MATLAB完全自學教程

第 1章 MATLAB概述　1
1.1 MATLAB簡介　1
1.1.1 MATLAB的發(fā)展　1
1.1.2 MATLAB的優(yōu)點　2
1.1.3 MATLAB的缺點　3
1.2 MATLAB的安裝　3
1.3 MATLAB操作界面介紹　6
1.3.1 命令行窗口　6
1.3.2 命令歷史記錄窗口　8
1.3.3 工作區(qū)窗口　8
1.3.4 當前目錄窗口　8
1.4 MATLAB幫助系統(tǒng)　9
1.4.1 幫助窗口　9
1.4.2 幫助命令　10
1.5 本章小結　10
第 2章 MATLAB基礎知識　11
2.1 一般運算符和操作符　11
2.1.1 運算符　11
2.1.2 操作符　14
2.2 數(shù)據(jù)格式顯示　15
2.3 關系運算符　16
2.4 邏輯運算和邏輯函數(shù)　17
2.4.1 邏輯運算　17
2.4.2 邏輯函數(shù)　19
2.5 字符串操作　26
2.5.1 MATLAB中的字符串符號　26
2.5.2 一般通用字符串操作　27
2.5.3 字符串比較操作　29
2.5.4 字符串與數(shù)值間的相互轉換　33
2.5.5 進制間的轉換　34
2.6 數(shù)值數(shù)據(jù)類型　36
2.6.1 整數(shù)　36
2.6.2 浮點數(shù)　38
2.6.3 整數(shù)和浮點數(shù)之間的操作函數(shù)　38
2.6.4 復數(shù)　39
2.7 函數(shù)的簡明介紹　41
2.8 數(shù)組　41
2.8.1 一維數(shù)組的創(chuàng)建　42
2.8.2 多維數(shù)組的創(chuàng)建　43
2.8.3 數(shù)組的運算　45
2.8.4 常用的標準數(shù)組　46
2.8.5 低維數(shù)組的尋址和搜索　48
2.8.6 低維數(shù)組的處理函數(shù)　51
2.8.7 高維數(shù)組的處理和運算　53
2.9 單元數(shù)組和結構體　55
2.9.1 單元數(shù)組的創(chuàng)建和操作　55
2.9.2 單元數(shù)組處理函數(shù)　57
2.9.3 結構體創(chuàng)建　58
2.9.4 結構體處理函數(shù)　59
2.10 本章小結　60
第3章 矩陣及其運算　61
3.1 矩陣的表示　61
3.1.1 數(shù)值矩陣的生成　61
3.1.2 矩陣的標識　64
3.1.3 矩陣的修改　65
3.1.4 矩陣元素的數(shù)據(jù)變換　67
3.2 矩陣運算　68
3.2.1 矩陣與常數(shù)的四則運算　68
3.2.2 矩陣的轉置　69
3.2.3 方陣的行列式　69
3.2.4 矩陣的逆和偽逆　69
3.2.5 矩陣和向量的范數(shù)　71
3.2.6 矩陣的秩　71
3.2.7 矩陣的跡　72
3.2.8 矩陣的指數(shù)和對數(shù)運算　72
3.3 矩陣分解　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 奇異值分解　76
3.3.6 特征值分解　77
3.3.7 黑森貝格（Hessenberg）分解　78
3.4 方程組求解　79
3.4.1 線性方程組的求解　79
3.4.2 非線性方程組的求解　83
3.4.3 非齊次線性方程組的通解　84
3.5 矩陣秩與線性相關性　85
3.5.1 矩陣和向量組的秩與線性相關性　85
3.5.2 求行階梯矩陣和向量組的基　85
3.6 稀疏矩陣　86
3.6.1 稀疏矩陣的生成　86
3.6.2 稀疏矩陣的應用　88
3.6.3 稀疏矩陣與滿矩陣的相互轉換　89
3.7 本章小結　91
第4章 符號及其運算　92
4.1 字符型、符號型數(shù)據(jù)變量　92
4.1.1 字符型數(shù)據(jù)變量的創(chuàng)建　92
4.1.2 符號型數(shù)據(jù)變量的創(chuàng)建　93
4.1.3 符號變量的基本操作　93
4.2 符號表達式與符號方程　96
