Matlab工程应用基础 3 3

实验3 MATLAB程序设计实验3 MATLAB程序设计一、实验目的本实验的主要目的是通过实际的编程练习，掌握和熟悉MATLAB 程序设计的基本知识和技巧。

通过本实验的学习，能够灵活使用MATLAB进行程序设计，解决实际问题。

二、实验内容1. MATLAB语言基础在本部分，我们将介绍MATLAB语言的基本语法和常用函数的使用方法。

1.1. 变量定义和赋值在MATLAB中，可以通过简单的语法来定义和赋值变量。

例如，`a = 10;`表示将值10赋给变量a。

，MATLAB也支持定义矩阵和向量。

1.2. 数学运算MATLAB提供了丰富的数学运算函数，如加法、减法、乘法、除法等等。

通过这些函数，我们能够进行各种数学运算。

1.3. 条件语句和循环语句条件语句和循环语句在程序设计中非常重要。

在MATLAB中，我们可以使用if-else语句来进行条件判断，使用for循环和while 循环来实现循环操作。

2. MATLAB绘图功能MATLAB的绘图功能非常强大，可以用于绘制各种图形，如曲线图、散点图、柱状图等等。

2.1. 绘制曲线图在MATLAB中，通过`plot`函数可以绘制曲线图。

我们可以指定要绘制的曲线的x和y坐标，并可以设置其他参数，如线型、颜色等。

2.2. 绘制散点图通过`scatter`函数可以绘制散点图。

散点图用于展示数据的分布情况，非常直观。

2.3. 绘制柱状图通过`bar`函数可以绘制柱状图。

柱状图用于比较不同类别或不间点的数据。

3. MATLAB文件操作在实际的程序设计过程中，常常需要读取和写入文件。

MATLAB 提供了相关的文件操作函数，方便我们进行文件的读写操作。

3.1. 文件的读取通过`fopen`函数可以打开一个文件，通过`fread`函数可以读取文件的内容。

3.2. 文件的写入通过`fopen`函数可以创建一个文件，并通过`fwrite`函数将数据写入文件中。

三、实验步骤1. 编写MATLAB程序根据实验内容，编写MATLAB程序实现相应功能。

matlab程序设计与应用第3版pdf版引言概述：《MATLAB程序设计与应用第3版》是一本经典的MATLAB编程教材，它提供了广泛的知识和技巧，帮助读者掌握MATLAB的应用。

