MATLAB完全自学教程_梁彦冰李银兵_9787115594785

MATLAB是一种用于数值计算和图形图像处理的工具软件，它的特点是语法结构简明、数值计算高效、图形功能完备、易学易用。它在矩阵运算、数值分析、图形图像处理、系统建模与仿真等领域都有广泛的应用。本书从MATLAB的基础知识入手，循序渐进地介绍了MATLAB的知识体系结构和操作方法。其中主要介绍了如何使用MATLAB进行数据分析、图形图像处理、MATLAB编程、图形用户界面建立、MATLAB仿真、文件输入/输出以及应用程序接口等内容。本书侧重于利用大量的实例来引导读者快速学习和掌握MATLAB的各种功能，并尽量与实际问题相结合，以体现其工程应用的重要性。本书系统全面、内容合理、实例丰富、层次清晰、使用方便，适用于初、中级MATLAB用户，也可作为高等学校理工科专业本科生、研究生的学习用书，教师的教学用书，以及广大科研人员和工程技术人员的参考用书。

第 1章 MATLAB概述　1 1.1 MATLAB简介　1 1.1.1 MATLAB的发展　1 1.1.2 MATLAB的优点　2 1.1.3 MATLAB的缺点　3 1.2 MATLAB的安装　3 1.3 MATLAB操作界面介绍　6 1.3.1 命令行窗口　6 1.3.2 命令历史记录窗口　8 1.3.3 工作区窗口　8 1.3.4 当前目录窗口　8 1.4 MATLAB帮助系统　9 1.4.1 帮助窗口　9 1.4.2 帮助命令　10 1.5 本章小结　10 第 2章 MATLAB基础知识　11 2.1 一般运算符和操作符　11 2.1.1 运算符　11 2.1.2 操作符　14 2.2 数据格式显示　15 2.3 关系运算符　16 2.4 逻辑运算和逻辑函数　17 2.4.1 逻辑运算　17 2.4.2 逻辑函数　19 2.5 字符串操作　26 2.5.1 MATLAB中的字符串符号　26 2.5.2 一般通用字符串操作　27 2.5.3 字符串比较操作　29 2.5.4 字符串与数值间的相互转换　33 2.5.5 进制间的转换　34 2.6 数值数据类型　36 2.6.1 整数　36 2.6.2 浮点数　38 2.6.3 整数和浮点数之间的操作函数　38 2.6.4 复数　39 2.7 函数的简明介绍　41 2.8 数组　41 2.8.1 一维数组的创建　42 2.8.2 多维数组的创建　43 2.8.3 数组的运算　45 2.8.4 常用的标准数组　46 2.8.5 低维数组的寻址和搜索　48 2.8.6 低维数组的处理函数　51 2.8.7 高维数组的处理和运算　53 2.9 单元数组和结构体　55 2.9.1 单元数组的创建和操作　55 2.9.2 单元数组处理函数　57 2.9.3 结构体创建　58 2.9.4 结构体处理函数　59 2.10 本章小结　60 第3章矩阵及其运算　61 3.1 矩阵的表示　61 3.1.1 数值矩阵的生成　61 3.1.2 矩阵的标识　64 3.1.3 矩阵的修改　65 3.1.4 矩阵元素的数据变换　67 3.2 矩阵运算　68 3.2.1 矩阵与常数的四则运算　68 3.2.2 矩阵的转置　69 3.2.3 方阵的行列式　69 3.2.4 矩阵的逆和伪逆　69 3.2.5 矩阵和向量的范数　71 3.2.6 矩阵的秩　71 3.2.7 矩阵的迹　72 3.2.8 矩阵的指数和对数运算　72 3.3 矩阵分解　73 3.3.1 Cholesky分解　73 3.3.2 LU分解　74 3.3.3 QR分解　75 3.3.4 Schur分解　76 3.3.5 奇异值分解　76 3.3.6 特征值分解　77 3.3.7 黑森贝格（Hessenberg）分解　78 3.4 方程组求解　79 3.4.1 线性方程组的求解　79 3.4.2 非线性方程组的求解　83 3.4.3 非齐次线性方程组的通解　84 3.5 矩阵秩与线性相关性　85 3.5.1 矩阵和向量组的秩与线性相关性　85 3.5.2 求行阶梯矩阵和向量组的基　85 3.6 稀疏矩阵　86 3.6.1 稀疏矩阵的生成　86 3.6.2 稀疏矩阵的应用　88 3.6.3 稀疏矩阵与满矩阵的相互转换　89 3.7 本章小结　91 第4章符号及其运算　92 4.1 字符型、符号型数据变量　92 4.1.1 字符型数据变量的创建　92 4.1.2 符号型数据变量的创建　93 4.1.3 符号变量的基本操作　93 4.2 符号表达式与符号方程　96 4.2.1 符号表达式的创建　96 4.2.2 