11785

Изучение основных правил работы в интерактивном режиме системы MatLab

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторная работа №7 Изучение основных правил работы в интерактивном режиме системы MatLab. MatLab одна из популярных и тщательно проработанных систем автоматизации математических расчетов. Этот пакет широко используется во всем мире при решении задач связанных с...

Русский

2013-04-11

45.5 KB

15 чел.

Лабораторная работа №7

«Изучение основных правил работы в интерактивном режиме системы MatLab».

MatLab – одна из популярных и тщательно проработанных систем автоматизации математических расчетов. Этот пакет широко используется во всем мире при решении задач, связанных с матричными вычислениями. Название пакета образовано путем сокращения от MATrix LABoratory (матричная лаборатория). Операции и команды в MatLab достаточно естественны и записываются аналогично математическим формулам на бумаге.

Система MatLab может быть отнесена к современной и высокопроизводительной системе программирования, ориентированной на технические расчеты.

Основные отличительные особенности системы MatLab:

  1.  Основным элементом, которым оперирует система является двухмерный массив матрица. Даже число представляется как матрица размером 1х1. Это позволяет эффективно решать многие технические вычислительные задачи.
  2.  MatLab – интерактивный язык программирования, содержащий множество команд, реализующих готовые алгоритмы вычислений. Большинство команд представлены в виде текстовых файлов с расширением «.m», могут редактироваться пользователем. Пользователь может добавлять свои команды и функции.
  3.  MatLab обеспечивает интерактивную  работу в режиме командной строки, что практически соответствует мощному калькулятору, и в режиме выполнения программ m-файлов. Это существенно упрощает понимание работы системы и отладку программ.

Ядро пакета MatLab образуют встроенные функции, входящие в раздел BIN (Built IN functions). MatLab содержит справочник HELP по встроенным функциям.

Задание 1.

  1.  Построить вектор-строку с параметрами – от минус последняя цифра № студенческого до плюс последняя цифра № студенческого с шагом – 0,2 (Например: № студенческого 04/5050 – получаемый интервал – от –10 до +10).
  2.  Определить длину вектора.
  3.  Преобразовать  вектор-строку в вектор-столбец.

Задание 2.

  1.  Создайте матрицу 4*4: строка простых чисел; строка месяц и день рождения; строка год рождения; строка № студенческого. Строки можно располагать в любом порядке (Пример: Дата рождения – 5 марта 1987года, № студенческого – 04/5050. получаемая матрица:

1  9  8   7 – год рождения

3  5  17 23 – простые числа

5  0  5   0 – № студенческого

0  5  0   3 – день и месяц рождения).

  1.  Создайте матрицу, транспонированную от исходной, и с уменьшенным каждым элементом на 7.

(Транспонирование меняет строки и столбцы.)

  1.  Перемножьте данные матрицы по правилам вычисления матриц и поэлементно. Сравните полученные результаты.

Задание 3.

  1.  Построить на одной сетке графики экспоненциальных функций с различными коэффициентами.

y=А*exp(-В*i);

  1.  Построить на новой сетке графики затухающих гармонических колебаний с различными коэффициентами:

Y=А*exp(-В*i).*cos(2*pi*i+Fi);

  1.  В полярной системе координат построить свёртывающуюся спираль с различными коэффициентами;
  2.  Создать синусоидную и косинусоидную матрицы и построить в 3-х мерной плоскости график суммы этих двух функций (интервал переменной можно задать от –10 до 10 с шагом 0,2.

Литература.

  1.  Ануфриев И. MatLab 5.3/6.х – самоучитель, «ВВХВ-Петербург»,С-Пб 2003г. 722стр.;
  2.  Дьяконов В.П. Справочник по применению системы MatLab – М., 1993г.. 112стр.
  3.  Всемирнова Е. Информатика. Учебное пособие.-:СПб, ГУАП


Приложение.

Некоторые справочные сведения по применению системы MatLab

Формирование векторов и матриц.

i=[1 2 3 4 5] - создает вектор-строку из пяти элементов.

i=[1;2;3;4;5] -  создает вектор-строку из пяти элементов.

i=1:0.5:20  - создает вектор-строку из равноотстоящих на величину 0.5 элементов в диапазоне от 1 до 20.

i=(1:0.5:20)’  - создает вектор-строку из равноотстоящих на величину 0.5 элементов в диапазоне от 1 до 20.

