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实验二： 微分方程模型Matlab 求解与分析一、实验目的[1] 掌握解析、数值解法，并学会用图形观察解的形态和进行解的定性分析； [2] 熟悉MATLAB 软件关于微分方程求解的各种命令；[3] 通过范例学习建立微分方程方面的数学模型以及求解全过程； [4] 熟悉离散 Logistic 模型的求解与混沌的产生过程。
二、实验原理1. 微分方程模型与MATLAB 求解解析解用MATLAB 命令dsolve(‘eqn1’,’eqn2’, ...) 求常微分方程（组）的解析解。
其中‘eqni'表示第i 个微分方程，Dny 表示y 的n 阶导数,默认的自变量为t 。
（1） 微分方程 例1 求解一阶微分方程 21y dxdy+= (1) 求通解 输入：dsolve('Dy=1+y^2')输出：ans =tan(t+C1)（2）求特解 输入：dsolve('Dy=1+y^2','y(0)=1','x')指定初值为1，自变量为x 输出：ans =tan(x+1/4*pi)例2 求解二阶微分方程 221()04(/2)2(/2)2/x y xy x y y y πππ'''++-=='=-原方程两边都除以2x ，得211(1)04y y y x x'''++-= 输入:dsolve('D2y+(1/x)*Dy+(1-1/4/x^2)*y=0','y(pi/2)=2,Dy(pi/2)=-2/pi','x')ans =- (exp(x*i)*(pi/2)^(1/2)*i)/x^(1/2) +(exp(x*i)*exp(-x*2*i)*(pi/2)^(3/2)*2*i)/(pi*x^(1/2))试试能不用用simplify 函数化简 输入: simplify(ans)ans =2^(1/2)*pi^(1/2)/x^(1/2)*sin(x) （2）微分方程组例3 求解 d f /d x =3f +4g ; d g /d x =-4f +3g 。
详尽全⾯的matlab绘图教程Matlab绘图强⼤的绘图功能是Matlab的特点之⼀，Matlab提供了⼀系列的绘图函数，⽤户不需要过多的考虑绘图的细节，只需要给出⼀些基本参数就能得到所需图形，这类函数称为⾼层绘图函数。
此外，Matlab还提供了直接对图形句柄进⾏操作的低层绘图操作。
这类操作将图形的每个图形元素（如坐标轴、曲线、⽂字等）看做⼀个独⽴的对象，系统给每个对象分配⼀个句柄，可以通过句柄对该图形元素进⾏操作，⽽不影响其他部分。
本章介绍绘制⼆维和三维图形的⾼层绘图函数以及其他图形控制函数的使⽤⽅法，在此基础上，再介绍可以操作和控制各种图形对象的低层绘图操作。
⼀．⼆维绘图⼆维图形是将平⾯坐标上的数据点连接起来的平⾯图形。
可以采⽤不同的坐标系，如直⾓坐标、对数坐标、极坐标等。
⼆维图形的绘制是其他绘图操作的基础。
⼀．绘制⼆维曲线的基本函数在Matlab中，最基本⽽且应⽤最为⼴泛的绘图函数为plot，利⽤它可以在⼆维平⾯上绘制出不同的曲线。
1． plot函数的基本⽤法plot函数⽤于绘制⼆维平⾯上的线性坐标曲线图，要提供⼀组x坐标和对应的y坐标，可以绘制分别以x和y为横、纵坐标的⼆维曲线。
plot函数的应⽤格式plot(x,y) 其中x,y为长度相同的向量，存储x坐标和y坐标。
例51 在[0 , 2pi]区间，绘制曲线程序如下：在命令窗⼝中输⼊以下命令>> x=0:pi/100:2*pi;>> y=2*exp(-0.5*x).*sin(2*pi*x);>> plot(x,y)程序执⾏后，打开⼀个图形窗⼝，在其中绘制出如下曲线注意：指数函数和正弦函数之间要⽤点乘运算，因为⼆者是向量。
例52 绘制曲线这是以参数形式给出的曲线⽅程，只要给定参数向量，再分别求出x,y向量即可输出曲线：>> t=-pi:pi/100:pi;>> x=t.*cos(3*t);>> y=t.*sin(t).*sin(t);>> plot(x,y)程序执⾏后，打开⼀个图形窗⼝，在其中绘制出如下曲线以上提到plot函数的⾃变量x,y为长度相同的向量，这是最常见、最基本的⽤法。
