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1、程序设计与应用实验指导书山东建筑大学信息与电气工程学院电子信息教研室前 言一、实验目的本课程是电气工程与其自动化、自动化、电力工程与管理专业本科生的学科基础选修课，它在线性代数、信号分析和处理、控制系统设计和仿真等方面有着广泛的应用。主要是学习的语法规则、基本命令和使用环境，使学生掌握的基本命令和基本程序设计方法，提高使用该语言的应用能力，具有使用语言编程和调试的能力，以便为后续多门课程使用该语言奠定必要的基础。通过上机实验，使学生掌握在线帮助功能的使用、熟悉运行环境和语言的主要特点，掌握语言的基本语法规则与基本操作命令的使用，学会文件的建立和使用方法以与应用实现二维和三维图形的绘制方法，具有
2、使用语言编程和调试的能力。二、实验前预习每次实验前，学生须仔细阅读本实验指导书的相关内容，明确实验目的、要求；明确实验步骤、测试数据与需观察的现象；复习与实验内容有关的理论知识；预习仪器设备的使用方法、操作规程与注意事项；做好预习要求中提出的其它事项。 三、实验注意事项实验开始前，应先检查本组电脑设备是否工作正常，软件工作是否正常。实验时每位同学应独立完成实验任务，避免抄袭。实验后应与时将实验数据进行记录与存盘，避免因电脑故障或其它原因造成实验数据的丢失。实验中严格遵循电脑操作规程，如电脑发生异常现象，应立即切断电源，报告指导教师检查处理。测量数据或观察现象要认真细致，实事求是。未经许可，不得
3、对电脑进行软件与硬件的更改操作。实验结束后，实验记录交指导教师查看并认为无误后，方可关掉电脑离开。 爱护公物，发生仪器设备等损坏事故时，应与时报告指导教师，按有关实验管理规定处理。自觉遵守学校和实验室管理的其它有关规定。四、实验总结每次实验后，应对实验进行总结，即实验数据进行整理，绘制波形和图表，分析实验现象，撰写实验报告。实验报告除写明实验名称、日期、实验者姓名、同组实验者姓名外，还包括：实验目的；实验内容实验流程图；程序命令清单；运行结果；实验的收获与体会；回答每项实验的有关问答题。目 录实验一 集成环境使用与运算基础实验二 矩阵分析与处理实验三 选择结构程序设计实验四 循环结构程序设计实
4、验五 函数文件实验六 高层绘图操作实验七 数据处理与多项式计算实验八 菜单与对话框设计实验一 集成环境使用与运算基础一、实验目的，熟悉启动和退出的方法。，熟悉命令窗口的组成。，掌握建立矩阵的方法。，掌握各种表达式的书写规则以与常用函数的使用。二、实验原理的启动 系统的启动有三种常见方法：）使用“开始”菜单。）运行系统启动程序。）利用快捷方式。系统的退出 要退出系统，也有三种常见方法：）在主窗口菜单中选择 命令。）在命令窗口输入或命令。）单击主窗口的“关闭”按钮。帮助窗口进入帮助窗口可以通过以下三种方法：1） 单击主窗口工具栏中的按钮。2） 在命令窗口中输入、或。3） 选择菜单中的“ ”选项。
5、帮助命令 ）命令在命令窗口直接输入命令将会显示当前帮助系统中所包含的所有项目，即搜索路径中所有的目录名称。同样，可以通过加函数名来显示该函数的帮助说明。）命令命令只搜索出那些关键字完全匹配的结果，命令对搜索范围内的文件进行关键字搜索，条件比较宽松。3） 模糊查询用户只要输入命令的前几个字母，然后按键，系统就会列出所有以这几个字母开头的命令。赋值语句）变量表达式）表达式矩阵的建立）直接输入法：将矩阵的元素用方括号括起来，按矩阵行的顺序输入各元素，同一行的各元素之间用空格或逗号分开，不同行的元素之间用分号分开。）利用文件建立矩阵）利用冒号表达式建立一个向量 )利用函数产生行向量 ().三、实验仪器
