); %解X for i=1:n for j=1:n A(i,j)=(1/(i+j-1)); %生成hilbert矩阵A end b(i,1)=sum(A(i,:)); %生成矩阵b end for i=1:n-1 j=i; top=max(abs(A(i:n,j))); %列主元 k=j; while abs(A(k,j))~=top %列主元所在行 k=k+1; end for z=1:n %交换主元所在行a1=A(i,z); A(i,z)=A(k,z); A(k,z)=a1; end a2=b(i,1); b(i,1)=b(k,1); b(k,1)=a2; for s=i+1:n %消去算法开始m=A(s,j)/A(i,j); %化简为上三角矩阵 A(s,j)=0; for p=i+1:n A(s,p)=A(s,p)-m*A(i,p); end b(s,1)=b(s,1)-m*b(i,1); end end X(n,1)=b(n,1)/A(n,n); %回代开始 for i=n-1:-1:1 s=0; %初始化s for j=i+1:n s=s+A(i,j)*X(j,1);
end X(i,1)=(b(i,1)-s)/A(i,i); end X 欧拉法 clc clear % 欧拉法 p=10; %贝塔的取值 T=10; %t取值的上限 y1=1; %y1的初值 r1=1; %y2的初值 %输入步长h的值 h=input('欧拉法please input number(h=1 0.5 0.25 0.125 0.0625):h=') ; if h>1 or h<0 break end S1=0:T/h; S2=0:T/h; S3=0:T/h; S4=0:T/h; i=1; % 迭代过程 for t=0:h:T Y=(exp(-t)); R=(1/(p-1))*exp(-t)+((p-2)/(p-1))*exp(-p*t); y=y1+h*(-y1); y1=y; r=r1+h*(y1-p*r1); r1=r; S1(i)=Y; S2(i)=R; S3(i)=y; S4(i)=r; i=i+1; end t=[0:h:T]; % 红线为解析解，'x'为数值解 plot(t,S1,'r',t,S3,'x')
第6章 MATLAB 数值计算 例6.1 求矩阵A 的每行及每列的最大和最小元素，并求整个矩阵的最大和最小元素。 1356 78256323578255631 01-???? -? ?=???? -??A A=[13,-56,78;25,63,-235;78,25,563;1,0,-1]; max(A,[],2) %求每行最大元素 min(A,[],2) %求每行最小元素 max(A) %求每列最大元素 min(A) %求每列最小元素 max(max(A)) %求整个矩阵的最大元素。也可使用命令：max(A(:)) min(min(A)) %求整个矩阵的最小元素。也可使用命令：min(A(:)) 例6.2 求矩阵A 的每行元素的乘积和全部元素的乘积。 A=[1,2,3,4;5,6,7,8;9,10,11,12]; S=prod(A,2) prod(S) %求A 的全部元素的乘积。也可以使用命令prod(A(:)) 例6.3 求向量X =(1！，2！，3！，…，10！)。 X=cumprod(1:10) 例6.4 对二维矩阵x ，从不同维方向求出其标准方差。 x=[4,5,6;1,4,8] %产生一个二维矩阵x y1=std(x,0,1) y2=std(x,1,1) y3=std(x,0,2) y4=std(x,1,2) 例6.5 生成满足正态分布的10000×5随机矩阵，然后求各列元素的均值和标准方差，再求这5列随机数据的相关系数矩阵。 X=randn(10000,5); M=mean(X) D=std(X) R=corrcoef(X)
例6.6 对下列矩阵做各种排序。 185412613713-?? ??=?? ??-?? A A=[1,-8,5;4,12,6;13,7,-13]; sort(A) %对A 的每列按升序排序 -sort(-A,2) %对A 的每行按降序排序 [X,I]=sort(A) %对A 按列排序，并将每个元素所在行号送矩阵I 例6.7 给出概率积分 2 (d x x f x x -? e 的数据表如表6.1所示，用不同的插值方法计算f (0.472)。 x=0.46:0.01:0.49; %给出x ，f(x) f=[0.4846555,0.4937542,0.5027498,0.5116683]; format long interp1(x,f,0.472) %用默认方法，即线性插值方法计算f(x) interp1(x,f,0.472,'nearest') %用最近点插值方法计算f(x) interp1(x,f,0.472,'spline') %用3次样条插值方法计算f(x) interp1(x,f,0.472,'cubic') %用3次多项式插值方法计算f(x) format short 例6.8 某检测参数f 随时间t 的采样结果如表6.2，用数据插值法计算t =2，7，12，17，22，17，32，37，42，47，52，57时的f 值。 T=0:5:65; X=2:5:57;