4.2.1 符號表達式的創(chuàng)建　96
4.2.2 符號方程的創(chuàng)建　97
4.2.3 符號表達式的操作　97
4.3 符號矩陣的創(chuàng)建等　101
4.3.1 用sym()函數(shù)直接創(chuàng)建符號矩陣　101
4.3.2 由數(shù)值矩陣轉換為符號矩陣　102
4.3.3 利用矩陣元素的通式創(chuàng)建符號矩陣　102
4.3.4 符號矩陣和符號數(shù)組的運算　103
4.4 符號微積分　107
4.4.1 符號極限　107
4.4.2 符號微分和求導　108
4.4.3 符號積分　109
4.5 符號積分變換　110
4.5.1 傅里葉變換及其逆變換　110
4.5.2 拉普拉斯變換及其逆變換　111
4.5.3 Z變換及其逆變換　112
4.6 符號代數(shù)方程求解　113
4.7 符號微分方程求解　114
4.8 圖示化符號函數(shù)計算器　115
4.8.1 單變量符號函數(shù)計算器　115
4.8.2 泰勒級數(shù)逼近計算器　118
4.9 本章小結　118
第5章 微分和積分　119
5.1 極限與導數(shù)　119
5.1.1 極限　119
5.1.2 導數(shù)　119
5.2 積分　122
5.2.1 一元函數(shù)的積分　122
5.2.2 二元函數(shù)和三元函數(shù)的數(shù)值積分　125
5.3 化簡、提取與替換代入　127
5.3.1 化簡　127
5.3.2 提取和替換代入　131
5.4 級數(shù)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、傅里葉級數(shù)展開　134
5.5.1 一元函數(shù)泰勒展開　134
5.5.2 多元函數(shù)的完全泰勒展開　136
5.5.3 傅里葉級數(shù)展開　137
5.6 多重積分　137
5.6.1 二重積分　137
5.6.2 三重積分　138
5.7 本章小結　139
第6章 多元函數(shù)和常微分方程　140
6.1 多元函數(shù)的極限、微分及極值　140
6.1.1 多元函數(shù)的極限　140
6.1.2 多元函數(shù)求導　141
6.1.3 多元函數(shù)局部極值　142
6.1.4 條件極值　143
6.1.5 顯式復合函數(shù)微分求導　145
6.2 重積分　146
6.3 曲線積分與曲面積分　147
6.3.1 定義域無向的積分　147
6.3.2 對坐標的曲面積分　148
6.4 常微分方程和偏微分方程的求解　149
6.4.1 常微分方程的數(shù)值求解　149
6.4.2 偏微分方程的數(shù)值求解　152
6.5 本章小結　155
第7章 概率與統(tǒng)計　156
7.1 概率密度函數(shù)　156
7.1.1 連續(xù)分布密度函數(shù)　156
7.1.2 離散分布密度函數(shù)　158
7.1.3 抽樣分布密度函數(shù)　161
7.2 概率分布　162
7.2.1 隨機變量的累加分布函數(shù)　162
7.2.2 隨機變量的逆累加分布函數(shù)　164
7.2.3 隨機數(shù)的產(chǎn)生　165
7.2.4 參數(shù)估計　166
7.3 樣本描述　169
7.3.1 描述集中程度的統(tǒng)計量　170
7.3.2 描述離散程度的統(tǒng)計量　172
7.3.3 自助統(tǒng)計量　174
7.3.4 中心矩　175
7.3.5 相關系數(shù)　175
7.3.6 協(xié)方差矩陣　176
7.4 假設檢驗　176
7.4.1 單個樣本的t檢驗　176
7.4.2 兩個樣本的t檢驗　177
7.4.3 Z檢驗　178
7.5 多元統(tǒng)計分析　179
7.5.1 判別分析　179
7.5.2 聚類分析　180
7.5.3 因素分析　184
7.5.4 多元方差分析　185
7.6 回歸分析　186
7.6.1 一元回歸分析　186
