MATLAB教程

前言

1.編寫(xiě)背景MATLAB（MATrix LABoratoty）自1984年問(wèn)世以來(lái)，歷經(jīng)了實(shí)踐的檢驗(yàn)、市場(chǎng)的篩選和時(shí)間的凝練，現(xiàn)在已經(jīng)成為廣大科研工作者、高校師生最常用和最可信賴的仿真軟件。MATLAB的影響表現(xiàn)在兩方面：傳統(tǒng)分析方法、設(shè)計(jì)程式和教材內(nèi)容在MATLAB平臺(tái)上可以處理得更為簡(jiǎn)捷、精確和生動(dòng)多彩；新的分析方法、設(shè)計(jì)程式和教材內(nèi)容正在MATLAB的推動(dòng)下不斷地萌發(fā)。當(dāng)今歐美高校的理工科教材與MATLAB的關(guān)聯(lián)大致分為三個(gè)層面。第一層面，完全不改變?cè)薪滩?，而把?yīng)用MATLAB進(jìn)行仿真試驗(yàn)的內(nèi)容另編成冊(cè)。這個(gè)層面的教材最早出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代的中后期，現(xiàn)在仍有相當(dāng)一些教材采用這種形式。第二層面，保留或稍許改變?cè)滩膬?nèi)容，而把MATLAB處理教材內(nèi)容的部分增添成專門的章節(jié)。這個(gè)層面的教材最早在20世紀(jì)90年代初出版?，F(xiàn)今，它們已成為國(guó)外專業(yè)和專業(yè)基礎(chǔ)教材的主流。第三層面，大幅度地摒棄了原教材中那些在計(jì)算尺時(shí)代建立起來(lái)的分析方法和設(shè)計(jì)程式，而新建了以MATLAB為基礎(chǔ)的現(xiàn)代分析方法和設(shè)計(jì)程式。這類教材較晚地出現(xiàn)在21世紀(jì)初，至今數(shù)量也不多。至于我國(guó)，雖然MATLAB在高校已經(jīng)流傳和應(yīng)用了十余年，但就目前國(guó)內(nèi)理工科專業(yè)和專業(yè)基礎(chǔ)教材而言，包含MATLAB的教材還著實(shí)不多見(jiàn)。前不久，我國(guó)教育主管部門提出的關(guān)于MATLAB作為平臺(tái)計(jì)算軟件的指導(dǎo)性意見(jiàn)，必將對(duì)我國(guó)高等理工科教學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生重要影響，對(duì)提高我國(guó)后備人才在現(xiàn)代化計(jì)算平臺(tái)上的創(chuàng)新力有十分積極的意義。2.編寫(xiě)宗旨從MATLAB作為高等教學(xué)計(jì)算平臺(tái)的基本點(diǎn)出發(fā)，融合作者近10余年在本科和研究生MATLAB教學(xué)、科研第一線積累的經(jīng)驗(yàn)，本書(shū)編寫(xiě)宗旨定位于：面向本科，立足基礎(chǔ)；注重教材內(nèi)容的穩(wěn)定，兼顧MATLAB的時(shí)代特征。具體措施有：一、本版新書(shū)中將所涉及的數(shù)學(xué)內(nèi)容控制在本科教學(xué)大綱要求的水平；二、本書(shū)不涉及MATLAB專業(yè)工具包（如控制、信號(hào)處理、圖像處理、通信、金融、生物信息等）的內(nèi)容，而著力闡述MATLAB如何描述被解算問(wèn)題、實(shí)施計(jì)算的指令及多指令相互配用、如何表達(dá)或表現(xiàn)計(jì)算所得的結(jié)果；三、本書(shū)特別強(qiáng)調(diào)MATLAB面向復(fù)數(shù)、面向數(shù)組的運(yùn)算特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)向量化編程，與此同時(shí)還精心設(shè)計(jì)了若干算例向讀者警示數(shù)值計(jì)算中的注意事項(xiàng)；