MATLAB与数值分析课程总结 姓名：董建伟 学号：2015020904027 一：MATLAB部分 1.处理矩阵－容易 矩阵的创建 （1）直接创建注意 a中括号里可以用空格或者逗号将矩阵元素分开 b矩阵元素可以是任何MATLAB表达式，如实数复数等 c可以调用赋值过的任何变量，变量名不要重复，否则会被覆盖 （2）用MATLAB函数创建矩阵如：a空阵［］ b rand/randn——随机矩阵 c eye——单位矩阵 d zeros ——0矩阵 e ones——1矩阵 f magic——产生n阶幻方矩阵等 向量的生成 （1）用冒号生成向量 （2）使用linspace和logspace分别生成线性等分向量和对 数等分向量 矩阵的标识和引用 （1）向量标识 （2）“0 1”逻辑向量或矩阵标识 （3）全下标，单下标，逻辑矩阵方式引用 字符串数组 （1）字符串按行向量进行储存 （2）所有字符串用单引号括起来 （3）直接进行创建 矩阵运算 （1）注意与数组点乘，除与直接乘除的区别，数组为乘方对应元素的幂
（2）左右除时斜杠底部靠近谁谁是分母 （3）其他运算如，inv矩阵求逆，det行列式的值, eig特征值，diag 对角矩阵 2.绘图－轻松 plot－绘制二维曲线 （1）plot(x)绘制以x为纵坐标的二维曲线 plot(x,y) 绘制以x为横坐标，y为纵坐标的二维曲线 x,y为向量或矩阵 （2）plot（x1,y1,x2,y2，。。。。。。）绘制多条曲线，不同字母代替不同颜色:b蓝色，y黄色，r红色，g绿色 （3）hold on后面的pl ot图像叠加在一起 hold off解除hold on命令，plot将先冲去窗口已有图形（4）在hold后面加上figure，可以绘制多幅图形 （5）subplot在同一窗口画多个子图 三维图形的绘制 (1)plot3(x,y,z,’s’) s是指定线型，色彩，数据点形的字 符串 (2)［X,Y］＝meshgrid(x,y)生成平面网格点 (3)mesh(x,y,z，c)生成三维网格点，c为颜色矩阵 (4)三维表面处理mesh命令对网格着色，surf对网格片着色 (5)contour绘制二维等高线 (6)axis(［x1,xu,y1,yu］)定义x,y的显示范围 3．编程－简洁 （1）变量命名时可以由字母，数字，下划线，但是不得包含空格和标点 （2）最常用的数据类型只有双精度型和字符型，其他数据类型只在特殊条件下使用 （3）为得到高效代码，尽量提高代码的向量化程度，避免使用循环结构
（Hilbert 矩阵）病态线性方程组的求解 理论分析表明，数值求解病态线性方程组很困难。考虑求解如下的线性方程组的求解Hx = b ，期中H 是Hilbert 矩阵，()ij n n H h ?=，11 ij h i j = +-，i ，j = 1,2，…，n 1. 估计矩阵的2条件数和阶数的关系 2. 对不同的n ，取(1,1,,1)n x =∈K ?，分别用Gauss 消去，Jacobi 迭代，Gauss-seidel 迭 代，SOR 迭代和共轭梯度法求解，比较结果。 3. 结合计算结果，试讨论病态线性方程组的求解。 第1小题： condition.m %第1小题程序 t1=20;%阶数n=20 x1=1:t1; y1=1:t1; for i=1:t1 H=hilb(i); y1(i)=log(cond(H)); end plot(x1,y1); xlabel('阶数n'); ylabel('2-条件数的对数（log(cond(H)）'); title('2-条件数的对数（log(cond(H)）与阶数n 的关系图'); t2=200;%阶数n=200 x2=1:t2; y2=1:t2; for i=1:t2 H=hilb(i); y2(i)=log(cond(H)); end plot(x2,y2); xlabel('阶数n'); ylabel('2-条件数的对数（log(cond(H)）'); title('2-条件数的对数（log(cond(H)）与阶数n 的关系图'); 画出Hilbert 矩阵2-条件数的对数和阶数的关系