6、和设备计算机 台 四、预习要求复习启动与退出，熟悉运行环境，掌握帮助的使用。复习中矩阵的建立以与矩阵的加减乘除以与乘方运算的基本原理。五、实验内容与步骤，先求下列表达式的值，然后显示工作空间的使用情况并保存全部变量。（）（）（）提示：利用冒号表达式生成向量，求各点函数值时用点乘运算。（）提示：用逻辑表达式求分段函数值。，已知 求下列表达式的值：（1） *和（其中为单位矩阵）（2） *和.*（3） 和.（4） 与（5） 和（，：）；，设有矩阵和（1） 求它们的乘积；（2） 将矩阵的右下角*子矩阵赋给；（3） 察看工作空间的使用情况。，完成下列操作：（）求之间能被整除的数的个数。提示：先利用冒号表
7、达式，再利用和函数。（）建立一个字符串向量，删除其中的大写字母。提示：利用函数和空矩阵六、实验报告要求实验报告应包括实验目的、实验内容、流程图、程序清单、运行结果以与实验的收获与体会。实验二 矩阵分析与处理一、实验目的，掌握生成特殊矩阵的方法；，掌握矩阵分析的方法；，用矩阵求逆法求解线性方程组。二、实验原理，通用的特殊矩阵常用的产生通用特殊矩阵的函数有：产生全矩阵；：产生全矩阵：产生单位矩阵；：产生间均匀分布的随机矩阵；：产生均值为，方差为的标准正态分布的随机矩阵。，矩阵运算）矩阵加减运算：假定有两个矩阵和，则可以由和实现矩阵的加减运算。）假定有两个矩阵和，若为矩阵，为矩阵，则*为矩阵。）如果
8、矩阵是非奇异方阵，等效与的逆左乘矩阵，()*,而等效于矩阵的逆右乘矩阵，也就是*().)矩阵的乘方。一个矩阵的乘方运算可以表示成，要求为方阵，为标量。，矩阵点运算 在中，有一种特殊的运算，因为其运算苻是在有关算术运算苻前面加点，因此叫点运算。点运算苻有.*,.和.。两个矩阵进行点运算是指它们的对应元素进行相关运算，要求两矩阵的维参数相同。三、实验仪器和设备.计算机 台四、预习要求复习特殊矩阵的产生。复习矩阵的加减乘除与乘方运算，以与相应的点运算。 五、实验内容与步骤， 设有分块矩阵，其中、分别为单位矩阵、随机矩阵、零矩阵和对角阵，试通过数值计算验证。， 建立一个矩阵，求它的行列式的值、迹、秩和
9、范数。，下面是一个线性方程组：（）求方程的解；（）将方程右边向量元素改为，再求解，并比较的变化和解的相对变化。，建立矩阵，试比较()和()，分析它们的区别。六、实验报告要求实验报告应包括实验目的、实验内容、流程图、程序清单、运行结果以与实验的收获与体会。实验三 选择结构程序设计一、实验目的，掌握建立和执行文件的方法。，掌握利用语句实现选择结构的方法。，掌握利用语句实现多分支选择结构的方法。，掌握语句的使用。二、实验原理，文件 用语言编写的程序，称为文件。文件根据调用方式的不同分为两类，命令文件（ ）和函数文件（ ）。，程序控制结构1） 顺序结构2） 选择结构（1） 语句 ) 单分支语句) 双分
10、支语句 ) 多分支语句（2） 语句（3） 语句3） 循环结构（1） 语句（2） 语句（3） 语句与语句（4） 循环的嵌套，函数文件 输出形参表函数名（输入形参表）注释说明部分函数体语句三、实验仪器和设备.计算机 台四、预习要求复习中流程控制语句。复习函数文件的建立与调用。 五、实验内容与步骤，求分段函数的值。用语句实现，分别输出时的值。，输入一个百分制成绩，要求输出成绩等级、。其中分分为，分分为，分为，分为，分以下为。要求：（1） 分别用和语句实现；（2） 输入百分制成绩后要判断成绩的合理性，对不合理的成绩应输出出错信息。，建立矩阵，要求输出矩阵第行元素，当值超过矩阵的行数时，自动转为输出矩阵
