【现货速发】MATLAB应用全解

MATLAB是美国MathWorks公司出品的受到业界普遍认可的商业数学应用软件，广泛应用于数据分析、无线通信、深度学习、图像处理与计算机视觉、信号处理、量化金融与风险管理、机器人、控制系统等领域，已成为大中专院校相关专业重要基础课程的首选实验平台。

目前许多高校开设了MATLAB的相关课程，广大师生迫切需要有效学习MATLAB课程的优秀教材；大量的MATLAB研究工作者也需要MATLAB图书作为各类MATLAB培训和MATLAB相关应用开发的参考用书。

基于此，本书详细讲解了MATLAB的基础知识和核心内容。全书力求从实用的角度出发，通过大量经典案例，对MATLAB的功能、操作和相关应用做了详细讲解，可以帮助读者快速掌握MATLAB的各种应用。目前MATLAB已发布了最新版本MATLAB 2022a，本书正是基于该版本进行编写的，是进行MATLAB设计和应用的最新图书。

1．本书特点

本书有如下特点：

由浅入深、循序渐进。本书以初、中级读者为对象，从MATLAB基本知识讲起，辅以各种MATLAB应用案例，帮助读者尽快提高MATLAB的应用技能。

步骤详尽、内容新颖。本书根据作者多年的MATLAB使用经验，结合大量应用案例，将MATLAB的各种经典功能、使用技巧等详细地讲解给读者，在讲解过程中步骤详尽、内容新颖，并辅以相应的图片，使读者在阅读时一目了然，从而快速掌握书中所讲内容。

实例典型、轻松易学。学习经典应用案例的具体操作是掌握MATLAB使用方法的最好方式。本书通过综合应用案例，详尽透彻地讲解了MATLAB的各种使用。

2．本书内容

本书在介绍MATLAB环境的基础上，详细讲解了MATLAB在科学计算、数学建模、仿真应用等方面的基础知识和核心内容。书中各章均提供了大量的针对性示例，并辅以图片和注释，供读者实战练习，快速掌握MATLAB的应用。

全书共分为16章，具体内容如下：

第一部分为MATLAB基础知识，主要介绍MATLAB的工作界面、通用命令、数据类型、基本运算等基础知识，同时对数组、矩阵的创建与操作，符号运算等内容做了详细讲解。章节安排如下：

第1章  初识MATLAB       第2章  基础知识

第3章  数组            第4章  矩阵

第5章  符号运算

第二部分为MATLAB绘图与程序设计，主要介绍二维绘图、三维绘图、图形的控制与处理，讲解程序结构与控制、程序调试与优化方法、函数类型与参数传递等内容。章节安排如下：

第6章  二维绘图        第7章  三维绘图

第8章  程序设计        第9章  函数

第三部分为MATLAB高级应用，主要介绍数据分析与处理、微积分运算、概率与数理统计、优化计算等内容。章节安排如下：

第10章  数据分析与处理      第11章  微积分运算

第12章  概率与数理统计      第13章  优化计算

第四部分为Simulink仿真应用，主要介绍Simulink系统仿真、子系统创建与封装方法、系统仿真与调试等内容。章节安排如下：

第14章  Simulink仿真基础      第15章  Simulink子系统

第16章  Simulink仿真与调试

本书赠送MATLAB工具箱应用部分内容，包括MATLAB在神经网络、信号处理、图像处理、小波分析等领域的应用内容，读者可根据需要选择学习。

3．读者对象

本书适合MATLAB初学者和希望提高MATLAB应用技能的读者，具体如下：

MATLAB爱好者           广大科研工作者

大中专院校教师和在校生      相关培训机构教师和学员

4．读者服务

读者在学习过程中遇到与本书有关的技术问题，可通过“算法仿真”公众号反馈给编者，编者会尽快给予解答。书中所涉及的素材文件（程序代码）已上传到云盘，读者可通过公众号获取下载链接。

读者可以通过“算法仿真”公众号与编者保持联系，并获取更多资源。

5．本书编者

本书由付文利编著。虽然编者在本书的编写过程中力求叙述准确、完善，但由于水平有限，书中疏漏之处在所难免，希望读者能够及时指出，共同促进本书质量的提高。最后再次希望本书能为读者的学习和工作提供帮助！

编  者

MATLAB是适合多学科、多工作平台的开放性很强的大型科学应用软件。本书以MATLAB 2022a软件为基础，全面阐述MATLAB的功能，帮助读者尽快掌握MATLAB的应用技巧。全书共分为16章，从MATLAB工作界面讲起，详细介绍MATLAB的基础知识、数组、矩阵、符号运算、二维绘图、三维绘图、程序设计、函数、数据分析与处理、微积分运算、概率与数理统计、优化计算等内容，同时还对Simulink仿真与应用进行详细的讲解。为了方便用户更好地操作MATLAB，本书中的示例均已记录在M文件及其他相关文件中，读者可以将相应目录设置为工作目录，直接使用M文件进行操作，以提高学习效率。

