MATLAB R2018b完全實戰(zhàn)學習手冊

第1篇　MATLAB基礎知識
第1章MATLAB R2018b概述
1.1　MATLAB R2018b簡介 2
1.1.1　MATLAB概述 2
1.1.2　MATLAB的優(yōu)勢和特點 3
1.1.3　MATLAB的版本更新 4
1.1.4　MATLAB R2018b的新增功能 5
1.2　MATLAB R2018b的安裝激活與內(nèi)容選擇 5
1.2.1　MATLAB R2018b的安裝 6
1.2.2　MATLAB R2018b的激活 8
1.3　MATLAB R2018b的目錄 10
1.3.1　MATLAB R2018b的目錄結(jié)構(gòu) 10
1.3.2　搜索路徑及其設置 10
1.3.3　MATLAB R2018b的工作目錄設置 12
1.4　MATLAB R2018b的工作環(huán)境 13
1.5　MATLAB R2018b的幫助系統(tǒng) 13
1.5.1　幫助命令 14
1.5.2　演示（Demos）幫助 15
1.5.3　幫助導航瀏覽器 15

第2章MATLAB使用初步
2.1　MATLAB R2018b的通用命令 17
2.2　MATLAB R2018b的常用數(shù)據(jù)類型 18
2.2.1　數(shù)值類型 19
2.2.2　邏輯類型 22
2.2.3　字符串 22
2.2.4　結(jié)構(gòu)體類型 24
2.2.5　單元數(shù)組類型 26
2.2.6　函數(shù)句柄 27
2.3　基本矩陣操作 28
2.3.1　矩陣的創(chuàng)建 28
2.3.2　矩陣大小的改變 31
2.3.3　矩陣下標引用 33
2.3.4　矩陣信息的獲取 34
2.3.5　矩陣結(jié)構(gòu)的改變 36
2.4　運算符 37
2.4.1　算術運算符 37
2.4.2　關系運算符 38
2.4.3　邏輯運算符 39
2.4.4　運算優(yōu)先級 39
2.5　字符串處理函數(shù) 40
2.5.1　字符串的構(gòu)造 40
2.5.2　字符串比較函數(shù) 41
2.5.3　字符串查找和替換函數(shù) 42
2.5.4　字符串與數(shù)值的轉(zhuǎn)換 43
2.6　文件讀取I/O 43
2.6.1　文件的打開與關閉 43
2.6.2　讀取與寫入二進制文件 44
2.6.3　寫入與讀取文本文件 46
2.6.4　文件位置 47

第3章MATLAB數(shù)值計算
3.1　矩陣的基本運算 50
3.1.1　矩陣的加減運算 50
3.1.2　矩陣的乘法運算 51
3.1.3　矩陣的除法運算 52
3.1.4　矩陣的冪運算 52
3.1.5　矩陣的其他運算 53
3.2　矩陣分解 57
3.2.1　Cholesky分解 57
3.2.2　LU分解 57
3.2.3　QR分解 58
3.2.4　特征值分解 59
3.2.5　奇異值分解 60
3.3　線性方程組的求解 60
3.3.1　求線性方程組的唯一解或特解 61
3.3.2　求線性齊次方程組的通解 63
3.3.3　求非齊次線性方程組的通解 63
3.4　多項式 65
3.4.1　多項式的求值 65
3.4.2　多項式的根 66
3.4.3　多項式的運算 66
3.5　數(shù)據(jù)插值 68
3.5.1　一維插值 68
3.5.2　二維插值 70
3.6　曲線擬合 71
3.7　函數(shù)的極限和導數(shù) 73
3.7.1　函數(shù)的極限 73
3.7.2　函數(shù)的導數(shù) 74
3.8　數(shù)值積分函數(shù) 74

第4章MATLAB符號計算
4.1　符號對象的創(chuàng)建和使用 77
4.1.1　創(chuàng)建符號對象和表達式 77
4.1.2　符號對象的基本運算 79
4.2　符號表達式的替換、精度計算及化簡 81
4.2.1　符號表達式的替換 81
4.2.2　精度計算 82
4.2.3　符號表達式的化簡 83
4.3　符號微分與積分及其變換 85
4.3.1　符號表達式的微分運算 85
4.3.2　符號表達式的級數(shù) 87
4.3.3　符號表達式的積分運算 88
4.3.4　符號積分變換 89
4.4　符號方程求解 91
4.4.1　代數(shù)方程的求解 91
4.4.2　微分方程的求解 92

