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基于MATLAB的药代动力学实验数据处理及参数估计(精)

基于MATLAB的药代动力学实验数据处理及参数估计(精)
基于MATLAB的药代动力学实验数据处理及参数估计(精)

基于MATLAB的药代动力学实验数据处理及参数估计

【关键词】药代动力学;,,实验数据处理;,,MATLAB;,,评价,,,, 摘要:介绍了MATLAB在药代动力学中实验数据处理的基本方法并对利用MATLAB进行双指数模型拟合与常用EXCEL软件进行双指数模型拟合以及参数求解的方便性、准确性作出了评价。关键词:药代动力学;实验数据处理; MATLAB;评价

药代动力学是临床药理学、药剂学、毒理学等科学的专业基础,对于新药设计、剂型改革、合理用药等方面都有直接指导意义。如何对实验数据进行正确的处理以及选择正确的处理方式是准确表达药物动力学过程的关键,以便对临床用药和药物设计等方面提供可靠的依据。目前大多数的药物的药代动力学过程基本符合二室模型,其原理是将人体分为两个房室即中央室和周边室,以中央室的消除为主不考虑周边室的消除,并假设药物的吸收交换和消除都是一级过程。 1 模型及参数二室模型的药物动力学[1]方程为:C=Ae-αt Be-βt其中C表示血药浓度,t表示时间,A、B、α、β表示各项常系数。二室模型的其它参数计算公式分别为:① 药物的分布相半衰期:t1

2α=0.693

α② 药物的消除半衰期:t1

2β=0.693

β③ 药物从周边室向中央室的分布速率常数:

k21=Aβ Bα

A B④ 药物中央室消除速率常数: k10=αβ

k21⑤ 药物的中央室向周边室的分布速率常数:

k12=αβ-k10-k21⑥ 药物的中央室分布容积: V1=D0

A B⑦ 药物的消除率: CL=V1k10以上是药代动力学过程中的各个参数的计算公式,求得模型中的各项常系数即可取得各个参数值。 2 MATLA

B 处理数据[2]以磺胺噻唑(D0=250mg/kg)二室模型动力学参数测定为例,利用MATLAB对实验数据浓度时间作非线性曲线拟合。实验测得的数据为:时间(min)

2

5

10

20

30

60

90

120

150

180

210浓度(mg/L)

766

659

470

239

180

160

145

132

123

112

MATLAB中引入了两个命令来进行曲线的拟合定义非线性方程的命令(inline)和拟合曲线方程命令(nlinfit),其进行曲线拟合的程序为:% 输入数据 t=[2 5 10 20 30 60 90 120 150 180 210]; c=[766 659 470 300 239 180 160 145 132 123 112];% x0为给A,alpha, B, beta初值 x0=[0 0 0 0];% 定义模型函数f=inline(’x(1)*exp(-x(2)*t) x(3)*exp(-

x(4)*t)’,’x’,’t’);% 进行非线性曲线拟合[b,r,j]

=nlinfit(t,c,f,x0);b=b’;% 得到各个系数值 A=b(1),

alpha=b(2),B=b(3),beta=b(4)通过该程序得到了各个系数的值为:

A=683.1323

α=0.0908

B=208.0097

β=0.0030将各系数带入方程就直接得到了磺胺噻唑药代动力学模型

方程为:C=683.1323e-0.0908t 208.0068e-0.003t将其模型函数与实验点利用MATLAB作图,见图1,其调用的命令为plot与ezplot。从图形看,拟合曲线

和实际数据点吻合很好,此外引入一个可决系数[3]R2值作进一步说明,R2

一般大于0.99说明效果较好,越接近于1就越好。其计算公式为:R2=1-∑n i=1(Ci-i)/∑n

i=1(Ci-)通过MATLAB按照此计算公式得出可决系数R2为099877,拟合效果较好。

图1 磺胺噻唑药代动力学略 3 MATLAB与EXCEL处理比较在用EXCEL处理二室模型的数据时,常把模型分为分布相和消除相,采用分段拟合来进行,由于指数可以转化为对数而成直线,以此分两段直线进行拟合而得各个系数以及各个参数值,具体处理过程略。由于其不是把整个模型连续起来且前后选点的个数均受到实验、自身条件等因素不能正确选择,处理时可能带来误差、计算的麻烦及处理的不准确性,另外EXCEL对整个拟合不能做出很好的评价。用EXCEL处理得到的磺胺噻唑药代动力学模型方程为:

C=593.3711e-0.077752t 206.7486e-0.00291t利用EXCEL拟合曲线与实验点的可决系数R2为0.9886<0.99877,说明拟合效果不是很好,较MATLAB差,不能更好的表达磺胺噻唑的药代动力学过程,因此EXCEL处理的其他参数也不能更准确的计算。将利用MATLAB和EXCEL处理的参数分别带入前面的参数计算公式得到各个参数的值列于下表:参数

t1

t1

k21

k12

V1

CLMATLAB

7.6332

231.00

0.0235

0.0116

0.0587

0.2805

3.5EXCEL

8.9130

238.14

0.0222

0.0102

0.0483

0.3125

3.2

由表中数据可知,MATLAB得出的参数与EXCEL得出的参数有一定的出入,这与曲线拟合的好坏是有关系的,拟合的越准确,参数的意义就大,提供信息就越好。以上说明了EXCEL进行非线性拟合只能在将数据转化为直线的时候进行,不能直接表达或不能表达非线性的连续性。在实际应用中很多两两之间的关系往往都是非线性的,常用的EXCEL不能直接转化为线性而进行拟合,基于此问题,建议利用MATLAB软件进行非线性曲线拟合。下面利用饮酒[4]的血药浓度的数据再次讨论MATLAB进行非线性曲线的拟合,虽然酒清浓度的变化也呈双指数模型,但饮酒的过程是吸收、分布、消除同时进行,拟合时不宜用EXCEL进行处理,这样造成的误差会更大。饮酒的酒精血药浓度(mg/100ml)时间(h)数据如下表:t

