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第1章 基礎(chǔ)準(zhǔn)備及入門1

1.1MATLAB的安裝和工具包選擇1

1.2Desktop操作桌面的啟動(dòng)2

1.2.1MATLAB的啟動(dòng)2

1.2.2Desktop操作桌面簡(jiǎn)介2

1.3Command Window運(yùn)行入門3

1.3.1Command Window指令窗簡(jiǎn)介3

1.3.2最簡(jiǎn)單的計(jì)算器使用法3

1.3.3數(shù)值、變量和表達(dá)式5

1. 數(shù)值的記述5

2. 變量命名規(guī)則5

3. MATLAB默認(rèn)的數(shù)學(xué)常數(shù)5

4. 運(yùn)算符和表達(dá)式7

5. 面向復(fù)數(shù)設(shè)計(jì)的運(yùn)算——MATLAB特點(diǎn)之一8

6. 面向數(shù)組設(shè)計(jì)的運(yùn)算——MATLAB特點(diǎn)之二11

1.4Command Window操作要旨14

1.4.1指令窗的顯示方式14

1. 默認(rèn)的輸入顯示方式14

2. 運(yùn)算結(jié)果顯示14

3. 顯示方式的長(zhǎng)期設(shè)置15

1.4.2指令行中的標(biāo)點(diǎn)符號(hào)15

1.4.3常用控制指令17

1.4.4指令窗中指令行的編輯17

1.5歷史指令窗(Command History)18

1.5.1Command History歷史指令窗簡(jiǎn)介18

1.5.2歷史指令的再運(yùn)行19

1.6當(dāng)前目錄瀏覽器(Current Directory)、路徑設(shè)置器和文件管理19

1.6.1當(dāng)前目錄瀏覽器簡(jiǎn)介20

1.6.2用戶目錄和當(dāng)前目錄設(shè)置21

1.6.3MATLAB的搜索路徑21

1.6.4MATLAB搜索路徑的擴(kuò)展22

1. 何時(shí)需要修改搜索路徑22

2. 利用設(shè)置路徑對(duì)話框修改搜索路徑22

3. 利用指令path設(shè)置路徑22

1.7工作空間瀏覽器和變量編輯器23

1.7.1工作空間瀏覽器和變量可視化23

1.7.2工作空間的管理指令25

1. 查詢指令who及whos25

2. 從工作空間中刪除變量和函數(shù)的指令clear25

3. 整理工作空間內(nèi)存碎片的指令pack25

1.7.3Variable Editor變量編輯器26

1.7.4數(shù)據(jù)文件和變量的存取26

1. 借助工作空間瀏覽器產(chǎn)生保存變量的MAT文件26

2. 借助輸入向?qū)mport Wizard向工作空間裝載變量26

3. 存取數(shù)據(jù)的操作指令save和load27

1.8Editor/Debugger和腳本編寫初步28

1.8.1Editor/Debugger M文件編輯器簡(jiǎn)介28

1.8.2M腳本文件編寫初步29

1.9幫助系統(tǒng)及其使用30

1.9.1幫助體系的三大系統(tǒng)30

1.9.2常用幫助指令30

1. 函數(shù)搜索指令30

2. 詞條搜索指令31

1.9.3Help 幫助瀏覽器32

1. 幫助瀏覽器的導(dǎo)出32

2. 幫助瀏覽器界面簡(jiǎn)介32

3. 幫助瀏覽器默認(rèn)顯示的利用34

第2章數(shù)值數(shù)組及向量化運(yùn)算39

2.1數(shù)值數(shù)組的創(chuàng)建和尋訪39

2.1.1一維數(shù)組的創(chuàng)建39

1. 遞增/減型一維數(shù)組的創(chuàng)建39

2. 其他類型一維數(shù)組的創(chuàng)建40

2.1.2二維數(shù)組的創(chuàng)建41

1. 小規(guī)模數(shù)組的直接輸入法41

2. 中規(guī)模數(shù)組的數(shù)組編輯器創(chuàng)建法41

3. 中規(guī)模的M文件創(chuàng)建法42

4. 利用MATLAB函數(shù)創(chuàng)建數(shù)組43

2.1.3二維數(shù)組元素的標(biāo)識(shí)和尋訪45

1. 數(shù)組的維數(shù)和大小45

2. 數(shù)組的標(biāo)識(shí)和尋訪46

2.1.4數(shù)組的擴(kuò)縮和特殊操作47

