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第1部分 MATLAB基础知识1

第1章 MATLAB概述2

1.1 MATLAB 7简介2

1.2 MATLAB 7的安装2

1.3 MATLAB 7的工作环境5

1.3.1操作界面简介6

1.3.2运行命令窗口6

1.3.3命令窗口的显示方式7

1.3.4数值结果的显示方式9

1.3.5命令窗口的标点符号10

1.3.6输入变量12

1.3.7处理复数14

1.3.8命令窗口的控制命令15

1.3.9使用历史窗口16

1.3.10使用实录命令20

1.3.11当前目录浏览器和路径管理21

1.3.12设置当前目录22

1.3.13 MATLAB的搜索路径23

1.3.14工作空间浏览器和数组编辑器25

1.3.15变量的编辑命令26

1.3.16数组编辑器27

1.3.17存取数据文件28

1.4 MATLAB 7的帮助系统30

1.4.1纯文本帮助30

1.4.2演示（demo）帮助31

1.4.3帮助导航／浏览器33

1.4.4 Contents帮助文件目录窗口34

1.4.5 Index帮助文件索引窗口35

1.4.6 Search帮助文件搜索窗口35

1.5小结36

第2章 数组37

2.1创建数值数组37

2.1.1一维数组的创建方法37

2.1.2二维数组的创建方法38

2.1.3使用下标创建三维数组39

2.1.4使用低维数组创建三维数组40

2.1.5使用创建函数创建三维数组41

2.1.6创建低维标准数组43

2.1.7创建高维标准数组44

2.2操作数值数组45

2.2.1选取低维数组的对角元素45

2.2.2低维数组的形式转换46

2.2.3选取三角矩阵47

2.2.4 Kronecker乘法49

2.2.5高维数组的对称交换50

2.2.6高维数组的维序号移动51

2.2.7高维数组的广义共轭转置52

2.2.8高维数组的降维操作53

2.3小结54

第3章 矩阵和架构55

3.1稀疏矩阵55

3.1.1稀疏矩阵的存储方式55

3.1.2创建稀疏矩阵——使用sparse命令56

3.1.3创建稀疏矩阵——使用spdiags命令57

3.1.4查看稀疏矩阵的信息58

3.1.5稀疏矩阵的图形化信息59

3.2字符串数组60

3.2.1创建字符串数组——直接输入法61

3.2.2创建字符串数组——使用ASCII码61

3.2.3创建字符串数组——使用函数62

3.2.4处理字符串数组的空格63

3.2.5读取字符串数组的信息64

3.3构架数组65

3.3.1创建单构架数组——使用直接法66

3.3.2创建二维构架数组67

3.3.3创建三维构架数组68

3.3.4使用命令创建构架数组69

3.3.5访问构架数组的数据69

3.3.6设置构架数组的域属性72

3.4小结74

第4章 矩阵分析75

4.1矩阵计算75

4.1.1进行范数分析——使用norm函数75

4.1.2进行范数分析——使用normest函数78

4.1.3条件数分析80

4.1.4数值矩阵的行列式81

4.1.5符号矩阵的行列式82

4.1.6矩阵的化零矩阵83

4.2线性方程组84

4.2.1非奇异线性方程组84

4.2.2奇异线性方程组85

4.2.3欠定线性方程组87

4.2.4超定线性方程组88

4.3矩阵分解89

4.3.1 Cholesky分解89

4.3.2使用Cholesky分解求解方程组91

4.3.3不完全Cholesky分解92

4.3.4 LU分解93

4.3.5不完全LU分解96

4.3.6 QR分解100

4.3.7操作QR分解结果101

4.3.8奇异值分解105

4.4特征值分析107

4.4.1特征值和特征向量107

4.4.2稀疏矩阵的特征值和特征向量110

4.4.3特征值问题的条件数111

4.4.4特征值的复数问题113

4.5小结114

第2部分 数据分析115

第5章 函数分析和数值运算116

5.1函数的零点116

5.1.1一元函数的零点116

5.1.2多元函数的零点118

5.2数值积分120

5.2.1一元函数的数值积分120

5.2.2使用Simulink求解数值积分122

5.2.3求解瑕积分123

5.2.4矩形区域的多重数值积分124

5.2.5变量区域的多重数值积分125

5.3概率论和数理统计129

5.3.1双变量的概率分布129

5.3.2不同概率分布131

5.3.3数据分布分析132

5.3.4假设检验133

5.4小结138

第6章 高级数值运算139

6.1插值139

6.1.1一维插值139

6.1.2人口数量预测——一维插值实例140

