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

14 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

85694. «Осінь така мила…» за методикою В.Сухомлинського «Уроки під небом голубим» 84.5 KB
  Повторити й узагальнити знання учнів про осінь та її відображення в художніх творах; удосконалювати вміння виразного читання напамять віршів; розвивати кмітливість творчі здібності учнів емоційно-образне сприйняття природи; виховувати взаємоповагу в стосунках із ровесниками та дорослими любов до рідної...
85695. УРОК РАДОСТІ. УРОК ПОЗАКЛАСНОГО ЧИТАННЯ 79 KB
  Формування ключових компетентностей, які сприяють досягненню успіхів у житті, а саме: демонструвати творче мислення; застосувати різни види спілкування в різних ситуаціях; довести здатність пристосування до різних ситуацій; розвивати здібності дослідження та набувати власний досвід...
85696. Коляда. Урок українського читання 52 KB
  Мета: Ознайомити дітей з історичними довідками про святкування свята Різдво-Коляда. Навчити виразному читанню колядок і щедрівок. Розвивати мовленнєві навички. Виховувати культуру мовлення, повагу до історичних традицій українського народу.
85697. Урок внеклассного чтения по методике критического мышления В. А. Сухомлинский «Стыдно перед соловушкой» 93 KB
  Задачи: учить детей строить текст по опорным словам и словосочетаниям, продолжить работу над нарушенной последовательностью, развивать речь, мышление, умение ставить вопросы к тексту, пересказывать прочитанное, характеризовать героев, воспитывать бережное отношение к природе.
85698. В. Сухомлинський «Який слід повинна залишити людина на Землі» 66.5 KB
  Сприяти усвідомленню учнями того факту що життя людини є найвищою цінністю для будьякої країни; розширювати і актуалізувати знання дітей про чинники які мають великий вплив на життя кожної людини піклування держави про життя згідно з Конституцією України; вчити учнів піклуватися про своє життя...
85699. Дивосвіт, що цікавить дитину. «Оленчині вишивки» С. Жупанин 49 KB
  Викликати позитивні емоції учнів; формувати потребу естетичного сприйняття світу, удосконалювати навички виразного читання поетичних творів; уміння робити висновки з прочитаного, добирати риму; ознайомити учнів з українською вишиваною сорочкою – частиною українського національного одягу...
85700. Веснянки. Позакласне читання 57 KB
  А що ж представляла собою весна Повсюди в Україні збиралася молодь співала веснянки. Вірили що весна прийде раніше якщо її покликати. Весна це сонце i тепло. Весна це радiсть усьому живому що прокинулось вiд зимового сну.
85701. Українська народна казка «Без труда нема плода» 114 KB
  Мета уроку: довести до свідомості школярівщо хлібце результат праці багатьох професій; формувати уміння переказувати близько до тексту; збагачувати словниковий запас учніврозвивати читацькі та мовленнєві уміння і навички удосконалювати вміння письма українською мовою; виховувати шанобливе ставлення...
85702. В. ОСЄЄВА «СИНИ», В. СУХОМЛИНСЬКИЙ «СЬОМА ДОЧКА» 29.5 KB
  Удосконалювати павички свідомого читання, розвивати мислення учнів, зв’язне мовлення, вчити давати характеристику головним дійовим особам, виховувати бажання працювати, допомагати мамі. Перевірка домашнього завдання(виразне читання домашніх текстів) Актуалізація опорних знань.