0.25

0.5

0.75

1

1.5

2

2.5

3C

30

68

75

82

77

68

68t

3.5

4.5

5

6

7

8

9C

58

51

50

41

38

35

28

25t

10

11

12

13

14

15

16

10C

18

15

12

10

7

7

4

18

利用前面所介绍的MATLAB进行曲线拟合的方法,进行拟合得到的实际点和曲线图为:图2 略饮酒动力学模型其拟合的模型方程为:

C=108.717e-0.177t 152.1453e-2.9311t可决系数R2为09932,效果较好。此外,MATLAB还介绍了更多的非线性拟合方法如命令(curvefit)、(lsqcurvefit)、(lsqnonlin)等。 4 结论本研究对利用MATLAB处理数据和EXCEL处理数据进行了比较,MATLAB处理简单、方便、准确,并能进行非线性曲线的拟合,用于药代动力学模型中能够很好的为临床用药和药物设计提供有效措施,此外还可以用于其它很多方面的数据处理,读者可参考有关书籍。

参考文献 1 周红,陈晓红. 药理学实验教程成都:四川大学出版社,2003,22~30 2 薛毅数值分析与实验北京:北京工业大学出版社,2005,144~150 3 毛宗秀高等数学第3版北京:人民卫生出版社,

1999,325~329 4 李大潜工程数学学报工程数学学报编辑委员会,2004,21(7):8~9

MATLAB实验报告

MATLAB程序设计语言 实 验 报 告 专业及班级:电子信息工程 姓名:王伟 学号:1107050322 日期 2013年6月20日

实验一 MATLAB 的基本使用 【一】 实验目的 1.了解MATALB 程序设计语言的基本特点,熟悉MATLAB 软件的运行环境; 2.掌握变量、函数等有关概念,掌握M 文件的创建、保存、打开的方法,初步具备将一般数学问题转化为对应计算机模型处理的能力; 3.掌握二维图形绘制的方法,并能用这些方法实现计算结果的可视化。 【二】 MATLAB 的基础知识 通过本课程的学习,应基本掌握以下的基础知识: 一. MATLAB 简介 二. MATLAB 的启动和退出 三. MATLAB 使用界面简介 四. 帮助信息的获取 五. MATLAB 的数值计算功能 六. 程序流程控制 七. M 文件 八. 函数文件 九. MATLAB 的可视化 【三】上机练习 1. 仔细预习第二部分内容,关于MATLAB 的基础知识。 2. 熟悉MATLAB 环境,将第二部分所有的例子在计算机上练习一遍 3. 已知矩阵???? ??????=??????????=123456789,987654321B A 。求A*B ,A .* B ,比较二者结果是否相同。并利用MATLAB 的内部函数求矩阵A 的大小、元素和、长度以 及最大值。 程序代码: >> A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]; >> B=[9 8 7;6 5 4;3 2 1]; >> A*B ans =

30 24 18 84 69 54 138 114 90 >> A.*B ans = 9 16 21 24 25 24 21 16 9 两者结果不同 >> [m,n]=size(A) m = 3 n = 3 >> b=sum(A) b = 12 15 18 >> a=length(A) a = 3 >>max(A) ans =

MATLAB实验报告实验二

实验二 MATLAB矩阵及其运算 学号:3121003104 姓名:刘艳琳专业:电子信息工程1班日期:2014.9.20 一实验目的 1、掌握Matlab数据对象的特点以及数据的运算规则。 2、掌握Matlab中建立矩阵的方法以及矩阵处理的方法。 3、掌握Matlab分析的方法。 二实验环境 PC_Windows 7旗舰版、MATLAB 7.10 三实验内容 4、1. (1)新建一个.m文件,验证书本第15页例2-1; (2)用命令方式查看和保存代码中的所有变量;

(3)用命令方式删除所有变量; (4)用命令方式载入变量z。 2. 将x=[4/3 1.2345e-6]在以下格式符下输出:短格式、短格式e方式、长格式、长格式e方式、银行格式、十六进制格式、+格式。 短格式 短格式e 长格式

长格式e方式 银行格式 十六进制格式 3.计算下列表达式的值 (1)w=sqrt(2)*(1+0.34245*10^(-6)) (2)x=(2*pi*a+(b+c)/(pi+a*b*c)-exp(2))/(tan(b+c)+a) a=3.5;b=5;c=-9.8; (3)y=2*pi*a^2*((1-pi/4)*b-(0.8333-pi/4)*a) a=3.32;b=-7.9; (4)z=0.5*exp(2*t)*log(t+sqrt(1+t*t)) t=[2,1-3i;5,-0.65];

4. 已知A=[1 2 3 4 5 ;6 7 8 9 10;11 12 13 14 15;16 17 18 19 20],对其进行如下操作:(1)输出A在[ 7, 10]范围内的全部元素; (2)取出A的第2,4行和第1,3,5列; (3)对矩阵A变换成向量B,B=[1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20]; (4)删除A的第2,3,4行元素; (1) (2)

matlab实验二

本科实验报告 课程名称:Matlab电子信息应用实验项目:矩阵和数组的操作 实验地点:电机馆跨越机房 专业班级:学号: 学生姓名: 指导教师: 2014年3月26 日

一、实验目的 1.掌握矩阵和数组的一般操作,包括创建、保存、修改和调用等。 2.学习矩阵和数组的加减运算与乘法。 3.掌握对数组中元素的寻访与赋值,会对数组进行一般的操作。 二、预备知识 1.常用的产生特殊矩阵的函数 ?eye(m,n) 单位阵 ?rand(m,n) 随机矩阵 ?randn(m,n) 正态分布的随机矩阵 ?zeros(m,n) 零矩阵 ?ones(m,n) 全部元素都为1的矩阵 ?compan(A) 矩阵A的伴随矩阵 ?bankel(m,n) n维Hankel矩阵 ?invhilb(n) n维逆Hilbert矩阵 ?magic(n) n维Magic矩阵 ?toeplitz(m,n) Toeplitz矩阵 ?wilkinson(n) n维Wilkinson特征值测试矩阵 ?handamard(n) n维Handamard矩阵 ?hilb(n) n维Hilbert矩阵 ?kron(A,B) Kronecker张量积 ?pascal(n) n维Pascal矩阵 ?vander(A) 由矩阵A产生Vandermonde矩阵 2.通过矩阵的结构变换,获得新矩阵 表2 矩阵结构变化产生新矩阵 L=tril(A) L主对角线及以下元素取矩阵A 的元素,其余为0 L=tril(A,k) L及第k条对角线及以下元素取矩阵A的元素,其余为 U=triu(A) U主对角线及以上的元素取矩阵A的元素,其余为0 U=triu(A,k) U第k条对角线及以上的元素取矩阵A的元素,其余为