7.6.2 多元回歸分析　188
7.7 本章小結　192
第8章 擬合和插值　193
8.1 數(shù)據(jù)預處理　193
8.1.1 輸入數(shù)據(jù)集合　193
8.1.2 數(shù)據(jù)的查看　195
8.1.3 數(shù)據(jù)的預處理　196
8.2 曲線擬合　197
8.2.1 有關函數(shù)介紹　198
8.2.2 曲線的參數(shù)擬合　199
8.2.3 非參數(shù)擬合　200
8.2.4 基本擬合界面　201
8.2.5 多項式曲線擬合　204
8.3 數(shù)值插值　205
8.3.1 一維數(shù)值插值　205
8.3.2 二維數(shù)值插值　207
8.3.3 三維數(shù)值插值　208
8.3.4 樣條插值　209
8.4 本章小結　210
第9章 優(yōu)化問題　211
9.1 優(yōu)化工具箱　211
9.1.1 優(yōu)化工具箱的簡介　211
9.1.2 優(yōu)化工具箱中的函數(shù)　211
9.1.3 options()函數(shù)　212
9.2 無約束化問題　213
9.2.1 單變量化　213
9.2.2 無約束非線性規(guī)劃問題　215
9.3 有約束化問題　221
9.3.1 線性規(guī)劃問題　221
9.3.2 有約束非線性化問題　222
9.4 二次規(guī)劃　223
9.5 多目標規(guī)劃　224
9.6 小二乘化問題　226
9.6.1 非線性數(shù)據(jù)（曲線）擬合　227
9.6.2 非負線性小二乘問題　228
9.6.3 有約束線性小二乘問題　228
9.6.4 非線性小二乘問題　230
9.7 非線性方程（組）求解　231
9.7.1 非線性方程的解　231
9.7.2 非線性方程組的解　231
9.8 本章小結　233
第 10章 圖形繪制　234
10.1 基本繪圖命令　234
10.1.1 圖形窗口簡介　234
10.1.2 基本繪圖操作　237
10.1.3 圖形注釋　238
10.1.4 特殊函數(shù)　240
10.2 二維繪圖　242
10.2.1 二維繪圖命令　242
10.2.2 交互式繪圖操作　243
10.3 三維繪圖　245
10.3.1 三維繪圖函數(shù)　245
10.3.2 三維繪圖改進函數(shù)　246
10.3.3 三維圖形的可視效果控制　247
10.3.4 三維圖形的光照控制　248
10.3.5 柱面和球面的表達　249
10.4 本章小結　250
第 11章 高級圖形處理　251
11.1 圖形對象　251
11.1.1 通用函數(shù)　251
11.1.2 根對象　253
11.1.3 軸對象　253
11.1.4 用戶控制對象　254
11.1.5 用戶菜單對象　256
11.2 圖形的高級控制　258
11.2.1 視點控制和圖形的旋轉　258
11.2.2 顏色的使用　260
11.2.3 光照控制　264
11.3 本章小結　266
第 12章 MATLAB編程基礎　267
12.1 M文件和P文件　267
12.1.1 M函數(shù)文件　267
12.1.2 M腳本文件　268
12.1.3 M文件的規(guī)則和屬性　269
12.1.4 P文件及其操作　270
12.2 M文件編輯器　270
12.2.1 運行M文件編輯器　270
12.2.2 設置M文件編輯器的屬性　271
12.3 MATLAB編程的構件　271
12.3.1 變量　271
12.3.2 變量的檢測和傳遞　273
12.3.3 運算關系和運算符號　274
12.3.4 常見函數(shù)　277
12.3.5 其他構件　278
12.4 數(shù)據(jù)流結構　278
12.4.1 順序結構　279
12.4.2 if和switch選擇結構　279
12.4.3 for和while循環(huán)結構　281
12.4.4 try…catch容錯結構　283
12.4.5 其他數(shù)據(jù)流結構　284
