MATLAB編程基礎(chǔ)與典型應(yīng)用

第1章　MATLAB概述　1
1.1　MATLAB簡介　1
1.2　MATLAB的安裝　2
1.3　MATLAB的啟動與退出　5
1.4　MATLAB的運行環(huán)境　5
1.4.1　MATLAB的工作界面　6
1.4.2　命令窗口　8
1.4.3　歷史命令窗口　11
1.4.4　當(dāng)前目錄瀏覽器窗口　12
1.4.5　工作空間瀏覽器窗口　13
1.4.6　數(shù)組編輯器窗口　15
1.5　MATLAB的幫助系統(tǒng)　15
1.5.1　幫助導(dǎo)航/瀏覽器窗口　15
1.5.2　通過命令實現(xiàn)幫助　17
1.5.3　PDF幫助　17
1.5.4　其他幫助　17
第2章　數(shù)組及矩陣的創(chuàng)建和操作　18
2.1　基本概念　18
2.1.1　常量和變量　18
2.1.2　數(shù)組和矩陣　19
2.2　數(shù)組及矩陣的創(chuàng)建和操作　20
2.2.1　數(shù)組及矩陣的輸入　20
2.2.2　數(shù)組及矩陣元素操作　25
2.3　多維數(shù)組　31
2.3.1　多維數(shù)組的創(chuàng)建　31
2.3.2　多維數(shù)組的標(biāo)識　32
第3章　矩陣運算　34
3.1　矩陣的基本運算　34
3.1.1　加、減運算　34
3.1.2　乘法運算　35
3.1.3　除法運算　36
3.1.4　乘方運算　37
3.1.5　矩陣函數(shù)　39
3.1.6　矩陣轉(zhuǎn)置　40
3.1.7　矩陣和數(shù)組的數(shù)學(xué)函數(shù)　41
3.1.8　矩陣和數(shù)組運算比較　42
3.1.9　關(guān)系操作和邏輯操作　42
3.2　矩陣的分解　45
3.2.1　LU分解　45
3.2.2　奇異值分解　46
3.2.3　特征值分解　46
3.2.4　Cholesky分解　47
3.2.5　QR分解　47
3.2.6　Schur分解　48
3.2.7　復(fù)數(shù)特征值對角陣與實數(shù)塊特征值對角陣的轉(zhuǎn)換　48
3.2.8　廣義奇異值分解　49
3.2.9　特征值問題的QZ分解　49
3.2.10　海森伯格形式的分解　50
3.3　線性方程組的求解　50
3.3.1　利用矩陣除法求線性方程組的特解(或一個解)　50
3.3.2　LU分解求線性方程組的解　51
3.3.3　Cholesky分解求線性方程組的解　52
3.3.4　QR分解　52
3.3.5　求線性齊次方程組的通解　52
3.3.6　求非齊次線性方程組的通解　53
3.4　稀疏矩陣　54
3.4.1　稀疏矩陣的創(chuàng)建　54
3.4.2　將稀疏矩陣轉(zhuǎn)化為全元素矩陣　55
3.4.3　矩陣中非零元素的查找　56
3.4.4　其他稀疏矩陣的創(chuàng)建方法　56
3.4.5　稀疏矩陣中非零元素信息的查看　57
3.4.6　用圖形方式查看稀疏矩陣的信息　58
3.4.7　矩陣排序　59
第4章　字符、元胞和結(jié)構(gòu)數(shù)組　61
4.1　字符數(shù)組　61
4.1.1　字符數(shù)組的創(chuàng)建　61
4.1.2　字符與數(shù)值的相互轉(zhuǎn)化　63
4.1.3　創(chuàng)建復(fù)雜字符數(shù)組　63
4.1.4　字符串的比較　65
4.1.5　字符的分類　67
4.1.6　字符串的查找和替換　69
4.1.7　類型轉(zhuǎn)換　69
4.2　元胞數(shù)組　72
4.2.1　元胞數(shù)組的創(chuàng)建　72
4.2.2　元胞數(shù)組的內(nèi)容獲取　74
4.2.3　元胞數(shù)組的顯示　75
4.3　結(jié)構(gòu)數(shù)組　77
4.3.1　結(jié)構(gòu)數(shù)的創(chuàng)建　77
4.3.2　結(jié)構(gòu)數(shù)組數(shù)據(jù)的獲取　78
4.3.3　結(jié)構(gòu)數(shù)組的數(shù)據(jù)修改　80
第5章　多項式與數(shù)據(jù)分析　81
5.1　多項式　81
5.1.1　多項式的四則運算　81
5.1.2　多項式的導(dǎo)函數(shù)　83
5.1.3　多項式的求值　83
5.1.4　多項式求根　85
5.1.5　部分分式展開　86
