MATLAB编程基础

MATLAB是一种高级技术计算语言和交互式环境，也是许多商业上可用的复杂数学计算工具之一。MATLAB是由MathWorks公司于1984年推出的数学软件，其名称是由“矩阵实验室”（MATrixLABoratory）所合成，它的基本数据元素是矩阵（数组）。从名称可知，该软件最早的目标是提供一套非常完善的矩阵运算指令，但随着数值运算需求的演变以及个人计算机运算速度的倍增，MATLAB已广泛用于算法开发、数据可视化、数据分析、数值计算和各种动态系统模拟等领域。这本教材的主要目标是能够让那些没有编程基础的用户学会MATLAB编程。然而，这本书不仅仅是MATLAB的参考手册或MATLAB教程。这是一本介绍性的编程教科书，使用MATLAB来说明计算机科学和编程中的一般概念。读者将打下坚实的MATLAB基础，但是对于想提升MATLAB编程技能的有一定编程经验的计算机程序员，可能应该参考其他相关书籍。本书非常适合作为大学编程教材，尤其适用于那些应用计算机编程的理工科学生。每一章都有明确的学习目标，通过文本、案例和活动来帮助学生实现这些目标。每个案例或活动相关的目标在文中都清楚地给出。每一章末尾的练习使学生能够自我评估他们是否达到了学习目标。

吴锦顺，男，福建浦城人，1969年7出生，博士，副教授，应用经济学专业和应统统计硕士（MAS）专业硕士生导师，目前在经济系从事教学和科研工作。

主要学习工作经历：1987年毕业于南平高等师范专科学校（现更名为武夷学院）物理系，同年入职福建省南平市浦城县任中学教师；2010年毕业于江西财经大学，获得法学硕士学位、2013年毕业于厦门大学理论经济学专业，获得经济学博士学位。同年进入华东交通大学经济管理学院从事教学科研工作。2020年1月-2021年2月美国密歇根州立大学自然科学学院概率与统计系访问学者。

