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第1篇1

第1章 MATLAB R2016a概述1

1.1 MATLAB R2016a简介2

1.1.1 MathWorks及其产品概述2

1.1.2 MATLAB与其他数学软件2

1.1.3 MATLAB的主要特点3

1.1.4 MATLAB的系统组成3

1.1.5 MATLAB应用程序简介4

1.1.6 MATLAB R2016a新特性5

1.2 MATLAB R2016a的目录结构6

1.3 MATLAB R2016a的工作环境7

1.3.1 菜单/工具栏8

1.3.2 命令行窗口9

1.3.3 工作区9

1.4 MATLAB R2016a的通用命令10

1.5 MATLAB R2016a的文件管理11

1.5.1 当前文件夹浏览器和路径管理器11

1.5.2 搜索路径及其设置12

1.6 MATLAB R2016a的帮助系统13

1.6.1 纯文本帮助13

1.6.2 演示（Demos）帮助14

1.6.3 帮助导航浏览器15

1.7 MATLAB使用初步15

1.8 本章小结16

第2章 MATLAB基础知识17

2.1 数据类型18

2.1.1 数值类型18

2.1.2 逻辑类型22

2.1.3 字符和字符串24

2.1.4 函数句柄26

2.1.5 结构体类型28

2.1.6 数组类型31

2.1.7 单元数组类型32

2.1.8 map容器类型35

2.2 基本矩阵操作39

2.2.1 矩阵和数组的概念及其区别39

2.2.2 矩阵的构造40

2.2.3 矩阵大小及结构的改变44

2.2.4 矩阵下标引用45

2.2.5 矩阵信息的获取47

2.2.6 矩阵的保存和加载52

2.3 运算符58

2.3.1 算术运算符58

2.3.2 关系运算符59

2.3.3 逻辑运算符61

2.3.4 运算优先级62

2.4 字符串处理函数62

2.4.1 字符串的构造63

2.4.2 字符串比较函数64

2.4.3 字符串查找和替换函数64

2.4.4 字符串——数值转换66

2.5 本章小结66

第3章 数组与矩阵67

3.1 数组运算68

3.1.1 数组的创建和操作68

3.1.2 数组的常见运算71

3.2 矩阵操作74

3.2.1 创建矩阵74

3.2.2 改变矩阵大小79

3.2.3 重构矩阵81

3.3 矩阵元素的运算81

3.3.1 矩阵的加减运算82

3.3.2 矩阵的乘法运算83

3.3.3 矩阵的除法运算84

3.3.4 矩阵的幂运算85

3.3.5 矩阵元素的查找85

3.3.6 矩阵元素的排序86

3.3.7 矩阵元素的求和87

3.3.8 矩阵元素的求积88

3.3.9 矩阵元素的差分88

3.4 矩阵运算89

3.4.1 矩阵分析89

3.4.2 矩阵分解94

3.4.3 特征值和特征向量101

3.5 稀疏矩阵102

3.5.1 稀疏矩阵的存储方式103

3.5.2 稀疏矩阵的生成103

3.5.3 稀疏矩阵的运算107

3.6 本章小结108

第4章 MATLAB编程基础109

4.1 M文件编辑器110

4.2 变量112

4.2.1 变量的命名112

4.2.2 变量的类型113

4.2.3 MATLAB默认的特殊变量113

4.2.4 关键字114

4.3 MATLAB的控制流114

4.3.1 顺序结构114

4.3.2 if-else-end分支结构115

4.3.3 switch-case结构117

4.3.4 try-catch结构119

4.3.5 for循环结构120

4.3.6 while循环结构121

4.4 控制程序流的其他常用指令122

4.4.1 return指令122

4.4.2 input和keyboard指令123

4.4.3 yesinput指令123

4.4.4 pause指令123

4.4.5 continue指令124

4.4.6 break指令124

4.4.7 error和warning指令125

4.5 脚本和函数125

4.5.1 脚本125

4.5.2 函数126

4.5.3 M文件的一般结构127

4.5.4 匿名函数、子函数、私有函数与私有目录129

4.5.5 重载函数131

4.5.6 eval和feval函数131

4.5.7 内联函数134

4.5.8 向量化和预分配136

4.5.9 函数的函数137

4.5.10 P码文件138

4.6 M文件中变量的检测与传递139

4.6.1 输入/输出变量检测指令139

4.6.2 “可变数量”输入/输出变量140

4.6.3 跨空间变量传递和赋值142

4.7 MATLAB程序的调试144

4.7.1 程序调试的基本概念144