实验二 MATLAB程序设计 含实验报告

实验二 MATLAB 程序设计 一、 实验目的 1.掌握利用if 语句实现选择结构的方法。 2.掌握利用switch 语句实现多分支选择结构的方法。 3.掌握利用for 语句实现循环结构的方法。 4.掌握利用while 语句实现循环结构的方法。 5.掌握MATLAB 函数的编写及调试方法。 二、 实验的设备及条件 计算机一台(带有MATLAB7.0以上的软件环境)。 M 文件的编写: 启动MATLAB 后,点击File|New|M-File ,启动MATLAB 的程序编辑及调试器(Editor/Debugger ),编辑以下程序,点击File|Save 保存程序,注意文件名最好用英文字符。点击Debug|Run 运行程序,在命令窗口查看运行结果,程序如有错误则改正 三、 实验内容 1.编写求解方程02=++c bx ax 的根的函数(这个方程不一定为一元二次方程,因 c b a 、、的不同取值而定) ,这里应根据c b a 、、的不同取值分别处理,有输入参数提示,当0~,0,0===c b a 时应提示“为恒不等式!”。并输入几组典型值加以检验。 (提示:提示输入使用input 函数) 2.输入一个百分制成绩,要求输出成绩等级A+、A 、B 、C 、D 、E 。其中100分为A+,90分~99分为A ,80分~89分为B ,70分~79分为C ,60分~69分为D ,60分以下为E 。 要求:(1)用switch 语句实现。 (2)输入百分制成绩后要判断该成绩的合理性,对不合理的成绩应输出出错信息。 (提示:注意单元矩阵的用法) 3.数论中一个有趣的题目:任意一个正整数,若为偶数,则用2除之,若为奇数,则与3相乘再加上1。重复此过程,最终得到的结果为1。如: 2?1 3?10?5?16?8?4?2?1 6?3?10?5?16?8?4?2?1 运行下面的程序,按程序提示输入n=1,2,3,5,7等数来验证这一结论。 请为关键的Matlab 语句填写上相关注释,说明其含义或功能。 4. 的值,调用该函数后,

实验二MATLAB程序设计含实验报告

实验二M A T L A B程序设计含实验报告 集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#

实验二 MATLAB 程序设计 一、 实验目的 1.掌握利用if 语句实现选择结构的方法。 2.掌握利用switch 语句实现多分支选择结构的方法。 3.掌握利用for 语句实现循环结构的方法。 4.掌握利用while 语句实现循环结构的方法。 5.掌握MATLAB 函数的编写及调试方法。 二、 实验的设备及条件 计算机一台(带有以上的软件环境)。 M 文件的编写: 启动MATLAB 后,点击File|New|M-File ,启动MATLAB 的程序编辑及调试器 (Editor/Debugger ),编辑以下程序,点击File|Save 保存程序,注意文件名最好用英文字符。点击Debug|Run 运行程序,在命令窗口查看运行结果,程序如有错误则改正 三、 实验内容 1.编写求解方程02=++c bx ax 的根的函数(这个方程不一定为一元二次方程,因c b a 、、的不同取值而定),这里应根据c b a 、、的不同取值分别处理,有输入参数提示,当0~,0,0===c b a 时应提示“为恒不等式!”。并输入几组典型值加以检验。 (提示:提示输入使用input 函数) 2.输入一个百分制成绩,要求输出成绩等级A+、A 、B 、C 、D 、E 。其中100分为A+,90分~99分为A ,80分~89分为B ,70分~79分为C ,60分~69分为D ,60分以下为E 。 要求:(1)用switch 语句实现。

(2)输入百分制成绩后要判断该成绩的合理性,对不合理的成绩应输出出错信息。 (提示:注意单元矩阵的用法) 3.数论中一个有趣的题目:任意一个正整数,若为偶数,则用2除之,若为奇数,则与3相乘再加上1。重复此过程,最终得到的结果为1。如: 21 3105168421 63105168421 运行下面的程序,按程序提示输入n=1,2,3,5,7等数来验证这一结论。 请为关键的Matlab 语句填写上相关注释,说明其含义或功能。 4. y 5. (Root Mean Square)的计算(1(2)x=rand(1,200),得到的x 为200个(0,1)之间均匀分布的随机数。 6.根据2 2222 1......3121116n ++++=π,求π的近似值。当n 分别取100、1000、10000时,结果是多少 思考题:

实验一数据处理方法MATLAB实现

实验一数据处理方法的MATLAB实现 一、实验目的 学会在MATLAB环境下对已知的数据进行处理。 二、实验方法 1. 求取数据的最大值或最小值。 2. 求取向量的均值、标准方差和中间值。 3.在MATLAB环境下,对已知的数据分别进行曲线拟合和插值。 三、实验设备 1.586以上微机,16M以上内存,400M硬盘空间,2X CD-ROM 2.MATLAB5.3以上含CONTROL SYSTEM TOOLBOX。 四、实验内容 1.在MATLAB环境下,利用MATLAB控制系统工具箱中的函数直接求取数据的最大值或最小值,以及向量的均值、标准方差和中间值。 2.在MATLAB环境下,选择合适的曲线拟合和插值方法,编写程序,对已知的数据分别进行曲线拟合和插值。 五、实验步骤 1. 在MATLAB环境下,将已知的数据存到数据文件mydat.mat中。 双击打开Matlab,在命令窗口(command window)中,输入一组数据:实验一数据处理方法的MATLAB实现 一、实验目的 学会在MATLAB环境下对已知的数据进行处理。 二、实验方法 1. 求取数据的最大值或最小值。 2. 求取向量的均值、标准方差和中间值。 3.在MATLAB环境下,对已知的数据分别进行曲线拟合和插值。 三、实验设备 1.586以上微机,16M以上内存,400M硬盘空间,2X CD-ROM 2.MATLAB5.3以上含CONTROL SYSTEM TOOLBOX。 四、实验内容