本文将从五个大点出发，详细阐述该书的内容，包括基础知识、数据处理、图形绘制、符号计算和应用实例。

正文内容：1. 基础知识1.1 MATLAB环境介绍：介绍MATLAB的工作环境和基本操作，包括命令窗口、编辑器、变量和函数的定义等。

1.2 数据类型和运算：详细介绍MATLAB中的数据类型，如标量、向量、矩阵和结构体等，以及常用的运算符和函数。

1.3 控制流程：讲解MATLAB中的条件语句、循环语句和函数的定义与调用，帮助读者掌握程序的流程控制。

1.4 文件与数据的输入输出：介绍如何读写文件和处理各种数据格式，如文本文件、Excel文件和图像文件等。

1.5 调试与性能优化：提供调试MATLAB程序的技巧和方法，并介绍如何优化程序的性能，提高代码的运行效率。

2. 数据处理2.1 数据导入与清洗：介绍如何导入外部数据，并对数据进行清洗和预处理，包括数据类型转换、缺失值处理和异常值检测等。

2.2 数据可视化：讲解如何使用MATLAB的绘图函数绘制各种类型的图表，如折线图、散点图、柱状图和饼图等，以及如何添加标签和注释。

2.3 数据分析与统计：介绍常用的数据分析和统计方法，如描述统计、假设检验、回归分析和聚类分析等，以及MATLAB中相应的函数和工具箱的使用。

2.4 信号处理：介绍信号处理的基本概念和方法，包括时域分析、频域分析和滤波器设计等，以及MATLAB中相关的函数和工具箱。

2.5 机器学习与数据挖掘：简要介绍机器学习和数据挖掘的基本原理和方法，并介绍MATLAB中的机器学习工具箱和数据挖掘工具箱的使用。

3. 图形绘制3.1 2D图形绘制：详细介绍绘制2D图形的方法和技巧，包括曲线绘制、图形样式设置和图形的保存等。

3.2 3D图形绘制：讲解如何绘制3D图形，包括曲面图、散点图和体积图等，以及如何设置视角和光照效果。

Matlab3MATLAB3.1xy)(xPiyF jyFiMjM3.1.1LL TdxxP])[(NF(1)F)(xP][N——————14}{RMFMFjjyiiyF41][RNiyF jyFiMjMx y3.1.2LdxEIMU22122xuEIM(2)(3)x iyF jyFiMjMx ydxu x PWL 0)(L dxxu EIU22221323.1.33.1.4(4)(5)WU V L dxPu x u EI V22221456(6)(7))}()]{([),(t x N t xu u][Nuxt][N xu}{}{(8)14RM F M F Fjjy iiy 14R u ujjiiyjjiiu u iyF jyF iM jM xyL TT dx N P xNx N EI V2222}]{[}{}{21}{][xN xu tN tu }{][TT TN u][}{}]{[][}{2N N u TT 0}{V87(9)9(10)910(11)dxN P dx xNx N EIL T LT2222][}{dxN P dx xNx N EIL T LT2222][}{3.1.5(12)12442222][R dx x N x N EILTK }]{[}{X KF (13)14][}{R M F M F dx N P jjy i iy L TF 14][R u u X jjiiLEI L EI LEI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI dx x N x N EIL T46266126122646612612][22232322232302222K ][K (14)]232231[23233222323322Lx L x L x L xL x L x xL x L xNjjiijjy i iy u u LEI L EI LEI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI M F M F 46266126122646612612222323222323}]{[}{X KF jjy i iy M F M F }{Fjjy i iy jjiiM F M F LEI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI L EI u u 12223232223234626612612264661261215(16)3.2 Matlab4402222][RdxxNxNEILTKclearx=sym( ‘x’); L=sym( ‘L’);N=[ 1 –3 * (x^2) / (L^2) + 2 * (x^3) / (L^3), x –2 * (x^2) / L + (x^3) / (L^2),….3 * (x^2) / (L^2) –2 * (x^3) / (L^3), -(x^2) / L + (x^3) / (L^2) ];Ni=diff( N, 2 );Nt=transpose( Ni);kk=Nt* Ni;K=E * I * int(kk, 0, ‘L’);]232231[23233222323322LxLxLxLxLxLxxLxLxNMatlabsymx=sym(‘y’)xy:symsx y zxyz1x=sym(‘y’)x=y2x=sym(‘y+z’)x=y+z3y=sym(‘a*x^2+b*x+c’)y= a*x^2+b*x+csubsx=subs(y,’old’,’new’)y“old”“new”1x=sym(‘y’)z=subs(x, ‘y’, 2)z=22x=sym(‘y+z’); zz=subs(x, ‘[ y, z ]’, [ 2, 3 ] )zz=5x4zsubs(z, ‘x’, 4)273y=sym(‘a*x^2+b*x+c’)z=subs(y, ‘[ a, b, c ]’, [1, 2, 3 ] )z=x^2+2*x+3subs1z=subs(x, y, 2)z=subs(‘x’, y, 2)z=subs(‘x’, ‘y’, 2)•diff ( N, ‘x’, n )Nxn diff( N, n )MatlabxnnxN(‘x’);,2)first_order=2*x+2 second_order=212)(2xxxfxxf)(22)(xxf52),(223xy y x yx y xf yy xf ),(22),(xy xf (‘x ’); y=fxy=(x^3)*(y^2)+2*(x^2)*y+x*y+5;,2)second_order_x=first_order_y=2*(x^3)*y+2*(x^2)+x•int (N, ‘x ’, L1, L2);int (N, ‘x ’, L1, L2)NL1L2diff ( N, L1, L2 )Matlabx21L L Ndx3131103102x dx x (‘x ’);result=1/3numericresultnumeric(result = numeric (result)result=0.3333y y y x y x dxxy yx 2131)2131()(3102331032(‘x ’); 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L 1=L 2=5 m; b=h=5 cm; E=3e11 N/m 2; I=5.2e-7 m 4bhxyw=1000 N/mL=10 mL 1=5 mL 2=5 mw=1000 N/m L 1=5 m12L 2=5 m23w=1000 N/m1.3.4.1122.11i=1j=2L1=5 m E=3e11 N/m2I=5.2e-7 m4124800374406240037440374401497637440149766240037440124800374403744014976374401497646266126122646612612][12112121312131121121213121311LEILEILEILEILEILEILEILEILEILEILEILEILEILEILEILEIKw=1000 N/mL1=5 m123.w=1000 N/mw=1000 N/mL 1=5 m1212F 1= -750 NF 2= -1750 NM1= -2500/3 N mM2=1250 N m1250175032500750)(}{1012211L Tdx x P M F M F N F ]232231[2131231321221312313212L x L xL x L x Lx L xxL x Lx NxxL wxP 200)(114.12211221111248003744062400374403744014976374401497662400374401248003744037440149763744014976][1250175032500750u u u u K 12F 1= -750 NF 2= -1750 NM 1= -2500/3 N mM 2=1250 N mw=1000 N/mL 1=5 m12}]{[}{X K F 125.22i=2j=3L2=5 m E=3e11 N/m2I=5.2e-7 m4][124800374406240037440374401497637440149766240037440124800374403744014976374401497646266126122646612612][122222222322232222222223222322KKLEILEILEILEILEILEILEILEILEILEILEILEILEILEILEILEIL2=5 m23w=1000 N/m6.2w=1000 N/m23F 2= -1750 NF 3= -750 NM 1= -7500 N mM 2=2500/3 N m3250075012501750)(}{2023322L Tdxx P M F M F N F ]232231[2232232322222322323222L xL x Lx L x L x L x xL x LxN)(200)()(2222x L xL L wxP L 2=5 m23w=1000 N/m7.28.332211124800374406240037440374401497637440149766240037440124800124800374403744062400374403744014976374403744014976149763744014976624003744012480037440374401497637440149763250075012501250)1750(175032500750uuu3322332221248003744062400374403744014976374401497662400374401248003744037440149763744014976][3250075012501750uuuuK2211221111248003744062400374403744014976374401497662400374401248003744037440149763744014976][1250175032500750uuuuK3322111248003744062400374400374401497637440149760062400374401248001248003744037440624003744037440149763744037440149761497637440149760062400374401248003744000374401497637440149763250075012501250)1750(175032500750u uu 3322111248003744062400374403744014976374401497600624003744024960006240037440374401497602995237440149760062400374401248003744000374401497637440149763250075012501250)1750(175032500750u uu9.3250035003250012480062400374406240024960062400374402995237440624003744012480013221u33221112480037440624003744037440149763744014976624003744024960062400374403744014976299523744014976624003744012480037440374401497637440149763250075012501250)1750(175032500750uuuxy w=1000 N/mL=10 mL1=5 m L2=5 m10.166928.00534176.0166928.03221u3.4.2 Matlab1.1K1L151022221][L Tdx xN x N EIK2.2K1L252022222][L Tdx xN x N EIK( P * transpose ( N ), x, 0, ‘1250175032500750)(}{1012211L T dxx P M F M F N F xx L wx P 200)(11w=1000 N/m); L2=sym ( ‘L2’);(P * transpose ( N ), x, 0, ‘L23250075012501750)(}{2023322L T dxx P M F M F N F )(200)()(2222x L x L L wx P。

