Изучение интерфейса и основы вычислений в среде MatLAB

Лабораторная работа № 1.

Изучение интерфейса и основы вычислений в среде MatLAB

Номер варианта N задания выбирается в соответствии с порядковым номером фамилии студента в журнале группы. Номер N используется при конкретизации заданий.

В ходе выполнения каждого задания необходимо:

- составить блок-схему,

- написать программу на указанном языке программирования;

- отладить программу, провести ее тестирование;

- получить результаты для какого либо набора исходных данных.

Отчет по лабораторной работе оформляется в электронном виде в редакторе Word со следующими параметрами: формат листа А4, шрифт Times New Roman, размер шрифта 12, межстрочный интервал – одинарный, поля – со всех сторон по 2 см.

В отчете, должны быть представлены следующие материалы: текст задания в соответствии с вариантом, блок-схема, текст программы, результаты работы программ набора исходных данных.

Теоретическое введение

При работе в MATLAB можно выделить три основных режима:

1. Работа в режиме командной строки (доступна в командном окне и имеет в начале строки символы >>): позволяет в диалоговом режиме выполнять любую последовательность команд пакета по вычислению выражений, вызову функций, выводу графики. Результаты операций сохраняются в рабочем пространстве в виде глобальных переменных и доступны в окне просмотра рабочего пространства (Workspace Window). Вычисления, проводимые в командной строке можно сохранить в файле с расширением *.mat. Для этого надо выполнить действия: File – Save Workspace as … и в открывшемся окне указать папку и имя mat-фала. Для загрузки в рабочую область результатов ранее проведенных в командной строке результатов и сохраненных в каком либо mat-файле надо импортировать их: File – Import Data - в открывшемся окне указать папку и имя mat-фала, из которого будут загружаться данные.

Тот же результат позволяет достичь команда save, сохраняющая содержание рабочего пространства в MАT- файл. Например, команда

save result_21_March

сохраняет содержание всего рабочего пространства в файле result_21_March. mat. Если нужно, вы можете сохранить только определенные переменные, указывая их имена после имени файла. Mat-файл может быть прочитан командой load в последующих сеансах работы: load result_21_March

2. Работа в режиме редактирования и отладки М-файлов. Во встроенном редакторе (для перехода в него надо нажать иконку «создать», в результате появится окно M-flie Editor) создается файл с расширением *.m, который представляют собой текстовый файл, содержащий программную последовательность команд командной строки (в т.ч. и вызов других М-файлов).

Для запуска программ надо нажать F5. При первом запуске программа запросит под каким именем сохранить написанную программу. Если программа сохраняется не в текущей папке Work, то MatLAB спросит разрешения сменить текущую папку. На вопрос надо ответить «Ок».

MATLAB обладает встроенным отладчиком, позволяющим производить трассировку, устанавливать точки останова и просматривать значения переменных.

При написании программы можно использовать переменные из рабочего пространства (область командной строки), считывая их командой load, описание которой дано выше.

3. Работа с графическим (GUI) интерфейсом вспомогательных средств, входящих в состав как базовой системы (окна просмотра редактирования графиков и поверхностей) так и инструментальных пакетов (Toolboxes) дополняющих систему, представляющих собой полноценные оконные приложения. С помощью этого средства пользователь может сам создавать для своих программ оконный интерфейс. Загрузка GUI осуществляется командой guide. Создание оконных приложений отражено в [4].