11、最后一行元素，并给出出错信息。六、实验报告要求.完成实验内容中的计算；. 验证实验内容中计算所得结果的正确性。实验四 循环结构程序设计一、实验目的，掌握利用语句实现循环结构的方法。，掌握利用语句实现循环结构的方法。，熟悉利用向量运算来代替循环操作的方法。二、实验原理 循环是指按照给定的条件，重复执行指定的语句，这是十分重要的一种程序结构。提供了两种实现循环结构的语句，语句和语句。语句语句格式为： 循环变量初值：步长：终值循环体语句，语句语句的一般格式为：（条件）循环体语句 其执行过程为：若条件成立，则执行循环体语句，执行后再判断条件是否成立，如果不成立，则跳出循环。三、实验仪器和设备.计算机
12、台四、预习要求复习循环结构语句。五、实验内容与步骤，根据，求的近似值。当分别取，时，结果是多少？，根据，求（）时的最大值；（）与（）的值对应的值。，已知：求中：（）最大值、最小值、各数之和；（）正数、零、负数的个数。六、实验报告要求. 完成实验内容中的程序编制；. 验证实验内容中程序的正确性。实验五 函数文件一、实验目的，理解函数文件的概念；，掌握定义和调用函数的方法。二、实验原理，函数文件的定义： 函数文件是另一种形式的文件，每一个函数文件都定义一个函数，事实上，提供的标准函数大部分都是由函数文件定义的。，函数文件的基本结构函数文件由语句引导，其基本结构为： 输出形参表函数名（输入形参表）注
13、释说明部分函数体语句 其中以开头的一行为引导行，表示该文件是一个函数文件。，函数调用 函数文件编制好之欧，就可以调用函数进行计算了，函数调用的一般格式是：输出实参表函数名（输入实参表）三、实验仪器和设备.计算机 台四、预习要求复习函数的定义与编写原则。复习函数的调用。 五、实验内容与步骤，一个自然数是素数，且它的数字位置经过任意对换后仍为素数，则称为绝对素数。例如是绝对素数。试求所有的两位绝对素数。要求：定义一个判断素数的函数文件。，已知（）当时，求值；（）当时，求值。六、实验报告要求. 完成实验内容中的函数编制. 验证实验结果正确性。实验六 高层绘图操作一、实验目的，掌握绘制二维图形的常用函
14、数；，掌握绘制三维图形的常用函数；，掌握绘制图形的辅助操作。二、实验原理，二维数据曲线图（1） 绘制单根二维曲线 ();（2） 绘制多根二维曲线 () 当是向量，是有一维与同维的矩阵时，则绘制多根不同颜色的曲线。当，是同维矩阵时，则以，对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵的列数。（3） 含有多个输入参数的函数 (,)（4） 具有两个纵坐标标度的图形 (),图形标注与坐标控制） (图形名称)；）（轴说明）（轴说明）（，图形说明）（图例，图例，） （ ）, 图形窗口的分割（）,三维曲线（,选项，选项，,选项），三维曲面() 与()。一般情况下，是维数相同的矩阵。，是网格坐标矩阵，是
