精通MATLAB R2011a

前言

1.編寫背景MATLAB（MATrix LABoratory）自20世紀80年代初問世以來，歷經30年的實踐檢驗、市場篩選和時間凝煉，已成為科學研究、工程技術等眾多領域最可信賴的科學計算環(huán)境和標準仿真平臺，成為高等教學必須傳授的學習和計算軟件，成為學術演講、交流中實驗數據和曲線圖形的來源。近年我國經濟發(fā)展迅猛，“便攜式個人電腦 + MATLAB”的配置工具在高校、科研院所以驚人的速度迅速普及。這使得理工科高校的每位師生、科研院所的每位研發(fā)人員都擁有了前所未有的巨大“計算潛能”。原有的研究方法、設計程式、論文寫作方式以及教學內容等都必將受到這種新的“計算潛能”的巨大的沖擊。為緩和巨大計算潛能和原有教材之間的矛盾，國內外理工科高校教材幾乎都作出了把MATLAB引進教材的努力。這種努力大致可分為兩個層面。第一層面，完全不改變原有教材內容，而僅把MATLAB作為“手算的替身”用于相關內容的算例習題解算。第二層面，對原有教材中“那些手算所不能處理”的內容加以改變，而成為由MATLAB實施的新章節(jié)；或把原教學大綱中“那些采用硬件設備進行”的實驗改成MATLAB仿真。MATLAB對我國高等教學的影響，雖然比國外晚10年左右，但變化之迅速卻遠非歐美所及。在幾乎“人手一機”和MATLAB普及使用的高校里，無論是教師或學生，也不管有意識思考還是無意識感受，都會時時面臨一個共同的問題：擁有嶄新電腦工具的我們還有必要循著計算尺時代形成的模式去學習分析和綜合設計嗎？硬件的低成本化、外界的需求又反過來推動MATLAB自身的改變和發(fā)展。近30年的歷練，MATLAB已經從純指令操作軟件發(fā)展為在各種界面進行交互式操作的平臺，從單純的分析、計算軟件發(fā)展成為集計算、仿真、硬件開發(fā)于一體的綜合環(huán)境，從單一學科輔助工具擴展為多門類多學科的計算資源庫。2.編寫宗旨及特點本書作者自2000年編寫《精通MATLAB 5.3版》和2003年編寫《精通MATLAB 6.5版 》以來，主要精力一直投入于以MATLAB為工具的控制、信號處理及智能計算等研究。與此同時，隨著MATLAB的不斷升級，每年也為《精通》一書寫些修訂和增補文檔，直接服務于面向本校學生的MATLAB課程。在此七、八年期間，本書作者曾多次嘗試《精通》一書的修訂，但終因時間不足，致半途而廢。2008年秋，MATLAB的默認符號計算引擎由Maple更換為MuPAD。這一重大變化促使本書作者下定“重寫《精通》”的決心。此后，歷時2年多，完成此書初稿，共1150頁(A4版面)。這樣大的篇幅令人尷尬。一方面，恐因篇幅過大，而束縛對內容深度與廣度應有的舒展；另方面，這千余頁篇幅，無疑不便于讀者使用。經與編輯多次商討后，決心對MATLAB與C、C++等外部程序關聯(lián)的內容作“切除留后”處理，對MATLAB“自封閉”內容則進行了削枝強干的調整?，F在本書具有如下幾個特點。秉承《精通MATLAB 6.5版》的編寫宗旨：全面地多層次地描述MATLAB的通用功能?！叭婕岸鄬哟巍北憩F為：本書對MATLAB本身的入門引導寫得相當細膩，即使是對MATLAB一無所知的讀者，也可以循著本書的第1章，順利跨入門檻。對于那些不大熟悉數值、符號、Simulink等計算、建模的讀者來說，只要找到相關章節(jié)，沿著若干初始算例樹立的“路標”，循序漸進，就能很快通過自我學習獲得熟練運用的能力。