第5章MATLAB計算的可視化和GUI設計
5.1　繪圖的基本步驟 94
5.2　二維圖形的生成 95
5.2.1　plot基本命令 95
5.2.2　線型、顏色及數(shù)據(jù)點型的設置 99
5.2.3　圖形的標注、圖例說明及網(wǎng)格 100
5.2.4　多次疊圖和多子圖操作 101
5.2.5　坐標軸的控制 104
5.3　三維圖形的生成 105
5.3.1　plot3基本命令 105
5.3.2　三維網(wǎng)線圖和表面圖的繪制 106
5.3.3　立體圖形與圖軸的控制 110
5.3.4　色彩的控制 112
5.4　特殊圖形的操作 118
5.4.1　條形圖 118
5.4.2　餅形圖 120
5.4.3　統(tǒng)計直方圖 121
5.4.4　極坐標圖 121
5.4.5　離散數(shù)據(jù)繪圖 122
5.4.6　面積圖和圖形填充 122
5.4.7　射線圖和羽毛圖 123
5.4.8　等高線圖 124
5.5　句柄圖形 125
5.5.1　圖形對象的創(chuàng)建 125
5.5.2　圖形對象句柄的獲取 127
5.5.3　圖形對象屬性的獲取和設置 130
5.6　圖形用戶界面（GUI）設計 132
5.6.1　GUI開發(fā)環(huán)境（GUIDE） 132
5.6.2　用戶圖形界面控件 134
5.6.3　對話框?qū)ο?136
5.6.4　界面菜單 141
5.6.5　GUI設計實例 142

第6章MATLAB程序設計
6.1 M文件 152
6.1.1 函數(shù) 153
6.1.2 腳本 158
6.2 MATLAB中的變量 160
6.3 MATLAB程序控制結(jié)構(gòu) 161
6.3.1 順序結(jié)構(gòu) 161
6.3.2 循環(huán)結(jié)構(gòu) 162
6.3.3 選擇結(jié)構(gòu) 164
6.3.4 其他流程控制語句 167
6.4 MATLAB程序調(diào)試 169
6.4.1 直接調(diào)試法 170
6.4.2 工具調(diào)試法 170

第7章Simulink仿真
7.1 Simulink概論 173
7.1.1 Simulink的概述 173
7.1.2 Simulink的啟動 174
7.1.3 Simulink模型的特點 175
7.1.4 Simulink Editor窗口菜單命令 176
7.1.5 Simulink模塊庫 179
7.1.6 Simulink實例 185
7.2 Simulink模型創(chuàng)建 188
7.2.1 Simulink模塊簡易操作 188
7.2.2 創(chuàng)建模型的基本步驟 198
7.3 仿真的運行及結(jié)果分析 200
7.3.1 仿真參數(shù)的設置 200
7.3.2 Simulink仿真過程需要注意的技巧 204
7.3.3 觀測輸出Simulink的仿真結(jié)果 205
7.3.4 仿真診斷 212
7.4 模型的調(diào)試 212
7.4.1 Simulink調(diào)試器 212
7.4.2 調(diào)試模型及設置斷點 215
7.5 子系統(tǒng)創(chuàng)建與封裝 216
7.5.1 子系統(tǒng)介紹 216
7.5.2 創(chuàng)建子系統(tǒng) 217
7.5.3 封裝子系統(tǒng) 220
7.6 S函數(shù) 223
7.6.1 S函數(shù)工作原理 223
7.6.2 編寫S函數(shù) 224
7.7 Simulink與MATLAB結(jié)合建模的實例 230

第8章MATLAB 應用程序接口
8.1 MATLAB應用程序接口介紹 234
8.1.1 MEX文件 234
8.1.2 MAT文件 235
8.1.3 計算引擎 235
8.2 MATLAB編譯器 235
8.2.1 編譯器概述 235
8.2.2 編譯器的安裝和配置 236
8.2.3　創(chuàng)建C語言MEX文件 237
8.2.4 創(chuàng)建獨立的應用程序 239
8.3 MAT文件的使用 240
8.3.1 在MATLAB中讀寫MAT文件 241
8.3.2 在普通的C/C++程序中讀寫MAT文件 242
8.4 MATLAB實時編輯器 242
8.5 MATLAB與Excel的聯(lián)機使用 245
8.5.1 Excel Link的設置 246
8.5.2 Excel Link數(shù)據(jù)管理函數(shù) 247
8.5.3 xlswrite與xlsread 248