MATLAB绘制二元函数的图形【实验目的】1.了解二元函数图形的绘制。
2.了解空间曲面等高线的绘制。
3.了解多元函数插值的方法。
4.学习、掌握MA TLAB软件有关的命令。
【实验内容】画出函数22y=的图形，并画出其等高线。
z+x【实验准备】1.曲线绘图的MA TLAB命令MA TLAB中主要用mesh,surf命令绘制二元函数图形。
主要命令mesh（x，y，z）画网格曲面，这里x，y，z是数据矩阵，分别表示数据点的横坐标，纵坐标和函数值，该命令将数据点在空间中描出，并连成网格。
surf（x，y，z）画完整曲面，这里x，y，z是数据矩阵，分别表示数据点的横坐标，纵坐标和函数值，该命令将数据点所表示曲面画出。
【实验重点】1. 二元函数图形的描点法2. 曲面交线的计算3. 地形图的生成【实验难点】1. 二元函数图形的描点法2. 曲面交线的计算【实验方法与步骤】练习1画出函数22y=的图形，其中]3,3xz+⨯-yx。
∈,[]3,3[(-)用MA TLAB作图的程序代码为>>clear;>>x=-3:0.1:3; %x的范围为[-3，3]>>y=-3:0.1:3; %y的范围为[-3，3]>>[X,Y]=meshgrid(x,y); %将向量x,y指定的区域转化为矩阵X,Y >>Z=sqrt(X.^2+Y.^2); %产生函数值Z>>mesh(X,Y,Z)运行结果为图5.3如果画等高线，用contour，contour3命令。
contour画二维等高线。
contour3画三维等高线。
画图5.3所示的三维等高线的MA TLAB 代码为>>clear;>>x=-3:0.1:3;>>y=-3:0.1:3;>>[X,Y]=meshgrid(x,y);>>Z=sqrt(X.^2+Y.^2);>>contour3(X,Y,Z,10); %画10条等高线>>xlabel('X-axis'),ylabel('Y-axis'),zlabel('Z-axis'); %三个坐标轴的标记>>title('Contour3 of Surface') %标题>>grid on %画网格线运行结果为图5.4如果画图5.4所示的二维等高线，相应的MA TLAB代码为>>clear;x=-3:0.1:3;y=-3:0.1:3;>>[X,Y]=meshgrid(x,y);Z=sqrt(X.^2+Y.^2);>>contour (X,Y,Z,10);>>xlabel('X-axis'),ylabel('Y-axis');>>title('Contour3 of Surface')>>grid on运行结果为如果要画z=1的等高线，相应的MATLAB代码为>>clear;x=-3:0.1:3;y=-3:0.1:3;>>[X,Y]=meshgrid(x,y);Z=sqrt(X.^2+Y.^2);>>contour(X,Y,Z,[1 1])运行结果为练习2 二次曲面的方程如下222222x y z d a b c++= 讨论参数a ,b ,c 对其形状的影响。
第2章 MATLAB二维绘图22.1 二维绘图基本流程22.2 二维图形的基本绘图命令42.2.1 高级绘图命令42.2.2低级绘图命令62.2 二维图形的修饰82.2.1 坐标轴的调整82.2.1.1 调整坐标轴的围82.2.1.2 调整坐标轴的状态92.2.1.3 保存坐标轴的围112.2.1.4 保存坐标轴的状态112.2.2画出或取消网格线122.2.3设置坐标轴的名称122.2.4设置图形标题132.2.5在图形中显示文字142.2.5.1用坐标轴确定文字位置142.2.5.2用鼠标确定位置显示文字152.2.6 图形的标定和颜色条162.2.7 使用绘图工具栏标注图形182.3 填充图形的绘制192.4 多坐标系绘图与图形窗口的分割202.4.1 图形叠印法202.4.2 子图的绘制212.5 特殊坐标图形的绘制222.5.1 绘制极坐标图形232.5.2对数/半对数坐标系绘图232.6 特殊二维图形的绘制242.4.3 直方图242.4.1 柱状图和面积图262.4.2 饼图282.4.4 离散数据绘图282.4.5 等高线图302.4.6 向量图312.7 函数绘图342.7.1 fplot函数342.7.2函数function的定义352.8 工作空间直接绘图362.9 手工绘图方式382.10 小结41第2章 MATLAB二维绘图数据可视化是MATLAB一项重要功能，它所提供的丰富绘图功能，使得从繁琐的绘图细节中脱离出来，而能够专心于最关心的本质。
