MATLAB程序设计教程（第三版）

版本更新——在第二版的基础上修订改写而成，以MATLAB R2016a（9.0版）为操作环境介绍程序设计的方法，顺应技术发展趋势。

适应面广——可作为高等学校理工科各专业大学生、研究生学习的教材，也可用作广大科技工作者的参考用书。

循序渐进——内容循序渐进，深入浅出，教学适用性强。注重基础，强调实践，案例取舍得当，重点突出。

20世纪80年代出现了科学计算语言，亦称科学计算软件，MATLAB语言就是其中之一。MATLAB有矩阵实验室（MATrix LABoratory）之意，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB起源于矩阵运算，但它将数值计算、符号计算、图形处理、系统仿真和程序流程控制等功能集成在统一的环境中，并具有与其他程序设计语言的应用接口以及许多面向特定应用领域的工具箱，在科学研究以及工程设计领域有着十分广泛的应用。

《MATLAB程序设计教程》第一版于2005年3月出版，第二版于2010年2月出版。该书出版的十多年，也是MATLAB在我国得到不断普及和应用的十多年。时至今日，MATLAB已经发展成为适合多学科、多平台，广泛应用于科学研究和工程应用领域的程序设计语言。从2006年起，MathWorks公司每年发布两次以年份命名的MATLAB版本，其中3月份左右发布a版，9月份左右发布b版，包括MATLAB R2006a（7.2版）、MATLAB R2006b（7.3版）、…、MATLAB R2012a（7.14版）。2012年9月，MathWorks公司推出了MATLAB R2012b，即MATLAB 8.0版，该版本从操作界面到系统功能都有重大改变和加强，随后推出了MATLAB R2013a（8.1版）、MATLAB R2013b（8.2版）、…、MATLAB R2015b（8.6版）。2016年3月，MathWorks公司推出了MATLAB R2016a（9.0版）、2016年9月推出了MATLAB R2016b（9.1版）、2017年3月推出了MATLAB R2017a（9.2版），这是本书交稿时的最高版本，以后还会不断推出新的版本。在功能上讲，从MATLAB R2012b开始，MATLAB的操作界面和基本功能是一样的，所以不必过于在意版本的变化。本书以MATLAB R2016a（9.0版）作为操作环境。

在MATLAB版本不断更新的同时，MATLAB的应用领域也得到不断拓展，在许多学术刊物上都可以看到MATLAB的应用案例。在高等院校，无论是在课程教学，还是在课程设计、毕业设计等培养环节中，应用MATLAB已十分普遍，MATLAB成为重要的解题工具，将MATLAB融入其他课程的教学以及教学环节成为改革传统教学的重要措施。许多高等院校将MATLAB语言列入培养方案，纳入计算机教育课程体系，开设了相应的课程。

《MATLAB程序设计教程》一书出版后，被许多高校选做教材，受到同行及读者的欢迎，在此我们表示诚挚的谢意。为了适应新的技术发展要求，并总结教材前两版在教学过程中的体会与经验，更好地为教学服务，作者在本书第二版的基础上进行了合理的取舍，并作了许多修改、补充和完善，形成本书第三版。第三版基本上保持第二版的体系结构，但更新了软件版本、充实了实例，使得全书内容更丰富、教学适应性更强。

全书按照由浅入深、循序渐进的原则进行编排，在讲清有关数学背景及算法思想的基础上，介绍MATLAB的功能，并结合实例介绍MATLAB的应用。全书主要内容有MATLAB操作基础、MATLAB矩阵及其运算、MATLAB程序流程控制、MATLAB绘图、MATLAB数据分析与多项式计算、MATLAB解方程与最优化问题求解、MATLAB数值积分与数值微分、MATLAB符号运算、MATLAB图形句柄、MATLAB图形用户界面设计、Simulink动态仿真集成环境以及MATLAB外部接口技术。两个附录分别给出了MATLAB常用命令与函数分类索引表和MATLAB常用的LaTeX字符集，可供读者需要时查阅。

本书可作为高校理工科专业大学生、研究生学习的教材，也可供广大科技工作者阅读使用。本书配有电子教案及相关教学资源（案例、程序源代码等），读者可以从中国水利水电出版社网站（http://www.waterpub.com.cn）或万水书苑网站（http://www.wsbookshow.com）下载。