12.5 控制函數(shù)　285
12.5.1 continue()和break()函數(shù)　285
12.5.2 return()和pause()函數(shù)　286
12.5.3 input()和keyboard()函數(shù)　287
12.5.4 error()和warning()函數(shù)　288
12.6 本章小結　288
第 13章 MATLAB高級編程　289
13.1 MATLAB函數(shù)　289
13.1.1 主函數(shù)　289
13.1.2 子函數(shù)　290
13.1.3 嵌套函數(shù)　290
13.2 字符串操作　291
13.2.1 eval()函數(shù)　291
13.2.2 feval()函數(shù)　292
13.2.3 inline()函數(shù)　293
13.3 變量傳遞和交換　294
13.3.1 輸入和輸出變量檢測函數(shù)　295
13.3.2 “可變長度”輸入和輸出變量　296
13.3.3 全局變量、局部變量及永久 變量　297
13.3.4 跨空間計算和賦值　298
13.4 M文件的調(diào)試和剖析　299
13.4.1 直接調(diào)試法　300
13.4.2 工具調(diào)試法　300
13.4.3 應用實例　304
13.5 本章小結　306
第 14章 MATLAB句柄圖形系統(tǒng)　307
14.1 句柄圖形基礎　307
14.1.1 圖形對象概述　307
14.1.2 圖形對象句柄　309
14.1.3 圖形對象屬性　310
14.2 圖形對象的創(chuàng)建　312
14.2.1 創(chuàng)建圖形窗口對象　313
14.2.2 創(chuàng)建坐標軸對象　314
14.2.3 創(chuàng)建曲線對象　315
14.2.4 創(chuàng)建文字對象　316
14.2.5 創(chuàng)建曲面對象　317
14.2.6 核心圖形對象　318
14.3 句柄圖形對象的基本操作　320
14.3.1 設置、查詢圖形對象屬性　320
14.3.2 設置對象的默認屬性操作　321
14.3.3 高級繪圖對象操作　323
14.4 本章小結　324
第 15章 GUI設計　325
15.1 GUI設計過程　325
15.1.1 設計的一般步驟和原則　325
15.1.2 GUI設計的基本方式　326
15.2 使用GUIDE創(chuàng)建GUI　326
15.2.1 GUIDE概述　327
15.2.2 啟動GUIDE　327
15.2.3 GUI設計窗口簡介　328
15.2.4 使用GUIDE創(chuàng)建GUI的步驟　331
15.2.5 使用GUIDE創(chuàng)建GUI的實例　331
15.3 用M文件創(chuàng)建GUI　333
15.4 本章小結　336
第 16章 GUI高級圖形設計　337
16.1 GUIDE常用工具　337
16.1.1 排列工具　337
16.1.2 對象屬性查看器　337
16.1.3 圖形窗口的屬性　339
16.1.4 圖形對象的屬性　340
16.2 菜單和對話框　341
16.2.1 圖形對象句柄函數(shù)　341
16.2.2 菜單　341
16.2.3 對話框　343
16.2.4 GUI組態(tài)　345
16.2.5 GUI設計　346
16.3 編程設計GUI　347
16.3.1 M文件和GUI數(shù)據(jù)管理　347
16.3.2 回調(diào)函數(shù)的使用方法　349
16.3.3 圖形窗口的行為控制　351
16.4 GUI設計實例　352
16.4.1 圖形界面的實現(xiàn)　352
16.4.2 行為控制的實現(xiàn)　352
16.5 本章小結　358
第 17章 GUI用戶控件操作　359
17.1 用戶控件的概述　359
17.1.1 用戶控件種類　359
17.1.2 用戶控件屬性　363
17.1.3 回調(diào)函數(shù)　366
17.2 綜合應用實例等　367