第2篇　MATLAB應用
第9章MATLAB工具箱概述
9.1 工具箱的安裝和卸載 252
9.1.1 工具箱的安裝 252
9.1.2　工具箱的卸載 252
9.2 數(shù)學、統(tǒng)計和優(yōu)化工具箱 252
9.2.1 優(yōu)化工具箱 252
9.2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡工具箱 253
9.3 控制系統(tǒng) 253
9.3.1 控制系統(tǒng)工具箱 253
9.3.2 模糊邏輯工具箱 253
9.3.3 機器人系統(tǒng)工具箱 254
9.3.4 系統(tǒng)識別工具箱 254
9.3.5 魯棒控制工具箱 254
9.4 信號處理和通信 254
9.4.1 DSP系統(tǒng)工具箱 254
9.4.2 信號處理工具箱 255
9.4.3 小波工具箱 255
9.5 圖像處理和計算機視覺 255
9.5.1 圖像獲取工具箱 255
9.5.2 圖像處理工具箱 255
9.6 測試和測量 256
9.6.1 數(shù)據(jù)采集工具箱 256
9.6.2 儀器控制工具箱 256
9.7 計算金融學工具箱 256
9.7.1　數(shù)據(jù)庫工具箱 256
9.7.2 計量經(jīng)濟學工具箱 257
9.7.3 金融工具箱 257

第10章MATLAB在圖形圖像處理中的應用
10.1 MATLAB系統(tǒng)中的圖像類型 258
10.2 圖形圖像的基本運算 262
10.2.1 圖像絕對差值 262
10.2.2 圖像相加 262
10.2.3 圖像顏色組合 263
10.2.4 圖像求補運算 263
10.2.5 圖像相除 264
10.2.6 圖像的線性運算 264
10.2.7 圖像相乘 265
10.2.8 圖像相減 266
10.3 圖形圖像的二維傅里葉變換 267
10.3.1 連續(xù)二維傅里葉變換 267
10.3.2 二維離散傅里葉逆變換 268
10.4 數(shù)字圖像的離散余弦變換 268
10.4.1 圖像的離散余弦變換 268
10.4.2 計算離散余弦變換矩陣 269
10.5 圖形圖像對比度的調(diào)整 270
10.5.1 調(diào)整圖像對比度 270
10.5.2 有限對比度自適應直方圖均衡化（CLAHE） 271
10.6 圖形圖像的分析 271
10.6.1 跟蹤二值圖像中的對象 271
10.6.2 霍夫變換 272
10.7 圖形圖像邊界的提取 273

第11章MATLAB在優(yōu)化設計中的應用
11.1 建立優(yōu)化問題 275
11.1.1 選擇求解器 275
11.1.2 參數(shù)設置 276
11.2 非線性優(yōu)化問題 280
11.2.1 無約束最優(yōu)化問題 280
11.2.2 有約束最優(yōu)化問題 281
11.2.3 多目標優(yōu)化問題 282
11.3 線性規(guī)劃和混合整數(shù)線性規(guī)劃 285
11.3.1 基于問題的最優(yōu)化 285
11.3.2 基于求解器的最優(yōu)化 289
11.4 二次規(guī)劃問題 291
11.5 最小二乘法 292
11.5.1 線性最小二乘法 292
11.5.2 非線性最小二乘法 295
11.6 非線性方程組 296

第12章MATLAB在數(shù)字信號處理中的應用
12.1　離散信號與系統(tǒng) 298
12.1.1　常用離散信號 299
12.1.2　信號的基本運算 302
12.1.3　線性時不變系統(tǒng)的響應 305
12.2　數(shù)字信號的處理　 310
12.2.1　離散傅里葉變換 310
12.2.2　快速傅里葉變換 315
12.3　數(shù)字濾波器的設計 317
12.3.1　IIR濾波器的設計 317
12.3.2　FIR濾波器的設計 321