Задание на лабораторную работу

Задание 1. В командной строке MatLAB:

- вычислить sin(4.5), tg(1.4), arctg(2.3), ln(3.2), реальную и мнимую части комплексного числа z=23+i4, найти модуль |-12.34|, округлить числа –3.4, -0.02, 34.77, 23,2 используя четыре различные функции округления (round, ceil,fix, floor), уяснить отличие этих функций;

- задать с помощью функции вектор-столбец из единиц (функция ones), вектор-столбец из нулей (zeros), единичную матрицу размером 4 на 4 (eye);

- используя операцию «:» задать вектор x, содержащий элементы, изменяющиеся от –12.5 до 12.5 с шагом 2.5 и вывести значения функции f(x)=(1+x)^0.5 в этих точках; построить график этой функции на данном интервале;

- наити определитель (det), транспонированную (‘) и обратную (inv) матрицы для матрицы

2 34 4

5.7 0.55 -3

6.7 -3 12

- решить систему линейных уравнений:

13x₁ –x₂ + 3x₃ = 5.71

4x₁ + x₂ + 2x₃ = 8.76

2x₁ + 2x₂ - 4x₃ = 3.75

используя операцию «\» (X=A\B) и проверить результат подстановкой решения.

Сохранить результаты расчетов в mat-файле.

Задание 2. Работа в режиме редактирования и отладки М-файлов.

Зайти во встроенный редактор и в нем, используя средства программирования, написать программы, реализующие задания по линейным, разветвленным и циклическим алгоритмам, выданным для работ на Паскале. Используя команду menu создать одну программу, предоставляющую пользователю выбор – выполнять расчеты по линейным, разветвленным или циклическим алгоритмам.

Задание «Линейные алгоритмы»

Вариант 1. Напишите программу, вычисляющую и выводящую на экран число бит, если задано число Мбайт. Количество Мбайт запрашивайте у пользователя программы

Вариант 2. Запросите у пользователя курсы доллара и евро на сегодняшний день и имеющуюся у него рублѐвую сумму, и рассчитайте сколько долларов и сколько евро он может купить на эти деньги.

Вариант 3. Разработайте программу, запрашивающую высоту дома h (в метрах), ускорение свободного падения g и вычисляющую время падения кирпича t (в секундах) с крыши этого дома.

Вариант 4. Разработайте программу, запрашивающую у пользователя длины обеих катетов прямоугольного треугольника, и выводящую на экран гипотенузу по формуле Пифагора. Рассчитайте также площадь круга, имеющего диаметр, равный найденной гипотенузе.

Вариант 5. Запросите у пользователя длину ребра куба. Найдите и выведите на экран площадь одной грани, площадь полной поверхности и объѐм куба.

Вариант 6. Запрашивайте у пользователя размер наследства, которое Вы бы хотели получить (в долларах), и сумму денег, которую вы собираетесь тратить в месяц. Выведите на экран время (в годах), на которые хватит этого наследства.

Вариант 7. Разработайте программу, в которой у пользователя сначала запрашиваются величины трѐх сторон треугольника а, b, c, а затем вычисляется площадь этого треугольника

по формуле Герона: S=t wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:sz w:val="23"/><w:sz-cs w:val="23"/></w:rPr><m:t>p-b</m:t></m:r></m:e></m:d><m:r><w:rPr><w:rFonts w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:sz w:val="23"/><w:sz-cs w:val="23"/></w:rPr><m:t>(p-c)</m:t></m:r></m:e></m:rad></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> , где р=(a+b+c)/2 – полупериметр.

Вариант 8. Напишите программу, вычисляющую какую сумму денег нужно платить за электроэнергию, если у пользователя программы запрашивается количество КВт электроэнергии, которое было израсходовано за расчѐтный месяц, и какова плата за 1 КВт электроэнергии.

Вариант 9. Рассчитайте количество часов, которое вы тратите на выполнение домашнего задания в день, если среднее количество предметов в день и среднее время (в минутах), затрачиваемое на подготовку к каждому предмету, запрашивается у пользователя вашей программы.

Вариант 10. Рассчитайте и выведите на экран количество рабочих часов в месяце, если продолжительность рабочего дня равна 8 часам в день, а число рабочих дней в месяце запрашивается у пользователя вашей программы.

Вариант 11. Вычислите и выведите на экран примерное число прожитых человеком дней (без учѐта високосных лет), если в году 365 дней, а год рождения и текущий год запрашиваются у пользователя вашей программы.