n=200时 n=20时 从图中可以看出， 1）在n小于等于13之前，图像近似直线 log（cond（H））~1.519n-1.833 2）在n大于13之后，图像趋于平缓，并在一定范围内上下波动，同时随着n的增加稍有上升的趋势 第2小题： solve.m%m第2小题主程序 N=4000;
MATLAB 编程题库 1.下面的数据表近似地满足函数2 1cx b ax y ++=，请适当变换成为线性最小二乘问题，编程求最好的系数c b a ,,，并在同一个图上画出所有数据和函数图像. 625 .0718.0801.0823.0802.0687.0606.0356.0995 .0628.0544.0008.0213.0362.0586.0931.0i i y x ---- 解： x=[-0.931 -0.586 -0.362 -0.213 0.008 0.544 0.628 0.995]'; y=[0.356 0.606 0.687 0.802 0.823 0.801 0.718 0.625]'; A=[x ones(8,1) -x.^2.*y]; z=A\y; a=z(1); b=z(2); c=z(3); xh=-1:0.1:1; yh=(a.*xh+b)./(1+c.*xh.^2); plot(x,y,'r+',xh,yh,'b*')
2.若在Matlab工作目录下已经有如下两个函数文件，写一个割线法程序，求出这两个函数 10 的近似根，并写出调用方式： 精度为10 解： >> edit gexianfa.m function [x iter]=gexianfa(f,x0,x1,tol) iter=0; while(norm(x1-x0)>tol) iter=iter+1; x=x1-feval(f,x1).*(x1-x0)./(feval(f,x1)-feval(f,x0)); x0=x1;x1=x; end >> edit f.m function v=f(x) v=x.*log(x)-1; >> edit g.m function z=g(y) z=y.^5+y-1; >> [x1 iter1]=gexianfa('f',1,3,1e-10) x1 = 1.7632 iter1 = 6 >> [x2 iter2]=gexianfa('g',0,1,1e-10) x2 = 0.7549 iter2 = 8
第二讲MATLAB的数值分析 2-1矩阵运算与数组运算 矩阵运算和数组运算是MATLAB数值运算的两大类型，矩阵运算是按矩阵的运算规则进行的，而数组运算则是按数组元素逐一进行的。因此，在进行某些运算（如乘、除）时，矩阵运算和数组运算有着较大的差别。在MATLAB中，可以对矩阵进行数组运算，这时是把矩阵视为数组，运算按数组的运算规则。也可以对数组进行矩阵运算，这时是把数组视为矩阵，运算按矩阵的运算规则进行。 1、矩阵加减与数组加减 矩阵加减与数组加减运算效果一致，运算符也相同，可分为两种情况： （1）若参与运算的两矩阵（数组）的维数相同，则加减运算的结果是将两矩阵的对应元素进行加减，如 A=[1 1 1;2 2 2;3 3 3]; B=A; A+B ans= 2 2 2 4 4 4 6 6 6 （2）若参与运算的两矩阵之一为标量（1*1的矩阵），则加减运算的结果是将矩阵（数组）的每一元素与该标量逐一相加减，如 A=[1 1 1;2 2 2;3 3 3]; A+2 ans= 3 3 3 4 4 4 5 5 5 2、矩阵乘与数组乘 （1）矩阵乘 矩阵乘与数组乘有着较大差别，运算结果也完全不同。矩阵乘的运算符为“*”，运算是按矩阵的乘法规则进行，即参与乘运算的两矩阵的内维必须相同。设A、B为参与乘运算的 =A m×k B k×n。因此，参与运两矩阵，C为A和B的矩阵乘的结果，则它们必须满足关系C m ×n 算的两矩阵的顺序不能任意调换，因为A*B和B*A计算结果很可能是完全不一样的。如：A=[1 1 1;2 2 2;3 3 3]; B=A;