1.在MATLAB环境下,利用MATLAB控制系统工具箱中的函数直接求取数据的最大值或最小值,以及向量的均值、标准方差和中间值。 2.在MATLAB环境下,选择合适的曲线拟合和插值方法,编写程序,对已知的数据分别进行曲线拟合和插值。 五、实验步骤 1. 在MATLAB环境下,将已知的数据存到数据文件mydat.mat中。 双击打开Matlab,在命令窗口(command window)中,输入一组数据: x=[1,4,2,81,23,45] x = 1 4 2 81 2 3 45 单击保存按钮,保存在Matlab指定目录(C:\Program Files\MATLAB71)下,文件名为“mydat.mat”。 2. 在MATLAB环境下,利用MATLAB控制系统工具箱中的函数直接求取数据的最大值或最小值,以及向量的均值、标准方差和中间值。 继续在命令窗口中输入命令: (1)求取最大值“max(a)”; >> max(x) ans = 81 (2)求取最小值“min(a)”; >> min(x) ans = 1 (3)求取均值“mean(a)”; >> mean(x) ans =

matlab实验报告

实验报告 2. The Branching statements 一、实验目的: 1.To grasp the use of the branching statements; 2.To grasp the top-down program design technique. 二、实验内容及要求: 1.实验内容: 1).编写 MATLAB 语句计算 y(t)的值 (Write the MATLAB program required to calculate y(t) from the equation) ???<+≥+-=0 530 53)(2 2t t t t t y 已知 t 从-5到 5 每隔0.5取一次值。运用循环和选择语句进行计算。 (for values of t between -5 and 5 in steps of 0.5. Use loops and branches to perform this calculation.) 2).用向量算法解决练习 1, 比较这两个方案的耗时。 (tic ,toc 的命令可以帮助你完成的时间计算,请使用'help'函数)。 Rewrite the program 1 using vectorization and compare the consuming time of these two programs. (tic, toc commands can help you to finish the time calculation, please use the …help ? function). 2.实验要求: 在报告中要体现top-down design technique, 对于 3 要写出完整的设计过程。 三、设计思路: 1.用循环和选择语句进行计算: 1).定义自变量t :t=-5:0.5:5; 2).用循环语句实现对自变量的遍历。 3).用选择语句实现对自变量的判断,选择。 4).将选择语句置入循环语句中,则实现在遍历中对数据的选择,从而实现程序的功能。 2. 用向量法实现: 1).定义自变量t :t=-5:0.5:5; 2).用 b=t>=0 语句,将t>=0得数据选择出,再通过向量运算y(b)=-3*t(b).^2 + 5; 得出结果。 3).用取反运算,选择出剩下的数据,在进行向量运算,得出结果。 四、实验程序和结果 1.实验程序 实验程序:创建m 文件:y_t.m

实验4 Matlab程序设计2实验报告

Tutorial4 实验报告 实验名称:Matlab 程序设计2 实验目的: 1、 熟悉利用向量运算来代替循环操作的方法。 2、 熟悉异常处理的应用 3、 熟悉函数的嵌套调用和递归调用 4、 熟悉全局变量的应用 5、 熟悉函数参数的可调性 实验内容: 1. 根据 2 22221111 6 123 n = ++++ π,求π的近似值。当n 分别取100、1000、10000时,结果是多少? 要求:分别用循环结构和向量运算(使用sum 函数)来实现。 2. 建立一个函数,要求输出某个矩阵的第n 行元素。当n 值超过矩阵的行数时,自动转为 输出矩阵的最后一行元素,并给出出错信息。 提示:利用warning 3. 先用函数的递归调用定义一个函数文件求 1 n m i i =∑,然后调用该函数文件求 100 50 10 2 1 1 1 1 k k k k k k ===++∑∑∑ 4. 已知 ,,,,12 312311021323 n n n n f n f n f n f f f f n ---==??==?? ==??=-+>? 求1 100f f 中:

(1)最大值、最小值、各数之和。 (2)正数、零、负数的个数。 5. 编写一个函数,当用户输入的是一个数组参数的时候表示求其相反数,当用户输入的是两个数组参数的时候是求两个值的差值,但如果两个值的空间大小不相等,则给出错误提示“两个数组空间大小不一致”后,结束程序运行。 提示:利用error 6. 写出下列程序的输出结果。 命令文件exe.m global x x = 1:2:5;y = 2:2:6; sub(y); x,y 函数文件sub.m function fun = sub(z) global x z = 3*x;x = x+z; 实验代码及结果 1.

matlab实验报告

Matlab实验报告 ——定积分的近似计算 学生姓名: 学号: 专业:数学与应用数学专业

数学实验报告 实验序号:1001114030 日期:2012年10月20日 班级应一姓名陈璐学号1001114030 实验名称:定积分的近似运算 问题背景描述: 利用牛顿—莱布尼茨公式虽然可以精确地计算定积分的值,但它仅适合于被积分函数的原函数能用初等函数表达出来的情形。如果这点办不到或不容易办到, 这就有必要考虑近似计算的方法。在定积分的很多应用问题中,被积函数甚至没 有解析表达式,可能只是一条实验记录曲线,或者是一组离散的采样值,这时只 能应用近似方法去计算相应的定积分。 实验目的: 本实验将主要研究定积分的三种近似计算算法:矩形法、梯形法、抛物线发。对于定积分的近似数值计算,Matlab有专门函数可用。 实验原理与数学模型: 1.sum(a):求数组a的和。 2.format long:长格式,即屏幕显示15位有效数字。 3.double():若输入的是字符则转化为相应的ASCII码;若输入的是整型数之则转化为 相应的实型数值。 4.quad():抛物线法求数值积分。格式:quad(fun,a,b)。此处的fun是函数,并且

