西南科技大学本科生课程备课教案
计算机技术在安全工程中的应用 ——Matlab入门及应用
授课教师：徐中慧
班级：
专业：安全技术及工程
第四章输入、输出
课型：新授课
教具：多媒体教学设备，matlab 教学软件
一、目标与要求
掌握matlab 中自定义输入、输出、图形输入的运用，以及在M 文件中使用元胞模式以及从文件中读写数据。
二、教学重点与难点
本堂课教学的重点在于引导学生在编写matlab 程序时能够熟练运用相关的输入输出函数实现相应的功能。
三、教学方法
本课程主要通过讲授法、演示法、练习法等相结合的方法来引导学生掌控本堂课的学习内容。
四、教学内容
一、课后习题的解说。
（1）为了准确预报天气情况，气象学家对大气环境进行研究，由于数据量很大，天气预报是非常复杂的过程。气象学家需要了解化学、物理学、热动力学、地理科学和关于大气运动的专业知识。在天气预报过程中，常常会用到克劳修斯－克拉贝龙方程。在化学课程或热动力学课程中对这个方程都有详细的介绍。
在气象学中，克劳修斯－克拉贝龙方程确定了饱和水蒸气压强和大气温度的关系。若已知空气中水蒸气的压强，就可以计算空气的相对湿度，而天气预报中的一个非常重要的参数就是相对湿度。克劳修斯－克拉贝龙方程为：
011ln *6.11273air
H P R T ν???????=-????????????其中：＝温度为T 时，饱和水蒸汽的压强，单位mbar
0P =水蒸汽的相对潜热，2.453×106J/kg
H ν?=潮湿气体的气体常数，461J/kg
air R 是热力学温度，单位为K
T 地球表面温度一般在-600F 到1200F 之间。利用克劳修斯-克拉贝龙方程求出在这个温度范围内饱和气体的压强。结果用华氏温度与饱和气体压强的对应表格的形式显示出来。Eg: 0
116.11273air H P e R T ν?????????=??-??????????????
Hv=2.453e6;
Rair=461;
F=-60:10:120;
T=(F+459.6)./1.8;
P0=6.11*exp(Hv/Rair*(1/273-1./T))
Result=[T',P0']
（2）设气球受到竖直向下方向的重力为100N ，竖直向上方向的浮力为200N ，与水平线成30度角方向风的推力为50N ，求气球所受合力的大小和方向。
思路：先求竖直方向的合力，再求水平方向的合力。
竖直方向的合力 Fy ＝200-100+50*sind(30);
水平方向的合力 Fx ＝50*cosd(30);
a=atand(F1/F2)
F=Fy/tand(a)
二、引言
到目前为止，本课程介绍了两种matlab 的使用方法：一种是在命令窗口中直接输入命令行，另一种是在编辑窗口中编写简单的脚本M 文件。此时编程人员本身就是用户。但对于较为复杂的matlab 程序来说，编程人员和用户很可能不是同一个人。为了避免求解相似问题时重复编写代码，要求程序给用户提供输入和输出命令。
Matlab 提供了许多内置函数可以实现对程序的输入/输出控制，接下来将一一进行介绍。
三、自定义输入
（1）input 的基本应用
假设已经编写好一个脚本程序，并存为脚本M 文件，编程人员和用户是同一个人。若要改变程序中输入变量的值，就必须修改部分程序代码。在通用的matlab 程序中可以使用函数input ，在程序运行过程中提示用户从键盘输入数据。
z=input （‘Enter a value’）
使用同样的方法还可以输入一维或二维矩阵，但用户必须正确输入括号和分界符（逗号或分号）。 z=input(‘Enter a value for z in brackets’) brackets 方括号
（2）input 还可以输入字符型数组
x=input('Enter your name in single quotes') single quotes 单引号
‘holly’
如果输入信息是一个字符串（在matlab 中字符串就是字符型数组），则必须加上单引号。还有一种方法就是在input 的第二个输入参数中限定输入为字符串：
x=input(‘Enter your name’,’s’)
练习
物体在重力作用下做自由落体运动。计算自由落体运动的距离的公式为 212
d gt 其中，是自由下落的距离；是重力加速度；是下落的时间。
d g t 由用户输入重力加速度g 的值和时间矢量。
问题描述：计算物体自由下落的距离，并画出曲线
Matlab 程序