本书是一本全面的MATLAB参考书，讲解翔实，结合实例引导，深入浅出，可作为高等院校理工科相关专业研究生、本科生的教材，也可作为广大科研工程技术人员的参考用书。

付文利  毕业于哈尔滨工业大学信息技术专业，研究生学历。现就职于湖北烽火通信集团虹信通信公司，担任系统工程师。精通Matlab科学计算、Simulink系统仿真、Visual C   程序设计等，在国内外期刊发表论文多篇。在工作实践中对Matlab/Simulink有了透彻的理解，Matlab已经成为工作中必不可少的工具。

第一部分MATLAB基础知识

第1章初识MATLAB3

微课视频46分钟

1.1MATLAB简介3

1.2工作界面4

1.2.1命令行窗口5

1.2.2命令历史记录窗口8

1.2.3当前文件夹和路径管理9

1.2.4搜索路径9

1.2.5工作区和数组编辑器11

1.2.6变量的编辑命令12

1.2.7存取数据文件13

1.3通用命令14

1.3.1常用命令14

1.3.2输入内容的编辑14

1.3.3标点15

1.4帮助系统15

1.4.1纯文本帮助15

1.4.2帮助导航16

1.4.3示例帮助16

1.5初步使用MATLAB17

1.6本章小结18

第2章基础知识19

69分钟

2.1基本概念19

2.1.1常量与变量19

2.1.2无穷量和非数值量20

2.1.3标量、向量、矩阵与数组21

2.1.4命令、函数、表达式和语句21

2.1.5数组、矩阵与符号矩阵22

2.2数据类型23

2.2.1数据类型概述23

2.2.2整数类型24

2.2.3浮点数类型26

2.2.4显示格式27

2.2.5常用函数28

2.3基本运算29

2.3.1算术运算29

2.3.2关系运算30

2.3.3逻辑运算30

2.3.4运算符的优先级33

2.3.5常用函数33

2.4向量34

2.4.1向量生成35

2.4.2向量加减和数乘运算37

2.4.3向量点积和叉积运算37

2.5字符串39

2.5.1字符串变量与一维字符数组39

2.5.2对字符串的多项操作40

2.5.3二维字符数组42

2.6小结43

第3章数组44

100分钟

3.1创建数组44

3.1.1创建空数组44

3.1.2创建一维数组45

3.1.3创建二维数组46

3.1.4创建三维数组47

3.1.5创建低维标准数组50

3.1.6创建高维标准数组51

3.2数组属性52

3.2.1数组结构52

3.2.2数组大小53

3.2.3数组维度54

3.2.4数组数据类型54

3.2.5数组内存的占用55

3.3创建特殊数组56

3.3.10-1数组56

3.3.2对角数组56

3.3.3随机数组57

3.3.4魔方数组58

3.4数组操作58

3.4.1保存和装载58

3.4.2索引和寻址59

3.4.3扩展和裁剪61

3.4.4形状改变66

3.4.5数组运算69

3.4.6数组查找72

3.4.7数组排序73

3.4.8高维数组降维73

3.5多维数组及其操作74

3.5.1多维数组属性74

3.5.2多维数组操作75

3.6小结78

第4章矩阵79

66分钟

4.1矩阵基本操作79

4.1.1元素存储次序79

4.1.2元素表示及操作80

4.2创建矩阵83

4.2.1直接输入法83

4.2.2抽取法84

4.2.3拼接法85

4.2.4函数法86

4.2.5拼接函数和变形函数法87

4.2.6加载法89

4.2.7M文件法90

4.2.8复数矩阵输入90

4.2.9大矩阵的生成91

4.3基本运算91

4.3.1矩阵行列式的值91

4.3.2矩阵加减、数乘与乘法92

4.3.3求矩阵的逆92

4.3.4矩阵的除法93

4.3.5求矩阵的秩94

4.3.6求矩阵的特征值与特征向量95

4.3.7矩阵的乘幂与开方95

4.3.8矩阵的指数与对数运算96

4.3.9矩阵转置96

4.3.10矩阵的提取与翻转97

4.4矩阵特征参数98

4.4.1条件数、矩阵的稳定性98

4.4.2特征值和特征向量99

4.4.3范数104

4.4.4条件数106

4.5矩阵的数学函数107

4.5.1三角函数107

4.5.2指数函数和对数函数109

4.5.3复数函数111

4.6稀疏矩阵技术112

4.6.1基本稀疏矩阵112

4.6.2稀疏矩阵函数115

4.7矩阵分解118

4.7.1Cholesky分解118

4.7.2不完全Cholesky分解119

4.7.3LU分解120

4.7.4不完全LU分解121

4.7.5QR分解122

4.7.6操作QR分解结果123

4.7.7奇异值分解123

4.8小结124

第5章符号运算125

55分钟

5.1基本概念125

5.1.1符号对象125

5.1.2符号常量128

5.1.3符号变量128

5.1.4符号表达式、函数与方程129

5.1.5自变量函数133

5.1.6符号矩阵134

5.2符号运算基本内容137