涉及MATLAB較深應用層面，如數值計算泛函指令的參數傳遞、符號變量的非負、整數域約束及跨空間計算、Simulink的信息流控制、圖形用戶界面回調函數編寫等內容，本書的闡述也都可以為讀者解除困惑。本書276個算例中的絕大多數都是相對獨立的，都配有可實際運行的完整解算指令。即使MATLAB新手，或對算例所涉及知識不甚了解的讀者，只要循序操作算例指令，并閱讀指令后的相關解釋，也能順利實踐，獲得啟發(fā)后，更可舉一反三。繼續(xù)保持《精通MATLAB 6.5版》的編寫傳統(tǒng)：在避免囫圇吞棗的限度內，盡可能簡明完整地透析MATLAB指令、Simulink模塊的數學本質及其應用。例如：依托有限差分、積分等章節(jié)的算例，揭示建立在“浮點數系”基礎上的數值計算，如何受“精度、空間、時間”等微觀、宏觀測度有限性的影響。借助奇異值分解闡述秩、范、子空間等矩陣結構計算的數值本質，借助特征值分解描述矩陣函數的計算本質。鑒于MATLAB R2011a版關于隨機流概念的系統(tǒng)歸納和rng新指令的給出，本書用較多篇幅闡述了偽隨機流、隨機序列的創(chuàng)建、重現控制和獨立性控制的多種方法。此外，還簡明描述了均值、偏差、斜度、峭度等統(tǒng)計量的幾何意義及計算指令。提出求取系統(tǒng)傳遞函數的代數方程符號法，此法不僅系統(tǒng)性強而不依賴“人工技巧”，而且還原了梅遜信流圖法的數學實質。借助積分模塊的兩種不同數學表述，隱喻Simulink積分解算方式與數值積分指令的本質差異——前者體現“時間流”，后者依賴“數據流”。保持并延伸《精通MATLAB 6.5版》所涉內容的數學知識縱深度，多方位地適應MATLAB用戶知識層面的深化和多樣化。例如：在數值積分方面，不僅介紹了MATLAB“求面積、求體積”的quad類指令，而且介紹了樣條積分、Monte Carlo積分、Simulink積分的基本原理和實現方法。在隨機變量和數理統(tǒng)計方面，較大篇幅增添的內容有：全局隨機流、隨機序列的創(chuàng)建、重現控制和獨立性控制，三階斜度、四階峭度計算等。在模型擬合和參數估計方面，新增內容——以多項式擬合為算例，描述了擬合參數標準差及置信區(qū)間、新觀察預測區(qū)間等。在優(yōu)化計算方面，不僅介紹了無約束優(yōu)化計算，還新增了帶約束優(yōu)化計算及全域尋優(yōu)算法和思想。推介MATLAB現代計算能力在方法學層面的新表現，描述這種現代計算能力對“計算尺時代”遺留下來的傳統(tǒng)概念、方法和技巧的審視和沖擊。例如：第5.7.1節(jié)利用代數方程求根的現代計算能力和MATLAB的圖形表現力，直接根據不同放大倍數下求得的閉環(huán)根序列，繪制“精良根軌跡”，并進而借助MATLAB提供的數據探索工具形象、互動地表現放大倍數與閉環(huán)根之間的依賴關系。這種新方法概念清晰、操作簡單、圖形精準。值得指出的是：現今高校教材所教授的傳統(tǒng)根軌跡繪制法，乃是建立在“計算尺能力”之上的。第5.7.2節(jié)利用求解符號代數方程的現代能力，直接求取“方框圖”或“信流圖”的系統(tǒng)傳遞函數。該方法系統(tǒng)性、規(guī)范性及計算的簡單性遠勝于“計算尺時代”的梅遜法。值得指出的是：梅遜法至今仍廣泛地存在于我國高校的“信號與系統(tǒng)”“自動控制原理”等教材中。第5.8.3節(jié)，借助MATLAB的圖形表現力，繪制誤差曲面，形象地展示了泰勒近似的“鄰域適用性”。