6.1.3二维插值143

6.1.4绘制二元函数图形——二维插值实例144

6.1.5样条插值146

6.1.6牛顿插值147

6.1.7多项式插值——牛顿插值实例148

6.1.8 Chebyshev多项式插值150

6.1.9多项式插值——Chebyshev多项式插值实例150

6.2曲线拟合152

6.2.1多项式拟合153

6.2.2加权最小方差拟合154

6.2.3数据拟合——适用加权最小方差WLS方法154

6.3曲线拟合图形界面158

6.3.1曲线拟合158

6.3.2绘制拟合残差图形160

6.3.3进行数据预测161

6.4傅里叶分析163

6.4.1离散傅里叶变换163

6.4.2 FFT和DFT165

6.4.3 DFT的物理含义166

6.4.4使用DFS进行插值168

6.5小结171

第7章 优化172

7.1常见优化问题172

7.1.1无约束非线性优化172

7.1.2求解二元函数的最小值——无约束非线性优化173

7.1.3非线性最小方差177

7.1.4计算函数的非线性最小方差177

7.1.5有约束的非线性优化179

7.1.6计算多元函数的极值——有约束的非线性优化180

7.1.7最小最大值的优化问题183

7.1.8优化对比186

7.1.9线性规划187

7.1.10二次规划190

7.1.11使用遗传算法求解二次规划191

7.2使用遗传算法求解优化193

7.2.1分析目标函数194

7.2.2优化求解195

7.2.3添加结果的可视性197

7.2.4设置算法的属性198

7.2.5设置“种群”属性198

7.2.6设置“中止”属性200

7.3优化“Banana”函数——优化方法对比201

7.3.1分析目标函数201

7.3.2 BFGS优化法求解203

7.3.3 DFP优化法求解204

7.3.4“无约束非线性”优化求解206

7.3.5“最小方差”优化求解207

7.4绘制帐篷——复杂的二次规划208

7.4.1设置约束条件208

7.4.2定义目标函数210

7.4.3进行优化求解211

7.4.4绘制优化求解的结果213

7.5小结214

第8章 常微分方程215

8.1显性常微分方程215

8.1.1刚性和非刚性方程组216

8.1.2设置允许误差属性219

8.1.3设置输出参数属性221

8.1.4设置解法器其他属性225

8.2加权常微分方程227

8.3延迟微分方程230

8.4常微分方程的边界问题232

8.4.1 MATLAB求解边界问题——bvp4c命令232

8.4.2求解带边界的常微分方程233

8.5小结236

第9章 符号计算237

9.1符号对象和符号表达式237

9.1.1创建符号对象——使用sym命令237

9.1.2创建符号对象——使用syms命令240

9.1.3符号计算的运算符和函数241

9.1.4识别对象242

9.1.5确定符号表达式中的变量243

9.2符号精度计算244

9.3操作符号表达式245

9.3.1合并表达式——collect函数246

9.3.2展开表达式——expand函数247

9.3.3因式分解——factor函数248

9.3.4嵌套表达式——horner 函数249

9.3.5计算最小分母公因式——numden函数250

9.3.6简化表达式——simplify 函数251

9.3.7最简化表达式——simple函数252

9.3.8按书写方式显示表达式——pretty函数254

9.4替换符号表达式256

9.4.1替换重复字符串——subexpr函数256

9.4.2替换特定符号——subs函数257

9.5符号函数259

9.5.1求反函数——finverse函数259

9.5.2求复合 函数——compose函数260

9.6符号微积分261

9.6.1求微分——diff函数261

9.6.2化简微分结果262

9.6.3求解矩阵微分263

9.6.4向量微分jacobian函数264

9.6.5符号极限265

9.6.6求解无限极限266

9.6.7求解左右极限266

9.6.8符号积分267

9.6.9矩阵积分269

9.6.10证明积分等式269

9.6.11交互近似积分270

9.6.12符号级数求和272

9.7符号积分变换273

9.7.1傅里叶变换273

9.7.2拉普拉斯变换275

9.7.3 Z变换276

9.8符号矩阵的计算277

9.8.1线性代数运算277

9.8.2特征值运算280

9.9符号代数方程的求解282

9.9.1 solve命令283

9.9.2求解非线性方程组283

9.9.3求解含参数方程组283

9.9.4求解超越方程组284

9.10符号微分方程的求解284