5.2.1符号变量代换137

5.2.2符号对象转换为数值对象138

5.2.3符号表达式化简140

5.2.4符号运算的其他函数143

5.2.5两种特定的符号运算函数144

5.3符号微积分146

5.3.1符号极限运算146

5.3.2符号函数微分运算149

5.3.3符号函数积分运算150

5.3.4符号卷积152

5.3.5符号积分变换152

5.4符号矩阵及其运算155

5.4.1符号矩阵元素访问155

5.4.2符号矩阵基本运算156

5.4.3符号矩阵化简161

5.4.4符号矩阵微分与积分163

5.5符号方程求解164

5.5.1代数方程求解164

5.5.2微分方程求解167

5.6小结169

第二部分MATLAB绘图与程序设计

第6章二维绘图173

50分钟

6.1数据可视化173

6.1.1离散数据可视化173

6.1.2连续函数可视化176

6.2基本二维图形绘制178

6.2.1二维图形绘制步骤178

6.2.2二维基本绘图函数(plot)179

6.2.3快速方程式绘图(fplot,ezplot)182

6.3二维图形的修饰183

6.3.1色彩、线型和点型183

6.3.2坐标轴的调整185

6.3.3刻度和栅格187

6.3.4设置坐标框188

6.3.5图形标识189

6.3.6图案填充192

6.4子图绘制法194

6.5特殊图形的绘制197

6.5.1特殊坐标系图形的绘制197

6.5.2特殊二维图形的绘制201

6.6二维绘图应用206

6.7小结212

第7章三维绘图213

24分钟

7.1三维绘图基础213

7.1.1三维绘图基本步骤213

7.1.2三维绘图基本函数214

7.1.3三维坐标标记及图形标记217

7.2三维网格曲面218

7.2.1绘制三维曲面218

7.2.2栅格数据的生成222

7.2.3网格曲面的绘制命令224

7.2.4隐藏线的显示和关闭227

7.3三维阴影曲面的绘制228

7.3.1带有等高线的阴影曲面绘制228

7.3.2具有光照效果的阴影曲面绘制228

7.4三维图形的控制229

7.4.1设置视角位置229

7.4.2设置坐标轴230

7.5三维图形特殊处理231

7.5.1透视、镂空和裁切231

7.5.2色彩控制233

7.5.3照明和材质处理236

7.5.4简捷绘图函数237

7.6特殊三维图形239

7.6.1螺旋线239

7.6.2抛物面240

7.6.3柱状图241

7.6.4柱体243

7.6.5饼状图244

7.6.6双曲面245

7.6.7三维等高线246

7.6.8三维离散序列图247

7.6.9其他图形247

7.7三维绘图应用248

7.8小结256

第8章程序设计257

20分钟

8.1程序结构257

8.1.1if分支结构257

8.1.2switch分支结构258

8.1.3while循环结构259

8.1.4for循环结构260

8.2控制语句261

8.2.1continue命令261

8.2.2break命令262

8.2.3return命令263

8.2.4input命令263

8.2.5keyboard命令264

8.3文件操作264

8.3.1fopen语句265

8.3.2fclose语句266

8.4程序调试266

8.4.1程序调试命令266

8.4.2程序常见的错误类型267

8.5程序优化271

8.5.1效率优化（时间优化）271

8.5.2内存优化（空间优化）271

8.5.3几个常用的算法程序277

8.6小结285

第9章函数286

22分钟

9.1M文件286

9.1.1M文件概述286

9.1.2变量287

9.1.3脚本文件288

9.1.4函数文件289

9.1.5函数调用290

9.2函数类型294

9.2.1匿名函数294

9.2.2主函数295

9.2.3嵌套函数295

9.2.4子函数296

9.2.5私有函数296

9.2.6重载函数296

9.3参数传递297

9.3.1参数传递概述297

9.3.2输入和输出参数的数目297

9.3.3可变数目的参数传递298

9.3.4返回被修改的输入参数299

9.3.5全局变量300

9.4小结301

第三部分MATLAB高级应用

第10章数据分析与处理305

23分钟

10.1插值305

10.1.1一维插值305

10.1.2二维插值307

10.1.3三维插值309

10.1.4多维插值310

10.1.5样条插值312

10.2曲线拟合313

10.2.1多项式拟合314

10.2.2加权最小方差拟合315

10.3曲线拟合工具317

10.3.1曲线拟合图形用户接口317

10.3.2绘制拟合残差图形318

10.3.3数据预测319

10.4傅里叶分析320

10.4.1离散傅里叶变换320

10.4.2FFT和DFT对比322

10.5图像数据分析324

10.6小结329

第11章微积分运算330