1. 數(shù)組的擴(kuò)充和收縮47

2. 數(shù)組的特殊操作49

3. 數(shù)組操作函數(shù)51

2.2數(shù)組運(yùn)算52

2.2.1數(shù)組運(yùn)算的由來(lái)和規(guī)則52

1. 函數(shù)關(guān)系數(shù)值計(jì)算模型的分類52

2. 提高程序執(zhí)行性能的三大措施52

3. 數(shù)組運(yùn)算規(guī)則52

4. 數(shù)組運(yùn)算符及數(shù)組運(yùn)算函數(shù)53

2.2.2數(shù)組運(yùn)算和向量化編程54

2.2.3數(shù)組特殊運(yùn)算指令匯總57

2.3高維數(shù)組59

2.3.1高維數(shù)組的創(chuàng)建59

2.3.2高維數(shù)組的孤維刪除61

2.3.3高維數(shù)組的維度重排62

2.4"非數(shù)"和"空"數(shù)組64

2.4.1非數(shù)NaN64

2.4.2"空"數(shù)組66

2.5關(guān)系操作和邏輯操作67

2.5.1關(guān)系操作67

2.5.2邏輯操作69

2.5.3常用邏輯函數(shù)71

第3章字符串、胞元和構(gòu)架數(shù)組72

3.1MATLAB的數(shù)據(jù)類型72

3.2字符串?dāng)?shù)組73

3.2.1串?dāng)?shù)組的屬性和標(biāo)識(shí)73

3.2.2復(fù)雜串?dāng)?shù)組的創(chuàng)建75

1. 多行字符串?dāng)?shù)組的創(chuàng)建75

2. 利用胞元數(shù)組創(chuàng)建復(fù)雜字符串77

3.2.3串轉(zhuǎn)換函數(shù)78

3.2.4串操作函數(shù)82

3.3胞元數(shù)組82

3.3.1胞元數(shù)組的創(chuàng)建和顯示83

1. 胞元標(biāo)識(shí)尋訪和內(nèi)容編址尋訪的不同83

2. 胞元數(shù)組的創(chuàng)建和顯示83

3.3.2胞元數(shù)組的擴(kuò)充、收縮和重組84

3.3.3胞元數(shù)組內(nèi)容的獲取和配置85

3.3.4胞元與數(shù)值數(shù)組之間的轉(zhuǎn)換87

3.3.5對(duì)胞元數(shù)組運(yùn)算的cellfun指令88

3.3.6胞元數(shù)組的操作函數(shù)匯總90

3.4構(gòu)架數(shù)組90

3.4.1構(gòu)架數(shù)組的創(chuàng)建和顯示91

1. 直接創(chuàng)建法及顯示91

2. 利用構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建構(gòu)架數(shù)組92

3.4.2構(gòu)架數(shù)組域中內(nèi)容的調(diào)取和設(shè)置93

3.4.3構(gòu)架數(shù)組的擴(kuò)縮、域的增刪和域名重排96

3.4.4構(gòu)架數(shù)組和胞元數(shù)組之間的轉(zhuǎn)換97

3.4.5對(duì)構(gòu)架域運(yùn)算的structfun和arrayfun指令100

3.4.6構(gòu)架數(shù)組的操作函數(shù)匯總102

第4章數(shù)值計(jì)算103

4.1MATLAB的浮點(diǎn)數(shù)體系103

4.2數(shù)值微積分104

4.2.1數(shù)值極限104

4.2.2數(shù)值差分106

4.2.3數(shù)值積分(Numerical Integration)108

1. 一元函數(shù)積分(Quadrature)108

2. 樣條法求一元數(shù)值積分112

3. 用SIMULINK求一元數(shù)值積分112

4.2.4多重?cái)?shù)值積分113

1. 常限重積分113

2. 變限重積分114

4.3矩陣分析117

4.3.1矩陣運(yùn)算和特征參數(shù)117

1. 矩陣運(yùn)算117

2. 矩陣的標(biāo)量特征參數(shù)118

4.3.2奇異值分解和矩陣結(jié)構(gòu)119

1. 奇異值分解119

2. 與奇異值相關(guān)的矩陣結(jié)構(gòu)119

4.4特征值分解和矩陣函數(shù)123

4.4.1特征值分解問(wèn)題123

4.4.2矩陣的譜分解和矩陣函數(shù)125

4.5解線性方程126

