《MATLAB基础与应用》课程教学大纲.docx

MATLAB基础与应用课程教学大纲课程编号：160022英 文名：Fundamentals and Applications of MATLAB课程类别：专业任意选修课适用专业：管理科学前置课：管理学原理、生产运作管理、公司战略管理等后置课：前置课：高等数学、线性代数、程序设计基础（C语言）等后置课：管理运筹学学分：2学分课 时：36课时（其中实验课12课时）主讲教师：选定教材：张笑天、杨奋强编著，MATLAB 7.x基础教程，西安：西安电子科技大学出版社， 2008年4月版课程概述：MATLAB是适合多学科、多种工作平台的功能强大、界面友好、且开放性很强的大型优秀 应用软件，同时也是国内外高等院校数学、数值分析、数学建模、数字信号处理、自动控制 理论以及工程应用等课程的基本教学和实验仿真工具。本课程主要介绍了 MATLAB的工作 环境，基本操作指令、数据类型及图形的绘制功能、程序设计、SIMULINK仿真环境等方 面的知识，并采用简单的应用例题来说明MATLAB的实际操作和应用。本课程为提高学生 的分析问题、仿真系统的能力和进一步深入学习提供必要的分析、计算工具。学习该课程的 目的是使学生熟练掌握MATLAB的基本功能和常用命令，并能够熟练地应用MATLAB解 决相关课程学习中和实际经济管理中的复杂的数学计算问题。教学目的：本课程的教学目的是，使学生熟练掌握MATLAB语言的基础概念、基本内容，包括数值计 算、符号运算、图形处理、绘图功能、程序设计方法及数值仿真，同时掌握MATLAB在管 理科学数据处理、计算和建模中的应用，能够利用MATLAB的工具箱进行相关领域的科学 研究，在计算机软件辅助下解决简单的管理实践问题。通过学习，学生们将深入理解实际问 题与模型、模型与软件算法、算法与问题数值解的内在联系，使学生对在计算机软件辅助下 解决实际管理问题的处理过程，有较为深刻的理解。本课程注重提高学生解决问题的能力、 软件应用能力，培养学生严谨、规范、理论联系实际的科学态度，为他们今后处理管理问题， 从事管理应用、科研活动和继续深造打下扎实的基础。教学方法：MATLAB基础与应用的教学采用理论教学和实践教学相结合的方式，以课堂教学为主， 结合案例分析、课堂讨论、上机实验等形式。在教学过程中注重MATLAB软件的基本使用 方法及其在经济管理中的应用的讲解。教学方法上采取启发式教学、理论教学与实验教学并 重的教学模式，以课堂提问和课堂讨论的方式增强师生间的互动，同时注重方法与实际结合, 尽可能采用实例和案例教学，充分调动学生的积极性，将枯燥乏味的软件学习，转化为生动、 活泼的MATLAB教与学，使学生在实例和案例分析的兴趣中，学会MATLAB的基本操作 方法及应用该工具解决实际经济管理问题的方法。各章教学要求及教学要点 第一章MATLAB概述课时分配：2学时教学要求：本章主要介绍MATLAB的主要功能、MATLAB命令窗口、文件管理以及MATLAB帮助系 统。通过本章教学，使学生熟悉MATLAB的工作环境和帮助系统。在本章中还应结合本课 程的特点向学生介绍学习方法，说明教材的选用和相关参考资料，提出本课程的学习要求、 考核要求和纪律要求。教学内容：第一节 MATLAB R2007a 简介一、MATLAB的新版本特性二、MATLAB的新产品概况 第二节桌面工具与开发环境一、主菜单、工具栏二、当前路径、工作区间三、命令窗、历史命令记录、Strat菜单 第三节编辑/调试器一、M文件的创建二、M文件的运行和调试三、M文件的结果发布第四节帮助系统一、命令窗查询帮助二、帮助浏览器思考题MATLAB的典型应用有哪些？1. MATLAB系统主要由哪几部分构成？第二章矩阵与数组课时分配：2学时 教学要求：本章主要介绍MATLAB的数值计算功能中的矩阵和数组的计算。