內(nèi)容概要

本書(shū)以MATLAB R2010a為基礎(chǔ)修訂，系統(tǒng)講解MATLAB基本環(huán)境和操作要旨；分章闡述符號(hào)計(jì)算、數(shù)值計(jì)算、計(jì)算結(jié)果可視化及編程精要；舉例展現(xiàn)MATLAB精華工具Simulink的功能級(jí)和元器件級(jí)仿真能力；舉例剖析MATLAB界面編輯器的用法和圖形用戶界面(GuI)的制作要求；簡(jiǎn)要勾畫(huà)MATLAB和Word集成一體的Notebook環(huán)境。    全書(shū)包含173個(gè)多年凝練的計(jì)算范例和83個(gè)開(kāi)拓思路的習(xí)題。所有算例程序可靠、完整，讀者可以完全準(zhǔn)確地重現(xiàn)本書(shū)所提供的算例結(jié)果。書(shū)配光盤中附有包含彩色圖形的電子版習(xí)題答案。書(shū)后編有索引，本書(shū)所用全部指令及配套的標(biāo)點(diǎn)符號(hào)一覽無(wú)余。利用索引，讀者很容易查閱演示各指令和標(biāo)點(diǎn)使用方法的節(jié)次。    全書(shū)由印刷版和電子版結(jié)合而成。印刷版便于讀者進(jìn)行系統(tǒng)、全面、長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)閱讀，便于讀者隨手翻閱、瀏覽；而電子版則方便教師制作電子講稿，方便學(xué)生完成電子作業(yè)，向讀者提供實(shí)踐本書(shū)內(nèi)容所需的全部可靠程序、色彩信息和動(dòng)態(tài)交互環(huán)境，還將隨MATLAB版本升級(jí)而及時(shí)地向讀者提供新內(nèi)容。    本書(shū)內(nèi)容充實(shí)、篇幅緊湊，是專為理工科院校本科生系統(tǒng)學(xué)習(xí)MATLAB而撰寫(xiě)的，也可供部分研究生使用；既可用于課堂教學(xué)教材及課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)參考用書(shū)，也可作為自學(xué)用書(shū)。

作者簡(jiǎn)介

張志涌，籍貫無(wú)錫，教授，博士生導(dǎo)師，受國(guó)務(wù)院專項(xiàng)津貼；IEEE高級(jí)會(huì)員，中國(guó)智能自動(dòng)化專委會(huì)委員，中國(guó)機(jī)器人競(jìng)賽工作委員會(huì)委員，江蘇省自動(dòng)化學(xué)會(huì)常務(wù)理事；先后受教育于清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、荷蘭王國(guó)Endhoven技術(shù)大學(xué)。1989年至今，先后用MATLAB 3．0及以后各版本，