本书由刘卫国任主编。第1、9～11章由刘卫国编写，第2～5章由蔡立燕编写，第6、7章由童键编写，第8、12章由蔡旭晖编写。此外，参与讨论与部分编写工作的还有周欣然、曹岳辉、李利明、何小贤、刘泽星、刘胤宏、舒卫真、孙士闯、张娟、毛颖、邹奇林等。在本书编写过程中，吸取了许多老师、读者的宝贵意见和建议，在此表示衷心的感谢。

由于作者水平所限，书中难免出现不妥之处，敬请各位读者批评指正。

前言

第1章 MATLAB操作基础 1
1.1 MATLAB概述 1
1.1.1 MATLAB的发展 1
1.1.2 MATLAB的主要功能 2
1.1.3 初识MATLAB 3
1.2 MATLAB系统环境 5
1.2.1 启动与退出MATLAB系统环境 5
1.2.2 MATLAB操作界面 6
1.2.3 MATLAB的搜索路径 9
1.3 MATLAB帮助系统 10
1.3.1 MATLAB帮助窗口 10
1.3.2 MATLAB帮助命令 11
1.3.3 MATLAB演示系统 12
实验指导 12
思考练习 13
第2章 MATLAB矩阵及其运算 14
2.1 MATLAB数据类型 14
2.2 变量和数据操作 15
2.2.1 变量与赋值 16
2.2.2 预定义变量 16
2.2.3 内存变量的管理 17
2.2.4 MATLAB常用数学函数 18
2.2.5 数据的输出格式 20
2.3 MATLAB矩阵 22
2.3.1 矩阵的建立 22
2.3.2 矩阵的拆分 24
2.3.3 特殊矩阵 27
2.4 MATLAB运算 30
2.4.1 算术运算 31
2.4.2 关系运算 33
2.4.3 逻辑运算 34
2.5 矩阵分析 36
2.5.1 对角阵与三角阵 36
2.5.2 矩阵的转置与旋转 38
2.5.3 矩阵的逆与伪逆 39
2.5.4 方阵的行列式 40
2.5.5 矩阵的秩与迹 41
2.5.6 向量和矩阵的范数 41
2.5.7 矩阵的条件数 43
2.5.8 矩阵的特征值与特征向量 43
2.6 矩阵的超越函数 45
2.7 字符串 46
2.7.1 字符串的表示 47
2.7.2 字符串的操作 47
2.8 结构数据和单元数据 49
2.8.1 结构数据 49
2.8.2 单元数据 50
2.9 稀疏矩阵 51
2.9.1 矩阵存储方式 51
2.9.2 稀疏存储方式的产生 52
2.9.3 稀疏矩阵应用举例 55
实验指导 57
思考练习 58
第3章 MATLAB程序流程控制 60
3.1 M文件 60
3.1.1 M文件的分类 60
3.1.2 M文件的建立与打开 61
3.2 程序控制结构 62
3.2.1 顺序结构 63
3.2.2 选择结构 64
3.2.3 循环结构 69
3.3 函数文件 73
3.3.1 函数文件的基本结构 74
3.3.2 函数调用 75
3.3.3 函数参数的可调性 76
3.3.4 全局变量与局部变量 77
3.4 特殊形式的函数 77
3.5 程序调试与优化 79
3.5.1 程序调试方法 79
3.5.2 程序性能分析与优化 80
3.6 程序举例 82
实验指导 86
思考练习 87
第4章 MATLAB绘图 89
4.1 二维数据曲线图 89
4.1.1 绘制单根二维曲线 89
4.1.2 绘制多根二维曲线 91
4.1.3 设置曲线样式 94
4.1.4 图形标注与坐标控制 96
4.1.5 图形窗口的分割 98
4.2 其他二维图形 99
4.2.1 对函数自适应采样的绘图函数 100
4.2.2 其他坐标系下的二维数据曲线图 101
4.2.3 二维统计分析图 102
4.3 三维图形 104
4.3.1 三维曲线 104
4.3.2 三维曲面 105
4.3.3 其他三维图形 109
4.4 隐函数绘图 111
4.4.1 隐函数二维绘图 111
4.4.2 隐函数三维绘图 112
4.5 图形修饰处理 113
4.5.1 视点处理 113
4.5.2 色彩处理 115
4.5.3 图形的裁剪处理 117
4.6 图像处理与动画制作 118
4.6.1 图像处理 118
4.6.2 动画制作 119
4.7 交互式绘图工具 121
4.7.1 “绘图”选项卡 121
4.7.2 绘图工具 121
实验指导 123
思考练习 123
第5章 MATLAB数据分析与多项式计算 125
5.1 数据统计处理 125
5.1.1 最大值和最小值 125
5.1.2 求和与求积 128
5.1.3 平均值和中值 128
5.1.4 累加和与累乘积 129
5.1.5 标准差与相关系数 130
5.1.6 排序 133
5.2 数据插值 133
5.2.1 一维数据插值 134
5.2.2 二维数据插值 135
5.3 曲线拟合 137
5.3.1 曲线拟合原理 137
5.3.2 曲线拟合的实现 138
5.4 多项式计算 139
5.4.1 多项式的四则运算 139
5.4.2 多项式的导函数 140