符号方程的创建　97 4.2.3 符号表达式的操作　97 4.3 符号矩阵的创建等　101 4.3.1 用sym()函数直接创建符号矩阵　101 4.3.2 由数值矩阵转换为符号矩阵　102 4.3.3 利用矩阵元素的通式创建符号矩阵　102 4.3.4 符号矩阵和符号数组的运算　103 4.4 符号微积分　107 4.4.1 符号极限　107 4.4.2 符号微分和求导　108 4.4.3 符号积分　109 4.5 符号积分变换　110 4.5.1 傅里叶变换及其逆变换　110 4.5.2 拉普拉斯变换及其逆变换　111 4.5.3 Z变换及其逆变换　112 4.6 符号代数方程求解　113 4.7 符号微分方程求解　114 4.8 图示化符号函数计算器　115 4.8.1 单变量符号函数计算器　115 4.8.2 泰勒级数逼近计算器　118 4.9 本章小结　118 第5章微分和积分　119 5.1 极限与导数　119 5.1.1 极限　119 5.1.2 导数　119 5.2 积分　122 5.2.1 一元函数的积分　122 5.2.2 二元函数和三元函数的数值积分　125 5.3 化简、提取与替换代入　127 5.3.1 化简　127 5.3.2 提取和替换代入　131 5.4 级数求和　133 5.4.1 symsum(s)　133 5.4.2 symsum(s,v)　133 5.4.3 symsum(s,v,a,b)　134 5.5 泰勒、傅里叶级数展开　134 5.5.1 一元函数泰勒展开　134 5.5.2 多元函数的完全泰勒展开　136 5.5.3 傅里叶级数展开　137 5.6 多重积分　137 5.6.1 二重积分　137 5.6.2 三重积分　138 5.7 本章小结　139 第6章多元函数和常微分方程　140 6.1 多元函数的极限、微分及极值　140 6.1.1 多元函数的极限　140 6.1.2 多元函数求导　141 6.1.3 多元函数局部极值　142 6.1.4 条件极值　143 6.1.5 显式复合函数微分求导　145 6.2 重积分　146 6.3 曲线积分与曲面积分　147 6.3.1 定义域无向的积分　147 6.3.2 对坐标的曲面积分　148 6.4 常微分方程和偏微分方程的求解　149 6.4.1 常微分方程的数值求解　149 6.4.2 偏微分方程的数值求解　152 6.5 本章小结　155 第7章概率与统计　156 7.1 概率密度函数　156 7.1.1 连续分布密度函数　156 7.1.2 离散分布密度函数　158 7.1.3 抽样分布密度函数　161 7.2 概率分布　162 7.2.1 随机变量的累加分布函数　162 7.2.2 随机变量的逆累加分布函数　164 7.2.3 随机数的产生　165 7.2.4 参数估计　166 7.3 样本描述　169 7.3.1 描述集中程度的统计量　170 7.3.2 描述离散程度的统计量　172 7.3.3 自助统计量　174 7.3.4 中心矩　175 7.3.5 相关系数　175 7.3.6 协方差矩阵　176 7.4 假设检验　176 7.4.1 单个样本的t检验　176 7.4.2 两个样本的t检验　177 7.4.3 Z检验　178 7.5 多元统计分析　179 7.5.1 判别分析　179 7.5.2 聚类分析　180 7.5.3 因素分析　184 7.5.4 多元方差分析　185 7.6 回归分析　186 7.6.1 一元回归分析　186 7.6.2 多元回归分析　188 7.7 本章小结　192 第8章拟合和插值　193 8.1 数据预处理　193 8.1.1 输入数据集合　193 8.1.2 数据的查看　195 8.1.3 数据的预处理　196 8.2 曲线拟合　197 8.2.1 有关函数介绍　198 8.2.2 曲线的参数拟合　199 8.2.3 非参数拟合　200 8.2.4 基本拟合界面　201 8.2.5 多项式曲线拟合　204 8.3 数值插值　205 8.3.1 一维数值插值　205 8.3.2 二维数值插值　207 8.3.3 三维数值插值　208 8.3.4 样条插值　209 8.4 本章小结　210 第9章优化问题　211 9.1 优化工具箱　211 9.1.1 优化工具箱的简介　211 9.1.2 优化工具箱中的函数　211 9.1.3 options()函数　212 9.2 无约束最优化问题　213 9.2.1 单变量最优化　213 9.2.2 无约束非线性规划问题　