A*B ans= 6 6 6 12 12 12 18 18 18 F=ones(1,3); G=ones(3,1); F*G ans 3 G*F ans= 1 1 1 1 1 1 1 1 1 （2）数组乘 数组乘的运算符为“.*”，运算符中的点号不能遗漏，也不能随意加空格符。参加数组乘运算的两数组的大小必须相等（即同维数组）。数组乘的结果是将两同维数组（矩阵）的对应元素逐一相乘，因此，A.*B和B.*A的计算结果是完全相同的，如： A=[1 1 1 1 1;2 2 2 2 2;3 3 3 3 3]; B=A; A.*B ans= 1 1 1 1 1 4 4 4 4 4 9 9 9 9 9 B.*A ans= 1 1 1 1 1 4 4 4 4 4 9 9 9 9 9 由于矩阵运算和数组运算的差异，能进行数组乘运算的两矩阵，不一定能进行矩阵乘运算。如 A=ones(1,3); B=A; A.*B ans= 1 1 1 A*A ???Error using= =>
数值分析matlab实现高斯消元法： function[RA,RB,n,X]=gaus(A,b) B=[A b];n=length(b);RA=rank(A); RB=rank(B);zhica=RB-RA; if zhica>0, disp('请注意：因为RA~=RB，所以此方程组无解.') return end if RA==RB if RA==n disp('请注意：因为RA=RB=n，所以此方程组有唯一解.') X=zeros(n,1);C=zeros(1,n+1); for p=1:n-1 for k=p+1:n m=B(k,p)/B(p,p);B(k,p:n+1)=B(k,p:n+1)-m*B(p,p:n+1); end end b=B(1:n,n+1);A=B(1:n,1:n);X(n)=b(n)/A(n,n); for q=n-1:-1:1 X(q)=(b(q)-sum(A(q,q+1:n)*X(q+1:n)))/A(q,q); end else disp('请注意：因为RA=RB
1、 在MATLAB 中用Jacobi 迭代法讨论线性方程组， 1231231234748212515 x x x x x x x x x -+=?? -+=-??-++=? （1）给出Jacobi 迭代法的迭代方程，并判定Jacobi 迭代法求解此方程组是否收敛。 （2）若收敛，编程求解该线性方程组。 解（1）：A=[4 -1 1;4 -8 1;-2 1 5] %线性方程组系数矩阵 A = 4 -1 1 4 -8 1 -2 1 5 >> D=diag(diag(A)) D = 4 0 0 0 -8 0 0 0 5 >> L=-tril(A,-1) % A 的下三角矩阵 L = 0 0 0 -4 0 0 2 -1 0 >> U=-triu(A,1) % A 的上三角矩阵 U = 0 1 -1 0 0 -1 0 0 0 B=inv(D)*(L+U) % B 为雅可比迭代矩阵 B = 0 0.2500 -0.2500 0.5000 0 0.1250 0.4000 -0.2000 0 >> r=eigs(B,1) %B 的谱半径
r = 0.3347 < 1 Jacobi迭代法收敛。 (2)在matlab上编写程序如下： A=[4 -1 1;4 -8 1;-2 1 5]; >> b=[7 -21 15]'; >> x0=[0 0 0]'; >> [x,k]=jacobi(A,b,x0,1e-7) x = 2.0000 4.0000 3.0000 k = 17 附jacobi迭代法的matlab程序如下： function [x,k]=jacobi(A,b,x0,eps) % 采用Jacobi迭代法求Ax=b的解 % A为系数矩阵 % b为常数向量 % x0为迭代初始向量 % eps为解的精度控制 max1= 300; %默认最多迭代300，超过300次给出警告D=diag(diag(A)); %求A的对角矩阵 L=-tril(A,-1); %求A的下三角阵 U=-triu(A,1); %求A的上三角阵 B=D\(L+U); f=D\b; x=B*x0+f; k=1; %迭代次数 while norm(x-x0)>=eps x0=x; x=B*x0+f; k=k+1; if(k>=max1) disp('迭代超过300次，方程组可能不收敛'); return; end end