第二章基本语法 2.1 MATLAB的矩阵、变量与表达式 在MATLAB系统中，只管理着一种对象---矩阵（包括复数矩阵），任何数量在MATLAB 中是作为1x1的矩阵来处理的。 一、矩阵的创建： 1. 在MATLAB中创建矩阵的原则： (1) 矩阵元素必须写在“[]”内； (2) 矩阵的同一行之间用空格或“，”分隔； (3) 矩阵的行与行之间用分号或回车符分隔； (4) 矩阵的尺寸不必预先定义； (5) 矩阵元素可以是数值、变量、表达式或函数。 2. 创建矩阵的四种方法。 (1) 在命令窗口直接输入： 如输入：A=[1，2，3；4，5，6；7，8，9] 则显示：A= 1 2 3 4 5 6 7 8 9 也可用空格代替逗号，用回车代替分号： 如上例：A=[1 2 3 4 5 6 7 8 9] 则显示：A= 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (2) 由M文件创建矩阵： 有时编程需要用M文件创建矩阵。或者当矩阵尺寸较大时，可以按矩阵的输入方式编辑一个M 文件（可用循环程序来做），在命令窗口直接执行该文件，即可将矩阵调入工作空间。 (3) 由函数创建矩阵： 对于一些特殊的矩阵，可以利用MATLAB的内部函数或用户自定义函数创建矩阵。 如diag()函数可生成对角阵。ones(m,n) ; zeros(m,n) (4) 通过数据文件创建矩阵： save 文件名(其中，文件名是*.mat文件) load 文件名例：工作目录下有temp.mat文件，可以执行load temp
3. 复数矩阵表示 (1) 复数表示 复数的虚根单位用i,j表示，即：z=3+4i或z=3+4j. 例如输入z=3+4i 输入z=3+4j 得到：得到： z = z = 3.0000 + 4.0000i 3.0000 + 4.0000i (2) 复数矩阵 A=[1 2;3 4]+i*[5 6;7 8] 或者A=[1+5i 2+6i;3+7i 4+8i]，都得到： A = 1.0000 + 5.0000i 2.0000 + 6.0000i 3.0000 + 7.0000i 4.0000 + 8.0000i 二、MATLAB的变量和表达式 1．变量名命名规则 ?可以是字母、数字或下划线，但第一个字符必须是字母。 ?长度<=31 ?分辨大小写的，M和m是两个变量。 ?无须对变量的类型进行说明，当需要使用一个新变量时，只须直接对其赋值即可。 2．表达式则是由运算符、函数调用、变量名以及特殊字符组成的式子。 3．MATLAB中基本的赋值语句为： (1) 形式一：变量名=表达式 将表达式的结果赋给变量名（表达式的运算结果都是一个矩阵）。 (2) 形式二：表达式 计算表达式的值，将其值赋给MATLAB的永久变量ans。 上面两种形式，当表达式由分号“；”结束时，变量结果不显示。当表达式由逗号“，”或换行号结束，则将结果显示出来。 注： 1）MATLAB中有几个变量不能被clear清除，称永久变量。（其他变量名最好不要与此同）。即ans：当不指明某一语句的计算结果赋给哪个变量时，系统自动将该计算结果赋给ans； eps：计算机能产生的绝对值最小的浮点数；
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第八章绘图 课型：新授课 教具：多媒体教学设备，matlab教学软件 一、目标与要求 掌握matlab中二维绘图、三维绘图、子图等相关图形绘制功能。 二、教学重点与难点 本堂课教学的重点在于引导学生在编写matlab程序时能够熟练运用绘图的相关函数实现相应的功能。 三、教学方法 本课程主要通过讲授法、演示法、练习法等相结合的方法来引导学生掌控本堂课的学习内容。 四、教学内容 课后习题讲解 （1）用switch/case,menu结构编写程序求解下列问题：提示用户输入入学时间是一年、二年、三年还是四年，输入数据是字符串。根据输入数据决定期末考试的时间。其中，一年级周一考试，二年级周二考试，三年级周三考试，四年级周四考试。 Input=menu('Enter a value for your grade','one year','two years','three years','four years'); switch Input case 1 disp('Monday') case 2 disp('Tuesday') case 3 disp('Wednesday') case 4 disp('Thursday') end （2）编写程序，提示用户输入购买方糖的数量，输入数据是糖的块数。计算购买方糖的费用。价格确定方法是：1块＝$0.75;2块＝1.25；3块＝1.65。当多于3块时，总费用＝$1.65+$0.30*(购买数量-3)。sugar=input('Enter a value for quantityof sugar\n'); switch sugar case 1 fprintf('%3.0f lump sugar costs $0.75\n',sugar) case 2 fprintf('%3.0f lump sugar cost $1.25\n',sugar) case 3 fprintf('%3.0f lump sugar cost $1.65\n',sugar) otherwise output=1.65+0.3*(sugar-3); fprintf('%3.0f lump sugars cost $%4.2f\n',sugar,output) end
