MATLAB程序设计教程

  MATLAB是MATrix LABoratory（矩阵实验室）的缩写，它自从1984年由美国MathWorks公司推出以来，经过不断改进和发展，现已成为国际公认的优秀的工程应用开发环境。

  MATLAB是一种广泛应用于工程计算及数值分析领域的新型高级语言。它以矩阵作为数据操作的基本单位，使得矩阵运算变得非常简捷、方便、高效。MATLAB提供了十分丰富的数值计算函数，而且MATLAB和著名的符号计算语言Maple相结合，使得MATLAB具有符号计算功能。MATLAB的绘图功能也很强，它既可以绘制各种二维、三维图形，还可以对图形进行修饰和控制，以增强图形的表现效果。MATLAB具有编程语言的基本特征，使用MATLAB也可以像使用BASIC、FORTRAN、C等传统编程语言一样，进行程序设计，而且简单易学、编程效率高。MATLAB包含基本部分和各种可选的工具箱，其基本部分构成了MATLAB的核心内容，而MATLAB工具箱扩充了其功能。

  正因为MATLAB强大的功能，使得它在许多领域得到广泛应用。在科研与工程应用领域，MATLAB已被广泛地用于科学研究和解决各种具体的实际问题。许多科技工作者选用MATLAB做为计算工具，避免了烦琐的底层编程，从而可以把主要精力和时间花在科学研究和解决实际问题上，提高了工作效率。在各高等院校，MATLAB已经成为线性代数、自动控制理论、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真、图像处理等许多课程的基本教学工具，成为大学生、硕究生必须掌握的基本编程语言。近年来，许多高校已开设了MATLAB程序设计课程，学生在学完该课程后，选择MATLAB作为后继课程的解题工具，从繁杂的计算中解放出来，有利于计算机和其他课程的结合，有利于学生对学科知识的掌握。

  本书是为适应教学的需要而编写。全书以MATLAB 6.5版为基础，全面介绍MATLAB程序设计的方法与应用，主要内容包括：MATLAB操作基础、MATLAB矩阵及其运算、MATLAB程序设计、MATLAB文件操作、MATLAB绘图、MATLAB数据分析与多项式计算、MATLAB解方程与函数极值、MATLAB数值积分与微分、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在Word环境下使用MATLAB。两个附录分别给出了MATLAB常用命令与函数分类索引表和MATLAB可用的LaTeX字符集，可供读者需要时查阅。

  本书的编写尊重教学规律和特点，力求做到内容丰富、取材新颖、循序渐进、注重实用、便于教学。全书按照由浅入深、循序渐进的原则进行编排，书中内容不是MATLAB函数或命令的简单罗列，而是讲清有关MATLAB函数的算法原理及有关数学背景，并结合例子介绍其用法。书中给出了许多MATLAB应用实例，其中融入了作者的许多实际工作经验和体会，目的是帮助读者了解MATLAB在有关领域的应用，从而引导读者更好地应用MATLAB来解决实际问题。

  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，读者可以从中国水利水电出版社网站（www.waterpub.com.cn）上下载或与作者联系（liuwg@mail.csu.edu.cn）。

本书第1、10、11、12章由刘卫国编写，第2、5、6章由蔡立燕编写，第3章由童键编写，第4章由陈昭平编写，第7章由江林编写，第8、9章由舒卫真编写，第13章由刘光瑜编写，附录由刘胤宏编写。参加本书部分内容编写及程序调试、文字校对、录入排版工作的还有熊拥军、戴忠、刘泽星、王新英、吴相智、刘国强、付剑波、谢华、李波、刘乐、刘盼盼等。全书由刘卫国教授审阅定稿。