4.5.1求解線性方程的相關(guān)指令127

4.5.2線性方程矩陣除解法127

4.5.3線性二乘問(wèn)題的解129

4.5.4一般代數(shù)方程的解130

4.6隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生及其特征描述133

4.6.1隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生及重現(xiàn)控制133

1. 默認(rèn)全局隨機(jī)流的簡(jiǎn)明管理指令133

2. 三種基本隨機(jī)數(shù)發(fā)生指令134

3. 用戶隨機(jī)流的創(chuàng)建和使用136

4. 隨機(jī)流的重現(xiàn)控制140

5. 獨(dú)立隨機(jī)數(shù)序列和隨機(jī)流的產(chǎn)生143

6. 隨機(jī)數(shù)重現(xiàn)控制舊版指令的使用建議148

4.6.2數(shù)據(jù)樣本分布可視化描述149

4.6.3隨機(jī)分布的數(shù)字特征及其統(tǒng)計(jì)量150

1. 隨機(jī)分布的中心位置統(tǒng)計(jì)量150

2. 隨機(jī)分布的聚散度統(tǒng)計(jì)量151

3. 斜度和峭度高階統(tǒng)計(jì)量152

4.7多項(xiàng)式運(yùn)算和卷積157

4.7.1多項(xiàng)式的運(yùn)算函數(shù)157

1. 多項(xiàng)式表達(dá)方式的約定157

2. 多項(xiàng)式運(yùn)算函數(shù)157

4.7.2卷積161

1. 兩有限長(zhǎng)序列的卷積161

2. 有限長(zhǎng)序列與無(wú)限長(zhǎng)序列的卷積164

4.8多項(xiàng)式擬合和非線性最小二乘165

4.8.1線性擬合和最小二乘165

4.8.2多項(xiàng)式擬合166

4.8.3非線性最小二乘擬合172

1. 偽線性化處理172

2. 非線性最小二乘擬合172

4.9插值和樣條176

4.9.1一維插值176

4.9.2高維函數(shù)的插值179

4.9.3樣條插值181

4.9.4樣條函數(shù)的應(yīng)用183

1. 樣條函數(shù)的微積分183

2. 樣條函數(shù)的零點(diǎn)和最小值186

4.10 Fourier分析191

4.10.1快速Fourier變換和逆變換指令191

4.10.2連續(xù)時(shí)間函數(shù)的Fourier級(jí)數(shù)展開192

1. 展開系數(shù)的積分求取法192

2. Fourier級(jí)數(shù)與DFT之間的數(shù)學(xué)聯(lián)系193

3. MATLAB算法實(shí)現(xiàn)193

4.10.3利用DFT計(jì)算連續(xù)函數(shù)Fourier變換CFT201

1. CFT與DFT之間的數(shù)學(xué)聯(lián)系201

2. MATLAB算法實(shí)現(xiàn)202

4.11常微分方程205

4.11.1常微分方程初值問(wèn)題的解算205

1. 求解初值問(wèn)題的思路205

2. 解算指令的調(diào)用格式206

3. 解算指令的屬性及其設(shè)置207

4. 嵌套函數(shù)法傳遞解算參數(shù)209

5. 匿名函數(shù)法傳遞解算參數(shù)213

6. 帶事件設(shè)置的微分方程解算215

4.11.2常微分方程的邊值問(wèn)題解218

1. bvp4c求解邊值問(wèn)題的思路219

2. 求解邊值問(wèn)題的配套指令220

3. 求解含未知參數(shù)的邊值問(wèn)題222

4.12最小值優(yōu)化問(wèn)題227

4.12.1MATLAB最小值優(yōu)化指令概述227

4.12.2單變量局域優(yōu)化指令fminbnd228

4.12.3多變量無(wú)約束局域優(yōu)化指令fminsearch232

4.12.4多變量約束局域優(yōu)化指令fmincon236

4.12.5GlobalSearch實(shí)施的全域優(yōu)化242

第5章符號(hào)計(jì)算250

5.1符號(hào)對(duì)象的產(chǎn)生和識(shí)別250

5.1.1基本符號(hào)對(duì)象的創(chuàng)建250

1. 定義符號(hào)數(shù)字和符號(hào)常數(shù)

