MATLAB課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)體會(huì)

1、課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)體會(huì)學(xué)生姓名： 李祥勝 學(xué)生學(xué)號(hào)： 20120704    專(zhuān)業(yè)班級(jí)：光信息科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)老師： miss Chen   學(xué) 院： 信息工程學(xué)院   題   目: MATLAB學(xué)期實(shí)驗(yàn)總結(jié)   MATLAB概念及介紹 MATLAB是matrix&laboratory兩個(gè)詞的組合，意為矩陣工廠(chǎng)（矩陣實(shí)驗(yàn)室）。是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和

2、仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。 MATLAB和Mathematica、Maple并稱(chēng)為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類(lèi)科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶(hù)界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB集成環(huán)境主要包括五個(gè)部分：MA

3、TLAB語(yǔ)言、MATLAB工作環(huán)境、句柄圖形、MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)和數(shù)學(xué)建模、小波分析、MATLAB API(App lication Program Interface)。MATLAB語(yǔ)言是以數(shù)組為基本數(shù)據(jù)單位，包括控制流程語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸人輸出及面向?qū)ο蟮忍攸c(diǎn)的高級(jí)語(yǔ)言。利用SIMULINK對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真與分析，在進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境后，不需要書(shū)寫(xiě)代碼，只需使用鼠標(biāo)拖動(dòng)庫(kù)中的功能模塊并將它們連接起來(lái)，再按照實(shí)驗(yàn)要求修改各元器件的參數(shù)。通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境建立實(shí)驗(yàn)仿真電路模型，可使一些枯燥的電路變得有趣味，復(fù)雜的波形變得形象生動(dòng)，使得各種復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)

4、換過(guò)程比較直觀(guān)地呈現(xiàn)。1.1、MATLAB語(yǔ)言特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì) 1.1.1、語(yǔ)言特點(diǎn) MATLAB被稱(chēng)為第四代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來(lái)。MATLAB的最突出的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔。MATLAB用更直觀(guān)的、符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了C和FORTRAN語(yǔ)言的冗長(zhǎng)代碼。MATLAB給用戶(hù)帶來(lái)的是最直觀(guān)、最簡(jiǎn)潔的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。以下簡(jiǎn)單介紹一下MATLAB的主要特點(diǎn)。  （1）語(yǔ)言簡(jiǎn)潔緊湊，使用方便靈活，庫(kù)函數(shù)極其豐富。MATLAB程序書(shū)寫(xiě)形式自由，利用其豐富的庫(kù)函數(shù)避開(kāi)繁雜的子程序編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作。由于庫(kù)函數(shù)都由本領(lǐng)

5、域的專(zhuān)家編寫(xiě)，用戶(hù)不必?fù)?dān)心函數(shù)的可靠性。  （2)運(yùn)算符豐富。由于MATLAB是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的，MATLAB提供了和C語(yǔ)言幾乎一樣多的運(yùn)算符，靈活使用MATLAB的運(yùn)算符將使程序變得極為簡(jiǎn)短，具體運(yùn)算符見(jiàn)附表。  （3）MATLAB既具有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句（如for循環(huán)、while循環(huán)、break語(yǔ)句和if語(yǔ)句），又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦浴?#160; （4）語(yǔ)法限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。例如，在MATLAB里，用戶(hù)無(wú)需對(duì)矩陣預(yù)定義就可使用。  （5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn)行。  （6）MATLAB的圖形

6、功能強(qiáng)大。在FORTRAN和C語(yǔ)言里，繪圖都很不容易，但在MATLAB里，數(shù)據(jù)的可視化非常簡(jiǎn)單。MATLAB還具有較強(qiáng)的編輯圖形界面的能力。 （7)MATLAB的缺點(diǎn)是，它和其他高級(jí)程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。由于MATLAB的程序不用編譯等預(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序?yàn)榻忉寛?zhí)行，所以速度較慢。  (8)功能強(qiáng)勁的工具箱是MATLAB的另一重大特色。MATLAB包含兩個(gè)部分：核心部分和各種可選的工具箱。核心部分中有數(shù)百個(gè)核心內(nèi)部函數(shù)。其工具箱又可分為兩類(lèi)：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。功能性工具箱主要用來(lái)擴(kuò)充其符號(hào)計(jì)算功能、圖示建模仿真功能、文字處理功能以及與硬件實(shí)時(shí)交互功能。功