第三章微积分问题的计算机求解一、实验内容：题目1．试求出如下极限。

①limx→∞(3x +9x )1/ x，②lim x→∞[(x+2)x+2(x+3)x+3 ]/(x+5)2x+5【分析】：该题为单变量函数的极限。

极限问题可以用limit()函数直接求出。

要注意该函数的调用格式为:L=limit(fun,x,x0)(求极限)，L=limit(fun,x,x0,’left’或’right’)(求极限)。

还需注意一开始要对函数的字符进行申明。

【解答】：（1）输入如下语句：>> syms x;f=(3^x+9^x)^(1/x);L=limit(f,x,inf)语句运行后显示如下：L =9（2）输入如下语句：>>syms x;f=(x+2)^(x+2)*(x+3)^(x+3)/(x+5)^(2*x+5);>> L=limit(f,x,inf)语句运行后显示如下：L =exp(-5)题目2.试求下面的双重极限。

①lim x→−1y→2 (x2y+xy3)/(x+y) 3，②limx→0 y→0 xy /√(xy+1)−1，③limx→0y→0 [1−cos(x2+y2)]/(x2+y2)e x2+y2。

【分析】：该题为多变量函数的极限问题。

他可以用嵌套使用limit()函数来解决。

在MATLAB上可以用L=limit(limit(f,x,x0),y,y0)或者L=limit(f,y,y0),x,x0)来解决。

其思想是所有的先关于X求导，再所有的关于y求导。

【解答】：(1)输入如下语句：>> syms x y>> f=(x^2*y+x*y^3)/(x+y)^3;>> L=limit(limit(f,x,-1),y,2)语句运行后显示如下：L =-6(2)输入如下语句：>> syms x yf=(x*y)/(sqrt(x*y+1)-1);L=limit(limit(f,x,0),y,0)按ENTER键，语句运行后显示如下：L =2(3)输入如下语句：>> syms x yf=(1-cos(x^2+y^2))/(sqrt(x^2+y^2)*exp(x^2+y^2));L=limit(limit(f,x,0),y,0)按ENTER键，语句运行后显示如下：L =题目3.求出下面函数的导数。

第三章MATLAB有限元分析与应用有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）是一种工程计算方法，用于解决结构力学和流体力学等问题。

它将一个复杂的结构分割成多个简单的离散单元，通过建立数学模型和求解方程组，得到结构的力学、热力学和流体力学等性能参数。

MATLAB是一种功能强大的数学计算软件，具有直观的用户界面和丰富的工具箱，可以方便地进行有限元分析。

本章将介绍在MATLAB中进行有限元分析的基本步骤和方法，以及一些常见的应用例子。

首先，进行有限元分析需要将结构进行离散化。

常用的离散化方法有节点法和单元法。

节点法是将结构的几何形状划分为小的节点，并在节点上进行计算。

单元法是将结构划分为多个小的单元，并在每个单元内进行计算。

在MATLAB中，可以通过创建节点和单元的矩阵来描述结构和单元的关系。

例如，创建一个2D结构形式的节点矩阵：nodes = [0 0; 1 0; 0 1; 1 1];然后，通过创建描述节点连接关系的矩阵，来定义结构的单元：elements = [1 2 3; 2 4 3];这里的每一行代表一个单元，数字表示节点的编号。

接下来，需要定义材料的力学参数和边界条件。

材料的力学参数包括弹性模量、泊松比等。

边界条件包括支座约束和加载条件。

在MATLAB中，可以通过定义力学参数和边界条件的向量来描述。

例如，定义弹性模量和泊松比的向量：E=[200e9200e9];%弹性模量nu = [0.3 0.3]; % 泊松比定义支座约束的向量（1表示固定，0表示自由）：constraints = [1 1; 0 0; 0 1; 0 1];定义加载条件的向量（包括点力和面力）：最后，通过求解方程组得到结构的应力和位移等结果。