通过本章教学，使学生掌 握使用MATLAB进行矩阵和数组的创建、存储、计算，以便很好地利用这些功能解决实际 经济管理问题和开展科学研究工作。教学内容：第一节创建矩阵一、创建矩阵和数值序列二、创建特殊矩阵三、合并矩阵 第二节索引一、线性索引二、访问单个元素三、访问多个元素 第三节获取矩阵信息一、矩阵的阶数与维数二、矩阵元素的数据类型三、矩阵的数据结构 第四节基本操作和运算一、矩阵的扩大和缩小二、改变矩阵的形状三、矩阵的算术运算四、矩阵的关系运算和逻辑运算第五节空矩阵、标量和向量一、空矩阵二、标量三、向量第六节多维数组一、多维数组的创建二、多维数组的索引三、改变多维数组的形状四、多维数组的运算思考题1. 创建矩阵时应注意什么事项？2. 几种典型的数据类型之间的转化结果是什么？3. MATLAB的三种逻辑运算符的运算方法是什么？第三章数据类型课时分配：6学时教学要求：本章主要介绍MATLAB的数据类型，主要包括：数值类型、逻辑类型、字符串、日期与时 间、结构、单元数组、函数句柄等。通过本章教学和上机实验，使学生掌握MATLAB中数 据类型的表示、判断及其相关操作。教学内容：第一节数值类型一、整数、浮点数、复数、无穷与非数二、判断数据类型三、数据显示形式第二节逻辑类型一、创建逻辑数组二、逻辑数组的用途三、判断逻辑类型第三节字符串一、创建字符数组二、字符串单元数组三、字符串的操作四、字符串类型与数值类型之间的转化第四节日期与时间一、日期的表现形式二、日期表现形式之间的转化三、当前日期与时间第五节结构一、创建结构数组二、结构数组的操作第六节单元数组、创建单元数组二、单元数组的操作第七节函数句柄一、创建和调用函数句柄二、利用句柄调用函数思考题数据类型有哪几种？如何用MATLAB进行判断？1. 什么是函数句柄？怎么进行创建和调用？第四章 数学运算基础课时分配：4学时教学要求：本章主要介绍MATLAB基础的数学运算，包括：矩阵、多项式、傅里叶变换、函数、微分 方程、稀疏矩阵等方面的表示和运算。通过本章教学和上机实验，使学生掌握使用MATLAB 进行上述数学运算的基本方法。教学内容：第一节矩阵与线性代数一、矩阵分析、求解线性方程组、逆矩阵与伪逆矩阵二、矩阵的分解、矩阵的非线性运算、特征值与特征向量三、奇异值分解 第二节多项式与插值一、多项式二、插值第三节快速傅里叶变换一、快速傅里叶变换的概念二、快速傅里叶变换的应用第四节函数的函数一、函数的表示方法二、函数的最小值与零点三、数值积分四、嵌套函数与匿名函数第五节求解微分方程一、常微分方程初值问题二、延迟微分方程初值问题三、常微分方程边值问题四、求解偏微分方程第六节稀疏矩阵一、创建稀疏矩阵二、稀疏矩阵的查看三、稀疏矩阵的操作思考题1. 求向量(5, 7, 9, 2)的范数；对某矩阵进行Cholesky、LU、QR分解；什么是稀疏矩阵？如何进行创建和操作？第五章 M文件程序设计基础课时分配：10学时教学要求：本章主要介绍MATLAB的程序设计功能。通过本章教学和上机实验，使学生掌握M文件的 编写方法、编程技巧等，以实现开发和扩充自己的函数库、创建和运行脚步命令文件、输入 和输出各种类型的数据文件、面向对象编程等。教学内容：第一节M文件介绍一、脚本和函数、P代码文件二、变量类型三、关键字和特殊值、符号参考第二节程序流程控制一、条件控制语句二、循环控制语句三、错误控制语句四、程序终止语句第三节数据输入/输出一、打开文件、读写操作、关闭文件二、更多文件I/O函数第四节程序调试与优化一、程序的调试二、程序的优化思考题1. M文件的创建方法有几种？2. MATLAB中的三种变量类型如何表示？3. MATLAB中的控制语句与C语言有什么区别？第六章符号计算功能课时分配：2学时教学要求：本章主要介绍MATLAB的符号计算功能。通过本章教学，使学生掌握MATLAB的符号数 学工具箱中的主要功能的实现，并为解决实际问题打好基础。