5.1.6　多項式的微分和積分　87
5.2　數(shù)據(jù)插值　87
5.2.1　一維數(shù)據(jù)插值　87
5.2.2　二維數(shù)據(jù)插值　88
5.3　曲線擬合　89
5.4　數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理　90
5.4.1　最大值和最小值　90
5.4.2　求和與求積　92
5.4.3　平均值和中值　93
5.4.4　累加和與累乘積　94
5.4.5　標(biāo)準(zhǔn)方差　95
5.4.6　相關(guān)系數(shù)　97
5.4.7　排序　97
第6章　符號計算　99
6.1　符號對象　99
6.1.1　建立符號常量和符號變量　99
6.1.2　建立符號表達式　100
6.1.3　符號表達式運算　101
6.1.4　符號表達式中變量的確定　104
6.1.5　符號矩陣　105
6.2　符號微積分　108
6.2.1　符號極限　108
6.2.2　符號導(dǎo)數(shù)　110
6.2.3　符號積分　111
6.2.4　積分變換　111
6.3　級數(shù)　113
6.4　符號方程求解　114
6.4.1　符號代數(shù)方程求解　115
6.4.2　符號常微分方程求解　116
6.4.3　符號函數(shù)計算器　117
6.5　maple函數(shù)　118
6.5.1　maple內(nèi)核訪問函數(shù)　118
6.5.2　maple函數(shù)幫助命令　120
第7章　MATLAB程序設(shè)計　121
7.1　MATLAB的工作模式　121
7.1.1　命令窗口模式　121
7.1.2　m文件模式　121
7.2　m文件的創(chuàng)建　122
7.3　m文件的類型　123
7.3.1　數(shù)據(jù)文件　123
7.3.2　m文件　124
7.4　MATLAB的程序結(jié)構(gòu)　127
7.4.1　循環(huán)結(jié)構(gòu)　127
7.4.2　分支結(jié)構(gòu)　128
7.5　MATLAB程序流的控制　129
第8章　句柄圖形及圖形用戶界面設(shè)計　131
8.1　句柄圖形概述　131
8.2　圖形對象和句柄　131
8.2.1　圖形對象　132
8.2.2　創(chuàng)建圖形對象的底層函數(shù)　133
8.2.3　圖形對象的屬性　133
8.2.4　句柄與句柄操作　134
8.3　圖形對象屬性的操作　134
8.3.1　對象屬性的獲得　134
8.3.2　對象屬性的直接操作　137
8.3.3　對象屬性的繼承操作　138
8.4　圖形用戶界面設(shè)計　139
8.4.1　菜單設(shè)計　139
8.4.2　對話框設(shè)計　140
8.5　圖形用戶界面設(shè)計工具　141
8.5.1　圖形用戶界面設(shè)計窗口　141
8.5.2　屬性查看器　143
8.5.3　菜單編輯器　143
8.5.4　位置調(diào)整工具　144
8.5.5　對象瀏覽器　144
8.5.6　Tab順序編輯器　145
第9章　MATLAB圖形功能　146
9.1　二維基本圖形　146
9.1.1　基本繪圖函數(shù)plot　146
9.1.2　單窗口單曲線繪圖　147
9.1.3　單窗口多曲線繪圖　148
9.1.4　單窗口多曲線分圖繪圖　148
9.1.5　設(shè)置顏色與線型　149
9.1.6　圖案填充　151
9.1.7　圖形加注　151
9.1.8　自適應(yīng)采樣的繪圖函數(shù)　153
9.1.9　隱函數(shù)繪圖　153
9.2　二維特殊圖形　154
9.2.1　階梯曲線　155
9.2.2　極坐標(biāo)圖　156
9.2.3　火柴桿圖　157
9.2.4　彗星曲線圖　157
9.2.5　區(qū)域圖　158
9.2.6　餅圖　159
9.2.7　離散點圖　159
9.2.8　偽彩色圖　160
9.2.9　帶形圖　161
9.2.10　條形圖　161
9.2.11　誤差條圖　162
9.2.12　散點矩陣圖　163
9.2.13　對數(shù)坐標(biāo)圖　163
9.3　三維基本圖形　164
9.3.1　三維線圖　164
9.3.2　三維餅圖　165
9.3.3　三維多邊形　166
9.3.4　三維網(wǎng)格圖　166
9.3.5　三維網(wǎng)線圖　167