目录
1 编程环境和基本操作  1
1.1 启动MATLAB  1
1.2 命令窗口  3
1.2.1 在命令窗口中输入命令  3
1.2.2 数组表达 · 5
1.3 命令历史窗口和编辑器 · 7
1.4 m文件  10
1.4.1 脚本m文件 · 10
1.4.2 函数m-文件  11
1.4.3 注解 · 13
1.5 工作空间窗口和变量编辑器  14
1.6 当前文件夹窗口和搜索路径设置 · 19
1.7 图窗口  23
1.8 运算符、表达式和语句  24
1.8.1 数字 · 24
1.8.2 数据类型  25
1.8.3 算术运算符  25
1.8.4 运算符的优先级  25
1.8.5 冒号运算符  26
1.8.6 转置算子  26
1.8.7 数组的算术运算  27
1.8.8 表达式  27
1.8.9 语句 · 28
1.8.10 语句、命令和函数  28
1.8.11 公式的向量化  29
1.9 帮助系统 · 30
练习题  34
2 数据类型  35
2.1 计算机数字表示 · 35
2.2 数字表示系统  36
2.3 处理整数 · 38
2.4 固定点格式  41
2.5 浮点格式 · 43
2.6 标准单精度和双精度格式 · 45
2.7 舍入误差 · 47
2.7.1 固定点数与浮点数  47
2.7.2 范围和精度  48
2.8 一些函数 · 50
2.8.1 class 函数  50
2.8.2 “is”函数  51
2.8.3 转换函数  52
2.8.4 算术运算  53
2.8.5 关系运算  55
练习题  55
3 矩阵和数组  58
3.1 数组类型及其元素索引  58
3.1.1 矩阵和多维数组  60
3.1.2 寻址数组元素 · 60
3.1.3 创建数组  63
3.1.4 修改、编辑和显示数组  69
3.2 数组运算 · 73
3.2.1 数组标准运算 · 73
3.2.2 非标准数组运算  85
3.3 数组函数 · 87
3.4 在MATLAB 内置数学函数中使用数组  89
练习题  94
4 条件语句  97
4.1 IF 条件  97
4.2 IF-ELSE 条件 · 100
4.3 嵌套if-else 语句  101
4.4 switch-语句  108
4.4.1 switch_expression 是标量或字符向量· 108
4.4.2 switch 表达式可以是字符串  110
4.4.3 case 表达式可以是一个集合  111
4.4.4 switch 语句和if 指令比较 · 112
4.4.5 编写条件语句的良好习惯  114
4.5 逻辑数据类型  116
4.5.1 表示逻辑真与假 · 117
4.5.2 关系运算符  118
4.5.3 逻辑运算符  121
练习题  129
5 循环语句和逻辑索引  131
5.1 循环的概念 · 131
5.2 for 循环  134
5.3 嵌套的for 循环 · 140
5.4 while 循环  144
5.4.1 无限循环和Control-C · 148
5.4.2 用break 和continue 改变循环流  148
5.4.3 continue 语句  152
5.4.4 return 语句 · 155
5.5 逻辑索引  156
5.5.1 用向量进行逻辑索引  157
5.5.2 使用数组进行逻辑索引 · 166
练习题  169
6 MATLAB 函数  172
6.1 基本函数  172
6.1.1 基本函数和实用工具  172
6.1.2 初等函数  173
6.1.3 矩阵运算和专用函数  175
6.2 用户定义的函数  177
6.2.1 基本规则  178
6.2.2 注释  180
6.2.3 参数  181
6.3 更多用户定义函数的类型  185
6.3.1 没有输入参数，但具有返回参数的函数 · 185
6.3.2 完成任务不返回值的函数  188
6.4 向函数传递参数  188
6.5 模块化的程序  189
6.6 函数的工作空间  191
6.7 局部变量  194
6.8 持久变量  197
6.9 全局变量  199
练习题  200
7 高级函数 · 202
7.1 数量可变的参数输入与输出 · 202
7.1.1 获取输入和输出参数的数目  203
7.1.2 数量可变的参数输入与输出  205
7.2 MATLAB 中的函数句柄  208
7.2.1 构造函数句柄  208
7.2.2 函数句柄数组  209
7.2.3 使用函数句柄调用函数 · 210
7.3 匿名函数  212
7.3.1 匿名函数 · 212
7.3.2 @算子  213
7.3.3 使用匿名函数  213
7.3.4 自定义匿名函数 · 214
7.4 内联函数  217
7.5 函数的函数 · 220
7.5.1 使用函数句柄将函数传递到函数的函数中  220
7.5.2 使用函数名将函数传递到函数的函数中 · 223
7.6 子函数  225
7.7 嵌套函数  225
7.7.1 调用嵌套函数  226
7.7.2 嵌套函数中的变量作用域  227
7.8 递归函数  229
7.8.1 递归的原理  229
7.8.2 递归函数编程  230
7.9 私有函数  232
练习题  233
8 数据结构 · 235
8.1 同构数组与异构数组 · 235
8.2 元胞数组  237
8.2.1 创建元胞数组  237
8.2.2 元胞数组元素和属性的查看及显示  239
8.2.3 在元胞数组中存储字符串  245
8.3 结构数组  246
8.3.1 创建和修改结构变量  247
8.3.2 修改结构数组  247
8.3.3 从结构中访问/提取数据  248
8.3.4 创建结构数组、构造函数和函数 · 249
8.3.5 使用结构数组组织数据 · 252
8.3.6 嵌套结构数组  253
8.3.7 从结构数组中访问/提取数据 · 253
8.3.8 对结构数组中的数据进行操作 · 255
8.3.9 与结构数组相关的函数 · 260
8.4 高级数据结构  262
8.4.1 分类数组  262
8.4.2 表  264
练习题  266
9 文本处理 · 268
9.1 字符、字符向量和字符串数组  268
9.2 文本操作  272
9.2.1 ASCII 码、双精度码和字符码  272
9.2.2 字符向量操作  273
9.2.3 字符串操作  274
9.2.4 对字符串或字符向量的操作  274
9.2.5 字符串数组操作 · 282
9.3 “is”函数用于文本  283
9.4 文本和数字类型之间的转换 · 286
9.5 eval 和文本宏 · 287
9.5.1 eval 和lasterr 的错误捕获 · 288
9.5.2 eval 中使用try…catch · 289
9.5.3 创建字符数组  289
练习题  291
10 文件输入与输出  294
10.1 文件格式  294
10.2 保存和恢复MATLAB 工作空间  295
10.2.1 从以字符分隔的文本文件读取数值型数据 · 297
10.2.2 从以字符分隔的文本文件读取数据 · 298
10.2.3 将数字数据写入分隔文本文件 301
10.3 从Microsoft Excel 文件加载和保存数据 · 302
10.3.1 读取数据 302
10.3.2 写入数据 302
10.3.3 读取部分数据  305
10.4 写入和显示格式化数据 · 307
10.4.1 格式化数据显示的类型  307
10.4.2 打开文本文件  310
10.4.3 写入文本文件  313
10.4.4 关闭文本文件  313
10.4.5 用MATLAB 显示一个文本文件  313
10.4.6 将数据从文本文件读入变量 · 314
10.4.7 读取文本文件函数textscan 的应用  320
10.5 二进制文件的读取与写入  321
10.5.1 打开二进制文件  322
10.5.2 写入二进制文件  322
10.5.3 将数据从二进制文件读入变量  323
10.5.4 二进制文件的追加选项  324
10.5.5 包含多种数据类型的二进制文件读取和写入  326
10.6 设置和查询文件位置  330
10.7 交互式输入和输出  333
10.8 文件管理  335
练习题  336
11 数据可视化 · 339
11.1 二维图形绘制  340
11.1.1 基本的二维绘图命令  340
11.1.2 曲线的控制 · 345
11.1.3 坐标轴的控制  347
11.1.4 说明文字的加入  351
11.1.5 其他平面绘图命令 · 353
11.2 基本的三维绘图命令  358
11.2.1 线图 · 358
11.2.2 网格和曲面图  359
11.2.3 带有特殊图形的绘图  364
11.2.4 view 命令 · 367
11.2.5 MATLAB 应用示例  369
11.2.6 曲面颜色的控制  374
11.3 其他特殊图形绘制  379
11.3.1 直方图  379
11.3.2 面积图  382
11.3.3 扇形图  383
11.3.4 针头图  385
11.3.5 阶梯图  387
11.3.6 实心图  388
11.3.7 向量场图  389
11.3.8 等高线图  391
11.4 图形对象的属性 · 395
11.4.1 创建图形对象  395
11.4.2 设置属性值 · 397
11.4.3 查询属性值 · 398
11.4.4 设置默认属性值  399
11.5 访问对象句柄  402
11.5.1 当前图形、坐标轴和对象 · 403
11.5.2 按属性值搜寻对象 · 404
11.5.3 删除对象  404
练习题  405
12 错误处理  410
12.1 错误类型  410
12.1.1 语法错误 410
12.1.2 运行时错误 · 411
12.1.3 逻辑错误 411
12.2 调试MATLAB 代码  413
12.2.1 编程工具 413
12.2.2 交互方式调试MATLAB 代码文件  414
12.2.3 使用键盘快捷键或函数进行调试  419
12.2.4 调试时检查值  423
12.3 避免错误  425
12.3.1 规划程序 425
12.3.2 经常测试 426
12.3.3 保持代码整洁  426
12.4 使用函数存根 · 427
练习题  428
参考文献 · 431