在MATLAB中，可以利用有限元分析工具箱中的函数进行计算。

例如，可以使用“assem”函数将节点和单元的信息组装成方程组，并使用“solveq”函数求解方程组。

matlab 实验三 matlab程序设计与优化Matlab是一种高级的计算机编程语言，广泛应用于科学、工程、金融和其他领域。

在Matlab实验三中，我们将学习Matlab程序设计与优化。

本文将介绍Matlab实验三的内容和要求，并提供一些有用的技巧和建议，帮助读者更好地完成实验。

实验三的主要内容包括：1. Matlab程序设计基础2. Matlab程序优化技巧3. Matlab代码调试方法4. Matlab性能分析工具5. 实例分析与练习题下面我们将逐个介绍这些内容。

1. Matlab程序设计基础在本节中，我们将学习如何使用Matlab编写简单的程序。

以下是一些重要的概念和技巧：1）变量和数据类型：在Matlab中，变量可以存储不同类型的数据，如数字、字符串、逻辑值等。

常见的数据类型包括double、char、logical等。

2）运算符：Matlab支持各种数学运算符，包括加减乘除、幂运算等。

此外，还有逻辑运算符（如and、or）和比较运算符（如==、~=）。

3）控制结构：控制结构可以控制程序执行流程。

常见的控制结构包括if语句、for循环和while循环。

4）函数：函数是一种可重复使用的代码块，可以接受输入参数并返回输出结果。

Matlab中有很多内置函数，也可以编写自己的函数。

2. Matlab程序优化技巧在本节中，我们将学习如何优化Matlab程序以提高其性能。

以下是一些重要的技巧：1）向量化：向量化是一种将循环操作转换为矩阵操作的技术。

这样可以减少程序执行时间，并且使代码更简洁。

2）预分配数组：在编写Matlab程序时，应尽可能避免动态数组分配。

相反，应该预先分配所需大小的数组。

3）使用内置函数：Matlab中有许多内置函数，它们通常比用户自定义函数更快。

因此，在编写程序时应尽可能使用内置函数。

4）避免不必要的计算：在编写程序时，应尽可能避免不必要的计算。

例如，在循环中进行重复计算或计算已知结果等。

数学与软件科学学院实验报告学期： 2014 至2015 第 1 学期年月日课程名称:MATLAB程序设计及应用专业: 信息与计算科学级班实验编号：3 实验项目 MATLAB字符串、单元数组和结构体指导教师__郭远华_ 姓名：学号：实验成绩：一、实验目的及要求1. 掌握matlab的单元数组；2.掌握matlab结构体；3. 掌握字符串的各种操作；4. 熟悉matlab中的基础程序设计.二、实验内容以下涉如果及到源代码，答题时请拷贝代码1、创建以下内容的字符串：This Is An Example. ，记为mychar。

求字符串的长度；以操作数组的方式显示前5个字符；反顺序显示mychar中的字符；显示mychar对应的ASCII码；结合find()命令，将mychar中的小写全部转化为大写。

2、创建以下带单引号的字符串：Example ‘4.1.2’，字符串记为mychar2。

将5题mychar中的This Is 与mychar2横向连接。

3、用直接输入的方法创建2行的字符串数组，第一行为：The string array，第二行为：hasmultiple rows，如果2行长度不等，补充空格对齐。