  在本书的编写过程中，作者尽最大的努力来避免错误的发生，但由于时间仓促及水平所限，书中不妥或错误之处在所难免，敬请各位读者批评指正。

序
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的运行环境与安装 5
1.2.1  MATLAB的运行环境 5
1.2.2  MATLAB的安装 5
1.3  MATLAB集成环境 6
1.3.1  启动与退出MATLAB集成环境 6
1.3.2  主窗口 7
1.3.3  命令窗口 10
1.3.4  工作空间窗口 12
1.3.5  当前目录窗口和搜索路径 12
1.3.6  命令历史记录窗口 14
1.3.7  启动平台窗口和Start按钮 15
1.4  MATLAB帮助系统 15
1.4.1  帮助窗口 15
1.4.2  帮助命令 16
1.4.3  演示系统 17
1.4.4  远程帮助系统 18
习题一 18
第2章  MATLAB矩阵及其运算 19
2.1  变量和数据操作 19
2.1.1  变量与赋值 19
2.1.2  预定义变量 20
2.1.3  内存变量的管理 20
2.1.4  MATLAB常用数学函数 22
2.1.5  数据的输出格式 23
2.2  MATLAB矩阵 24
2.2.1  矩阵的建立 25
2.2.2  矩阵的拆分 27
2.2.3  特殊矩阵 29
2.3  MATLAB运算 33
2.3.1  算术运算 33
2.3.2  关系运算 36
2.3.3  逻辑运算 37
2.4  矩阵分析 38
2.4.1  对角阵与三角阵 39
2.4.2  矩阵的转置与旋转 41
2.4.3  矩阵的逆与伪逆 42
2.4.4  方阵的行列式 43
2.4.5  矩阵的秩与迹 43
2.4.6  向量和矩阵的范数 44
2.4.7  矩阵的条件数 45
2.4.8  矩阵的特征值与特征向量 46
2.5  矩阵的超越函数 48
2.6  字符串 49
2.7  结构数据和单元数据 51
2.7.1  结构数据 51
2.7.2  单元数据 52
2.8  稀疏矩阵 53
2.8.1  矩阵存储方式 53
2.8.2  稀疏存储方式的产生 54
2.8.3  稀疏矩阵应用举例 58
习题二 59
第3章  MATLAB程序设计 62
3.1  M文件 62
3.1.1  M文件概述 62
3.1.2  M文件的建立与打开 63
3.2  程序控制结构 64
3.2.1  顺序结构 64
3.2.2  选择结构 66
3.2.3  循环结构 71
3.3  函数文件 76
3.3.1  函数文件的基本结构 76
3.3.2  函数调用 77
3.3.3  函数参数的可调性 78
3.3.4  全局变量与局部变量 79
3.4  程序举例 80
3.5  程序调试 84
3.5.1  程序调试概述 84
3.5.2  调试器 85
3.5.3  调试命令 88
习题三 89
第4章  MATLAB文件操作 92
4.1  文件的打开与关闭 92
4.1.1  文件的打开 92
4.1.2  文件的关闭 93
4.2  文件的读写操作 93
4.2.1  二进制文件的读写操作 93
4.2.2  文本文件的读写操作 94
4.3  数据文件定位 97
习题四 97
第5章  MATLAB绘图 99
5.1  二维数据曲线图 99
5.1.1  绘制单根二维曲线 99
5.1.2  绘制多根二维曲线 101
5.1.3  设置曲线样式 104
5.1.4  图形标注与坐标控制 105
5.1.5  图形的可视化编辑 107
5.1.6  对函数自适应采样的绘图函数 109
5.1.7  图形窗口的分割 109
5.2  其他二维图形 111
5.2.1  其他坐标系下的二维数据曲线图 111
5.2.2  二维统计分析图 112
5.3  隐函数绘图 114
5.4  三维图形 115
5.4.1  三维曲线 115
5.4.2  三维曲面 116
5.4.3  其他三维图形 120
5.5  图形修饰处理 122
5.5.1  视点处理 122
5.5.2  色彩处理 124
5.5.3  光照处理 125
5.5.4  图形的裁剪处理 126
5.6  图像处理与动画制作 127
5.6.1  图像处理 127
5.6.2  动画制作 128
习题五 129
第6章  MATLAB数据分析与多项式计算 131
6.1  数据统计处理 131
6.1.1  最大值和最小值 131
6.1.2  求和与求积 133
6.1.3  平均值和中值 134
6.1.4  累加和与累乘积 135
6.1.5  标准方差与相关系数 136
6.1.6  排序 137
6.2  数据插值 138
6.2.1  一维数据插值 139
6.2.2  二维数据插值 140
6.3  曲线拟合 142
6.4  离散傅立叶变换 144
6.4.1  离散傅立叶变换算法简介 144
6.4.2  离散傅立叶变换的实现 144
6.5  多项式计算 146
6.5.1  多项式的四则运算 146
6.5.2  多项式的导函数 147
6.5.3  多项式的求值 148
6.5.4  多项式求根 149
习题六 150
第7章  MATLAB解方程与函数极值 152
7.1  线性方程组求解 152
7.1.1  直接解法 152
7.1.2  迭代解法 158
7.2  非线性方程数值求解 161
7.2.1  单变量非线性方程求解 161
7.2.2  非线性方程组的求解 162
7.3  常微分方程初值问题的数值解法 162
7.3.1  龙格—库塔法简介 163
7.3.2  龙格—库塔法的实现 163
7.4  函数极值 166
习题七 167
第8章  MATLAB数值积分与微分 169
8.1  数值积分 169
8.1.1  数值积分基本原理 169
8.1.2  数值积分的实现方法 170
8.1.3  二重定积分的数值求解 172
8.2  数值微分 173
8.2.1  数值差分与差商 173
8.2.2  数值微分的实现 174
习题八 175
第9章  MATLAB符号计算 177
9.1  符号对象 177
9.1.1  建立符号对象 177
9.1.2  符号表达式运算 179
9.1.3  符号表达式中变量的确定 183
9.1.4  符号矩阵 184
9.2  符号微积分 185
9.2.1  符号极限 185
9.2.2  符号导数 186
9.2.3  符号积分 187
9.2.4  积分变换 188
9.3  级数 190
9.3.1  级数符号求和 190
9.3.2  函数的泰勒级数 191
9.4  符号方程求解 191
9.4.1  符号代数方程求解 191
9.4.2  符号常微分方程求解 192
习题九 193
第10章  MATLAB图形句柄 195
10.1  图形对象及其句柄 195
10.2  图形对象属性 196
10.3  图形对象的创建 199
10.3.1  图形窗口对象 199
10.3.2  坐标轴对象 201
10.3.3  曲线对象 203
10.3.4  文字对象 203
10.3.5  曲面对象 205
习题十 206
第11章  MATLAB图形用户界面设计 208
11.1  菜单设计 208
11.1.1  建立用户菜单 208
11.1.2  菜单对象常用属性 209
11.1.3  快捷菜单 211
11.2  对话框设计 212
11.2.1  对话框的控件 212
11.2.2  对话框的设计 212
11.3  图形用户界面设计工具 221
11.3.1  图形用户界面设计窗口 221
11.3.2  对象属性查看器 224
11.3.3  菜单编辑器 224
11.3.4  位置调整工具 226
11.3.5  对象浏览器 226
11.3.6  Tab顺序编辑器 227
习题十一 230
第12章  Simulink动态仿真集成环境 231
12.1  Simulink操作基础 231
12.1.1  Simulink简介 231
12.1.2  Simulink的启动与退出 232
12.2  系统仿真模型 233
12.2.1  Simulink的基本模块 233
12.2.2  模块的编辑 234
12.2.3  模块的连接 235
12.2.4  模块的参数和属性设置 236
12.3  系统的仿真 239
12.3.1  设置仿真参数 239
12.3.2  启动系统仿真与仿真结果分析 245
12.3.3  系统仿真实例 249
12.4  使用命令操作对系统进行仿真 252
12.5  子系统及其封装技术 256
12.5.1  子系统的建立 256
12.5.2  子系统的条件执行 258
12.5.3  子系统的封装 261
12.6  S函数的设计与应用 266
12.6.1  用MATLAB语言编写S函数 266
12.6.2  S函数的应用 269
习题十二 271
第13章  在Word环境下使用MATLAB 273
13.1  Notebook操作基础 273
13.1.1  Notebook的安装 273
13.1.2  Notebook的启动 274
13.1.3  Notebook界面 274
13.2  单元的使用 275
13.2.1  输入输出单元 276
13.2.2  自动初始化单元 278
13.2.3  单元组 278
13.2.4  计算区 280
13.2.5  单元的其他操作 281
13.3  输出格式控制 282
13.3.1  数据输出控制 282
13.3.2  图形输出控制 283
13.3.3  修改M-book模板的样式 284
习题十三 284
附录1  MATLAB常用命令与函数分类索引表 285
附录2  MATLAB可用的LaTeX字符集 300
参考文献 302