書(shū)籍目錄

第1章  基礎(chǔ)準(zhǔn)備及入門  1.1  MATLAB的安裝和工具包選擇  1.2  Desktop操作桌面的啟動(dòng)    1.2.1  MATLAB的啟動(dòng)      1.2.2  Desktop操作桌面簡(jiǎn)介    1.3  Command Window運(yùn)行入門    1.3.1  Commancl Winelow指令窗簡(jiǎn)介      1.3.2  最簡(jiǎn)單的計(jì)算器使用法    1.3.3  數(shù)值、變量和表達(dá)式    1.4  Command Window操作要旨    1.4.1  指令窗的顯示方式      1.4.2  指令行中的標(biāo)點(diǎn)符號(hào)    1.4.3  指令窗的常用控制指令    1.4.4  指令窗中指令行的編輯  1.5  Command History歷史指令窗      1.5.1  歷史指令窗簡(jiǎn)介    1.5.2  歷史指令的再運(yùn)行    1.6  Current Directory、路徑設(shè)置器和文件管理    1.6.1  Current Directory當(dāng)前目錄瀏覽器簡(jiǎn)介    1.6.2  用戶目錄和當(dāng)前目錄設(shè)置    1.6.3  MATLAB的搜索路徑    1.6.4  MATLAB搜索路徑的擴(kuò)展    1.7  工作空間瀏覽器和變量編輯器    1.7.1  工作空間瀏覽器和變量可視化    1.7.2  工作空間的管理指令    1.7.3  Variable Editor變量編輯器    1.7.4  數(shù)據(jù)文件和變量的存取  1.8  Editor／Debugger和腳本編寫(xiě)初步    1.8.1  Editor／Debugger M文件編輯器簡(jiǎn)介    1.8.2  M腳本文件編寫(xiě)初步    1.9  幫助系統(tǒng)及其使用    1.9.1  構(gòu)成幫助體系的三大系統(tǒng)    1.9.2  常用幫助指令    1.9.3  Help幫助瀏覽器  習(xí)題1第2章  符號(hào)計(jì)算  2.1  符號(hào)對(duì)象和符號(hào)表達(dá)式    2.1.1  符號(hào)對(duì)象的創(chuàng)建和衍生    2.1.2  符號(hào)計(jì)算中的算符    2.1.3  符號(hào)計(jì)算中的函數(shù)指令    2.1.4  符號(hào)對(duì)象的識(shí)別    2.1.5  符號(hào)運(yùn)算機(jī)理和變量假設(shè)    2.1.6  符號(hào)幫助體系  2.2  符號(hào)數(shù)字及表達(dá)式的操作    2.2.1  雙精度數(shù)字與符號(hào)數(shù)字之間的轉(zhuǎn)換    2.2.2  符號(hào)數(shù)字的任意精度表達(dá)形式    2.2.3  符號(hào)表達(dá)式的基本操作    2.2.4  表達(dá)式中的置換操作  2.3  符號(hào)微積分    2.3.1  極限和導(dǎo)數(shù)的符號(hào)計(jì)算    2.3.2  序列／級(jí)數(shù)的符號(hào)求和    2.3.3  符號(hào)積分  2.4  微分方程的符號(hào)解法    2.4.1  符號(hào)解法和數(shù)值解法的互補(bǔ)作用    2.4.2  求微分方程符號(hào)解的一般指令    2.4.3  微分方程符號(hào)解示例  2.5  符號(hào)變換和符號(hào)卷積    2.5.1  Fourier變換及其反變換      2.5.2  Laplace變換及其反變換    2.5.3  Z變換及其反變換    2.5.4  符號(hào)卷積  2.6  符號(hào)矩陣分析和代數(shù)方程解    2.6.1  符號(hào)矩陣分析    2.6.2  線性方程組的符號(hào)解    2.6.3  一般代數(shù)方程組的解  2.7  代數(shù)狀態(tài)方程求符號(hào)傳遞函數(shù)    2.7.1  結(jié)構(gòu)框圖的代數(shù)狀態(tài)方程解法    2.7.2  信號(hào)流圖的代數(shù)狀態(tài)方程解法  2.8  符號(hào)計(jì)算結(jié)果的可視化    2.8.1  直接可視化符號(hào)表達(dá)式    2.8.2  符號(hào)計(jì)算結(jié)果的數(shù)值化繪圖    2.8.3  可視化與數(shù)據(jù)探索  2.9  符號(hào)計(jì)算資源深入利用    2.9.1  符號(hào)表達(dá)式、串操作及數(shù)值計(jì)算M碼間的轉(zhuǎn)換    2.9.2  符號(hào)工具包資源表達(dá)式轉(zhuǎn)換成M碼函數(shù)    2.9.3  借助mfun調(diào)用MuPAD特殊函數(shù)  習(xí)題2第3章  數(shù)值數(shù)組及向量化運(yùn)算  3.1  數(shù)值計(jì)算的特點(diǎn)和地位  3.2  數(shù)值數(shù)組的創(chuàng)建和尋訪    3.2.1  一維數(shù)組的創(chuàng)建    