第13章MATLAB在控制系統(tǒng)中的應用
13.1　控制系統(tǒng)的模型描述 324
13.2　控制系統(tǒng)的時域分析與MATLAB實現(xiàn) 328
13.2.1　單位階躍響應 329
13.2.2 脈沖響應 329
13.2.3　零輸入響應 330
13.2.4　任意輸入響應 331
13.2.5　階躍響應特性 332
13.2.6　線性系統(tǒng)響應特性 334
13.3　控制系統(tǒng)的頻域分析與MATLAB實現(xiàn) 335
13.3.1　伯德圖 336
13.3.2 奈奎斯特圖 337
13.3.3　尼克爾斯頻率響應圖 337
13.3.4　奇異值圖 338
13.3.5　頻率響應 339
13.3.6　計算頻率響應 340
13.4　控制系統(tǒng)的根軌跡分析 341
13.4.1　零極點圖 341
13.4.2　根軌跡 342
13.4.3 零極點和根軌跡圖 343
13.4.4　zgrid函數(shù) 344
13.5　控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析 345
13.5.1　系統(tǒng)的能控性 345
13.5.2　系統(tǒng)能觀測性 346

第14章MATLAB在電力系統(tǒng)中的應用
14.1　Specialized Power Systems模型庫概述 349
14.2　電源庫 350
14.2.1　直流電壓源 350
14.2.2　交流電壓源 350
14.2.3　三相可編程電壓源 352
14.3　元器件庫 355
14.3.1　斷路器 355
14.3.2　串聯(lián)RLC支路 358
14.3.3　變壓器 359
14.4　電機庫 366
14.5　電力電子庫 374
14.5.1　二極管 375
14.5.2　晶閘管 378
14.5.3　絕緣柵雙極型晶體管 381
14.5.4　通用橋式電路 385
14.6　控制和測量模塊庫 387
14.6.1 Pulse &Signal Generators模塊 388
14.6.2　測量模塊 396
14.7　其他模塊庫 396
14.8　電力圖形用戶界面 397
14.8.1　調(diào)用方法 397
14.8.2　屬性參數(shù)對話框 397
14.9　應用舉例 405
14.9.1　有源功率因數(shù)校正APEC電路 405
14.9.2　電力系統(tǒng)輸電線路的單相、三相重合閘 409

第15章MATLAB在深度學習中的應用
15.1　深度學習基礎 413
15.1.1　AlexNet卷積神經(jīng)網(wǎng)絡 413
15.1.2　VGG-16卷積神經(jīng)網(wǎng)絡 414
15.1.3　VGG-19卷積神經(jīng)網(wǎng)絡 415
15.1.4　GoogLeNet卷積神經(jīng)網(wǎng)絡 416
15.1.5　從Caffe導入預先訓練的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡模型 416
15.1.6　神經(jīng)網(wǎng)絡訓練的選項 416
15.1.7　深度學習的神經(jīng)網(wǎng)絡訓練 417
15.2　深度學習圖像分類 420
15.2.1　圖像數(shù)據(jù)增強 420
15.2.2　增強圖像源 421
15.3　從零開始深度學習訓練 424
15.3.1　從Caffe導入卷積神經(jīng)網(wǎng)絡層 425
15.3.2　圖像輸入層 426
15.3.3　序列輸入層 427
15.3.4　二維卷積層 428
15.3.5　二維反卷積層 429
15.3.6　全連接層 430
15.3.7　長短期記憶（LSTM）層 431
15.3.8　激活函數(shù)層 434
15.3.9　滲泄整流線性單元層 434
15.3.10　剪切整流線性單元層 435
15.3.11　批量歸一化層 436
15.3.12　信道局部響應歸一化層 438
15.3.13　dropout層 439
15.3.14　平均池化層 440
15.3.15　最大池化層 441
15.3.16　最大脫空層 442
15.3.17　深度拼接層 442
15.3.18 softmax層 442
15.3.19　分類輸出層 443
15.3.20　回歸輸出層 444
15.3.21　建立層學習參數(shù)的學習速率因子 445
15.3.22　L2正則化因子 445
15.3.23　獲取層可學習參數(shù)的學習率因子 446
15.3.24　獲取層可學習參數(shù)的L2正則化因子 447
15.3.25　神經(jīng)網(wǎng)絡訓練的選項 448
15.3.26　深度學習的神經(jīng)網(wǎng)絡訓練 449
15.3.27　深度學習系列網(wǎng)絡 452
15.3.28　圖像數(shù)據(jù)增強 454
15.3.29　增強圖像源 455
15.3.30　深度學習網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖 457
15.3.31 　在圖層中連接層 458
15.3.32　刪除圖層 458
15.3.33　斷開圖層 459

參考文獻