Вариант 12. Скорость передачи данных по локальной сети запрашивается у пользователя и измеряется в битах в секунду. Ученик качал игру Т минут (время запрашивается у пользователя). Рассчитайте и выведите на экран размер файла (в Гбайтах), который скачал ученик и сколько денег придѐтся заплатить ему за трафик, если первый Гбайт не оплачивается, а всѐ то, что сверху - по у рублей за Гбайт (запрашивается у пользователя).

Вариант 13. Информационный объѐм дискеты равен 1, 44 Мбайта. Рассчитайте и выведите на экран сколько книг может поместиться на дискету, если для хранения кода одного символа нужен 1 байт. Количество страниц в книге, число строк на странице и количество символов в строке запрашивайте у пользователя

Вариант 14. Жѐсткий диск имеет объѐм свободного пространства Х Гбайт – запрашиваемая величина. Сколько книг, каждая из которых состоит из 350 страниц, на каждой странице по 35 строк, в каждой строке по 55 символов, можно записать на жѐсткий диск, если для хранения кода одного символа отводится 2 байта?

Задание «Разветвляющиеся алгоритмы»

Вычислить выражение, приведенное в таблице 2. Предусмотреть ввод значения х с клавиатуры и вывод результата на экран.

Таблица 2

№ варианта	Выражение
	Вычислить выражение 3^x- x^2+ sin(x)/N если x<e^0.1N x*sin(x^N), если x>= e^0.1N
	Вычислить выражение x^2+ sin(x)+N* x^2+ sin(x), если x<N x*sin(x^N), если x>=N
	Вычислить выражение 1- sin(x)-N*x, если x<N x*sin(x^N), если x>=N
	Вычислить выражение 6-N*x^2+ sin(x)*x^2+ sin(x), если x<log(N) x*sin(x^N), если x>=log(N)
	Вычислить выражение sin(x^2)+ sin(N*x)/x^2+ sin(x), если x<N x*sin(x^N), если x>=N
	Вычислить выражение x^2+ sin(N*x)/7, если x<N x*sin(x^N), если x>=N
	Вычислить выражение x/ sin(x)-e^cos(x), если x<sin(2N) x*sin(x^N), если x>= sin(2N)
	Вычислить выражение x^2+ sin(x)/(x^2+ sin(x)* x^2), если x<N x*sin(x^N), если x>=N
	Вычислить выражение x^2+ sin(N*x)^x^*^cos^(^x^), если x<N x*sin(x^N), если x>=N
	Вычислить выражение x^2+ sin(N/x)^x^/^cos^(^x^), если x<N x*sin(x^N), если x>=N
	Вычислить выражение x^2+ sin(x)/ (x^2+ sin(x)* x^2), если x<cos(N) x*sin(x^N), если x>=cos(N)
	Вычислить выражение x^2+ sin(x), если x<N log(ln(x*sin(x^N))), если x>=N
	Вычислить выражение log(x^2)+ sin(x)* (x^2+ sin(x)* x^2), если x<N^2 x*sin(x^N), если x>=N^2
	Вычислить выражение x^21+ sin(x^x^*^cos^(^x^)), если x<N log(x*sin(x^N)), если x>=N
	Вычислить выражение x^7+ sin(x), если x<N x*sin(x^N), если x>=N
	Вычислить выражение x^2+ sin(x)- (x^2+ sin(x)* log(x^2)), если x<N x*sin(x^N), если x>=N

Задание «циклические алгоритмы»

В этом задании суммируемый ряд (см. таблицу 6) представляет собой разложение в ряд функции, представленной в предпоследнем столбце. Требуется написать программу для расчета такого количества членов ряда, чтобы обеспечить требуемую точность расчета функции.

При выборе номера варианта, считать, что первая строка с номером 196 соответствует номеру N=1 и так далее.

Дата добавления: 2015-09-29