1、%用牛顿法求f(x)=x-sin x 的零点，e=10^(-6) disp('牛顿法'); i=1; n0=180; p0=pi/3; tol=10^(-6); for i=1:n0 p=p0-(p0-sin(p0))/(1-cos(p0)); if abs(p-p0)<=10^(-6) disp('用牛顿法求得方程的根为') disp(p); disp('迭代次数为：') disp(i) break; end p0=p; end if i==n0&&~(abs(p-p0)<=10^(-6)) disp(n0) disp('次牛顿迭代后无法求出方程的解') end 2、disp('Steffensen加速'); p0=pi/3; for i=1:n0 p1=0.5*p0+0.5*cos(p0); p2=0.5*p1+0.5*cos(p1); p=p0-((p1-p0).^2)./(p2-2.*p1+p0); if abs(p-p0)<=10^(-6) disp('用Steffensen加速求得方程的根为') disp(p); disp('迭代次数为：') disp(i) break; end p0=p; end if i==n0&&~(abs(p-p0)<=10^(-6)) disp(n0) disp('次Steffensen加速后无法求出方程的解') end 1、%使用二分法找到方程 600 x^4 -550 x^3 +200 x^2 -20 x -1 =0 在区间[0.1,1]上的根， %误差限为 e=10^-4 disp('二分法')
a=0.2;b=0.26; tol=0.0001; n0=10; fa=600*(a.^4)-550*(a.^3)+200*(a.^2)-20*a-1; for i=1:n0 p=(a+b)/2; fp=600*(p.^4)-550*(p.^3)+200*(p.^2)-20*p-1; if fp==0||(abs((b-a)/2) Matlab实现数值分析插值及积分 摘要： 数值分析(numerical analysis)是研究分析用计算机求解数学计算问题的数值计算方法及其理论的学科，是数学的一个分支，它以数字计算机求解数学问题的理论和方法为研究对象。在实际生产实践中，常常将实际问题转化为数学模型来解决，这个过程就是数学建模。学习数值分析这门课程可以让我们学到很多的数学建模方法。 分别运用matlab数学软件编程来解决插值问题和数值积分问题。题目中的要求是计算差值和积分，对于问题一，可以分别利用朗格朗日插值公式，牛顿插值公式，埃特金逐次线性插值公式来进行编程求解，具体matlab代码见正文。编程求解出来的结果为：=+。 其中Aitken插值计算的结果图如下： 对于问题二，可以分别利用复化梯形公式，复化的辛卜生公式，复化的柯特斯公式编写程序来进行求解，具体matlab代码见正文。编程求解出来的结果为： 0.6932 其中复化梯形公式计算的结果图如下： 问题重述 问题一：已知列表函数 表格 1 分别用拉格朗日，牛顿，埃特金插值方法计算。 问题二：用复化的梯形公式，复化的辛卜生公式，复化的柯特斯公式计算积分，使精度小于5。 问题解决 问题一：插值方法 对于问题一，用三种差值方法：拉格朗日，牛顿，埃特金差值方法来解决。 一、拉格朗日插值法： 拉格朗日插值多项式如下： 首先构造1+n 个插值节点n x x x ,,,10 上的n 插值基函数，对任一点i x 所对应的插值基函数 )(x l i ，由于在所有),,1,1,,1,0(n i i j x j +-=取零值，因此)(x l i 有因子 )())(()(110n i i x x x x x x x x ----+- 。又因)(x l i 是一个次数不超过n 的多项式，所以只 可能相差一个常数因子，固)(x l i 可表示成： )())(()()(110n i i i x x x x x x x x A x l ----=+- 利用1)(=i i x l 得： roots([1 -1 -1]) x=linspace(0,2*pi,10); y=sin(x); xi=linspace(0,2*pi,100); y1=interp1(x,y,xi); y2=interp1(x,y,xi,'spline'); y3=interp1(x,y,xi,'cublic'); plot(x,y,'o',xi,y1,xi,y2,xi,y3) x=[0 300 600 1000 1500 2000]; y=[0.9689 0.9322 0.8969 0.8519 0.7989 0.7491]; xi=linspace(0,2000,20); yi=1.0332*exp(-(xi+500)/7756); y1=interp1(x,y,xi,'spline'); subplot(2,1,1);plot(x,y,'o',xi,yi,xi,y1,'*') p=polyfit(x,y,2); y2=polyval(p,xi); subplot(2,1,2);plot(x,y,'o',xi,yi,xi,y2,'*') x=[0 300 