通过数据可视化的方法，工程科研人员可以对自己的样本数据的分布、趋势特性有一个直观的了解。
本章将重点介绍MATLAB二维图形的绘制方式，并按照完整的步骤来说明一个图形产生的流程，以便将数据以图形形式来识别。
通过本章，读者不仅能掌握二维绘图的基本流程，而且能熟练使用MATLAB中相应的绘图命令、函数来绘制二维图形。
2.1 二维绘图基本流程在MATLAB中绘制图形，通常采用以下7个步骤：（1）准备数据；（2）设置当前绘图区；（3）绘制图形；（4）设置图形中曲线和标记点格式；（5）设置坐标轴和网格线属性；（6）标注图形；（7）保存和导出图形。
MatLab & 数学建模授课：唐静波（九江学院理学院）第二讲MatLab图形绘制功能一、二维平面图形基本绘图函数hold on 命令用于在已画好的图形上添加新的图形plot是绘制一维曲线的基本函数，但在使用此函数之前，我们需先定义曲线上每一点的x及y座标。
下例可画出一条正弦曲线：x=0:0.001:10; % 0到10的1000个点的x座标y=sin(x); % 对应的y座标plot(x,y); % 绘图Y=sin(10*x);plot(x,y,'r:',x,Y,'b') % 同时画两个函数•若要改变颜色，在座标对後面加上相关字串即可：x=0:0.01:10;plot(x,sin(x),'r')若要同时改变颜色及图线型态（Line style），也是在坐标对後面加上相关字串即可：plot(x,sin(x),'r*')用axis([xmin,xmax,ymin,ymax])函数来调整图轴的范围axis([0,6,-1.5,1])MATLAB也可对图形加上各种注解与处理：xlabel('x轴'); % x轴注解ylabel('y轴'); % y轴注解title('余弦函数'); % 图形标题legend('y = cos(x)'); % 图形注解gtext('y = cos(x)'); % 图形注解 ,用鼠标定位注解位置 grid on; % 显示格线fplot 的指令可以用来自动的画一个已定义的函数分布图，而无须产生绘图所须要的一组数据做为变数。
其语法为fplot('fun',[xmin xmax ymin ymax])，其中 fun 为一已定义的函数名称，例如 sin , cos 等等；而 xmin , xmax , ymin , ymax 则是设定绘图横轴及纵轴的下限及上限。
以下的例子是将一函数 f(x)=sin(x)/x 在-20<x<20,-0.4<y<1.2之间画出： >> fplot('sin(x)./x',[-20 20 -0.4 1.2])【例】画椭圆1232222=+y xa = [0:pi/50:2*pi]';%角度 π20- X = cos(a)*3; %参数方程 Y = sin(a)*2;plot(X,Y);xlabel('x'), ylabel('y'); title('椭圆')图形窗口的分割一般用命令subplot: subplot(2,2,1);subplot(2,3,4);MATLAB还有其他各种二维绘图函数，以适合不同的应用，详见下表。
当资料点数量不多时，长条图是很适合的表示方式：close all; % 关闭所有的图形视窗x=1:10;y=rand(size(x));bar(x,y);如果已知资料的误差量，就可用errorbar来表示。