4.7.2 直接调试法145

4.7.3 使用调试函数进行调试146

4.7.4 工具调试法149

4.7.5 程序的性能优化技术150

4.8 本章小结151

第5章 数据可视化153

5.1 图形绘制154

5.1.1 离散数据及离散函数154

5.1.2 连续函数154

5.1.3 图形绘制示例155

5.1.4 图形绘制的基本步骤157

5.2 二维图形绘制157

5.2.1 plot指令157

5.2.2 格栅162

5.2.3 文字说明162

5.2.4 线型、标记和颜色165

5.2.5 坐标轴设置168

5.2.6 图形叠绘169

5.2.7 子图绘制170

5.2.8 交互式绘图171

5.2.9 双坐标轴绘制172

5.2.10 fplot绘图指令173

5.2.11 ezplot绘图指令175

5.2.12 特殊坐标轴绘图175

5.2.13 二维特殊图形函数177

5.3 三维图形绘制182

5.3.1 曲线图绘制182

5.3.2 网格图绘制183

5.3.3 曲面图绘制184

5.3.4 光照模型185

5.3.5 绘制等值线图186

5.4 四维图形可视化187

5.4.1 用颜色描述第四维187

5.4.2 其他函数188

5.5 本章小结189

第2篇191

第6章 数据分析191

6.1 多项式及其函数192

6.1.1 多项式的表达式和创建192

6.1.2 多项式求根193

6.1.3 多项式的四则运算194

6.1.4 多项式的导数、积分与估值196

6.1.5 多项式运算函数及操作指令197

6.1.6 有理多项式198

6.2 数据插值199

6.2.1 一维插值199

6.2.2 二维插值203

6.3 函数的极限204

6.3.1 极限的概念204

6.3.2 求极限的函数204

6.4 函数数值积分206

6.4.1 数值积分问题的数学表述206

6.4.2 一元函数的数值积分207

6.4.3 多重数值积分208

6.5 本章小结209

第7章 符号数学计算211

7.1 MATLAB符号计算概述212

7.2 符号对象和符号表达式212

7.2.1 符号对象的创建命令212

7.2.2 符号对象的创建示例213

7.2.3 符号计算中的运算符和函数216

7.2.4 符号对象的类别识别函数220

7.2.5 符号表达式中的变量确定222

7.2.6 符号精度计算223

7.3 符号表达式操作224

7.3.1 符号表达式显示224

7.3.2 符号表达式合并225

7.3.3 符号表达式展开225

7.3.4 符号表达式嵌套226

7.3.5 符号表达式分解227

7.3.6 符号表达式化简228

7.4 符号表达式替换229

7.4.1 subs替换函数230

7.4.2 subexpr替换函数231

7.5 符号函数的操作232

7.5.1 复合函数操作232

7.5.2 反函数操作233

7.6 符号微积分233

7.6.1 符号表达式的极限234

7.6.2 符号表达式的微分235

7.6.3 符号表达式的积分236

7.6.4 符号表达式的级数求和237

7.6.5 符号表达式的泰勒级数238

7.7 符号积分变换239

7.7.1 傅里叶变换及其反变换239

7.7.2 拉普拉斯变换及其反变换240

7.7.3 Z变换及其反变换241

7.8 符号代数方程求解242

7.9 符号微分方程求解245

7.10 符号分析可视化247

7.10.1 funtool分析界面247

7.10.2 taylortool分析界面250

7.11 本章小结251

第8章 概率统计253

8.1 产生随机变量254

8.1.1 二项分布的随机数据的产生254

8.1.2 正态分布的随机数据的产生254

8.1.3 常见分布的随机数产生255

8.2 概率密度计算256

8.2.1 通用函数概率密度值256

8.2.2 专用函数概率密度值258

8.3 累积概率分布259

8.3.1 通用函数累积概率值259

8.3.2 专用函数累积概率值260

8.4 统计特征261

8.4.1 平均值、中值261

8.4.2 数据比较262

8.4.3 期望263

8.4.4 方差和标准差263

8.4.5 协方差与相关系数264

8.5 统计作图265

8.5.1 正整数频率表265

8.5.2 累积分布函数图形265

8.5.3 最小二乘拟合直线266

8.5.4 绘制正态分布概率图形267

8.5.5 样本数据的盒图268

8.5.6 参考线绘制268

8.5.7 样本概率图形270

8.5.8 正态拟合直方图271

8.6 本章小结272

第9章 数学建模函数273

9.1 曲线拟合函数274

9.1.1 多项式拟合274

9.1.2 加权最小方差（WLS）拟合原理及实例275