600 1000 1500 2000]; y=[0.9689 0.9322 0.8969 0.8519 0.7989 0.7491]; xi=linspace(0,2000,20); y1=interp1(x,y,xi,'spline'); subplot(2,1,1);plot(x,y,'-o', xi,y1,'-*') p=polyfit(x,y,2); y2=polyval(p,xi); subplot(2,1,2);plot(x,y,'-o',xi,y2,'-*') 2015.1.9 上机作业题报告 JONMMX 2000 1.Chapter 1 1.1题目 设S N =∑1j 2?1 N j=2 ，其精确值为 )1 1 123(21+--N N 。 （1）编制按从大到小的顺序1 1 131121222-+ ??+-+-=N S N ，计算S N 的通用程序。 （2）编制按从小到大的顺序1 21 1)1(111222-+ ??+--+-= N N S N ，计算S N 的通用程序。 （3）按两种顺序分别计算64210,10,10S S S ,并指出有效位数。（编制程序时用单精度） （4）通过本次上机题，你明白了什么？ 1.2程序 1.3运行结果 1.4结果分析 按从大到小的顺序，有效位数分别为：6，4，3。 按从小到大的顺序，有效位数分别为：5，6，6。 可以看出，不同的算法造成的误差限是不同的，好的算法可以让结果更加精确。当采用从大到小的顺序累加的算法时，误差限随着N 的增大而增大，可见在累加的过程中，误差在放大，造成结果的误差较大。因此，采取从小到大的顺序累加得到的结果更加精确。 2.Chapter 2 2.1题目 （1）给定初值0x 及容许误差ε，编制牛顿法解方程f(x)=0的通用程序。 （2）给定方程03 )(3 =-=x x x f ,易知其有三个根3,0,3321= *=*-=*x x x ○1由牛顿方法的局部收敛性可知存在,0>δ当),(0δδ+-∈x 时，Newton 迭代序列收敛于根x2*。试确定尽可能大的δ。 ○2试取若干初始值，观察当),1(),1,(),,(),,1(),1,(0+∞+-----∞∈δδδδx 时Newton 序列的收敛性以及收敛于哪一个根。 （3）通过本上机题，你明白了什么？ 2.2程序 数值分析幂法与反幂法 matlab程序 随机产生一对称矩阵，对不同的原点位移和初值(至少取3个)分别使用幂法求计算矩阵的主特征值及主特征向量，用反幂法求计算矩阵的按模最小特征值及特征向量。 要求 1）比较不同的原点位移和初值说明收敛性 2）给出迭代结果，生成DOC文件。 3）程序清单，生成M文件。 解答： >> A=rand(5) %随机产生5*5矩阵求随机矩阵 A = 0.7094 0.1626 0.5853 0.6991 0.1493 0.7547 0.1190 0.2238 0.8909 0.2575 0.2760 0.4984 0.7513 0.9593 0.8407 0.6797 0.9597 0.2551 0.5472 0.2543 0.6551 0.3404 0.5060 0.1386 0.8143 >> B=A+A' %A矩阵和A的转置相加，得到随机对称矩阵B B = 1.4187 0.9173 0.8613 1.3788 0.8044 0.9173 0.2380 0.7222 1.8506 0.5979 0.8613 0.7222 1.5025 1.2144 1.3467 1.3788 1.8506 1.2144 1.0944 0.3929 0.8044 0.5979 1.3467 0.3929 1.6286 B=?? ????? ???? ?? ???6286.13929.03467.15979.08044 .03929.00944 .12144.18506 .13788.13467.12144.15025.17222.08613.05979.08506.17222.02380.09173.08044.03788.18613 .09173 .04187.1 编写幂法、反幂法程序： function [m,u,index,k]=pow(A,u,ep,it_max) % 求矩阵最大特征值的幂法，其中 % A 为矩阵； % ep 为精度要求，缺省为1e-5； % it_max 为最大迭代次数，缺省为100； % m 为绝对值最大的特征值； % u 为对应最大特征值的特征向量； % index ，当index=1时，迭代成功，当index=0时，迭代失败 if nargin<4 it_max=100; end