9.10.1 dsolve命令285

9.10.2求解常微分方程285

9.10.3求解二阶常微分方程286

9.10.4求解常微分方程组286

9.11利用maple的资源287

9.11.1调用maple的相关命令287

9.11.2查看maple的帮助289

9.12可视化符号分析290

9.12.1单变量函数分析界面291

9.12.2泰勒级数逼近分析界面293

9.13小结294

第3部分 数据可视化295

第10章 二维图形296

10.1图形的基础知识296

10.1.1离散数据（函数）的可视化296

10.1.2连续函数的可视化297

10.1.3绘制图表的基础步骤299

10.2绘制二维图形299

10.2.1绘制二维图形——使用plot命令300

10.2.2设置曲线的属性302

10.2.3设置坐标轴范围304

10.2.4设置坐标轴显示方式305

10.2.5设置坐标轴系统306

10.2.6图形标识307

10.2.7叠绘309

10.2.8绘制双坐标轴图形311

10.2.9绘制多子图312

10.2.10交互式图形313

10.2.11使用fplot命令绘制图形315

10.2.12使用ezplot命令绘制图形316

10.3特殊图形318

10.3.1绘制面积图318

10.3.2绘制直方图319

10.3.3绘制二维饼图321

10.3.4绘制矢量图321

10.3.5绘制等高线322

10.3.6绘制伪色彩图323

10.3.7绘制误差棒324

10.3.8绘制二维离散杆图325

10.3.9绘制散点图326

10.3.10极坐标图形328

10.3.11柱坐标图形328

10.4小结329

第11章 三维图形330

11.1绘制三维曲线330

11.1.1绘制三维图形——plot3命令330

11.1.2绘制三维曲线图——mesh命令331

11.1.3绘制等高线333

11.1.4绘制曲面图——surf命令333

11.2编辑三维图形335

11.2.1控制视角——view命令335

11.2.2控制旋转——rotate命令336

11.2.3设置背景颜色338

11.2.4设置图形颜色339

11.2.5设置数值轴的颜色340

11.2.6添加颜色标尺341

11.2.7设置图形的着色343

11.2.8控制照明——light命令344

11.2.9控制照明——lighting命令345

11.2.10控制材质——material命令345

11.2.11控制透视346

11.2.12控制透明347

11.3三维图形的简易命令349

11.4四维图形351

11.4.1绘制切片图——slice命令351

11.4.2绘制切面等位线图352

11.4.3绘制流线切面图353

11.5图形窗口353

11.5.1创建和控制图形窗口354

11.5.2使用工具栏编辑图形355

11.5.3使用绘图工具编辑图形358

11.5.4使用图形窗口进行数据分析364

11.6绘制复数变量图形367

11.6.1绘制复数图形原理367

11.6.2绘制复数图形——CPLXMAP命令368

11.6.3绘制复数曲面图——CPLXROOT命令369

11.7图形的打印和输出370

11.7.1图形打印的菜单操作方式370

11.7.2图形打印的命令操作方式372

11.8小结372

第4部分 MATLAB编程373

第12章 MATLAB编程基础知识374

12.1简单实例——排序函数374

12.1.1编写函数文件374

12.1.2编写脚本文件376

12.1.3运行代码377

12.1.4检测代码378

12.2 M文件编辑器379

12.2.1打开文件编辑器379

12.2.2设置M文件编辑器的属性380

12.2.3设置M文件编辑器的打印属性382

12.3 MATLAB的变量和关系式383

12.3.1 M文件的变量类型383

12.3.2 M文件的关键字384

12.3.3关系表达式384

12.3.4关系表达式的优先级386

12.3.5截断误差问题387

12.3.6逻辑表达式388

12.3.7逻辑运算函数390

12.4程序结构390

12.4.1顺序结构390

12.4.2 if分支结构391

12.4.3 switch分支结构394

12.4.4 try-catch结构395

12.4.5 while循环结构396

12.4.6 for循环结构398

12.4.7绘制抛物线轨迹——综合实例400

12.5控制语句404

12.5.1结束循环——continue命令404

12.5.2终止循环——break命令405

12.5.3转换控制——return命令406