第8.7.51小節(jié)利用微分方程單步仿真法繪制“狀態(tài)軌跡”，其對系統(tǒng)性狀的描述能力遠強于“傳統(tǒng)相軌跡”。這種單步狀態(tài)軌線，不僅能精確地表現穩(wěn)定平衡點周圍的速度場，而且能同樣精確地表現不穩(wěn)定平衡點周圍的速度場。第8.7.52小節(jié)利用數值優(yōu)化指令求得的ITAE標準型系統(tǒng)的性能顯然優(yōu)于“模擬機時代”給出的那些傳統(tǒng)ITAE標準型系統(tǒng)。本書特別在第6.8節(jié)新增3小節(jié)用于表述MATLAB的交互式數據探索工具：數據探針、數據刷和數據鏈。而算例5.7.1則綜合地表現了數據探索工具的具體應用。算例4.53、4.121、4.123分別表現了MATLAB圖形能力在非線性方程求解、單變量尋優(yōu)、帶約束二元函數尋優(yōu)等方面的應用價值。本書第9章詳細敘述了對研究方法有重大影響的圖形用戶界面(GUI)的制作方法。該章算例9.21展示了GUI表現二階系統(tǒng)階躍響應各種特征時所特有的能力。此外，也對原《精通MATLAB 6.5版》少部分內容進行了刪減。完全刪去原書中的“MATLAB編譯器”、“應用程序接口API”兩章。原因是：一，避免因篇幅限制，使其內容顯得膚淺；二，避免因外部程序變化，使其內容不穩(wěn)定。刪除原書中“句柄圖形”一章。原因是：一，各種圖形對象的屬性，現已可在MATLAB圖形窗中便捷地讀取和設置；二，部分常用的圖形對象屬性的指令設置內容已被融入新書的其他章節(jié)。原書中“Notebook”一章，精簡后以附錄形式出現。3. 內容簡介全書由目錄、正文、附錄和隨書光盤組成。正文共9章。第1章基礎準備及入門詳細講述MATLAB的工作平臺、基本特征和使用方法，講授如何借助MATLAB的幫助系統(tǒng)解決所遇到的困難。任何MATLAB新手借助本章都可以比較順利地跨入MATLAB門檻。第2章數值數組及向量化運算介紹MATLAB的兩個數據類型（數值數組、邏輯數組），兩個特有變量（“非數”及“空”），兩個MATLAB指令及編程特征（數組運算和向量化編程）。其中數值數組創(chuàng)建、編址、援引尋訪、擴展收縮等所涉的概念和技法也適用于其他數據類型數組。第3章字符串、胞元和構架數組集中介紹字符串、胞元、構架三種數據類型的創(chuàng)建、特點及相互轉換。掌握這些數據類型有助于理解MATLAB（方程求解、優(yōu)化）泛函指令、圖形對象、Simulink模型模塊等的參數設置和使用。第4章數值計算集中描述MATLAB的數值計算能力，其節(jié)次按數學類別劃分。所涉數學理論知識大致涵蓋理工科本科及研究生知識層面。每個算例都會簡明地勾勒問題的來龍去脈，幫助讀者克服由于理論數學、計算數學、MATLAB指令間的知識跳躍和交叉引起的困惑。第5章符號計算MATLAB由數值計算引擎驅動，其隨帶的符號計算引擎是MuPAD。本章內容完全適配MuPAD引擎。該章的解題理念、建模計算、結果表述等都不同于數值計算，而與傳統(tǒng)教科書的理論內容相似，因此學生更容易接受并使用。因為該章內容相對獨立，所以在內容設計上，安排了從簡單入門到跨空間進入MuPAD環(huán)境的多層次節(jié)次。第6章數據可視及探索系統(tǒng)闡述離散數據繪制成圖的基本機理、基本技法、繪圖指令的調用和搭配。