为数值形式,所以使用*、/、^等运算时要在其前加上小数点。 5.trapz():梯形法求数值积分。格式:trapz(x,y)。其中x为带有步长的积分区间;y为数 值形式的运算。 6.fprintf(文件地址,格式,写入的变量):把数据写入指定文件。 7.syms 变量1变量2……:定义变量为符号。 8.sym('表达式'):将表达式定义为符号。 9.int(f,v,a,b):求f关于v积分,积分区间由a到b。 10.subs(f,'x',a):将a的值赋给符号表达式f中的x,并计算出值。若简单地使用subs (f),则将f的所有符号变量用可能的数值代入,并计算出值。 实验所用软件及版本:Matlab 7.0.1

matlab实验报告

MATLAB 数学实验报告 指导老师: 班级: 小组成员: 时间:201_/_/_

Matlab第二次实验报告 小组成员: 1题目:实验四,MATLAB选择结构与应用实验 目的:掌握if选择结构与程序流程控制,重点掌握break,return,pause语句的应用。 问题:问题1:验证“哥德巴赫猜想”,即:任何一个正偶数(n>=6)均可表示为两个质数的和。要求编制一个函数程序,输入一个正偶数,返回两个质数的和。 问题分析:由用户输入一个大于6的偶数,由input语句实现。由if判断语句判断是否输入的数据符合条件。再引用质数判断函数来找出两个质数,再向屏幕输出两个质数即可。 编程:function [z1,z2]=gede(n); n=input('please input n')

if n<6 disp('data error'); return end if mod(n,2)==0 for i=2:n/2 k=0; for j=2:sqrt(i) if mod(i,j)==0 k=k+1; end end for j=2:sqrt(n-i) if mod(n-i,j)==0 k=k+1; end end if k==0 fprintf('two numbers are') fprintf('%.0f,%.0f',i,n-i) break end

end end 结果分析: 如上图,用户输入了大于6的偶数返回两个质数5和31,通过不断试验,即可验证哥德巴赫猜想。 纪录:if判断语句与for循环语句联合嵌套使用可使程序结构更加明晰,更快的解决问题。 2题目:实验四,MATLAB选择结构与应用实验 目的:用matlab联系生活实际,解决一些生活中常见的实际问题。

MATLAB在化工数据处理中的应用

化工数据处理与实验设计 期中论文 Matlab在化工数据处理中的应用 姓名:陈奕含 学号:2012115134 班级:化学工程与工艺

Matlab在化工数据处理中的应用 一、MATLAB简介 Matlab软件包最初是1967年由Clere Maler用FORTRAN语言设计和编写的。1984年Mathworks公司用C语言完成了Matlab的商业化版本并推向市场。经过20余年的改进,Matlab已发展成为一个具有极高通用性的、带有众多实用工具的运算平台,成为国际上广泛认可的优秀科学计算软件。 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的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故用Matlab来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多,并且Matlab也吸收了像Maple等软件的优点,使Matlab成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C,FORTRAN,C++,JA V A的支持。其特点如下: 1.支持多平台操作系统(Windows、Unix等)。 2.是一种简单易学的编程语言。 3.Matlab程序很容易维护。 4.编程效率很高。由于用户程序可直接调用大量的Matlab函数,因此编程速度快。 5.用途广泛。可用于数值计算和符号计算、数据分析、工程与科学绘图、图形用户界面设计、建模和仿真、控制系统设计、数字图像信号处理以及财务工程等。 6.功能超强。包含600多个常用算法内建函数,有众多面向具体应用的工具箱(如偏微分方程、最优化方法、数理统计、样条函数、神经网络工具箱等)和simulink仿真模块。此外,其他产品延伸了Matlab的能力,包括数据采集和依靠Matlab语言编程产生独立的C/C++代码等等。其算法函数大多由国际知名专家完成,算法稳定可靠、效率高。 7.具有开放式结构,扩展功能强。Matlab的开放式结构使Matlab产品族很

基于MATLAB的EXCEL数据计算与分析

基于MATLAB的EXCEL数据计算与分析 潜刘方 摘要:再怎么样希望先看摘要,阅读本文需要一定的MA TLAB基础知识,不需要excel相关知识。结合本人近期工作上的需要测量计算,想偷懒就选择了利用MATLAB偷懒,于是便有了本文。本文首先利用MA TLAB读取数据,计算,将数据写入excel,然后花了很大的精力来根据实际需要画图,最后将图保存在excel所在的文件夹下。这个m文件可谓花了我不少的时间和精力。最后根据m文件的不足(不能将图形输入到excel文档当中),进一步弥补这不足,就有了exlink(也叫excel link),在网上搜索了相关的知识,发现很多关于exlink 的培训,觉得实在可笑,所以就将exlink的使用写的比较详细,以供读者自行分析体会。关键字:MATLAB excel exlink 接口 一、前沿 MATLAB是一款应用在各个领域的数学软件,最初叫做矩阵实验室,专用于矩阵的运算,后来的版本再各个领域都得到了很好的应用,比如:通信、电力电子、电机控制、运动控制、计算机控制、自动控制,DSP数字信号处理。但是MATLAB对于数据的处理与可视化是很多软件所不能及的。 EXCEL作为办公必备软件,能对简单数据分析计算与作图分析,但是处理复杂数据显得力不从心,比如三维作图就无法利用EXCEL作出;EXCEL本身的函数远远没有MATLAB 多,MATLAB作为数据有其独特的优势,集成了很多数学函数,包括数据拟合差值等。MATLAB 可以从EXCEL中读取数据,经过相关运算之后又可以将数据写入EXCEL,假如需要重复性的对excel可以利用MATLAB编写函数,每次只要运行MATLAB程序就可以完成,大大节省时间和精力。 另外,MATLAB还有与EXCEL的接口,叫做EXLINK,运用这个接口可以在excel中完成MATLAB函数的调用,还能传送数据给MATLAB,从MATLAB当中读取数据,从MATLAB 当中读取图形,使用方便,操作简单。 二、基于MATLAB的数据分析 数据分析操作流程主要分为三步:第一步,从excel中读取数据;第二部:利用MATLAB 大量函数对数据分析处理;第三步:将分析结果写入excel中。在整个过程中,不需要打开excel软件,操作十分方便,每次操作唯一要做就是修改excel所在的目录及文件名。主要函数如下(具体使用方法可在MATLAB命令窗口输入help +函数名查看):Xlsread 从excel中读数据 Xlswrite 向excel中邪数据 num2str 将数字转换为字符串 strncmp 字符串比较 polyfit 数据拟合 polyval 具体数值代入求值 plot 作图