2. 定義基本符號(hào)變量251

3. 定義元符號(hào)表達(dá)式251

5.1.2符號(hào)計(jì)算中的算符和函數(shù)指令252

1. 符號(hào)計(jì)算中的算符252

2. 符號(hào)計(jì)算中的函數(shù)指令252

5.1.3符號(hào)對(duì)象、變量、自由變量的識(shí)別253

1. 符號(hào)對(duì)象的識(shí)別253

2. 符號(hào)變量及自由變量的認(rèn)定254

5.1.4符號(hào)運(yùn)算機(jī)理和變量假設(shè)259

1. 符號(hào)運(yùn)算的工作機(jī)理259

2. 對(duì)符號(hào)變量的限定性假設(shè)259

3. 清除變量和撤銷假設(shè)260

5.1.5符號(hào)幫助及其他常用指令263

1. 符號(hào)運(yùn)作的幫助體系263

2. 服務(wù)于符號(hào)運(yùn)算的其他指令267

5.2數(shù)字類型轉(zhuǎn)換及符號(hào)表達(dá)式操作268

5.2.1數(shù)字類型及轉(zhuǎn)換268

1. 三種數(shù)字類型及轉(zhuǎn)換指令268

2. 雙精度數(shù)字向符號(hào)數(shù)字轉(zhuǎn)換269

3. 符號(hào)數(shù)字向雙精度數(shù)字轉(zhuǎn)換274

4. 符號(hào)數(shù)字的任意精度表達(dá)形式275

5.2.2符號(hào)表達(dá)式的簡(jiǎn)化操作277

5.2.3表達(dá)式中的置換操作280

1. 公因子法簡(jiǎn)化表達(dá)280

2. 通用置換指令282

5.3符號(hào)微積分285

5.3.1極限和導(dǎo)數(shù)的符號(hào)計(jì)算285

5.3.2序列/級(jí)數(shù)的符號(hào)求和290

5.3.3符號(hào)積分291

5.4微分方程的符號(hào)解法295

5.4.1符號(hào)解法和數(shù)值解法的互補(bǔ)作用295

5.4.2求微分方程符號(hào)解的一般指令295

5.4.3微分方程符號(hào)解示例296

5.5符號(hào)變換和符號(hào)卷積299

5.5.1Fourier變換及其反變換299

5.5.2Laplace變換及其反變換303

5.5.3Z變換及其反變換305

5.5.4符號(hào)卷積308

5.6符號(hào)矩陣分析和代數(shù)方程解309

5.6.1符號(hào)矩陣分析309

5.6.2線性方程組的符號(hào)解310

5.6.3一般代數(shù)方程組的解311

5.7符號(hào)算法的綜合應(yīng)用313

5.7.1三維根軌跡和數(shù)據(jù)探索313

5.7.2代數(shù)狀態(tài)方程求符號(hào)傳遞函數(shù)319

1. 結(jié)構(gòu)框圖的代數(shù)狀態(tài)方程解法320

2. 信號(hào)流圖的代數(shù)狀態(tài)方程解法322

3. 多輸入、多輸出系統(tǒng)傳遞矩陣的求取324

5.8符號(hào)計(jì)算結(jié)果的可視化326

5.8.1直接可視化符號(hào)表達(dá)式326

1. 單獨(dú)立變量符號(hào)函數(shù)的可視化327

2. 雙獨(dú)立變量符號(hào)函數(shù)的可視化329

5.8.2符號(hào)計(jì)算結(jié)果的數(shù)值化繪圖330

5.8.3可視化與數(shù)據(jù)探索332

5.9符號(hào)計(jì)算資源的數(shù)值環(huán)境應(yīng)用335

5.9.1符號(hào)表達(dá)式、串操作及數(shù)值計(jì)算M碼間的轉(zhuǎn)換335

5.9.2符號(hào)工具包資源表達(dá)式轉(zhuǎn)換成M碼函數(shù)337