9.3.6　三維曲面圖　168
9.3.7　標(biāo)準(zhǔn)三維曲面　169
9.3.8　其他三維圖　170
9.4　圖形修飾　171
9.4.1　圖形顏色修飾　171
9.4.2　圖形效果修飾　174
第10章　MATLAB在工程數(shù)學(xué)中的應(yīng)用　　176
10.1　MATLAB在高等數(shù)學(xué)中的應(yīng)用　176
10.1.1　基本函數(shù)　176
10.1.2　極限　179
10.1.3　導(dǎo)數(shù)與微分　180
10.1.4　積分　181
10.1.5　微分方程　182
10.1.6　級數(shù)　184
10.2　MATLAB在復(fù)變函數(shù)中的應(yīng)用　185
10.2.1　復(fù)數(shù)表示及基本運算　185
10.2.2　復(fù)數(shù)的基本函數(shù)　187
10.2.3　復(fù)變函數(shù)的極限和微積分運算　188
10.2.4　復(fù)變函數(shù)的級數(shù)　190
10.2.5　復(fù)變函數(shù)的留數(shù)計算　192
第11章　MATLAB在工程優(yōu)化中的應(yīng)用　　194
11.1　工程優(yōu)化問題概述　194
11.2　優(yōu)化問題　195
11.2.1　線性規(guī)劃問題　198
11.2.2　無約束優(yōu)化問題　201
11.2.3　有約束優(yōu)化問題　204
11.2.4　二次規(guī)劃問題　210
11.2.5　“半無限”多元函數(shù)優(yōu)化問題　214
11.2.6　最小最大化問題　216
11.2.7　多目標(biāo)規(guī)劃問題　217
11.2.8　整數(shù)規(guī)劃問題　219
11.3　最小二乘曲線擬和問題　221
11.3.1　線性最小二乘曲線擬和問題　222
11.3.2　非線性最小二乘曲線擬和問題　223
11.3.3　曲線擬和綜合實例　228
11.4　方程求解　238
第12章　MATLAB在自動控制中的應(yīng)用　　241
12.1　系統(tǒng)模型　241
12.1.1　傳遞函數(shù)模型　242
12.1.2　零極點模型　244
12.1.3　狀態(tài)空間函數(shù)模型　247
12.1.4　模型的轉(zhuǎn)換　248
12.1.5　連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)之間變換　249
12.1.6　系統(tǒng)的互連和反饋　251
12.1.7　歸納總結(jié)　255
12.2　系統(tǒng)時域分析　256
12.2.1　系統(tǒng)時域分析方法和特點　256
12.2.2　實例演示　257
12.2.3　歸納總結(jié)　262
12.3　系統(tǒng)根軌跡分析　262
12.3.1　根軌跡分析法　262
12.3.2　實例演示　263
12.3.3　歸納總結(jié)　266
12.4　系統(tǒng)頻域分析　267
12.4.1　幅相頻率特性(Nyquist圖)　267
12.4.2　對數(shù)頻率特性(Bode圖)　269
12.4.3　對數(shù)幅相特性(Nichols圖)　272
12.4.4　歸納總結(jié)　273
12.5 系統(tǒng)校正　274
12.5.1　串聯(lián)超前校正　274
12.5.2　串聯(lián)滯后校正　277
12.5.3　串聯(lián)滯后－超前校正　279
12.5.4　歸納總結(jié)　282
12.6　控制工具箱用戶接口界面　282
12.6.1　LTI Viewer　282
12.6.2　SISO Design Tool　287
12.6.3　歸納總結(jié)　296
第13章　MATLAB在數(shù)字信號處理中的應(yīng)用　　297
13.1　數(shù)字信號處理基礎(chǔ)知識　297
13.1.1　信號的產(chǎn)生　297
13.1.2　信號的運算　305
13.1.3　信號的抽取與插值　308
13.1.4　歸納總結(jié)　311
13.2　信號的變換技術(shù)　311
13.2.1　離散傅立葉變換　312
13.2.2　快速傅立葉變換　313
13.2.3　Hilbert變換　315
13.2.4　歸納總結(jié)　316