12.5.4输入控制权——input命令407

12.5.5使用键盘——keyboard命令408

12.5.6提示警告信息——error和warning命令408

12.6小结410

第13章 MATLAB编程高级话题411

13.1程序的向量化411

13.1.1程序的向量化411

13.1.2向量化和循环结构对比413

13.1.3逻辑数组415

13.1.4使用logical命令创建逻辑数组415

13.1.5逻辑数组和向量化416

13.2脚本和函数418

13.2.1编写脚本文件418

13.2.2编写函数文件419

13.2.3编写P码文件420

13.3变量传递421

13.3.1变量检测命令421

13.3.2“变长度”变量函数422

13.3.3跨空间计算表达式的数值426

13.3.4跨空间赋值428

13.4字符串演算函数429

13.4.1内联函数——inline429

13.4.2求解函数零点429

13.4.3绘制函数图形431

13.4.4求解最值433

13.5程序的调试和剖析435

13.5.1直接调试法435

13.5.2工具调试法438

13.5.3程序剖析441

13.6小结444

第5部分 图形用户界面445

第14章 句柄图形446

14.1句柄图形体系446

14.1.1图形对象447

14.1.2句柄对象447

14.1.3句柄图形的结构447

14.1.4图形对象的属性448

14.2图形句柄的操作448

14.2.1创建图形对象449

14.2.2访问图形对象的句柄451

14.2.3使用句柄操作图形对象453

14.3图形对象的操作455

14.3.1设置图像属性——set命令455

14.3.2使用结构体设置属性457

14.3.3查询图形对象的属性——get命令460

14.3.4查看图形对象的默认属性462

14.3.5设置不同级别的属性463

14.3.6设置图形对象的默认属性465

14.4高层绘图命令466

14.4.1设置父对象属性——NextPlot属性467

14.4.2检查NextPlot属性——newplot命令467

14.4.3高层绘图文件的构成468

14.5坐标轴对象469

14.5.1坐标轴的几何属性469

14.5.2坐标轴的刻度属性471

14.5.3坐标轴的照相机属性472

14.6综合实例474

14.6.1穿越图形475

14.6.2动态反射图形478

14.7小结485

第15章 图形用户界面基础486

15.1图形用户界面概述486

15.2使用M文件创建GUI对象487

15.2.1编写程序代码487

15.2.2运行程序代码492

15.3使用GUIDE创建GUI对象494

15.3.1启动GUIDE494

15.3.2添加“编辑框”控件496

15.3.3查看程序代码497

15.3.4运行GUI对象497

15.3.5创建GUI的注意事项498

15.4小结500

第16章 创建菜单501

16.1定制标准菜单501

16.2使用GUIDE创建自定义菜单502

16.2.1创建图形界面503

16.2.2设置菜单属性506

16.2.3添加控件507

16.2.4添加“File”菜单的回调函数509

16.2.5添加“Thresholding Method”菜单的回调函数511

16.2.6添加“滚动条”控件的回调函数517

16.2.7添加其他控件的回调函数519

16.2.8编写主调函数520

16.2.9运行GUI对象521

16.3使用M文件创建自定义菜单523

16.3.1演示GUI的功能523

16.3.2添加“File”菜单的功能代码524

16.3.3添加“Options”菜单的功能代码526

16.3.4添加“Graphs”菜单的功能代码527

16.3.5添加主调函数531

16.3.6运行GUI对象533

16.4创建快捷菜单535

16.4.1编写程序代码535

16.4.2运行GUI对象540

16.5小结542

第17章 添加控件543

17.1创建GUI对象的用户控件543

17.1.1添加控件组件544

17.1.2添加控件的功能代码547

17.1.3运行程序代码553

17.2图像切割界面——综合案例555

17.2.1分析GUI对象556

17.2.2规划GUI的设计过程556

17.2.3创建GUI的工具栏对象557

17.2.4准备图形对象的基础文件558

17.2.5处理指针对象567

17.2.6设置图形对象的属性571

17.2.7编写主程序代码574

17.2.8设置GUI对象的菜单选项601

17.2.9检测程序代码612

17.3小结618

第6部分 MATLAB仿真619