215 9.3 有约束最优化问题　221 9.3.1 线性规划问题　221 9.3.2 有约束非线性最优化问题　222 9.4 二次规划　223 9.5 多目标规划　224 9.6 最小二乘最优化问题　226 9.6.1 非线性数据（曲线）拟合　227 9.6.2 非负线性最小二乘问题　228 9.6.3 有约束线性最小二乘问题　228 9.6.4 非线性最小二乘问题　230 9.7 非线性方程（组）求解　231 9.7.1 非线性方程的解　231 9.7.2 非线性方程组的解　231 9.8 本章小结　233 第 10章图形绘制　234 10.1 基本绘图命令　234 10.1.1 图形窗口简介　234 10.1.2 基本绘图操作　237 10.1.3 图形注释　238 10.1.4 特殊函数　240 10.2 二维绘图　242 10.2.1 二维绘图命令　242 10.2.2 交互式绘图操作　243 10.3 三维绘图　245 10.3.1 三维绘图函数　245 10.3.2 三维绘图改进函数　246 10.3.3 三维图形的可视效果控制　247 10.3.4 三维图形的光照控制　248 10.3.5 柱面和球面的表达　249 10.4 本章小结　250 第 11章高级图形处理　251 11.1 图形对象　251 11.1.1 通用函数　251 11.1.2 根对象　253 11.1.3 轴对象　253 11.1.4 用户控制对象　254 11.1.5 用户菜单对象　256 11.2 图形的高级控制　258 11.2.1 视点控制和图形的旋转　258 11.2.2 颜色的使用　260 11.2.3 光照控制　264 11.3 本章小结　266 第 12章 MATLAB编程基础　267 12.1 M文件和P文件　267 12.1.1 M函数文件　267 12.1.2 M脚本文件　268 12.1.3 M文件的规则和属性　269 12.1.4 P文件及其操作　270 12.2 M文件编辑器　270 12.2.1 运行M文件编辑器　270 12.2.2 设置M文件编辑器的属性　271 12.3 MATLAB编程的构件　271 12.3.1 变量　271 12.3.2 变量的检测和传递　273 12.3.3 运算关系和运算符号　274 12.3.4 常见函数　277 12.3.5 其他构件　278 12.4 数据流结构　278 12.4.1 顺序结构　279 12.4.2 if和switch选择结构　279 12.4.3 for和while循环结构　281 12.4.4 try…catch容错结构　283 12.4.5 其他数据流结构　284 12.5 控制函数　285 12.5.1 continue()和break()函数　285 12.5.2 return()和pause()函数　286 12.5.3 input()和keyboard()函数　287 12.5.4 error()和warning()函数　288 12.6 本章小结　288 第 13章 MATLAB高级编程　289 13.1 MATLAB函数　289 13.1.1 主函数　289 13.1.2 子函数　290 13.1.3 嵌套函数　290 13.2 字符串操作　291 13.2.1 eval()函数　291 13.2.2 feval()函数　292 13.2.3 inline()函数　293 13.3 变量传递和交换　294 13.3.1 输入和输出变量检测函数　295 13.3.2 “可变长度”输入和输出变量　296 13.3.3 全局变量、局部变量及永久变量　297 13.3.4 跨空间计算和赋值　298 13.4 M文件的调试和剖析　299 13.4.1 直接调试法　300 13.4.2 工具调试法　300 13.4.3 应用实例　304 13.5 本章小结　306 第 14章 MATLAB句柄图形系统　307 14.1 句柄图形基础　307 14.1.1 图形对象概述　307 14.1.2 图形对象句柄　309 14.1.3 图形对象属性　310 14.2 图形对象的创建　312 14.2.1 创建图形窗口对象　313 14.2.2 创建坐标轴对象　314 14.2.3 创建曲线对象　315 14.2.4 创建文字对象　316 14.2.5 创建曲面对象　317 14.2.6 核心图形对象　318 14.3 句柄图形对象的基本操作　320 14.3.1 设置、查询图形对象属性　320 14.3.2 设置对象的默认属性操作　321 