基于MATLAB的数据实时采集与处理的实现_梁湘

0.引言 MATLAB/SIMULINK是现在流行的仿真软件。MATLAB集数学计算结果可视化和编程于一体,能够方便地进行科学计算和大量工程运算的数学软件;SIMULINK是MATLAB的常用组件,它是基于MATLAB的语言环境下实现动态装置建模,仿真和分析的一个集成环境,支持连续、离散及两者混合的线性和非线性装置,也支持具有多种采样速率的多速率装置,被广泛的用于控制系统设计和系统仿真等诸多领域。但是MATLAB不能直接对硬件进行读写操作,从而影响了在控制系统仿真上的应用范围。MATLAB提供了众多外部函数接口,本文从中选择MEX文件接口作为MATLAB对外界进行读写的通道,首先对USBCAN接口卡进行设计,接下来以这个接口卡为通道,实现了MATLAB对于硬件的访问。 1.USB-CAN转接卡的设计 首先对于USBCAN转接卡进行设计,以便于设计出的转接卡能作为通信通道,让MATLAB能够通过USBCAN转换模块采集CAN总线上的数据,然后进行仿真。 在基于CAN总线的控制系统中,作为下层网络的CAN总线与计算机之间的通信以往是通过基于RS232接口、PC机上的ISA总线和PCI总线的通信适配卡来完成的。这些种类的转接卡有传输速率较慢,设计复杂和不便于扩展等缺点。 本课题设计的CAN-USB转接卡的功能是:采集CAN总线上的数据,通过USB总线和上位控制站之间进行数据传输。在通讯方面,一方面要满足CAN的协议标准,实现开放性,互操作性,在高速通信的情况下做到拥有较好的抗干扰性能;另一方面,转接卡兼容USB1.1总线,转接卡可以通过USB连接到PC机。其主要设计参数如下:数据传输速率:波特率在5Kbit/s~1Mbit/s范围内: USB总线标准:满足USB1.1协议的标准USB设备A/B插座 CAN总线接口:DB9针型插座,符合DeviceNET和CANopen标准CAN协议:支持CAN2.0B协议(兼容CAN2.0A协议) 供电方式:USB总线供电(+5V)或者使用外接电源(+9V~+25V,400mA) 运行环境:WindowsXP 转接卡的方案设计的思想是在已经存在的CAN总线网络中增加一个数据采集节点,用来采集各个节点发来的的数据,再通过USB总线上传到PC机,进行分析过和存储等操作。设计的具体实现是采用单片机通过控制USB控制芯片,与PC机进行通信,从PC机得到采集数据的指令和向PC机上传数据。同时,因为USB总线速度较快,并且是要从CAN网络读取数据分析,所以单片机通过不同的片选信号控制两个CAN控制芯片,分别能够从两路CAN网络上采集数据,和将从PC机得到的数据通过两个CAN控制芯片分别发送出去。所设计的系统结构如下图1所表示: 两路CAN CAN总线 USB协议具有1.1和2.0两个版本。从MATLAB对数据进行读写出发,并且处于CAN总线所能提供的速率限制,USB协议1.1版本已经能满足我们所需要的性能要求。USB1.1提供两种数据传输速率,低速传输为1.5Mbps,全速传输为12Mbps,并支持所有USB的特性,如热插拔、具有统一的设备标准以及可以连接多个设备等。CAN总线目前有CAN协议2.0A和CAN协议2.0B两个版本。本次设计所选用的单片机和CAN网络控制芯片均可支持CAN协议2.0A和CAN协议2.0B两个版本。 图1USBCAN转接卡的总体设计 本设计选用89CS52作为单片机来对CAN控制芯片和USB控制芯片操作。89CS52是ATMEL公司生产的低电压,高性能的单片机,兼容80C51构架。选择SJA1000做CAN总线控制芯片。这款芯片是一个由飞利浦公司生产的独立的CAN控制器,它在汽车和普通的工业应用上都具有较为先进的特征。它能适合多种应用,特别是在系统优化、诊断和维护方面,并且能和支持80C51构架的单片机兼容。选择PCA82C250作为CAN总线接口芯片,这款芯片专为CAN总线进行差分通信而设计。 根据设计要求,USBCAN转接卡应该直接能与PC机相连接,再与CAN总线进行通信。对比USB协议三层设备:主机(HOST),集线器(HUB)和设备(NODE),PC机作为主机,USBCAN转接卡是作为最下面一个级别:设备(NODE),只需要与其相连而不需要再作为HUB接入其它USB设备。所以需要挑选的是能够在充当设备(NODE)的芯片,这款芯片应该可以与51系列单片机相连通,并且支持USB协议1.1版本。市场上此类控制芯片主要有两种,一种是将单片机(MCU)集成到USB芯片上,代表如EZ-USBFX2;另一种是纯粹的USB接口芯片,如PDIUSBD12。考虑到前文提出的设计指标等因素,本文选择了飞利浦公司的PDIUSBD12芯片。PDIUSBD12是一款性价比很高的USB器件,广泛的采用与许多PC机的外设。 硬件设计完成后,对于固化在单片机ROM中的程序进行设计。单片机ROM中的程序主要采用中断驱动。它将USB总线和CAN总线上的数据请求都当作中断处理,在相应的中断处理程序中再将所采集到的数据转发到另外一个总线。 最后对于转接卡的驱动程序进行设计。驱动程序采用Windows体系下WDM驱动程序模型。在这种模型下,对于USB设备来说,驱动程序可以分为USB底层驱动程序和USB功能驱动程序。USB底层驱动程序在实际运行中对实际硬件进行操作,实现了复杂的底层通信;USB功能驱动程序则一般由设备开发者编写,逻辑位置位于USB底 基于MATLAB的数据实时采集与处理的实现 梁湘 (同济大学机械工程学院中国上海200092) 【摘要】本文的利用USB与CAN两种技术的优点设计了通信转接卡,提高整个网络的通信质量。接下来,采用该转接卡作为MATLAB与SIMULINK环境下实时仿真的通信转接卡,进行MATLAB环境下对CAN总线数据的实时采集、处理与仿真功能,完成MATLAB与SIMULINK下对控制系统的仿真和实时控制,为类似的通信转接卡的研究提供一定的参考。 【关键词】USB-CAN转接卡;半实物平台;MATLAB;SIMULINK TheRealizationofReal-timeReadingandWritinginMATLAB LiangXiang (SchoolofMechanicalEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092) 【Abstract】ThepapertakesadvantageofCAN-busandUSB-bustodesignUSBCANadapter.Theadapterimprovesthequalityofnetwork’scommunication.Following,thepapertakesUSBCANadapterasachannelwithwhichMATLABcancollectdatafromCAN-bus.Inthisway,MATLABcancollect,handleandsimulatedatainreal time.