1. 轉(zhuǎn)換指令matlabFunction337

2. 把符號(hào)包資源轉(zhuǎn)換成M碼函數(shù)的示例338

3. 把MuPAD資源轉(zhuǎn)換為M碼函數(shù)的示例344

5.9.3用符號(hào)表達(dá)式創(chuàng)建Simulink用戶模塊345

1. 轉(zhuǎn)換指令emlBlock345

2. 把符號(hào)包資源轉(zhuǎn)換為Simulink模塊的示例346

5.10MuPAD資源的深層利用349

5.10.1借助mfun調(diào)用MuPAD特殊函數(shù)349

5.10.2直接調(diào)用MuPAD的函數(shù)352

1. 非mfunlist列表MuPAD函數(shù)的調(diào)用步驟353

2. 借助evalin運(yùn)行MuPAD函數(shù)353

3. 借助feval運(yùn)行MuPAD函數(shù)356

第6章數(shù)據(jù)可視及探索359

6.1引導(dǎo)359

6.1.1離散數(shù)據(jù)和離散函數(shù)的可視化359

6.1.2連續(xù)函數(shù)的可視化360

6.1.3可視化的一般步驟362

1. 繪制二維圖形的一般步驟362

2. 繪制三維圖形的一般步驟363

6.2二維線圖及修飾操作364

6.2.1基本指令plot的調(diào)用格式365

1. 基本調(diào)用格式365

2. 衍生調(diào)用格式366

3. 帶屬性設(shè)置的調(diào)用格式367

6.2.2坐標(biāo)控制和圖形標(biāo)識(shí)369

1. 坐標(biāo)軸的控制369

2. 分格線和坐標(biāo)框371

3. 圖形標(biāo)識(shí)指令371

4. 標(biāo)識(shí)字符的精細(xì)控制372

6.2.3多次疊繪、雙縱坐標(biāo)和多子圖375

1. 多次疊繪375

2. 雙縱坐標(biāo)圖376

3. 多子圖377

6.3三維繪圖及修飾操作378

6.3.1三維線圖指令plot3378

6.3.2三維曲面/網(wǎng)線圖指令379

1. 基本調(diào)用格式379

2. 衍生調(diào)用格式380

3. 色圖colormap381

4. 濃淡處理shading381

6.3.3視點(diǎn)控制和圖形的旋動(dòng)382

1. 視點(diǎn)控制view382

2. 圖形旋動(dòng)rotate383

6.3.4光照、材質(zhì)和透視384

1. 光照l(shuí)ight384

2. 材質(zhì)處理material384

3. 透明處理386

6.3.5消隱、鏤空和裁切390

1. 網(wǎng)線的消隱390

2. 圖形的鏤空390

3. 圖形的裁切391

6.4高維可視化392

6.4.1二維半圖線392

6.4.2準(zhǔn)四維表現(xiàn)393

6.4.3四維切片及等位線394

6.5動(dòng)態(tài)圖形396

6.5.1高層指令生成動(dòng)態(tài)圖形396

1. 彗星狀軌跡圖396

2. 色圖的變幻397

3. 影片動(dòng)畫397

6.5.2低層指令生成實(shí)時(shí)動(dòng)畫398

6.6特殊圖形指令401

6.6.1彩色份額圖401

1. 面域圖area401

2. 直方圖bar, barh, bar3, bar3h402

3. 餅圖pie, pie3402

6.6.2有向線圖402

6.6.3多面體異形圖403

1. 德洛奈三角剖分和Voronoi圖403

2. 填色圖fill,fill3404

3. 不規(guī)則數(shù)據(jù)的網(wǎng)線圖和曲面圖405

4. 彩帶圖ribbon406

6.6.4散點(diǎn)圖scatter和plotmatrix407