14.3.3 高级绘图对象操作　323 14.4 本章小结　324 第 15章 GUI设计　325 15.1 GUI设计过程　325 15.1.1 设计的一般步骤和原则　325 15.1.2 GUI设计的基本方式　326 15.2 使用GUIDE创建GUI　326 15.2.1 GUIDE概述　327 15.2.2 启动GUIDE　327 15.2.3 GUI设计窗口简介　328 15.2.4 使用GUIDE创建GUI的步骤　331 15.2.5 使用GUIDE创建GUI的实例　331 15.3 用M文件创建GUI　333 15.4 本章小结　336 第 16章 GUI高级图形设计　337 16.1 GUIDE常用工具　337 16.1.1 排列工具　337 16.1.2 对象属性查看器　337 16.1.3 图形窗口的属性　339 16.1.4 图形对象的属性　340 16.2 菜单和对话框　341 16.2.1 图形对象句柄函数　341 16.2.2 菜单　341 16.2.3 对话框　343 16.2.4 GUI组态　345 16.2.5 GUI设计　346 16.3 编程设计GUI　347 16.3.1 M文件和GUI数据管理　347 16.3.2 回调函数的使用方法　349 16.3.3 图形窗口的行为控制　351 16.4 GUI设计实例　352 16.4.1 图形界面的实现　352 16.4.2 行为控制的实现　352 16.5 本章小结　358 第 17章 GUI用户控件操作　359 17.1 用户控件的概述　359 17.1.1 用户控件种类　359 17.1.2 用户控件属性　363 17.1.3 回调函数　366 17.2 综合应用实例等　367 17.2.1 双位按钮、“无线电”选择按钮、控件区域框实例　367 17.2.2 静态文本框、滑标、检查框实例　368 17.2.3 可编辑文本框、弹出框、列表框、按钮实例　369 17.2.4 M基础文件　370 17.2.5 编写界面开启程序　374 17.2.6 GUI程序设计　377 17.2.7 回调函数　377 17.2.8 设计实例　379 17.3 本章小结　382 第 18章 Simulink基础概述　383 18.1 Simulink的基础操作　383 18.1.1 Simulink概述　383 18.1.2 Simulink启动方式　384 18.2 Simulink仿真系统步骤　384 18.2.1 启动添加Simulink模块　384 18.2.2 建立模型设置模块属性　385 18.2.3 模块连接　385 18.2.4 运行系统输出结果　386 18.3 Simulink的模块库　386 18.3.1 Simulink的公共模块库　386 18.3.2 Simulink的专业模块库　393 18.4 Simulink模块的基本操作　398 18.4.1 Simulink模型的工作原理　398 18.4.2 模块的选定和复制　399 18.4.3 模块大小的改变与旋转　399 18.4.4 模块颜色的改变与名称的改变　400 18.4.5 模块参数设置　401 18.4.6 连线分支与连线改变　401 18.4.7 信号的组合与分解　402 18.5 模型注释　402 18.6 设置Simulink仿真系统界面　403 18.6.1 模块框图属性编辑　403 18.6.2 信号标签与标签传递　404 18.7 仿真运行过程　405 18.7.1 运行仿真　405 18.7.2 仿真参数设置　406 18.7.3 示波器的使用　409 18.8 本章小结　410 第 19章 Simulink建模与仿真　411 19.1 Simulink连续系统建模　411 19.1.1 线性系统建模　411 19.1.2 非线性系统建模　415 19.2 子系统　416 19.2.1 通用子系统创建的常见方法　416 19.2.2 子系统的基本操作　417 19.3 子系统的封装技术　418 19.3.1 子系统封装的方法　418 19.3.2 设置封装编辑器的图标编辑选项卡　421 19.3.3 设置封装编辑器的参数初始化选项卡　422 19.3.4 设置封装编辑器的文档编辑选项卡　424 19.4 条件执行子系统　424 19.4.1 条件执行子系统概述　425 19.4.2 条件执行子系统的建立　425 19.5 使能子系统　426 19.5.1 使能子系统的参数设置　426 19.5.2 使能子系统的应用实例　427 19.6 