7、能性工具箱能用于多種學(xué)科。而學(xué)科性工具箱是專(zhuān)業(yè)性比較強(qiáng)的，如control、toolbox、signal processing toolbox、communication toolbox等。這些工具箱都是由該領(lǐng)域內(nèi)的學(xué)術(shù)水平很高的專(zhuān)家編寫(xiě)的，所以用戶(hù)無(wú)需編寫(xiě)自己學(xué)科范圍內(nèi)的基礎(chǔ)程序，而直接進(jìn)行高、精、尖的研究。下表列出了MATLAB的核心部分及其工具箱等產(chǎn)品系列的主要應(yīng)用領(lǐng)域。  (9)源程序的開(kāi)放性。開(kāi)放性也許是MATLAB最受人們歡迎的特點(diǎn)。除內(nèi)部函數(shù)以外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可讀可改的源文件，用戶(hù)可通過(guò)對(duì)源文件的修改以及加入自

8、己的文件構(gòu)成新的工具箱。1.1.2優(yōu)勢(shì) （1）友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境 MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶(hù)使用MATLAB的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶(hù)界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶(hù)瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級(jí)，MATLAB的用戶(hù)界面也越來(lái)越精致，更加接近Windows的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更強(qiáng)，操作更簡(jiǎn)單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢(xún)、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶(hù)的使用。簡(jiǎn)單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過(guò)編譯就

9、可以直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。 （2）簡(jiǎn)單易用的程序語(yǔ)言 Matlab一個(gè)高級(jí)的矩陣/陣列語(yǔ)言，它包含控制語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶(hù)可以在命令窗口中將輸入語(yǔ)句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫(xiě)好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（M文件）后再一起運(yùn)行。新版本的MATLAB語(yǔ)言是基于最為流行的C語(yǔ)言基礎(chǔ)上的，因此語(yǔ)法特征與C語(yǔ)言極為相似，而且更加簡(jiǎn)單，更加符合科技人員對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式的書(shū)寫(xiě)格式。使之更利于非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的科技人員使用。而且這種語(yǔ)言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)，這也是MATLAB能夠深入到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要原因。

10、 （3）強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力 MATLAB是一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。其擁有600多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶(hù)所需的各種計(jì)算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果，而前經(jīng)過(guò)了各種優(yōu)化和容錯(cuò)處理。在通常情況下，可以用它來(lái)代替底層編程語(yǔ)言，如C和C+ 。在計(jì)算要求相同的情況下，使用MATLAB的編程工作量會(huì)大大減少。MATLAB的這些函數(shù)集包括從最簡(jiǎn)單最基本的函數(shù)到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復(fù)雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問(wèn)題其大致包括矩陣運(yùn)算和線(xiàn)性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號(hào)運(yùn)算、傅立葉變換

11、和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、工程中的優(yōu)化問(wèn)題、稀疏矩陣運(yùn)算、復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操作以及建模動(dòng)態(tài)仿真等。 （4）出色的圖形處理功能   MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來(lái)，并且可以對(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動(dòng)畫(huà)和表達(dá)式作圖?？捎糜诳茖W(xué)計(jì)算和工程繪圖。新版本的MATLAB對(duì)整個(gè)圖形處理功能作了很大的改進(jìn)和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線(xiàn)和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而且對(duì)于一些其他軟件所沒(méi)有的功能（例如圖形的光

12、照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等），MATLAB同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時(shí)對(duì)一些特殊的可視化要求，例如圖形對(duì)話(huà)等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶(hù)不同層次的要求。另外新版本的MATLAB還著重在圖形用戶(hù)界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對(duì)這方面有特殊要求的用戶(hù)也可以得到滿(mǎn)足。 （5） 應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱1.1.3、MATLAB的功能詳解 （1）、MATLAB有著強(qiáng)大的功能，可以用來(lái)進(jìn)行多種工作，具體如下： 數(shù)值分析、數(shù)值和符號(hào)計(jì)算、工程與科學(xué)繪圖、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真、數(shù)字圖像處理技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真、財(cái)務(wù)與金融工

13、程等。由于MATLAB功能太多，不可能一一介紹，并且每一個(gè)功能涉及內(nèi)容又很多，（2）、介紹起來(lái)比較繁瑣，因此我們只以圖形處理功能為例，通過(guò)對(duì)MATLAB圖形處理的介紹來(lái)展示它的強(qiáng)大功能，并以點(diǎn)代面，進(jìn)而進(jìn)一步體現(xiàn)MATLAB的發(fā)展現(xiàn)狀。 （3）、MATLAB提供了大量用于將矢量數(shù)據(jù)以曲線(xiàn)圖形方式進(jìn)行顯示的函數(shù)，包括用于實(shí)現(xiàn)圖標(biāo)繪制、科學(xué)曲線(xiàn)繪制和各種專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)可視化顯示的二維圖形繪制函數(shù)；用于表示向量場(chǎng)的數(shù)據(jù)及二元函數(shù)的圖形表達(dá)的三維圖形繪制函數(shù)；提供了用于圖形效果高級(jí)處理的相關(guān)函數(shù)以及圖形句柄操作函數(shù)；柱狀圖、餅圖和直方圖等特殊圖形繪制函數(shù)；動(dòng)畫(huà)制作等豐富的3D可視化功能。1.2、課