MATLAB是一种高级技术计算语言和交互式环境，也是许多商业上可用的复杂数学计算工具之一。MATLAB是由MathWorks公司于1984年推出的数学软件，其名称是由“矩阵实验室”（MATrixLABoratory）所合成，它的基本数据元素是矩阵（数组）。从名称可知，该软件最早的目标是提供一套非常完善的矩阵运算指令，但随着数值运算需求的演变以及个人计算机运算速度的倍增，MATLAB已广泛用于算法开发、数据可视化、数据分析、数值计算和各种动态系统模拟等领域。这本教材的主要目标是能够让那些没有编程基础的用户学会MATLAB编程。然而，这本书不仅仅是MATLAB的参考手册或MATLAB教程。这是一本介绍性的编程教科书，使用MATLAB来说明计算机科学和编程中的一般概念。读者将打下坚实的MATLAB基础，但是对于想提升MATLAB编程技能的有一定编程经验的计算机程序员，可能应该参考其他相关书籍。本书非常适合作为大学编程教材，尤其适用于那些应用计算机编程的理工科学生。每一章都有明确的学习目标，通过文本、案例和活动来帮助学生实现这些目标。每个案例或活动相关的目标在文中都清楚地给出。每一章末尾的练习使学生能够自我评估他们是否达到了学习目标。

吴锦顺，男，福建浦城人，1969年7出生，博士，副教授，应用经济学专业和应统统计硕士（MAS）专业硕士生导师，目前在经济系从事教学和科研工作。

主要学习工作经历：1987年毕业于南平高等师范专科学校（现更名为武夷学院）物理系，同年入职福建省南平市浦城县任中学教师；2010年毕业于江西财经大学，获得法学硕士学位、2013年毕业于厦门大学理论经济学专业，获得经济学博士学位。同年进入华东交通大学经济管理学院从事教学科研工作。2020年1月-2021年2月美国密歇根州立大学自然科学学院概率与统计系访问学者。