17.2.1 雙位按鈕、“無線電”選擇按鈕、 控件區(qū)域框?qū)嵗?67
17.2.2 靜態(tài)文本框、滑標、檢查框 實例　368
17.2.3 可編輯文本框、彈出框、列表框、 按鈕實例　369
17.2.4 M基礎文件　370
17.2.5 編寫界面開啟程序　374
17.2.6 GUI程序設計　377
17.2.7 回調(diào)函數(shù)　377
17.2.8 設計實例　379
17.3 本章小結　382
第 18章 Simulink基礎概述　383
18.1 Simulink的基礎操作　383
18.1.1 Simulink概述　383
18.1.2 Simulink啟動方式　384
18.2 Simulink仿真系統(tǒng)步驟　384
18.2.1 啟動添加Simulink模塊　384
18.2.2 建立模型設置模塊屬性　385
18.2.3 模塊連接　385
18.2.4 運行系統(tǒng)輸出結果　386
18.3 Simulink的模塊庫　386
18.3.1 Simulink的公共模塊庫　386
18.3.2 Simulink的專業(yè)模塊庫　393
18.4 Simulink模塊的基本操作　398
18.4.1 Simulink模型的工作原理　398
18.4.2 模塊的選定和復制　399
18.4.3 模塊大小的改變與旋轉　399
18.4.4 模塊顏色的改變與名稱的改變　400
18.4.5 模塊參數(shù)設置　401
18.4.6 連線分支與連線改變　401
18.4.7 信號的組合與分解　402
18.5 模型注釋　402
18.6 設置Simulink仿真系統(tǒng)界面　403
18.6.1 模塊框圖屬性編輯　403
18.6.2 信號標簽與標簽傳遞　404
18.7 仿真運行過程　405
18.7.1 運行仿真　405
18.7.2 仿真參數(shù)設置　406
18.7.3 示波器的使用　409
18.8 本章小結　410
第 19章 Simulink建模與仿真　411
19.1 Simulink連續(xù)系統(tǒng)建模　411
19.1.1 線性系統(tǒng)建?！?11
19.1.2 非線性系統(tǒng)建模　415
19.2 子系統(tǒng)　416
19.2.1 通用子系統(tǒng)創(chuàng)建的常見方法　416
19.2.2 子系統(tǒng)的基本操作　417
19.3 子系統(tǒng)的封裝技術　418
19.3.1 子系統(tǒng)封裝的方法　418
19.3.2 設置封裝編輯器的圖標編輯 選項卡　421
19.3.3 設置封裝編輯器的參數(shù)初始化 選項卡　422
19.3.4 設置封裝編輯器的文檔編輯 選項卡　424
19.4 條件執(zhí)行子系統(tǒng)　424
19.4.1 條件執(zhí)行子系統(tǒng)概述　425
19.4.2 條件執(zhí)行子系統(tǒng)的建立　425
19.5 使能子系統(tǒng)　426
19.5.1 使能子系統(tǒng)的參數(shù)設置　426
19.5.2 使能子系統(tǒng)的應用實例　427
19.6 觸發(fā)子系統(tǒng)　427
19.6.1 觸發(fā)子系統(tǒng)的種類　427
19.6.2 觸發(fā)子系統(tǒng)的應用實例　428
19.7 原子子系統(tǒng)　430
19.7.1 原子子系統(tǒng)介紹　430
19.7.2 原子子系統(tǒng)的建立　430
19.8 其他子系統(tǒng)　431
19.9 本章小結　433
第 20章 S函數(shù)和仿真系統(tǒng)建?！?34
20.1 S函數(shù)概述　434
20.1.1 S函數(shù)的基礎概念　434
20.1.2 S函數(shù)的使用步驟　435
20.1.3 S函數(shù)相關概念　435
20.2 編寫S函數(shù)　436
20.2.1 S函數(shù)工作流程　436
20.2.2 S函數(shù)模板的使用　437