9.1.3 非线性曲线拟合277

9.2 参数估计函数278

9.2.1 常见分布的参数估计279

9.2.2 点估计281

9.2.3 区间估计282

9.3 参数传递283

9.3.1 输入和输出参数的数目283

9.3.2 可变数目的参数传递284

9.3.3 返回被修改的输入参数285

9.3.4 全局变量286

9.4 本章小结287

第10章 经典智能算法289

10.1 粒子群算法的MATLAB实现290

10.1.1 基本原理290

10.1.2 程序设计291

10.1.3 经典应用298

10.2 遗传算法的MATLAB实现302

10.2.1 基本原理302

10.2.2 程序设计305

10.2.3 经典应用310

10.3 蚁群算法概述315

10.3.1 基本原理316

10.3.2 程序设计317

10.3.3 经典应用319

10.4 本章小结326

第3篇327

第11章 偏微分方程工具箱327

11.1 偏微分方程（PDE）工具箱介绍328

11.1.1 偏微分方程常见类型介绍328

11.1.2 偏微分方程工具箱简介334

11.2 求解偏微分方程示例336

11.2.1 求解椭圆方程336

11.2.2 求解抛物线方程340

11.2.3 求解双曲线方程343

11.2.4 求解特征值方程348

11.3 本章小结351

第12章 优化工具箱353

12.1 优化工具箱及最优化问题介绍354

12.1.1 优化工具箱常用函数354

12.1.2 最优化问题357

12.2 线性规划360

12.2.1 线性规划函数360

12.2.2 线性规划问题的应用362

12.3 无约束非线性规划369

12.3.1 基本数学原理介绍370

12.3.2 无约束非线性规划函数371

12.3.3 无约束非线性规划问题的应用374

12.4 二次规划374

12.4.1 二次规划函数quadprog374

12.4.2 二次规划问题的应用376

12.5 有约束最小化377

12.5.1 有约束最小化函数fmincon377

12.5.2 有约束最小化应用381

12.6 目标规划381

12.6.1 目标规划函数fgoalattain381

12.6.2 目标规划应用384

12.7 最大最小化388

12.7.1 最大最小化函数fminimax388

12.7.2 最大最小化应用389

12.8 本章小结391

第13章 图像处理工具箱393

13.1 MATLAB图像处理基础知识394

13.1.1 MATLAB图像表达方式394

13.1.2 MATLAB支持的图像文件格式395

13.1.3 MATLAB图像类型396

13.1.4 MATLAB图像类型转换399

13.1.5 MATLAB图像数据读/写401

13.2 图像显示402

13.2.1 标准图像显示技术402

13.2.2 特殊图像显示技术404

13.3 图像运算407

13.3.1 代数运算407

13.3.2 空间变换409

13.3.3 图像配准412

13.4 图像数据变换413

13.4.1 二维傅里叶变换413

13.4.2 离散余弦变换418

13.4.3 其他变换420

13.5 图像分析与增强421

13.5.1 像素值及统计422

13.5.2 图像分析425

13.5.3 图像调整428

13.5.4 图像平滑432

13.6 图像区域处理434

13.6.1 区域设置434

13.6.2 区域滤波436

13.6.3 区域填充436

13.7 形态学操作437

13.7.1 图像膨胀437

13.7.2 图像腐蚀438

11.7.3 形态学重建439

13.8 颜色处理439

13.8.1 显示颜色439

13.8.2 减少颜色440

13.8.3 转换颜色441

13.9 本章小结441

第14章 信号处理工具箱443

14.1 MATLAB信号处理基础知识444

14.1.1 连续信号及其实现444

14.1.2 离散信号及其实现444

14.1.3 离散信号基本运算448

14.1.4 离散系统概念451

14.1.5 Z变换定义与性质452

14.1.6 离散傅里叶变换452

14.2 统计信号处理453

14.2.1 相关性与协方差453

14.2.2 频谱分析455

14.2.3 窗函数456

14.2.4 功率谱估计458

14.2.5 现代谱估计460

14.2.6 时频分析461

14.2.7 特殊变换方法462

14.2.8 重新采样465

14.3 IIR滤波器466

14.3.1 IIR滤波器优势466

14.3.2 经典滤波器设计过程466

14.3.3 经典法IIR滤波器设计466

14.3.4 直接法IIR滤波器设计472

