《MATLAB基础与应用》课程教学大纲

（2008年制定）

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。本课程为提高员工的分析问题、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员工熟练掌握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，使员工熟练掌握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，员工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，使员工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。本课程注重提高员工解决问题的能力、软件应用能力，培养员工严谨、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，充分调动员工的积极性，将枯燥乏味的软件学习，转化为生动、活泼的MATLAB教与学，使员工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，使员工熟悉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员工介绍学习方法，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

1. MATLAB的典型应用有哪些？

2. 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，使员工掌握使用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，使员工掌握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

一、 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

1. 数据类型有哪几种？如何用MATLAB进行判断?

2. 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，使员工掌握使用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；

2. 对某矩阵进行Cholesky、LU、QR分解；

3. 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，使员工掌握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，使员工掌握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

1. 如何调用limit函数求解函数极限？

2. 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: 

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，使员工掌握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

1. 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，使员工熟悉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、 Lookup 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

1. 如何在命令窗口中创建模型？

2. 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

1. The mathworks Inc.，MATLAB R2007a，2007

2. 张志涌，精通MATLAB6.5版，北京：北京航空航天大学出版社，2003

3. 张平，MATLAB基础与应用，北京：北京航空航天大学出版社，2007

4. 求是科技，MATLAB 7.0从入门到精通，北京：人民邮电出版社，2006

5. 刘慧颖.MATLAB R2006a基础教程，北京：清华大学出版社，2005

6. 蒲俊，吉家锋，伊良忠，MATLAB6.0数学手册,上海：浦东电子出版社，2002

7. 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

执笔人：徐斌                     2008年11月8日

审定人：雷卫中                      2008年11月15日

院（系、部）负责人：韩向东         2008年11月20日