15、网格点上的高度矩阵，用于指定在不同高度下的颜色范围。，图像处理1） 和函数 这两个函数分别用于将图象文件读入工作空间，以与将图象数据和色图数据一起写入一定格式的图象文件。2） 和函数 这两个函数用于图象显示。为了保证图象的显示效果，一般还应使用函数设置图象色图。三、实验仪器和设备.计算机 台四、预习要求复习二维与三维图形的绘图函数。复习图形辅助操作。五、实验内容与步骤，设，在区间取点，绘制函数曲线。，已知()*,完成下列操作：（）在同一坐标系下用不同的颜色和线型绘制三条曲线；（）分别用条形图、阶梯图、杆图和填充图绘制三条曲线。，已知在区间绘制函数曲线。，绘制函数的曲面图和等高线其中的个值均匀分
16、布在范围，的个值均匀分布在，要求使用（，）和（，）将产生的曲面图和登高图画在同一个窗口上。六、实验报告要求. 完成实验内容中的图像的显示；. 验证实验内容中所显示图像的正确性。实验七 数据处理与多项式计算一、实验目的，掌握数据统计和分析的方法；，掌握数值插值与曲线拟合的方法；，掌握多项式计算的常用运算。二、实验原理1， 数据统计处理1） 最大值与最小值() 求向量的最大值与最小值 () 与 ()() 求矩阵的最大值和最小值 () 与 (), (,) 求和与求积 (), () () 标准方差与相关系数 ）() ) (), 数据差值 ) 一维数据差值 (,) ) 二维数据差值 (,), 曲线拟合
17、(), 多项式计算）多项式的加减计算）多项式乘法运算 () 多项式除法 () 多项式的导函数 (): 求多项式的导函数 (): 求的导函数():求 的导函数，导函数的分子存入，分母存入。，多项式求值) 代数多项式求值 () 矩阵多项式求值 ,多项式求根 ()三、实验仪器和设备.计算机 台四、预习要求复习多项式数值分析函数。复习曲线拟合与多项式计算函数。 五、实验内容与步骤，利用提供的函数生成，个符合均匀分布的随机数，然后检验随机数的性质：（1） 均值和标准方差；（2） 最大元素与最小元素；（3） 大于的随机数个数占总数额百分比。，将个学生门功课的成绩存入矩阵中，进行如下处理：（4） 分别求每门
18、课的最高分、最低分与相应学生序号；（5） 分别求每门课的平均分和标准方差；（6） 门课总分的最高分、最低分与相应学生序号；（7） 将门课总分按照从大到小的顺序存入中，相应学生序号存入。提示：上机调试时，为避免输入学生成绩的麻烦，可用取值范围在，之间的随机矩阵来表示学生成绩。，已知在区间个整数采样点的函数值如下表所示：试求的次拟合多项式()，并绘制和()在区间的函数。，有三个多项式()()(),试进行下列操作：（）求()()()();（）求()的根；（）当取矩阵的每一元素时，求()的值，其中（）当以矩阵为自变量时，求()的值，其中的值与（）题相同。六、实验报告要求. 完成实验内容中的数值计算；.
19、 验证实验内容中计算数据的正确性。实验八 菜单与对话框设计一、实验目的，掌握菜单设计的方法；，掌握建立控件对象的方法；，掌握对话框设计的方法。二、实验原理1， 菜单设计1） 建立用户菜单建立一级菜单项的函数调用格式为：一级菜单项句柄（图形窗口句柄，属性名，属性值，属性名，属性值，）2） 菜单对象常用属性属性、属性，属性、属性、属性、属性等。, 对话框设计） 建立控件对象对象句柄(图形窗口句柄，属性名，属性值，属性名。属性值，) 控件对象的属性属性、属性、属性、属性、属性、，属性等三、实验仪器和设备.计算机 台四、预习要求复习菜单的建立方法；复习对话框的建立方法。五、实验内容与步骤，在图形窗口默认菜单上增加一个菜单项，利用该菜单项可以在本窗口绘制三维曲面图形。2， 设计一个对话框，其中有一个编辑框和按钮，当单击按钮时，使编辑框的内容加。六、实验报告要求. 完成实验内容中图形用户界面的建立；. 验证图形用户界面完成功能的正确性。