教学内容：第一节符号对象的创建与使用一、创建符号变量和表达式二、创建符号数学函数第二节数学计算功能一、符号微积分二、函数的极限三、级数求和四、泰勒级数展开第三节表达式的化简和替换一、符号表达式的化简二、符号表达式的替换第四节线性代数一、基本代数运算、线性代数运算二、特征值、约当标准型、奇异值分解、特征值轨迹第五节求解符号方程一、求解代数方程二、求解代数方程组三、求解常微分方程 第六节简易符号绘图函数一、二维基本绘图、二维极坐标绘图二、三维曲线绘图、三维网格绘图、三维表面绘图三、等高线绘图 第七节调用Maple函数一、maple 函数二、mfun函数三、sym函数第八节积分变换一、傅里叶变换二、拉普拉斯变换三、Z变换思考题如何调用limit函数求解函数极限？1. MATLAB能解决哪些线性代数的运算？第七章基本绘图功能课时分配：6学时 教学要求：使学生掌握本章主要介绍MATLAB的数据可视化方法。通过本章教学和上机实验, MATLAB常用的图形如二维或三维基本图形和特殊图形的绘制及处理方法。 教学内容：第一节图形窗口一、图形窗口的创建与设置二、图形窗口的工具栏三、图形窗口的主菜单第二节绘制二维图形一、基本绘图函数二、图形处理函数第三节绘制三维图形一、三维曲线图二、三维网格图三、三维曲面图第四节绘制特殊图形一、条形图与区域图二、饼形图、直方图三、离散数据图四、方向和速度向量图五、等高线图思考题用MATLAB进行图形处理的优缺点有哪些？第八章Simulink仿真环境课时分配：4学时教学要求：本章主要介绍MATLAB的动态系统建模和仿真方法。通过本章教学和上机实验，使学生熟 悉Simulink的工作环境和掌握MATLAB中的Simulink的基本操作。教学内容：第一节Simulink基础一、Simulink的启动、Simulink工作环境、Simulink模块的基本操作二、Simulink仿真步骤、Simulink求解算法第二节Simulink的模块库一、Commonly Used Blocks 模块库、Continuous 模块库、Discontinuities 模块库、Discrete 模块库、Logic and Bit Operations 模块库二、Look叩 Tables 模块库、Math Operations 模块库、Model Verification 模块库、Model-Wide Utilities 模块库、Ports & Subsystems 模块库三、Signal Attributes 模块库、Signal Routing 模块库、Sinks 模块库、Sources 模块库、 User-Defined Functions 模块库第三节子系统及封装技术一、创建子系统二、封装子系统三、自定义模块库第四节仿真运行与分析一、仿真的运行控制、仿真数据的输入和输出、错误诊断二、改善仿真性能和精度三、使用命令运行仿真、观察输出轨迹、线性化模型、寻找稳态工作点第五节S-函数的设计与应用一、S-函数的概念、S-函数的使用、S-函数的工作方式、编写S-函数二、应用实例思考题如何在命令窗口中创建模型？1. Simulink的基本模块有哪几类，如何进行子系统的建立与封装？附录：参考书目The mathworks Inc., MATLAB R2007a, 2007张志涌，精通MATLAB6.5版，北京：北京航空航天大学出版社，2003张平，MATLAB基础与应用，北京：北京航空航天大学出版社，20071. 求是科技，MATLAB 7.0从入门到精通，北京：人民邮电出版社，2006刘慧颖.MATLAB R2006a基础教程，北京：清华大学出版社，2005蒲俊，吉家锋，伊良忠，MATLAB6.0数学手册，上海：浦东电子出版社，2002李人厚，精通MATLAB综合辅导与指南，西安：西安交通大学出版社，2001