13.3　數(shù)字濾波器的分析與實現(xiàn)　316
13.3.1　數(shù)字濾波器的概念　316
13.3.2　數(shù)字濾波器的分析　317
13.3.3　濾波器的實現(xiàn)　322
13.3.4　歸納總結(jié)　324
13.4　IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計　325
13.4.1　典型模擬濾波器的設(shè)計　325
13.4.2　模擬濾波器的轉(zhuǎn)換　328
13.4.3　模擬濾波器的離散化　331
13.4.4　IIR階次的選擇　334
13.4.5　IIR數(shù)字濾波器的直接設(shè)計法　336
13.4.6　歸納總結(jié)　340
13.5　FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計　341
13.5.1　FIR數(shù)字濾波器設(shè)計的窗函數(shù)法　341
13.5.2　FIR數(shù)字濾波器設(shè)計的頻率抽樣法　344
13.5.3　FIR數(shù)字濾波器設(shè)計的切比雪夫逼近法　344
13.5.4　歸納總結(jié)　347
13.6　窗函數(shù)　347
13.6.1　矩形窗　347
13.6.2　巴特里特(Bartlett)窗　348
13.6.3　漢寧(Hanning)窗　349
13.6.4　漢明(Hamming)窗　350
13.6.5　歸納總結(jié)　351
第14章　MATLAB在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用　　352
14.1　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)簡介　352
14.1.1　歷史及現(xiàn)狀　352
14.1.2　基本結(jié)構(gòu)　353
14.1.3　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特點　355
14.1.4　幾種著名的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)　355
14.2　感知器　356
14.2.1　感知器原理　356
14.2.2　感知器相關(guān)函數(shù)　357
14.2.3　感知器應(yīng)用舉例　361
14.3　線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)　364
14.3.1　線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理　365
14.3.2　線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)函數(shù)　366
14.3.3　線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用舉例　368
14.4　BP網(wǎng)絡(luò)　369
14.4.1　BP網(wǎng)絡(luò)原理　369
14.4.2　BP網(wǎng)絡(luò)相關(guān)函數(shù)　370
14.4.3　Bp網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用舉例　380
14.5　徑向基網(wǎng)絡(luò)　385
14.5.1　徑向基網(wǎng)絡(luò)原理　385
14.5.2　徑向基網(wǎng)絡(luò)相關(guān)函數(shù)　386
14.5.3　徑向基網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用舉例　390
14.6　回歸網(wǎng)絡(luò)　391
14.6.1　回歸網(wǎng)絡(luò)相關(guān)函數(shù)　391
14.6.2　回歸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用舉例　393
第15章　Simulink建模與仿真　396
15.1　Simulink簡介　396
15.2　Simulink啟動和文件建立　397