if nargin<3 ep=1e-5; end n=length(A); index=0; k=0; m1=0; m0=0.01; % 修改移位参数，原点移位法加速收敛，为0时，即为幂法 I=eye(n) T=A-m0*I while k<=it_max v=T*u; [vmax,i]=max(abs(v)); m=v(i); u=v/m; if abs(m-m1) MATLAB与数值分析实验报告 报告人：秦旸照 学号： 2015020901033 时间： 2016.4.8 电子科技大学电子工程学院 一、实验目的 实验一：MATLAB软件平台与程序设计实验 二、实验原理 1.熟练掌握矩阵的生成、加、减、乘、除、转置、行列式、逆、范数等运算操作。（用.m文件和Matlab函数编写一个对给定矩阵进行运算操作的程序） 2. 熟练掌握算术符号操作和基本运算操作，包括矩阵合并、向量合并、符号转换、展开符号表达式、符号因式分解、符号表达式的化简、代数方程的符号解析解、特征多项式、函数的反函数、函数计算器、微积分、常微分方程的符号解、符号函数的画图等。（用.m文件编写进行符号因式分解和函数求反的程序） 3. 掌握Matlab函数的编写规范。 4.掌握Matlab常用的绘图处理操作，包括：基本平面图、图形注释命令、三维曲线和面的填充、三维等高线等。（用.m文件编写在一个图形窗口上绘制正弦和余弦函数的图形，并给出充分的图形注释） 5. 熟练操作MATLAB软件平台，能利用M文件完成MATLAB的程序设计。 三、实验方案 1. 编程实现以下数列的图像，用户能输入不同的初始值以及系数。并以 x，y为坐标显示图像 x(n+1) = a*x(n)-b*(y(n)-x(n)^2); y(n+1) = b*x(n)+a*(y(n)-x(n)^2) 2. 编程实现奥运5环图，允许用户输入环的直径。 3. 实现对输入任意长度向量元素的冒泡排序的升序排列。 不允许使用sort函数。 四、实验结果 1. 编程实现以下数列的图像，用户能输入不同的初始值以及系数。并以 x，y为坐标显示图像 Matlab大数值计算题目 1、统计附件1中的数据，对其中的数据划分区间，从0到50，每 10个单位一个区间，分为5个区间，统计每个区间的数量，画出柱状图。 Matlab程序： clear;clc;close all Data=xlsread('数据.xls'); Q=0:10:50; n=length(Data); m=length(Q); T=zeros(size(Q)); for s=1:n for t=1:m-1 if Data(s)>Q(t)&Data(s) 2、统计附件2中第二列数据中1至100每个数字出现的总次数， 附件2中第三列为每出现第二列数字所对应的次数，最后画出柱状图。 Matlab程序： clear;clc;close all Data=load('WEIBOIDWITHCOMMENTS.txt'); DATA=Data(:,2); t=Data(:,3); % m=max(DATA); m=100; T=zeros(m,1); for i=1:m data=DATA; data(data~=ones(size(data))*i)=0; data(data~=0)=1; n=data.*t; N=sum(n); T(i)=N; end bar(T) 3、 找到矩阵迷宫的通路,矩阵第1行第1列为迷宫的入口，第8行 第8列为迷宫的出口。（0表示路，1表示墙） 000 00000011 11010000 01010010 11010010 11010010 00011010 01000011 11110?????????????????????????? Matlab 程序： 主程序： clear all clc maze=[0,0,0,0,0,0,0,0; 0,1,1,1,1,0,1,0; 0,0,0,0,1,0,1,0; 0,1,0,0,0,0,1,0; 0,1,0,1,1,0,1,0; 0,1,0,0,0,0,1,1; 0,1,0,0,1,0,0,0; 0,1,1,1,1,1,1,0]; total=0; maze(1,1)=3;matlab实现数值分析报告插值及积分
第3章 MATLAB数值计算-习题 答案
东南大学-数值分析上机题作业-MATLAB版
数值分析幂法与反幂法-matlab程序
MATLAB与数值分析实验报告一
Matlab大数值计算题目
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