 Символ «» обозначает эрмитово сопряжение – сочетание транспонирования и комплексного сопряжения. Так как элементы вектора вещественные, комплексное сопряжение ничего не меняет.

Для указания транспонирования без комплексного сопряжения необходимо добавить точку – «.’».

Команда L=length(x) возвращает длину вектора х.

Точка используется и для указания поэлементных операций умножения и деления матриц.

Y=A*B - умножение матриц A и B по правилам матричной алгебры.

Y=A.*B - перемножает одноименные элементы матриц А и В.

Самый простой способ формирования матриц заключается в непосредственном вводе их элементов (по строкам) с клавиатуры – например: А= [1 2 3; 4 5 6; 7 8 9], получается матрица А размером 3*3:

А=  1 2 3

                    4 5 6

                    7 8 9.

Следующие матричные функции обеспечивают генерацию некоторых наиболее распространенных видов матриц размерностью M на N:

zeros(M,N) – генерация матрицы с нулевыми элементами,

ones(M,N) – генерация матрицы с единичными элементами,

rand(M,N) – генерация матрицы с элементами, имеющими случайные значения,

eye(M,N) – генерация матрицы с единичными диагональными элементами.

Операции с многочленами и матрицами.

Система MatLab имеет функцию roots (P), возвращающую вектор, коэффициенты которого являются корнями заданного многочлена Р.

Многочлен задается в виде вектора коэффициентов при переменной, начиная со старшего – например: S(x)=x5+8x4-31x3+80x2+94x-20 в MatLab будет записан:

>> S=[1 8 -31 80 94 -20]

S =

    1     8   -31    80    94   -20

>> roots(S) – решение заданного многочлена:

ans =

-11.3026          

  2.0475 + 2.3585i

  2.0475 - 2.3585i

 -0.9779          

  0.1855 ,

где ans—название результирующей переменной по умолчанию.

Операции с матрицами можно выполнять по правилам вычисления матриц, а так же выполнять действия по элементно – сравните:

>> A=[1 2 3;4 5 6;1 1 1];

>> B=[1 2 1; 3 3 3; 3 2 1];

>> C=A*B

C =

   16    14    10

   37    35    25

    7     7     5

>> D=A.*B

D =

    1     4     3

   12    15    18

    3     2     1.

Работа с графическими средствами.

Основные операторы графики:

plot – построение графика в линейном масштабе,

polar – построение графика в полярной системе координат,

mesh – построение графика трехмерной поверхности,

plot3 – построение графика трехмерной поверхности,

surf– построение графика трехмерной поверхности,

text – вывод надписи в заданное место графика,

title – задание титульной надписи,

xlabel – задание надписи по х,

ylabel – задание надписи по у,

grid – задание пунктирной масштабной сетки,

clg – очистка графического экрана,

hold – сохранение предшествующих построений,

shg – показ графического экрана,

pause – задание паузы в вычислениях.

Если необходимо построить несколько графиков на одной картинке, то необходимо вставить команду «hold on». Все последующие графики будут накладываться на одну сетку. Отмена данной команды происходит повторным набором. Чтобы графики были различны, их можно рисовать разными линиями и разным цветом:

Тип линий

Тип точек

Цвета

Черта -

Плюс +

Красный r

Пунктир --

Звёздочка *

Зелёный G

Двоеточие :

Кружок о

Синий B

Штрих-пунктир -.

Крестик х

Белый W

 

Примеры.

  1.  Построить графики затухающих колебаний: x(t)=e-0.2tsin(t), y(t)=e-0.2tcos(t), где t изменяется от 0 до 10 с шагом 0,1. Выполнение этого задания должно выглядеть следующим образом:

t=0:.1:10;

x=exp(-.2*t)*sin(t);

y= exp(-.2*t)*cos(t);

plot(t,x,t,y), grid.

  1.  Построить графики полярного уравнения логарифмической спирали r=e-0.2t  и добавить к ней единичную окружность. Выполнение этого задания должно выглядеть следующим образом:

t=0:.1:10;

r=exp(-.2*t)

polar(t,r),grid.