15.2.1　Simulink的啟動　397
15.2.2　Mdl文件的建立　398
15.2.3　Simulink庫文件的建立　403
15.3　Simulink建模與基本操作　405
15.3.1　演示實例　405
15.3.2　模塊操作　408
15.3.3　模塊及屬性編輯　410
15.3.4　模型仿真參數(shù)設(shè)置　411
15.3.5　模型屬性設(shè)置　415
15.3.6　模型格式設(shè)置　416
15.4　Simulink基本模塊庫介紹　416
15.4.1　連續(xù)模塊庫(Continuous)　416
15.4.2　離散模塊庫(Discrete)　418
15.4.3　非線性模塊庫(Nonlinear)　420
15.4.4　信號和系統(tǒng)模塊庫(Signals & Systems)　422
15.4.5　數(shù)學(xué)模塊庫(Math)　423
15.4.6　子系統(tǒng)模塊庫(Subsystems)　424
15.4.7　輸出模塊庫(Sinks)　425
15.4.8　輸入源模塊庫(Sources)　426
15.4.9　函數(shù)與查表模塊庫(Functions & Tables)　427
15.5　子系統(tǒng)的創(chuàng)建、封裝和受控執(zhí)行　428
15.5.1　子系統(tǒng)的創(chuàng)建和封裝　429
15.5.2　觸發(fā)子系統(tǒng)　433
15.5.3　使能子系統(tǒng)　434
15.5.4　觸發(fā)使能子系統(tǒng)　435
15.5.5　if/else子系統(tǒng)　436
15.5.6　switch-case子系統(tǒng)　438
15.5.7　while子系統(tǒng)　439
15.5.8　for子系統(tǒng)　440
15.6　Simulink的命令行仿真技術(shù)　441
15.6.1　命令行創(chuàng)建Simulink仿真模型　441
15.6.2　Simulink命令行仿真技術(shù)　444
15.6.3　命令行仿真實例　448
15.7　S-function建模仿真　452
15.7.1　S-function概述　452
15.7.2　S-function的工作原理　454
15.7.3　M文件S-function的編寫　455
15.8　應(yīng)用實例分析　465
15.8.1　應(yīng)用實例一：動力學(xué)仿真　466
15.8.2　應(yīng)用實例二：電路系統(tǒng)仿真　468
15.8.3　應(yīng)用實例三：電力電子仿真技術(shù)　470
第16章　外部接口技術(shù)　476
16.1　概述　476
16.2　創(chuàng)建C語言MEX文件　478
16.2.1　MEX文件簡介　478
16.2.2　編寫C語言MEX文件　482
16.3　MAT文件應(yīng)用　485
16.3.1　MATLAB數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出方式　485
16.3.2　MAT函數(shù)庫函數(shù)　487
16.3.3　Mex文件讀寫MAT文件　487
16.4　MATLAB引擎技術(shù)　491
16.4.1　Visual C++中調(diào)用MATLAB引擎配置　491
16.4.2　主要的MATLAB引擎函數(shù)　492
16.4.3　實例演示　493
16.5　Visual C++與MATLAB接口　496
16.5.1　Visual C++中使用MATLAB引擎　497
16.5.2　Visual C++中使用MATLAB語言C、C++數(shù)學(xué)函數(shù)庫　497
16.5.3　Visual C++中創(chuàng)建MAT文件　499
16.5.4　基于MATCOM實現(xiàn)Visual C++與MATLAB接口　501
16.5.5　使用COM組件實現(xiàn)Visual C++與MATLAB的接口　509
第17章　Notebook的使用　516
17.1　Notebook的安裝和使用環(huán)境　516
17.1.1　Notebook的安裝　516
17.1.2　Notebook基本操作　517
17.1.3　Notebook使用環(huán)境　520
17.2　M-book模板的使用　521