3.2.2  二維數(shù)組的創(chuàng)建    3.2.3  二維數(shù)組元素的標(biāo)識(shí)和尋訪      3.2.4  數(shù)組操作技法綜合  3.3  數(shù)組運(yùn)算    3.3.1  數(shù)組運(yùn)算的由來(lái)和規(guī)則    3.3.2  數(shù)組運(yùn)算和向量化編程  3.4  “非數(shù)”和“空”數(shù)組    3.4.1  非數(shù)    3.4.2  “空”數(shù)組  3.5  關(guān)系操作和邏輯操作    3.5.1  關(guān)系操作    3.5.2  邏輯操作    3.5.3  常用邏輯函數(shù)  習(xí)題3第4章  數(shù)值計(jì)算  4.1  數(shù)值微積分    4.1.1  近似數(shù)值極限及導(dǎo)數(shù)    4.1.2  數(shù)值求和與近似數(shù)值積分    4.1.3  計(jì)算精度可控的數(shù)值積分    4.1.4  函數(shù)極值的數(shù)值求解    4.1.5  常微分方程的數(shù)值解  4.2  矩陣和代數(shù)方程    4.2.1  矩陣運(yùn)算和特征參數(shù)    4.2.2  矩陣的變換和特征值分解    4.2.3  線性方程的解    4.2.4  一般代數(shù)方程的解  4.3  概率分布和統(tǒng)計(jì)分析    4.3.1  概率函數(shù)、分布函數(shù)、逆分布函數(shù)和隨機(jī)數(shù)的發(fā)生。    4.3.2  隨機(jī)數(shù)發(fā)生器和統(tǒng)計(jì)分析指令  4.4  多項(xiàng)式運(yùn)算和卷積    4.4.1  多項(xiàng)式的運(yùn)算函數(shù)    4.4.2  多項(xiàng)式擬合和最小二乘法    4.4.3  兩個(gè)有限長(zhǎng)序列的卷積  習(xí)題4第5章  數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化  5.1  引導(dǎo)    5.1.1  離散數(shù)據(jù)和離散函數(shù)的可視化    5.1.2  連續(xù)函數(shù)的可視化  5.2  二維曲線和圖形    5.2.1  二維曲線繪制的基本指令plot    5.2.2  坐標(biāo)控制和圖形標(biāo)識(shí)    5.2.3  多次疊繪、雙縱坐標(biāo)和多子圖    5.2.4  獲取二維圖形數(shù)據(jù)的指令ginput  5.3  三維曲線和曲面    5.3.1  三維線圖指令plot3      5.3.2  三維曲面／網(wǎng)線圖      5.3.3  曲面／網(wǎng)線圖的精細(xì)修飾    5.3.4  透視、鏤空和裁切  5.4  高維可視化    5.4.1  二維半圖指令pcolor，contour，contourf    5.4.2  四維表現(xiàn)      5.4.3  動(dòng)態(tài)圖形    5.5  圖形窗功能簡(jiǎn)介  習(xí)題5第6章  M文件和函數(shù)句柄  6.1  MATLAB控制流    6.1.1  If-else-end條件控制      6.1.2  switch-case控制結(jié)構(gòu)    6.1.3  for循環(huán)和while循環(huán)    6.1.4  控制程序流的其他常用指令  6.2  腳本文件和函數(shù)文件    6.2.1  M腳本文件    6.2.2  M函數(shù)文件    6.2.3  局部變量和全局變量    6.2.4  M函數(shù)文件的一般結(jié)構(gòu)  6.3  MATLAB的函數(shù)類別    6.3.1  主函數(shù)    6.3.2  子函數(shù)    6.3.3  匿名函數(shù)  6.4  函數(shù)句柄    6.4.1  函數(shù)句柄的創(chuàng)建和觀察    6.4.2  函數(shù)句柄的基本用法  習(xí)題6第7章  simulink交互式仿真集成環(huán)境  7.1  連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的建模與仿真    7.1.1  基于微分方程的Simulink建模    7.1.2  基于傳遞函數(shù)的Simulink建模  7.2  離散時(shí)間系統(tǒng)的建模與仿真  7.3  simulink實(shí)現(xiàn)的元件級(jí)電路仿真習(xí)題7第8章  圖形用戶界面(GuI)  8.1  GUI入門示例  8.2  控件創(chuàng)建及應(yīng)用示例  8.3  菜單及工具圖標(biāo)的設(shè)計(jì)示例    8.3.1  為界面配置標(biāo)準(zhǔn)菜單條和工具條    8.3.2  菜單定制和標(biāo)準(zhǔn)圖標(biāo)選用  習(xí)題8第9章  Notebook    9.1  Notebook的配置和啟動(dòng)    9.1.1  Notebook的配置    9.1.2  Notebook的啟動(dòng)  9.2  M—book模板的使用    9.2.1  