20.2.3 S函數(shù)程序代碼　438
20.3 編寫C MEX S函數(shù)　445
20.3.1 MEX文件　445
20.3.2 Simstruct數(shù)據(jù)結構　445
20.3.3 工作向量　446
20.3.4 S函數(shù)流程　446
20.3.5 S函數(shù)模板　447
20.3.6 S函數(shù)包裝　453
20.4 本章小結　453
第 21章 文件I/O　454
21.1 低級文件I/O介紹　454
21.2 文件打開和關閉　455
21.2.1 打開文件　455
21.2.2 關閉文件　456
21.3 數(shù)據(jù)的讀寫　457
21.3.1 讀取TXT文件　457
21.3.2 寫入二進制文件　465
21.4 文件的定位和文件的狀態(tài)　466
21.5 高級文件I/O介紹　470
21.5.1 MAT文件操作　470
21.5.2 圖像、聲音、影片格式文件的 操作　473
21.6 本章小結　474
第 22章 應用程序接口　475
22.1 C語言MEX文件　475
22.1.1 MEX文件的結構　477
22.1.2 創(chuàng)建C語言的MEX文件　478
22.2 MAT文件　479
22.2.1 創(chuàng)建C語言的MAT文件　480
22.2.2 創(chuàng)建Fortran語言的MAT文件　482
22.3 Java接口　483
22.3.1 MATLAB中的Java接口　484
22.3.2 Java接口程序應用　488
22.4 本章小結　492
第 23章 MATLAB工具箱　493
23.1 MATLAB工具箱概述　493
23.1.1 工具箱類型　493
23.1.2 MATLAB常用工具箱介紹　494
23.1.3 工具箱和工具箱函數(shù)的查詢 辦法　503
23.1.4 工具箱的擴充　509
23.1.5 工具箱的添加　510
23.2 MATLAB主工具箱　512
23.3 本章小結　513
第 24章 信號處理工具箱　514
24.1 信號、系統(tǒng)及信號處理的基本概念　514
24.1.1 信號　514
24.1.2 系統(tǒng)　514
24.1.3 信號處理　515
24.2 基本信號的表示和可視化　515
24.2.1 正弦波　515
24.2.2 方波　515
24.2.3 鋸齒波和三角波　515
24.2.4 指數(shù)信號　516
24.2.5 階躍信號　517
24.2.6 單位脈沖信號　517
24.3 連續(xù)信號的時域運算與時域變換　518
24.3.1 相加、相乘運算　518
24.3.2 信號的翻褶、移位、尺度變換　519
24.3.3 卷積運算　520
24.4 線性系統(tǒng)的時域分析　520
24.4.1 脈沖響應　521
24.4.2 階躍響應　522
24.4.3 對任意輸入的響應　523
24.5 連續(xù)時間信號的頻域分析　523
24.6 連續(xù)系統(tǒng)的復頻域分析　524
24.6.1 系統(tǒng)函數(shù)H (s)定義　524
24.6.2 系統(tǒng)零極點分布與系統(tǒng)穩(wěn)定性 關系　526
24.7 信號采樣與重構　526
24.7.1 信號的采樣　526
24.7.2 信號的重構　527
24.8 本章小結　528
第 25章 圖像處理工具箱　529
25.1 圖像處理工具箱概述　529
25.1.1 圖像處理工具函數(shù)　530
25.1.2 MATLAB可操作的圖像文件　534
25.1.3 圖像和圖像數(shù)據(jù)　534
25.1.4 圖像處理工具箱所支持的圖像 類型　535
25.1.5 圖像文件的讀寫和查詢　535
25.1.6 MATLAB圖像類型轉換　536
25.2 圖像處理　538
25.2.1 圖像的灰度變換與直方圖　538
25.2.2 圖像的增強濾波　541
25.2.3 圖像的空間變換　542
25.2.4 圖像邊緣檢測與分割　545
25.3 本章小結　548