5.4.3 多项式的求值 141
5.4.4 多项式求根 142
实验指导 143
思考练习 144
第6章 MATLAB解方程与最优化问题求解 146
6.1 线性方程组求解 146
6.1.1 直接解法 147
6.1.2 迭代解法 152
6.2 非线性方程数值求解 155
6.2.1 单变量非线性方程求解 155
6.2.2 非线性方程组的求解 156
6.3 常微分方程初值问题的数值解法 157
6.3.1 龙格－库塔法简介 157
6.3.2 龙格－库塔法的实现 158
6.4 最优化问题求解 161
6.4.1 无约束最优化问题求解 161
6.4.2 有约束最优化问题求解 162
6.4.3 线性规划问题求解 163
实验指导 164
思考练习 165
第7章 MATLAB数值积分与数值微分 167
7.1 数值积分 167
7.1.1 数值积分基本原理 167
7.1.2 数值积分的实现方法 169
7.1.3 多重定积分的数值求解 171
7.2 数值微分 172
7.2.1 数值差分与差商 172
7.2.2 数值微分的实现 173
7.3 离散傅里叶变换 174
7.3.1 离散傅里叶变换算法简介 175
7.3.2 离散傅里叶变换的实现 175
实验指导 177
思考练习 178
第8章 MATLAB符号运算 179
8.1 符号对象 179
8.1.1 建立符号对象 179
8.1.2 符号表达式运算 181
8.1.3 符号表达式中变量的确定 184
8.1.4 符号矩阵的运算 185
8.2 符号微积分 186
8.2.1 符号极限 186
8.2.2 符号导数 187
8.2.3 符号积分 188
8.3 级数 189
8.3.1 级数符号求和 189
8.3.2 函数的泰勒级数 189
8.4 符号方程求解 190
8.4.1 符号代数方程求解 190
8.4.2 符号常微分方程求解 191
实验指导 192
思考练习 193
第9章 MATLAB图形句柄 195
9.1 图形对象及其句柄 195
9.1.1 图形对象 195
9.1.2 图形对象句柄 196
9.1.3 图形对象属性 197
9.2 图形窗口与坐标轴 199
9.2.1 图形窗口对象 200
9.2.2 坐标轴对象 201
9.3 低层绘图操作 204
9.3.1 曲线对象 204
9.3.2 曲面对象 205
9.3.3 文本对象 207
9.3.4 其他核心对象 208
实验指导 211
思考练习 212
第10章 MATLAB图形用户界面设计 213
10.1 用户界面对象 213
10.2 菜单设计 214
10.2.1 建立用户菜单 214
10.2.2 菜单对象常用属性 215
10.2.3 快捷菜单 217
10.3 对话框设计 218
10.3.1 对话框的控件 218
10.3.2 控件的操作 219
10.3.3 对话框设计示例 225
10.4 可视化图形用户界面设计 228
10.4.1 图形用户界面设计窗口 228
10.4.2 可视化图形用户界面设计工具 229
10.4.3 可视化图形用户界面设计示例 233
实验指导 237
思考练习 237
第11章 Simulink动态仿真集成环境 239
11.1 Simulink操作基础 239
11.1.1 Simulink的启动与退出 239
11.1.2 Simulink仿真初步 241
11.2 系统仿真模型的建立 244
11.2.1 Simulink的基本模块 244
11.2.2 模块操作 245
11.2.3 模块的连接 246
11.2.4 模块的参数和属性设置 246
11.3 系统的仿真与分析 248
11.3.1 设置仿真参数 248
11.3.2 运行仿真与仿真结果分析 251
11.3.3 系统仿真实例 254
11.4 子系统及其封装技术 258
11.4.1 子系统的创建 258
11.4.2 子系统的条件执行 259
11.4.3 子系统的封装 263
11.5 S函数的设计与应用 266
11.5.1 用MATLAB语言编写S函数 266
11.5.2 S函数的应用 268
实验指导 272
思考练习 273
第12章 MATLAB外部接口技术 275
12.1 MATLAB与Microsoft Office的
混合使用 275
12.1.1 在Word中使用MATLAB 275
12.1.2 在Excel中使用MATLAB 278
12.2 MATLAB数据接口 281
12.2.1 文件操作 281
12.2.2 MAT文件及其应用 286
12.3 MATLAB与其他语言的接口 294
12.3.1 C语言MEX文件的创建 294
12.3.2 MATLAB引擎技术 297
实验指导 299
思考练习 300
附录1 MATLAB常用命令与函数
分类索引表 302
附录2 MATLAB常用的LaTeX字符 317
主要参考文献 318