輸入細(xì)胞(群)的創(chuàng)建和運(yùn)行      9.2.2  Notebook菜單的其他選項(xiàng)    9.2.3  輸出細(xì)胞的格式控制  9.3  使用M—book模板的若干技法附錄A  字符串、胞元及構(gòu)架數(shù)組  A.1  字符串?dāng)?shù)組  A.2  胞元數(shù)組  A.3  構(gòu)架數(shù)組附錄B  光盤使用說(shuō)明  B.1  光盤文件的結(jié)構(gòu)  B.2  光盤對(duì)軟件環(huán)境的要求  B.3  光盤文件的操作準(zhǔn)備  B.4  M—book文件夾上DOC文件的使用  B.5  mfiles文件夾上的M，MDL文件的使用  B.6  其他附錄C  MATLAB指令索引    C.1  標(biāo)點(diǎn)及特殊符號(hào)指令  C.2  主要函數(shù)指令  C.3  Simulink模塊參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   2.1.2 符號(hào)計(jì)算中的算符 由于MATLAB采用了重載（Overload）技術(shù)，使得用來(lái)構(gòu)成符號(hào)計(jì)算表達(dá)式的算符，無(wú)論在形狀、名稱上，還是在使用方法上，都與數(shù)值計(jì)算中的算符完全相同。下面就符號(hào)計(jì)算中的基本算符作簡(jiǎn)要?dú)w納。 算符“+”，“—”，“*”，“＼”，“／”，“^”分別表示“符合矩陣運(yùn)算法則”的加、減、乘、左除、右除、求冪運(yùn)算。 算符“.*”，“.＼”（或“.／”），“.”分別表示“數(shù)組對(duì)應(yīng)元素間”的乘、除、求冪。 算符“’”，“.’”分別實(shí)現(xiàn)矩陣的共軛轉(zhuǎn)置、非共軛轉(zhuǎn)置。 2.1.3 符號(hào)計(jì)算中的函數(shù)指令 MATLAB提供的是面向?qū)ο蟮能浖h(huán)境。對(duì)于不同的數(shù)據(jù)對(duì)象（如數(shù)值類和符號(hào)類），它借助重載技術(shù)，把具有相同函數(shù)計(jì)算功能的文件采用同一個(gè)函數(shù)名加以保存。這樣處理后，雖然不同類型數(shù)據(jù)的處理方法不同，但從形式上看，用于數(shù)值計(jì)算的函數(shù)與用于符號(hào)計(jì)算的函數(shù)卻沒(méi)有什么區(qū)別。至于運(yùn)算中是調(diào)用數(shù)值計(jì)算文件還是符號(hào)計(jì)算文件，完全由所計(jì)算的對(duì)象屬性（數(shù)值類還是符號(hào)類）決定。 MATLAB用于符號(hào)計(jì)算的函數(shù)很多（見(jiàn)表2.1—2），大致分為三個(gè)層次。 第一層次：幾乎與所有數(shù)值類函數(shù)和指令對(duì)應(yīng)的“同名符號(hào)類函數(shù)和指令”。 第二層次：約50個(gè)經(jīng)典特殊函數(shù)（如誤差函數(shù)、貝塞爾函數(shù)、橢圓積分等）。它們要借助mfun調(diào)用。在MATLAB的數(shù)值計(jì)算中沒(méi)有對(duì)應(yīng)的函數(shù)可供調(diào)用。 第三層次：數(shù)量很大的MuPAD庫(kù)函數(shù)。它們借助evalin和feval指令調(diào)用。 說(shuō)明 雖然數(shù)值計(jì)算與符號(hào)計(jì)算中有許多同名函數(shù)，但是讀者在使用函數(shù)時(shí)，還是要十分注意函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)類型的要求，否則容易出錯(cuò)。舉例來(lái)說(shuō)，就數(shù)字而言，有雙精度數(shù)字和符號(hào)類數(shù)字之分。這兩種數(shù)字，顯示形式有時(shí)非常相似。但假如把符號(hào)類數(shù)字輸入到某個(gè)只對(duì)數(shù)值數(shù)據(jù)適用的函數(shù)（如plot）中，就一定會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。 2.1.4 符號(hào)對(duì)象的識(shí)別 在MATLAB中，函數(shù)指令很多。有的函數(shù)指令適用于多種數(shù)據(jù)對(duì)象（如數(shù)值、符號(hào)等），但也有的函數(shù)指令只對(duì)某種數(shù)據(jù)對(duì)象適用。在數(shù)值計(jì)算和符號(hào)計(jì)算混合使用的情況下，由于函數(shù)指令與數(shù)據(jù)對(duì)象不適配引起的錯(cuò)誤容易發(fā)生。

編輯推薦

《普通高校"十二五"規(guī)劃教材:MATLAB教程R2012a》內(nèi)容充實(shí)、篇幅緊湊，是專為理工科院校本科生系統(tǒng)學(xué)習(xí)MATLAB而撰寫(xiě)的，也可供部分研究生使用；既可用作課堂教學(xué)教材及課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)參考用書(shū)，也可作為自學(xué)用書(shū)。

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