实验二 MATLAB程序设计(含实验报告)

实验二 MATLAB 程序设计 一、 实验目的 1.掌握利用if 语句实现选择结构的方法。 2.掌握利用switch 语句实现多分支选择结构的方法。 3.掌握利用for 语句实现循环结构的方法。 4.掌握利用while 语句实现循环结构的方法。 5.掌握MATLAB 函数的编写及调试方法。 二、 实验的设备及条件 计算机一台(带有MATLAB7.0以上的软件环境)。 M 文件的编写: 启动MATLAB 后,点击File|New|M-File ,启动MATLAB 的程序编辑及调试器(Editor/Debugger ),编辑以下程序,点击File|Save 保存程序,注意文件名最好用英文字符。点击Debug|Run 运行程序,在命令窗口查看运行结果,程序如有错误则改正 三、 实验内容 1.编写求解方程02=++c bx ax 的根的函数(这个方程不一定为一元二次方程,因c b a 、、的不同取值而定),这里应根据c b a 、、的不同取值分别处理,有输入参数提示,当0~,0,0===c b a 时应提示“为恒不等式!”。并输入几组典型值加以检验。 (提示:提示输入使用input 函数) 2.输入一个百分制成绩,要求输出成绩等级A+、A 、B 、C 、D 、E 。其中100分为A+,90分~99分为A ,80分~89分为B ,70分~79分为C ,60分~69分为D ,60分以下为E 。 要求:(1)用switch 语句实现。 (2)输入百分制成绩后要判断该成绩的合理性,对不合理的成绩应输出出错信息。 (提示:注意单元矩阵的用法) 3.数论中一个有趣的题目:任意一个正整数,若为偶数,则用2除之,若为奇数,则与3相乘再加上1。重复此过程,最终得到的结果为1。如: 2→1 3→10→5→16→8→4→2→1 6→3→10→5→16→8→4→2→1

Matlab实验报告

实验一:Matlab操作环境熟悉 一、实验目的 1.初步了解Matlab操作环境。 2.学习使用图形函数计算器命令funtool及其环境。 二、实验内容 熟悉Matlab操作环境,认识命令窗口、内存工作区窗口、历史命令窗口;学会使用format命令调整命令窗口的数据显示格式;学会使用变量和矩阵的输入,并进行简单的计算;学会使用who和whos命令查看内存变量信息;学会使用图形函数计算器funtool,并进行下列计算: 1.单函数运算操作。 求下列函数的符号导数 (1)y=sin(x); (2) y=(1+x)^3*(2-x); 求下列函数的符号积分 (1)y=cos(x);(2)y=1/(1+x^2);(3)y=1/sqrt(1-x^2);(4)y=(x1)/(x+1)/(x+2)

求反函数 (1)y=(x-1)/(2*x+3); (2) y=exp(x); (3) y=log(x+sqrt(1+x^2)); 代数式的化简 (1)(x+1)*(x-1)*(x-2)/(x-3)/(x-4);(2)sin(x)^2+cos(x)^2;(3)x+sin(x)+2*x-3*cos( x)+4*x*sin(x); 2.函数与参数的运算操作。 从y=x^2通过参数的选择去观察下列函数的图形变化 (1)y1=(x+1)^2(2) y2=(x+2)^2(3) y3=2*x^2 (4) y4=x^2+2 (5) y5=x^4 (6) y6=x^2/2

3.两个函数之间的操作 求和 (1)sin(x)+cos(x) 乘积 (1)exp(-x)*sin(x) (2) sin(x)*x 商 (1)sin(x)/cos(x); (2) x/(1+x^2); (3) 1/(x-1)/(x- 求复合函数 (1)y=exp(u) u=sin(x) (2) y=sqrt(u) u=1+exp(x^2) (3) y=sin(u) u=asin(x) (4) y=sinh(u) u=-x