14、程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想 我們基于MATLAB R2014A。 1）展示一些基本的數(shù)值計(jì)算；2）通過(guò)軟件展示幾例基本的函數(shù)；3）應(yīng)用簡(jiǎn)單的程序展示信號(hào)系統(tǒng)中一些基本性質(zhì)，并應(yīng)用圖形可視化。  1.2.1、GUI圖形設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介   1.2.2、建立GUI對(duì)象 首先打開(kāi)一個(gè)空白的GUI面板，并在其布局編輯器中添加控件   1.2.3、修改控件屬性 1.2.4、MATLAB中excel的調(diào)用 在某些情況下，題設(shè)中給出了一系列數(shù)據(jù)，如學(xué)生成績(jī)單實(shí)現(xiàn)成績(jī)情況顯示圖，我們知道，excel的繪圖功能特別強(qiáng)大，尤

15、其是面對(duì)此類(lèi)問(wèn)題，excel可以根據(jù)簡(jiǎn)單的的公式實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算，所以學(xué)會(huì)MATLAB和excel結(jié)合，會(huì)給我們帶來(lái)很大的幫助。 這就需要應(yīng)用MATLAB與excel的數(shù)據(jù)交互調(diào)用功能，即xlsread調(diào)用函數(shù)，function sure_Callback(hObject, eventdata, handles) %導(dǎo)入數(shù)據(jù)確定按鈕FileName,PathName=uigetfile('*.xls','Choose a file'); str=PathName,FileName; set(handles.daoru,'string'

16、,str); %顯示入可編輯數(shù)據(jù)導(dǎo)入文本框 data,text_data=xlsread(str); %讀取str并生成新的數(shù)組 1.2.5、回調(diào)函數(shù)程序1.2.6、編寫(xiě)程序function sure_Callback(hObject, eventdata, handles) %導(dǎo)入數(shù)據(jù)確定按鈕FileName,PathName=uigetfile('*.xls','Choose a file'); str=PathName,FileName; set(handles.daoru,'string',str); %顯示入可編輯數(shù)據(jù)導(dǎo)入文本

17、框 data,text_data=xlsread(str); %讀取str并生成新的數(shù)組 mess1=data(:,1); %訪(fǎng)問(wèn)excel表格第一列 set(handles.showI,'string',mess1) %把字符串顯示在顯示學(xué)號(hào)列表 mess3=data(:,3); %訪(fǎng)問(wèn)excel表格第三列 set(handles.showc,'string',mess3) %把字符串顯示在顯示語(yǔ)文列表 mess4=data(:,4); %訪(fǎng)問(wèn)excel列表第四列 set(handles.showm,'string',mess4) %把字符串顯

18、示在顯示數(shù)學(xué)列表 mess5=data(:,5); %訪(fǎng)問(wèn)excel列表第五列 set(handles.showe,'string',mess5) %把字符串顯示在顯示英語(yǔ)列表 mess2=text_data(2:end,2); %訪(fǎng)問(wèn)excel列表第二列 set(handles.shown,'string',mess2) %把字符串顯示在顯示名字列表 handles.mess2=mess2 handles.data=data; %保存數(shù)據(jù) handles.text=text_data; guidata(hObject, handles);通過(guò)舉例說(shuō)明學(xué)生成績(jī)管

19、理系統(tǒng)的可以按學(xué)號(hào)或者姓名查詢(xún)學(xué)生成績(jī)及情況如按學(xué)號(hào)查詢(xún)（在學(xué)號(hào)范圍內(nèi)可以顯示成績(jī)，否則顯示Nothing），  按姓名查詢(xún)（存在姓名可以顯示成績(jī)，否則顯示Nothing）， 1.3、學(xué)習(xí)MATLAB的心得體會(huì)  恰如開(kāi)頭說(shuō)的那樣：MATLAB憑借其科學(xué)計(jì)算與圖形可視化功能完美結(jié)合以及開(kāi)放的設(shè)計(jì)理念,在全國(guó)受到了普遍歡迎。這是一款實(shí)用的軟件，更是一把非常好用的工具。  通過(guò)學(xué)習(xí)，我了解到了MATLAB在科學(xué)計(jì)算，圖形和程序設(shè)計(jì)等三個(gè)方面的應(yīng)用。其中，科學(xué)計(jì)算部分，用到了我們所學(xué)的高等數(shù)學(xué)、線(xiàn)性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)值方法、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)和我們即將學(xué)到的運(yùn)籌學(xué)等學(xué)科的知識(shí)。他就像一臺(tái)試驗(yàn)機(jī)一樣，為我們提供