Затем необходимо добавить:

hold on;

polar(t, ones(t)).

  1.  Построить график трехмерной поверхности  .

Выполнение этого задания должно выглядеть следующим образом:

>> [x,y]=meshgrid(-15:0.5:15);

>> R=sqrt(x.^2+y.^2)+eps;

>> z=sin (R)./R;

>> plot3(x,y,z),grid

Что бы график выглядел более гладким можно выбрать surf(x,y,z). если необходимо стереть грани и сделать график гладким необходимо набрать следующие команды:

>> surf(x,y,z);

>> shading interp.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

54878. Як писанка барвиста, наша славна Україна, її часточка маленька, наша класная родина 128.5 KB
  Приспів: Дуже класно буде тричі Посміхнись До вашої уваги веселий діалог: Кумедні історії нашого класу Максим і Марко МАРКО. Я завжди здоровий коли нема школи МАРКО. МАРКО. МАРКО перебиває.
54879. О писанко! Ти – символ України 104.5 KB
  Мета: ознайомити учнів з історичними традиціями святкування Великодня з релігійними обрядами повязаних з писанкарством; виховувати цікавість пошану до народних звичаїв та свят; вчити розмальовувати писанки; розвивати фантазію художній смак. Обладнання: інтерєр української світлиці: стіл рушники ікони паски вербові гілки яйця крашанки писанки крапанки фабричні деревяні писанки карта України добірка літератури про традиції святкування Воскресіння Христового писанки із завданнями мультимедійна...
54880. Інтегрований урок в 7 класі (інформатика, трудове навчання) 674.5 KB
  Ще одну писанку встановили у 2007 році на острові Хортиця. Учень Розмалюю писанку я сама Хоч іще маленька та дарма На звичайній крашанці жовтенькій Намалюю смужечки синенькі Червоні цяточки зелені листочки Рожеві блакитні пелюсточки Вийшла в мене писанка кольорова Ніби крапля сонечка веселкова Учень Вважається що чим більше кольорів на писанці тим вона магічніша тим...
54881. Мово українська, мово моя рідна 475.5 KB
  Особливої наруги зазнала наша мова оскільки саме вона була і буде мовою українського народу. Як саме виникла наша мова і яка історія виникнення письма Важкий шлях пройшла мова до сьогодення. Українська мова функціонує як національна мова нашого народу. Поза межами нашої держави українська мова в усній формі поширена в Білорусі Молдові.
54882. Свято до Дня української писемності 265.09 KB
  9 листопада День української писемності та мови. Впродовж кількох століть український народ привчали до думки про нібито вторинність української мови ретельно приховуючи від українців величезний масив української ж писемності історії та культури яка сягає глибокої давнини і нараховує багато тисячоліть. Процес унормування загальнонародної української мови вчені відносять до ХІІІХІV століття.
54883. Веселий світ Грицька Бойка 59.5 KB
  Мета: Познайомити учнів з життям і творчістю поета земляка Г. Бойка по казати багатогранність його творчості. Бойка та відомих гумористів виставка книжок з творами Г. Бойка виставка ілюстрацій під назвою Поезія Г.
54885. Основы безопасности питания. Практическая работа «Моделирование ситуации и выполнение алгоритма оказания первой помощи при отравлении и кишечных инфекциях» 208 KB
  Учащиеся самостоятельно задают своим одноклассникам заранее подготовленные вопросы. Учащиеся делают вывод: Основой безопасного питания является умение оценивать качество пищи соблюдать правила ее приготовления хранения. Как вы оцените эту ситуацию Учащиеся высказывают свое мнение по данной ситуации. Формирование понятия несбалансированное питание б Болезни к которым приводит некачественное несбалансированное питание: гастриты язвенная болезнь желудка кариес зубов Учащиеся поочередно рассказывают об этих болезнях и их последствиях.
54886. Півник гарний є у мене 29.5 KB
  Вихователь пропонує дітям відгадати загадку: Що за красень на світанку Кукурікає на ганку В кого гарний гребінець Хто цей славний молодець півник Вихователь. Вихователь. Вихователь. Вихователь.