第18章 Simulink基础知识620

18.1 Simulink概述620

18.1.1安装Simulink621

18.1.2启动Simulink622

18.2一个简单的仿真系统622

18.2.1添加模块623

18.2.2设置模块属性624

18.2.3连接模块626

18.2.4运行仿真系统627

18.3 Simulink的工作环境628

18.3.1 Simulink模型窗口界面630

18.3.2使用“File”菜单631

18.3.3使用“Edit”菜单632

18.3.4使用“View”菜单633

18.3.5使用“Simulation”菜单635

18.3.6使用“Help”菜单636

18.4 Simulink中的数据类型636

18.4.1 Simulink支持的数据类型637

18.4.2数据传递639

18.4.3向量化模块641

18.4.4使用Mux模块642

18.4.5标量扩展644

18.5 Simulink的基本操作645

18.5.1 Simulink模型的工作原理645

18.5.2操作模块646

18.5.3显示模块的属性647

18.5.4显示输出数值648

18.5.5连接线的分支649

18.5.6彩色显示信号线650

18.5.7设置连接线的属性651

18.6 Simulink的信号651

18.6.1创建信号651

18.6.2添加信号标签652

18.6.3复数信号652

18.6.4虚拟信号653

18.6.5控制信号655

18.6.6信号总线657

18.6.7信号组661

18.6.8使用自定义信号源666

18.6.9信号接收器668

18.7 Simulink仿真的设置672

18.7.1设置解算器参数673

18.7.2仿真数据的输入输出设置674

18.7.3仿真诊断设置676

18.8小结677

第19章 Simulink建模和子系统678

19.1 Simulink线性系统建模678

19.1.1线性系统建模简介678

19.1.2求解抛投小球的轨迹680

19.1.3求解二阶微分方程682

19.1.4使用传递函数686

19.1.5使用状态方程687

19.1.6“积分器”模块的工作原理688

19.2非线性系统建模689

19.2.1非线性系统建模简介690

19.2.2求解非线性摩擦模型692

19.3子系统699

19.3.1子系统的基础知识699

19.3.2创建子系统699

19.3.3使用模块组合子系统701

19.4信号输出系统——子系统实例703

19.4.1添加控制信号703

19.4.2添加子系统模块704

19.4.3运行仿真系统706

19.5封装子系统707

19.5.1封装子系统的创建方法708

19.5.2封装子系统的步骤708

19.6 ABS系统——封装子系统实例711

19.6.1添加“Bang-bang controller”子系统711

19.6.2添加“brake torque”子系统713

19.6.3添加“tire torque”子系统713

19.6.4添加子系统的程序代码715

19.6.5添加“Subsystem”子系统717

19.6.6运行仿真系统719

19.7使能子系统721

19.7.1创建使能子系统721

19.7.2信号输出系统——使能子系统实例722

19.8 触发子系统726

19.8.1触发子系统简介726

19.8.2触发子系统的属性726

19.9触发子系统实例728

19.9.1添加系统模块729

19.9.2设置“Throttle＆Manifold”子系统属性730

19.9.3设置“Intake”子系统属性731

19.9.4设置“Compression”子系统属性732

19.9.5设置“Combustion”子系统属性733

19.9.6设置“Drag Torque”子系统属性733

19.9.7设置“Vehicle Dynamics”子系统属性734

19.9.8设置“valve timing”子系统属性734

19.9.9运行仿真系统735

19.10小结736

第20章 S函数和仿真结果分析737

20.1 S函数737

20.1.1 S函数概述737

20.1.2 S函数的运行机理738

20.1.3 S函数模板738

20.1.4添加S函数模块741

20.1.5添加S函数程序代码743

20.1.6运行仿真745

20.2振荡运行系统——S函数综合实例746

20.2.1添加系统模块746

20.2.2添加S函数的程序代码748

20.2.3添加子系统模块750

20.2.4运行仿真系统753

20.3分析仿真结果754

20.3.1分析Simulink模型的特征754