触发子系统　427 19.6.1 触发子系统的种类　427 19.6.2 触发子系统的应用实例　428 19.7 原子子系统　430 19.7.1 原子子系统介绍　430 19.7.2 原子子系统的建立　430 19.8 其他子系统　431 19.9 本章小结　433 第 20章 S函数和仿真系统建模　434 20.1 S函数概述　434 20.1.1 S函数的基础概念　434 20.1.2 S函数的使用步骤　435 20.1.3 S函数相关概念　435 20.2 编写S函数　436 20.2.1 S函数工作流程　436 20.2.2 S函数模板的使用　437 20.2.3 S函数程序代码　438 20.3 编写C MEX S函数　445 20.3.1 MEX文件　445 20.3.2 Simstruct数据结构　445 20.3.3 工作向量　446 20.3.4 S函数流程　446 20.3.5 S函数模板　447 20.3.6 S函数包装　453 20.4 本章小结　453 第 21章文件I/O　454 21.1 低级文件I/O介绍　454 21.2 文件打开和关闭　455 21.2.1 打开文件　455 21.2.2 关闭文件　456 21.3 数据的读写　457 21.3.1 读取TXT文件　457 21.3.2 写入二进制文件　465 21.4 文件的定位和文件的状态　466 21.5 高级文件I/O介绍　470 21.5.1 MAT文件操作　470 21.5.2 图像、声音、影片格式文件的操作　473 21.6 本章小结　474 第 22章应用程序接口　475 22.1 C语言MEX文件　475 22.1.1 MEX文件的结构　477 22.1.2 创建C语言的MEX文件　478 22.2 MAT文件　479 22.2.1 创建C语言的MAT文件　480 22.2.2 创建Fortran语言的MAT文件　482 22.3 Java接口　483 22.3.1 MATLAB中的Java接口　484 22.3.2 Java接口程序应用　488 22.4 本章小结　492 第 23章 MATLAB工具箱　493 23.1 MATLAB工具箱概述　493 23.1.1 工具箱类型　493 23.1.2 MATLAB常用工具箱介绍　494 23.1.3 工具箱和工具箱函数的查询办法　503 23.1.4 工具箱的扩充　509 23.1.5 工具箱的添加　510 23.2 MATLAB主工具箱　512 23.3 本章小结　513 第 24章信号处理工具箱　514 24.1 信号、系统及信号处理的基本概念　514 24.1.1 信号　514 24.1.2 系统　514 24.1.3 信号处理　515 24.2 基本信号的表示和可视化　515 24.2.1 正弦波　515 24.2.2 方波　515 24.2.3 锯齿波和三角波　515 24.2.4 指数信号　516 24.2.5 阶跃信号　517 24.2.6 单位脉冲信号　517 24.3 连续信号的时域运算与时域变换　518 24.3.1 相加、相乘运算　518 24.3.2 信号的翻褶、移位、尺度变换　519 24.3.3 卷积运算　520 24.4 线性系统的时域分析　520 24.4.1 脉冲响应　521 24.4.2 阶跃响应　522 24.4.3 对任意输入的响应　523 24.5 连续时间信号的频域分析　523 24.6 连续系统的复频域分析　524 24.6.1 系统函数H (s)定义　524 24.6.2 系统零极点分布与系统稳定性关系　526 24.7 信号采样与重构　526 24.7.1 信号的采样　526 24.7.2 信号的重构　527 24.8 本章小结　528 第 25章图像处理工具箱　529 25.1 图像处理工具箱概述　529 25.1.1 图像处理工具函数　530 25.1.2 MATLAB可操作的图像文件　534 25.1.3 图像和图像数据　534 25.1.4 图像处理工具箱所支持的图像类型　535 25.1.5 图像文件的读写和查询　535 25.1.6 MATLAB图像类型转换　536 25.2 图像处理　538 25.2.1 图像的灰度变换与直方图　538 25.2.2 图像的增强滤波　541 25.2.3 图像的空间变换　542 25.2.4 图像边缘检测与分割　545 25.3 本章小结　548

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