1. C语言程序设计（第三版） [主编 丁红 王立新 蔡开立]
2. Python数据分析 [主编　冯志辉　赵磊　李放]
3. Python程序设计与应用（第二版） [主编 张广渊]
4. C程序设计实践教程 [刘卫国]
5. C程序设计（慕课版） [刘卫国]
6. 程序设计基础实践教程（C/C++语言版） [张桂芬 葛丽娜]
7. C++案例项目精讲 [主编 杨国兴]
8. SwiftUI完全开发 [李智威 著]
9. MySQL数据库项目式教程 [陈亚峰]
10. C语言程序设计习题与实验指导（第二版） [主编 甄增荣 张宾]
11. C语言程序设计（第二版） [主编 甄增荣 田云霞]
12. Unity3D虚拟现实应用开发实践 [主 编 刘龙]
13. Python程序设计 [主编 姜春磊 陈虹洁]
14. C语言程序设计实践教程（活页式） [主编 郑茵 陈巍 滕泓虬]
15. 面向对象程序设计 [主编 张勇 张平华 赵小龙]
16. Python程序设计基础及实战 [主编　刘健]
17. C语言程序设计 [姜雪]
18. Python程序设计实践教程 [王鹤琴 蔡正保]
19. C++程序设计实践教程（第三版） [主编 刘卫国 曹岳辉]
20. C++程序设计（第三版） [主编 曹岳辉 刘卫国]
21. C语言程序设计项目化教程（活页式） [主编 张利华 潘晓利]
22. 机器人流程自动化（RPA）实战——基于UiPath [主编　金鑫]
23. Python 语言程序设计实践指导 [主编　张双狮]
24. Python程序设计案例教程 [主编 毛锦庚 钟肖英 周贤来 ]
25. 基于.NET Core框架的分布式系统架构设计 [汤佳 著]
26. Python语言程序设计教程 [郭其标 房宜汕]
27. Python程序设计 [李国燕 王新强 刘佳 等编著]
28. Python程序设计项目化教程（活页式） [主编　卢凤伟]
29. Java编程基础案例式教程 [主编 陈艳华 唐春兰]
30. Python语言同步案例习题精解 [主编 肖朝晖]