6.6.5泛函繪圖指令fplot408

6.7圖像409

6.7.1圖像的類別和顯示410

6.7.2圖像的讀寫411

6.8圖形窗的編輯探索功能414

6.8.1圖形窗的結(jié)構(gòu)414

1. 圖形窗的功能分區(qū)414

2. 圖形窗工具條415

3. 主要構(gòu)件與對(duì)應(yīng)菜單416

6.8.2指令鼠標(biāo)混合操作生成繪圖文件418

6.8.3數(shù)據(jù)探針422

6.8.4數(shù)據(jù)刷424

6.8.5數(shù)據(jù)鏈和數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)427

第7章M文件和函數(shù)句柄432

7.1M碼編程的基本構(gòu)件432

7.2MATLAB的數(shù)據(jù)流控制434

7.2.1for循環(huán)和while循環(huán)控制434

1. 循環(huán)結(jié)構(gòu)的基本形式434

2. 輔助控制指令continue和break438

7.2.2if?elseif?else條件分支控制440

7.2.3switch?case切換多分支控制442

7.2.4try?catch容錯(cuò)控制443

7.2.5編程用的其他指令446

1. return返回和pause暫定446

2. error出錯(cuò)信息和warning警告447

3. 與鍵盤交互指令input和keyboard447

7.3M文件和P文件448

7.3.1M文件448

1. M腳本文件448

2. M函數(shù)文件449

7.3.2P碼文件的創(chuàng)建、查詢和清除452

7.4MATLAB的函數(shù)類別453

7.4.1主函數(shù)和子函數(shù)454

7.4.2匿名函數(shù)456

7.4.3嵌套函數(shù)456

7.5函數(shù)句柄458

7.5.1函數(shù)作用域和優(yōu)先等級(jí)458

7.5.2函數(shù)句柄的創(chuàng)建459

1. 直接函數(shù)句柄的創(chuàng)建法459

2. 匿名函數(shù)句柄的創(chuàng)建法459

7.5.3函數(shù)句柄的調(diào)用格式460

1. 直接函數(shù)句柄調(diào)用格式460

2. 匿名函數(shù)句柄調(diào)用格式460

7.5.4觀察函數(shù)句柄的內(nèi)涵461

7.6泛函演算指令462

7.6.1eval462

7.6.2feval464

7.6.3內(nèi)聯(lián)對(duì)象465

7.7變量的使用域和跨內(nèi)存交換466

7.7.1輸入輸出檢測(cè)指令466

7.7.2"變長(zhǎng)度"輸入輸出量467

7.7.3局域變量、全域變量和持存變量471

7.7.4跨內(nèi)存計(jì)算及賦值472

1. 跨內(nèi)存計(jì)算串表達(dá)式472

2. 跨內(nèi)存賦值474

7.8編輯調(diào)試器的應(yīng)用深入475

7.8.1詞串彩化和定界符匹配提示475

1. 詞串彩化475

2. 定界符匹配提示475

7.8.2M?Lint代碼分析器477

1. 檢測(cè)信息的界面靜態(tài)標(biāo)識(shí)477

2. 詳細(xì)檢測(cè)信息的鼠標(biāo)動(dòng)態(tài)獲取478

7.8.3M文件調(diào)試器479

1. 直接調(diào)試法480

2. 交互式調(diào)試器的界面480

3. 調(diào)試器應(yīng)用示例482

第8章Simulink交互式仿真486

8.1引導(dǎo)486

8.1.1Simulink模型本質(zhì)和一般結(jié)構(gòu)486

8.1.2創(chuàng)建塊