下例以单位标准差来做资料的误差量：x = linspace(0,2*pi,30);y = sin(x);e = std(y)*ones(size(x));errorbar(x,y,e)对於变化剧烈的函数，可用fplot来进行较精确的绘图，会对剧烈变化处进行较密集的取样，如下例：fplot('sin(1/x)', [0.02 0.2]); % [0.02 0.2]是绘图范围若要产生极座标图形，可用polar：theta=linspace(0, 2*pi);r=cos(4*theta);polar(theta, r);对於大量的资料，我们可用hist来显示资料的分情况和统计特性。
下面几个命令可用来验证randn产生的高斯乱数分：x=randn(5000, 1); % 产生5000个μ=0，σ=1 的高斯乱数hist(x,20); % 20代表长条的个数rose和hist很接近，只不过是将资料大小视为角度，资料个数视为距离，并用极座标绘制表示：x=randn(1000, 1);rose(x);stairs可画出阶梯图：x=linspace(0,10,50);y=sin(x).*exp(-x/3);stairs(x,y);stems可产生针状图，常被用来绘制数位讯号：x=linspace(0,10,50);y=sin(x).*exp(-x/3);stem(x,y);stairs将资料点视为多边行顶点，并将此多边行涂上颜色：x=linspace(0,10,50);y=sin(x).*exp(-x/3);fill(x,y,'b'); % 'b'为蓝色feather将每一个资料点视复数，并以箭号画出：theta=linspace(0, 2*pi, 20);z = cos(theta)+i*sin(theta);feather(z);compass和feather很接近，只是每个箭号的起点都在圆点：theta=linspace(0, 2*pi, 20);z = cos(theta)+i*sin(theta);compass(z);二、三维立体图形三维绘图函数contour 二维等值线图，即从上向下看contour3等值线图contour3 等值线图fill3 填充的多边形mesh 网格图meshc 具有基本等值线图的网格图meshz 有零平面的网格图pcolor 二维伪彩色绘图，即从上向下看surf图plot3 直线图quiver 二维带方向箭头的速度图surf 曲面图surfc 具有基本等值线图的曲面图surfl 带亮度的曲面图waterfall 无交叉线的网格图三维绘图工具axis 修正坐标轴属性clf 清除图形窗口clabel 放置等值线标签close 关闭图形窗口figure 创建或选择图形窗口getframe 捕捉动画桢grid 放置网格griddata 对画图用的数据进行内插hidden 隐蔽网格图线条hold 保留当前图形meshgrid 产生三维绘图数据movie 放动画moviein 创建桢矩阵，存储动画shading 在曲面图和伪彩色图中用分块、平滑和插值加阴影subplot 在图形窗口内画子图text 在指定的位置放文本title 放置标题view 改变图形的视角xlabel 放置x轴标记ylabel 放置y轴标记zlabel 放置z轴标记函数viewview(az,el) 设置视图的方位角az和仰角elview([az,el])view([x,y,z]) 在笛卡儿坐标系中沿向量[x,y,z]正视原点设置视图，例如view([0 01])=view(0,90)view(2) 设置缺省的二维视图，az=0，el=90view(3) 设置缺省的三维视图，az=-37.5，el=30[az,el]=view 返回当前的方位角az和仰角elview(T) 用一个4×4的转置矩阵T来设置视图T=view 返回当前的4×4转置矩阵plot3命令将绘制二维图形的函数plot的特性扩展到三维空间图形。
函数格式除了包括第三维的信息（比如Z方向）之外，与二维函数plot相同。
plot3一般语法调用格式是plot3(x,y,z,S)，这里x,y和z是向量或矩阵，S是可选的字符串，用来指定颜色、标记符号和/或线形(s可以省略)。