MATLAB 主成分数据处理

第11章 主成分 主成分分析(principal component Analysis )又称主分量分析,是由皮尔逊 (pearson )于1901年首先引入,后来由霍特林(hotelling )于1933年进行了发展。主成分分析是一种通过降维技术把多个变量化为少数几个主成分(即综合变量)的多元统计方法,这些主成分能够反映原始变量的大部分信息,通常表示为原始变量的线性组合,为使得这些主成分所包含的信息互不重叠,要求各主成分之间互不相关。主成分分析在很多领域有着广泛的应用,一般来说,当研究的问题涉及很多变量,并且变量间相关性明显,即包含的信息有所重叠时,可以考虑用主成分分析的方法,这样容易抓住事物的主要矛盾,使得问题得到简化。 本章主要内容包括:主成分分析的理论简介,主成分分析的MATLAB 实现,主成分分析的主要具体案例。 11.1主成分分析简介 11.1.1主成分分析的几何意义 假设从二元总体 12(,)'x x x =中抽取容量为n 的样本,绘出样本观测值的散点图,如图11-1所 示。从图上可以看出,散点大致分布在一个椭圆内1x 与2x 呈现出明显的线性相关。这n 个样品 在 1x 轴方向和2x 方向具有相似的离散度,离散度可以用1x 和2x 包含了近视相等的信息量,丢掉其中任意一个变量,都会损失比较多的信息。图11-1中坐标按逆时针旋转一个角度θ,使得 1x 轴旋转到椭圆的长轴方向1y ,2x 轴旋转到椭圆的短轴2y ,则有 112212cos sin sin cos y x x y x x θθθθ =+?? =-+? (11.1) 此时可以看到,n 个点在新坐标系下的坐标1y 和2y 几乎不相关,并且1y 的方差要比2y 的方 差大得多,也就是说1 y 包含了原始数据中大部分的信息,此时丢掉变量 2y ,信息的损失是比较 小的。这里称 1y 为第一主成分2y 为第二主成分。 主成分分析的过程其实就是坐标系旋转的过程,新坐标系的各个坐标系的轴的方向是原始数据变差最大的方向,各主成分表达式就是新旧坐标转换关系式。 11.1.2 总体的主成分 1从总体协方差矩阵出发求解主成分 设 ' (,,,) p x x x x = 为一个p 维总体,假定 x 期望和协方差矩阵均存在并已知,记 ()E x μ =,var() x =∑ ,考虑如下线性变换

matlab实验一实验报告

石家庄铁道大学 《Matlab语言及其应用》实验报告--实验1 Matlab软件环境的基本使用 实验者姓名:韩云星 实验者学号:20153254 实验者班级:信1501-1 所在学院:信息科学与技术学院 课程编号:RL090011 指导教师:刘展威 报告完成日期:2017年 4月 28 日

实验一熟悉MATLAB 工作环境 一、实验目的 1、了解Matlab的发展和主要功能; 2、熟悉Matlab工作环境的各个窗口; 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、实验内容 图1实验内容1

图2实验内容2 图3实验内容3 三、实验设备和软件环境 处理器: Intel(R) Core(TM) i5-6200 CPU @ 2.30GHz (4 CPUs), ~2.3GHz 内存: 4096MB RAMIntel(R) Core(TM) i5-6200 CPU @ 2.30GHz (8 CPUs), ~2.3GHz 硬盘: Model: ATA ST2000DM001-1ER1 SCSI Disk Device 操作系统: Windows 7 旗舰版 64-bit (6.1, Build 7601) (7601.win7_gdr.101026-1503) Matlab版本:9.0.0.341360 (R2016a) 四、实验步骤或过程 1.在命令窗口依次输入下列命令,根据执行结果分析其功能: help 在命令窗口输入后,会看到帮助的目录信息,如下图所示

图 4 帮助的目录信息 lookfor inv 输入后会在命令窗口显示帮助中含有字母inv的函数和函数功能的列表。 图 5 帮助中含有字母inv的函数和函数功能 help inv 查找函数inv,并显示其帮助信息。 图6查找函数inv Which inv 显示函数保存的位置信息和类型。 图7显示函数保存的位置信息和类型 2.建立自己的工作目录,再将自己的工作目录设置到Matlab搜索路径下。用help命令查询自己的工作目录; 设置路径:

matlab实验报告2

第二次上机作业 准备&要求: 1、 运行课件第三章(课本第四章)讲过的例子,掌握Matlab 的流程控制语句、函数及脚本文件的编程、调试方法。 2、 本次作业(4~12题)要求全部写M 文件; 3、 题目要求未明确要求写脚本文件还是函数文件的,学生自己决定是写脚本文件还是函数文件。只要能够实现要求。 4、 列出第二章课堂上出现过的所有函数,知道它们的作用并试着调用这些函数。 作业: 1. 继续完成第一次上机实验未完成的作业。 2. 分析脚本M 文件及函数M 文件的区别。 (1)脚本文件没有输入参数,也不返回输出参数,而函数文件可以带输入参数,也可以返回输出参数。 (2)脚本文件对MATLAB 工作空间中的变量进行操作,文件中所有命令的执行结果也完全返回到工作空间中,而函数文件中定义的变量为局部变量,当函数文件执行完毕时。这些变量被清除。 (3)脚本文件可以直接运行。在MATLAB 命令行窗口输入脚本文件的名字,就会顺序执行脚本文件中的命令。而函数文件不能直接运行,要以函数调用的方式来调用。 3. 已知??????????--=7613870451A ,???? ??????--=023352138B ,求下列表达式的值,并注意第(2)(3)小题表达式的结果有何特点: (1)B A 6+ 、I B A +-2 (其中I 为单位阵); >> A+6*B ans = 47 23 -10 12 37 26 -15 73 7 >> A^2-B+I ans = -18 -217 17 22 533 109

21 867 526 (2)A*B、A.*B、B*A、B.*A; >> A*B ans = 14 14 16 -10 51 21 125 328 180 >> A.*B ans = -8 15 4 0 35 24 -9 122 0 >> B*A ans = -11 0 -15 7 228 53 3 -1 28 >> B.*A ans = -8 15 4 0 35 24 -9 122 0 (3)A/B、B\A、A./B、B.\A; A/B ans = 1.2234 -0.9255 2.9787 -0.9468 2.3511 -0.9574 4.6170 3.8723 13.8936 >> B\A ans =

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