14.4 FIR滤波器474

14.4.1 窗函数法FIR滤波器设计474

14.4.2 约束最小二乘法FIR滤波器设计476

14.4.3 其他设计方法477

14.5 参数建模477

14.5.1 时域建模478

14.5.2 频域建模479

14.6 特殊波形发生函数480

14.6.1 频率扫描余弦函数480

14.6.2 Sinc函数481

14.6.3 高斯震荡正弦脉冲482

14.6.4 三角脉冲482

14.6.5 三角波483

14.6.6 方形脉冲484

14.6.7 方波484

14.6.8 脉冲序列485

14.6.9 压控振荡波486

14.7 GUI工具486

14.7.1 信号处理综合工具487

14.7.2 波形查看器488

14.7.3 谱分析查看器488

14.7.4 滤波器可视化工具489

14.7.5 滤波器设计与分析工具490

14.7.6 滤波处理工具491

14.8 本章小结492

第15章 小波分析工具箱493

15.1 小波分析494

15.1.1 小波分析概述494

15.1.2 傅里叶变换和小波变换495

15.1.3 多分辨分析498

15.1.4 小波包分析501

15.1.5 几种常用的小波505

15.1.6 小波应用演示示例507

15.2 小波工具箱介绍508

15.2.1 小波工具箱的启动508

15.2.2 一维连续小波分析工具510

15.2.3 一维离散小波分析工具514

15.3 小波分析在图像处理中的应用520

15.3.1 基于小波变换的图像局部压缩520

15.3.2 二维小波变换的图像压缩522

15.3.3 图像压缩中阈值的确定与作用命令525

15.3.4 基于小波包变换的图像压缩526

15.3.5 小波变换用于图像去噪527

15.3.6 小波分析用于图像增强531

15.3.7 图像钝化与锐化533

15.3.8 小波分析用于图像融合535

15.3.9 小波分析用于图像分解536

15.4 本章小结539

第16章 Simulink仿真基础541

16.1 Simulink概述542

16.1.1 Simulink的基本概念542

16.1.2 Simulink的工作环境与启动544

16.1.3 Simulink模型的特点545

16.1.4 Simulink模块的组成547

16.1.5 Simulink中的数据类型549

16.1.6 Simulink中的模块和模块库551

16.1.7 Simulink常用工具557

16.1.8 Simulink的实例演示558

16.2 Simulink模型创建560

16.2.1 Simulink模块的基本操作561

16.2.2 模型和模型文件564

16.2.3 创建模型的基本步骤和技巧565

16.3 过零检测和代数环569

16.3.1 过零检测569

16.3.2 代数环571

16.4 本章小结572

第17章 Simulink仿真应用573

17.1 子系统的创建和封装574

17.1.1 子系统介绍574

17.1.2 创建子系统576

17.1.3 封装子系统577

17.2 仿真模型的分析580

17.2.1 模型状态的确定580

17.2.2 线性化的数学描述582

17.2.3 平衡点分析584

17.2.4 微分方程的求解算法585

17.3 运行仿真586

17.3.1 启动仿真586

17.3.2 仿真的配置589

17.3.3 优化仿真过程594

17.4 模型调试597

17.4.1 Simulink调试器597

17.4.2 命令行调试及设置断点598

17.5 Simulink实例应用599

17.6 本章小结603

第18章 Stateflow建模与应用605

18.1 Stateflow基础606

18.1.1 Stateflow的定义606

18.1.2 状态图编辑器606

18.1.3 Stateflow流程图608

18.2 并行机制611

18.2.1 设置状态关系611

18.2.2 并行状态活动顺序配置612

18.3 Stateflow的对象613

18.3.1 真值表613

18.3.2 图形函数613

18.4 本章小结616

第19章 神经网络工具箱617

19.1 神经网络MATLAB工具箱618

19.1.1 通用神经网络工具箱函数619

19.1.2 感知器MATLAB函数622

19.1.3 线性神经网络函数624

19.1.4 BP神经网络函数627

19.1.5 径向基神经网络函数628

19.1.6 自组织神经网络函数634

19.2 神经网络Simulink工具箱639

19.3 经典应用644

19.3.1 函数逼近644

19.3.2 数据拟合655

19.4 本章小结660