三维螺旋线例子：t=0:pi/50:10*pi;plot3(sin(t),cos(t),t)grid %添加网格plot3可画出空间中的曲线：t=linspace(0,20*pi, 501);plot3(t.*sin(t), t.*cos(t), t); %注意用点乘 .*亦可同时画出两条空间中的曲线：t=linspace(0, 10*pi, 501);plot3(t.*sin(t), t.*cos(t), t, t.*sin(t), t.*cos(t), -t);正弦曲线图x=linspace(0,3*pi); % 0到3pi 间100个数据点z1=sin(x);z2=sin(2*x);z3=sin(3*x);y1=zeros(100); % 含有100个数据的0数组y3=zeros(100);y2=y3/2;plot3(x,y1,z1,x,y2,z2,x,y3,z3);利用在x－y平面的矩形网格点上的z轴坐标值，MATLAB定义了一个网格曲面。
MATLAB通过将邻接的点用直线连接起来形成网状曲面，其结果好象在数据点有结点的鱼网。
mesh可画出立体网状图.画出由函数形成的立体网状图:x=linspace(-2, 2, 25); % 在x轴上取25点y=linspace(-2, 2, 25); % 在y轴上取25点[xx,yy]=meshgrid(x, y); % xx和yy都是21x21的矩阵zz=xx.*exp(-xx.^2-yy.^2); % 计算函数值，zz也是21x21的矩阵mesh(xx, yy, zz); % 画出立体网状图曲面图，除了各线条之间的空档（称作补片）用颜色填充以外，和网格图看起来是一样的。
这种图一般使用函数surf来绘制。
surf和mesh的用法类似：x=linspace(-2, 2, 25); % 在x轴上取25点y=linspace(-2, 2, 25); % 在y轴上取25点[xx,yy]=meshgrid(x, y); % xx和yy都是21x21的矩阵zz=xx.*exp(-xx.^2-yy.^2); % 计算函数值，zz也是21x21的矩阵surf(xx, yy, zz); % 画出立体曲面图MATLAB提供了一个peaks函数，可产生一个凹凸有致的曲面，包含了三个局部极大点及三个局部极小点，其方程式为：要画出此函数的最快方法即是直接键入peaks：peaksz = 3*(1-x).^2.*exp(-(x.^2) - (y+1).^2) ...- 10*(x/5 - x.^3 - y.^5).*exp(-x.^2-y.^2) ...- 1/3*exp(-(x+1).^2 - y.^2)我们亦可对peaks函数取点，再以各种不同方法进行绘图。
meshz可将曲面加上围裙：[x,y,z]=peaks;meshz(x,y,z);waterfall可在x方向或y方向产生水流效果：[x,y,z]=peaks;waterfall(x,y,z);下列命令产生在y方向的水流效果：[x,y,z]=peaks;waterfall(x',y',z');meshc同时画出网状图与等高线：[x,y,z]=peaks;meshc(x,y,z);surfc同时画出曲面图与等高线：[x,y,z]=peaks;surfc(x,y,z);contour3画出曲面在三度空间中的等高线：contour3(peaks, 20);contour画出曲面等高线在XY平面的投影：contour(peaks, 20);剔透玲珑球[X0,Y0,Z0]=sphere(30); %产生单位球面的三维坐标X=2*X0;Y=2*Y0;Z=2*Z0; %产生半径为2的球面的三维坐标surf(X0,Y0,Z0); %画单位球面shading interp %采用插补明暗处理hold on; mesh(X,Y,Z);hold off %画外球面hidden off %产生透视效果axis off %不显示坐标轴动态图形动画效果彗星状轨迹图【*例】简单二维示例。