1. 机械制图 [许淑珍 于利民]
2. 微积分（经管类）导学篇（下册） [王海棠 曹海军 周玲丽]
3. 大学生创新创业基础 [主编 姜国权 姜福佳]
4. 农产品云仓模式研究—以北京农产品流通物流供应链重构为例 [武晓钊 王成林 王春娟 等著]
5. 信息技术（微课版） [王云　徐江鸿　李清霞　罗学锋　]
6. 管理基础与实务 [主编 王凤基 颜汉军]
7. 高等数学导学篇（下册） [主编 李文婧 胡雷 尹金生]
8. 高等数学导学篇（上册） [主编 李文婧 胡雷 尹金生]
9. 高等数学（下册） [主编 李爱芹 胡雷 尹金生]
10. 高等数学（上册） [主编 李爱芹 胡雷 尹金生]
11. 庭院风骨—树、灌、篱 [创意房主 著]
12. Python语言程序设计教程 [郭其标 房宜汕]
13. 微积分（经管类）教程篇（下册） [曹海军 王海棠 周玲丽]
14. 微积分（经管类）教程篇（上册） [曹海军 王海棠 周玲丽]
15. 微积分（经管类）导学篇（上册） [王海棠 曹海军 周玲丽]
16. 网站前端技术案例教程（HTML+CSS+JavaScript）（第二版） [黄华升]
17. 线性代数 [主编 史昱 陈凤欣]
18. 电力电子技术课程学习及实验指导 [主编 陈荣]
19. 成长对话：青春的榜样 [主编　施端银　黄武刚　应巨林]
20. 人工智能应用基础 [主编 杨缨 李佳]
21. 中华水文化（慕课版）（第二版） [毕雪燕 杨华轲 罗玲谊 等编著]
22. 电路与电子技术Ⅱ——电路分析基础 [主编 陈晓 金哲]
23. 飞机维修专业英语——飞机系统（第二版） [赵迎春]
24. 英语大爆炸：跟趣味情景剧学口语（微课版） [秦然　编著]
25. 机械工程制图任务跟踪训练 [主编 王瑞清 赵金考 周彦云 ]
26. 机械工程制图 [主编 覃国萍 刘百顺 禹晨]
27. 平面设计与制作项目化教程 [主编　李晨]
28. 后期影像剪辑技术 [主编　郭建伟]
29. 人工智能概论（第二版） [主编　任云晖　丁红　徐迎春 ]
30. 信息时代美育之道 [主编　刘宏宇　黎娅]