4、用char()函数创建2行的字符串数组，第一行为：The string array，第二行为：has two rows。

5、创建两个字符串，内容分别为blink和bliss。

用关系运算符==和>=比较两个字符串；调用函数比较两个字符串是否相同；调用函数比较两个字符串的前3位是否相同。

6、str=’This is a good example.’，将str中的good 替换为great；查找str中的a，并显示a出现的位置。

7、创建字符串数组，数组的2行分别为Picture和Pitch，用函数strmatch()在数组中分别查找Pi和Pic。

8、将字符串’very good’转化为等值的整数。

实验3 M 文件和程序的流程控制语句实验目的：1、 理解脚本M 文件和函数M 文件的区别。

2、 掌握脚本M 文件和函数M 文件的创建和运行。

3、 掌握流程控制语句的使用。

4、程序的调试。

实验内容：1、 编写一个函数文件fun.m ，用于求∑==101n n n a，然后在命令文件中给定a 的值，调用函数fun 。

2、 编写一个函数文件，求小于任意自然数n 的斐波那契数列各项。

Fibnacci 数列定义如下：⎪⎩⎪⎨⎧>+===--2,121121n f f fn f f n n3、 编写一个函数M 文件（[y1,y2]=fun(x1,x2)），使之可以处理1个或两个输入参数，一个或两个输出参数，满足如下条件：当只有一个输入参数x1时：如果只有一个输出参数y1，则y1=x1; 如果有两个输出参数y1,y2，则y1=y2=x1/2; 当有两个输入参数x1,x2时：如果只有一个输出参数y1，则y1=x1+x2; 如果有两个输出参数y1,y2，则y1=y2=(x1+x2)/2; 4、（个人所得税纳税问题）根据中华人民共和国个人所得税法规定，公民的工资、薪金所得应该依法缴纳个人所得税。

个人所得税计算公式为：在每个人的月收入中超过1600元以上的部分应该纳税，这部分收入称为应纳税所得额。

应纳税所得额实行分段累积税率，按如下税率表计算1） y 和x 的函数关系，并编写函数M 文件实现此函数。

2） 调用函数，求月收入为6850和12300的应纳税额。

5、编matlab M文件实现下述猜数游戏（选做，有加分）首先由计算机产生[1,100]之间的随机整数，然后由用户猜测所产生的随机数。

根据用户猜测的情况给出不同提示，如猜测的数大于产生的数，则显示“High”，小于则显示“Low”，等于则显示“You won”，同时退出游戏。

用户最多可以猜7次。

matlab程序设计教程第三版课后答案在 MATLAB中，对 MATLAB编程是用什么来编写程序的？下面分别介绍下 MATLAB程序设计教程中关于使用什么语言编写程序：由于使用较多，本教程会在 MATLAB基础上进行改进和优化，并以此为基础将问题分类为四个不同层次:(1)定义问题分类;(2)提出问题间关系;(3)分析问题和解决问题。

本教程不限制解决问题时是否使用或修改现有问题而只是要求解决问题时使用或修改现有问题而不适用本教程中各层次问题并加入了分析问题和解决问题的内容和方法。

一、定义问题分类定义问题分类的目的是为了将不同层次的问题区分开来，以便更加准确地进行相应的程序设计。

解决问题应根据问题所涉及的对象及其相互关系来进行分类，通常可以分为三类：计算类、求解类。

定义问题分类时应根据问题的重要性、目标实现过程中有无对相关问题分类的基础知识等进行考虑，以便对问题分类更具有针对性。

在 MATLAB中定义问题分类时一般按可划分的对象分类，也可按可处理的对象分类三大类，如图2所示。

图2中的问题分类如图3所示，其中 A为问题分类中的问题, B为已完成的问题, C为分析问题, D为解决问题。

二、提出问题间关系问题的内部结构由程序代码构成，因此，问题间的问题关系是编程人员必须掌握的知识，为了便于操作，它们之间存在着复杂的相互关系。

当一个问题被解决后，下一个问题的解决还需要继续解决下一个问题。

如果一个问题不被解决又要继续解决另外一个问题，或者一个问题已经解决了，而下一个问题却没有得到解决，那么这类问题就被称为“已知问题”或者“未知问题”。

由于已知问题都是由已知的数学问题所构成，所以这种关系叫已知问题与未知问题之间的关系（见图3)。

当一个问题与其他问题处于不同的数学问题之间时，所处的数学问题就会存在一定程度的矛盾。

如果数学问题不能得到解决，或者解决数学问题的算法设计出现错误，那么这个矛盾就会不断激化，最终将使整个问题变得越来越复杂。