20.3.2使用Sim命令756

20.3.3使用simset命令757

20.3.4模型的线性化760

20.3.5系统平衡点分析762

20.4交替执行系统——综合实例1764

20.4.1添加系统模块764

20.4.2设置系统模块的属性765

20.4.3添加“Enabled”子系统768

20.4.4运行仿真系统771

20.5雷达轨迹分析——综合实例2772

20.5.1系统模块简介772

20.5.2添加系统模块772

20.5.3添加“Cross-Axis Acceleration Model”子系统775

20.5.4添加“Cartesian to Polar”子系统775

20.5.5添加“Radar Kalman Filter”子系统777

20.5.6添加程序代码779

20.5.7运行仿真系统781

20.6小结782

第7部分 高级应用783

第21章 文件I/O784

21.1处理文件名称784

21.2打开和关闭文件786

21.2.1打开文件786

21.2.2关闭文件788

21.3处理二进制文件789

21.3.1读取M文件789

21.3.2读取TXT文件792

21.3.3写入二进制文件794

21.4处理文本文件795

21.4.1读取文本文件795

21.4.2使用csvwrite命令读入文本文件800

21.4.3使用dlmwrite命令读入文本文件801

21.5处理图像802

21.6小结805

第22章 MATLAB编译器806

22.1编译器概述806

22.1.1编译器的功能806

22.1.2 Complier 4.0 的性能改进807

22.2编译器的安装和配置807

22.2.1前提准备807

22.2.2配置编译器808

22.3编译过程813

22.3.1安装MCR813

22.3.2代码的编译过程814

22.4编译命令815

22.4.1编译命令的格式和选项815

22.4.2处理脚本文件816

22.5创建独立运行的程序818

22.5.1编译M文件818

22.5.2编译M和C的混合文件821

22.5.3编译包含绘图命令的M文件823

22.6小结828

第23章 应用程序接口829

23.1 C语言 MEX文件829

23.1.1 MEX文件的数据829

23.1.2 MEX文件的结构830

23.1.3 MEX文件的实例833

23.2 MAT文件837

23.2.1使用C语言创建MAT文件838

23.2.2使用Fortran语言创建MAT文件841

23.3 MATLAB引擎技术844

23.3.1引擎技术概念845

23.3.2引擎技术应用845

23.4 Java接口849

23.4.1 Java接口849

23.4.2 Java接口应用855

23.5小结860

第8部分 用户工具箱861

第24章 图形图像工具箱862

24.1 MATLAB中的图像862

24.1.1图像类型862

24.1.2多帧图像864

24.1.3读取图像文件865

24.1.4查看图像文件信息867

24.2显示图像869

24.2.1默认显示方式869

24.2.2添加颜色条869

24.2.3显示多帧图像870

24.2.4显示动画871

24.2.5三维材质图像872

24.3图像的几何运算873

24.3.1缩放图像873

24.3.2旋转图像875

24.3.3裁剪图像877

24.4图像的灰度变换878

24.4.1图像的直方图878

24.4.2灰度变换880

24.4.3均衡直方图882

24.5图像的滤波883

24.6分析图像886

24.6.1分析图像的像素信息886

24.6.2分析图像的灰度信息887

24.6.3绘制等高图888

24.7小结889

第25章 信号工具箱890

25.1产生信号890

25.1.1周期方波和锯齿波890

25.1.2周期sinc波891

25.1.3高斯调幅正弦波892

25.1.4调频信号893

25.1.5高斯分布随机序列894

25.2随机信号处理895

25.2.1随机信号的互相关函数895

25.2.2随机信号的互协方差函数896

25.2.3谱分析——psd 函数897

25.2.4谱分析——pwelch 函数899

25.3模拟滤波器设计900

25.3.1巴特沃斯滤波器900

25.3.2切比雪夫Ⅰ型滤波器901

25.3.3切比雪夫Ⅱ型滤波器902

25.4 IIR数字滤波器设计903

25.4.1巴特沃斯数字滤波器设计904

25.4.2切比雪夫I型数字滤波器设计905

25.4.3切比雪夫Ⅱ型数字滤波器设计907

25.5小结908

附录A MATLAB常用函数检索表909