第二章Matlab 初步（12课时） 一、初等运算和初等函数（0.5课时） １、简单指令：（P5/6） 例1．算术运算 a=2^2+(12+2*(7-4))/3^2-2^(1/2) %注意算术运算的运算符 例2. 简单矩阵???? ??????=987654321A 的 输入。 A = [1,2,3; 4,5,6; 7,8,9] A = [1 2 3; 4 5 6; 7 8 9] A=[1,2,3 4,5,6 7,8,9] %分行输入 例3．指令的续行输入 S=1–1/2+1/3–1/4+1/5–1/6+1/7 … -1/8 ２、数值、变量和表达式 （１）数值的记述 MATLAB 的数值采用习惯的十进制（或科学计数法）表示，可以带小数点或负号。 （２）变量命名规则 变量名、函数名是对字母大小写敏感的。 变量名的第一个字符必须是英文字母，最多可包含63个字符（英文、数字和下连符）。 （３）MATLAB 默认的预定义变量：（P7/8）
３、有关复数的函数：(P8/9) real(a) %给出复数a 的实部 imag(a) %给出复数a 的虚部 abs(a) %给出复数a 的模 angle(a) %以弧度为单位给出复数a 的相位角 例4．复数的运算——表达复数i e z i z i z 63212,21,43π =+=+=，及计算 321z z z z =。 z1=3+4i %经典教科书的直角坐标表示法 z2=1+2*i %运算符构成的直角坐标表示法 z3=2*exp(i*pi/6) %运算符构成的极坐标表示法 z=z1*z2/z3 例5．复数矩阵的生成与计算(P15/10) A=[1,3;2,4]-[5,8;6,9]*i B=[1+5i,2+6i;3+8*i,4+9*i] C=A*B 例6．求复数矩阵的实部、虚部、模和相角（接例5） C_real=real(C) C_imag=imag(C) C_magnitude=abs(C) C_phase=angle(C)*180/pi 例7．复数的运算 ——计算-8的3次方根 (P10/11) (1) 直接计算时，得到的是处于第一象限的方根 a=-8; r=a^(1/3) (2) 全部方根的计算 % 先构造一个多项式a r r p -=3)( p=[1,0,0,-a]; %p 是多项式)(r p 的系数向量 %指令末尾的“英文状态分号”使该指令运行后，不显示结果。 R=roots(p) %求多项式的根 问题1：rrr 给出-8的3个3次方根，如何求一个数的n 次方根？ （3）图形表示 MR=abs(R(1)); %计算复根的模
第1章MATLAB简介 1.1 概述 MATLAB是MATrix LABoratory（矩阵实验室）的缩写，由美国The Math Works公司于1984年推出的一种科学与工程计算语言。主要特点： 一、简单易学。 二、代码短小高效。 三、功能丰富，可扩展性强。 四、强大的图形表达功能。 五、强有力的系统仿真功能。 1.2 桌面启动 启动MATLAB桌面主要采用以下两种方法： 一、在Windows桌面上，双击MATLAB的快捷方式图标。采用这种方式打开的MATLAB桌面以matlab*\work为当前目录。 二、双击matlab*\bin\win32文件夹中的MATLAB.exe。采用这种方式打开的MATLAB桌面以matlab71为当前目录。 两者区别：当前目录不同。 注：*为MATLAB的软件版本号 1.3 通用操作界面简介 一、命令窗口 缺省情况下，位于桌面右侧，是用户与MATLAB进行人机对话的主要环境。在该窗口内，可输入各种由MATLAB运行的命令、函数、表达式，显示除图形外的所有运算结果。 二、命令历史窗口 缺省情况下，位于桌面左下方的前台，该窗口记录并显示每次开启MATLAB的时间及所有MATLAB运行过的命令、函数及表达式等，允许用户对它们进行选择复制、重运行及产生M文件。 三、当前目录浏览器 缺省情况下，位于MATLAB桌面左上方的前台。在该浏览器中，可以进行当前目录的设置，展示相应目录上的.m及.mdl等文件，复制、编辑和运行M文件以及装载MAT数据文件等。 四、工作空间浏览器 缺省情况下，位于MATLAB桌面左上方的后台，该窗口列出了MATLAB工作空间中所有数据的变量信息，包括变量名、大小、字节数等。在该窗口中，可以对变量进行观察、编辑、提取及保存。 五、数组编辑器 缺省情况下，不随操作界面的出现而启动，只有在工作空间浏览器中对变量进行操作时才启动。 六、开始按钮 缺省情况下，点击按钮会出现MATLAB的现场菜单。该菜单的菜单子项列出了已安装的各类MATLAB 组件和桌面工具。 七、M文件编辑器/调试器 缺省情况下，不随操作界面的出现而启动，只有当进行“打开文件”等操作时才启动。 八、帮助导航/浏览器 缺省情况下，不随操作界面的出现而启动，只有在特意选择或设置的情况下，才以独立交互界面的形式出现。该浏览器详尽展示了由超文本写成的在线帮助。 1.4 运行方式 MATLAB提供了两种运行方式，即命令行方式和M文件方式。 一、命令行运行方式 可以通过在MATLAB命令窗口中输入命令行来实现计算或绘图功能。