介紹MATLAB圖形窗所具備的“數據——圖形雙向交互能力”，推介MATLAB最新體現的“交互式數據探索”研究方法。第7章M文件和函數句柄系統(tǒng)介紹MATLAB編程的基本構件、數據流控制、各類子函數、兩種函數句柄、泛函計算指令、跨空間調用和賦值等內容，為編寫較復雜程序讀者所必讀。第8章Simulink交互仿真環(huán)境Simulink的建模、解算、結果表述既不同于數值計算，也不同于符號計算，相對獨立，由淺入深層次分明。第一個算例，非常詳盡地描寫Simulink的交互式建模步驟、操作要領、注意事項，以使新手可循此例而入門。其他節(jié)次則涉及構造并運作復雜Simulink模型所必需的各種連續(xù)和離散模塊，各種條件控制子系統(tǒng)，各種操作指令。第9章圖形用戶界面(GUI)重點介紹GUI的GUIDE輔助設計法。算例9.21的細膩敘述，足以幫助對GUI完全陌生的讀者，初步掌握創(chuàng)建圖形用戶界面的全部操作要領。該章內容的重要性在于：GUI不僅使研發(fā)過程友善、結果表現形象生動，而且有孕育新研發(fā)技術和思維方式的潛能。附錄共3個。附錄A  Notebook簡扼介紹Notebook工作環(huán)境的創(chuàng)建、組織及應用。該附錄將有助于讀者創(chuàng)建集文字表述、數學公式、解算指令、計算結果、圖形表現于一體的學術演講稿、教學課件、科研報告、學位論文等。附錄 B  光盤使用說明專為隨書光盤編寫，主要用于：說明光盤mbook目錄上所載DOC文件的開啟環(huán)境和使用方法；說明光盤mfile目錄上M、MDL文件的使用。附錄 C  索引根據英文字母排列次序，列出了本書敘述文字或算例中所涉及的所有符號、指令、模塊和圖形對象屬性的“英文關鍵詞（或符）”。讀者借助該“索引”，可以由“英文關鍵詞（或符）”找到相關的中文說明或使用算例。4. 讀者對象MATLAB自身性質決定了本書的主要讀者對象是：需要數學建模、研究分析、理論驗證、計算機仿真的各類大學生、研究生、教師和科研人員。本書的章節(jié)安排、各章內容、276個算例是作者根據MATLAB所跨數學及程序語言兩大范疇的內涵融合而成的。與一般程序語言類書籍相比，本書的特點在于：包含了較大篇幅的理論數學、計算數學及其他專業(yè)基礎方面的理論描述。而與一般的數學教材、計算方法書籍相比，不同之處又在于：本書并不停留于純推理性闡述，而特別注重于表述完成計算任務的MATLAB指令的使用要旨及注意事項。因此，本書可以用作為MATLAB編程、數學建模、科學計算、數字仿真的綜合教學用書和科研參考書。本書在講述數值建模、符號建模、Simulink建模、及GUI制作等內容時，都專門設計了操作步驟及引導性算例（所涉工具介紹得特別詳細），用以幫助初學者順利地入門，并使他們在閱讀指令的注解說明后，可以舉一反三。因此，本書也可以供各類研發(fā)人員自學使用。除顯而易見的簡單算例外，本書作者在設計和編寫算例時，盡力在理論和編程兩方面保持各算例的獨立性和完整性，以供各類讀者根據需要隨時片段地翻閱，掌握具體的算法和指令配合。換句話說，像字典一樣，本書可用作查閱算法或MATLAB具體指令調用方法的“手冊”。5. 使用建議本書用于教學時，教師可參考本書章節(jié)次序安排教學進程。講授時，不建議使用PowerPoint形式的課件，而建議采用Notebook制作的課件。這是因為，后者可以讓聽課的學生在Word文字環(huán)境中看到MATLAB指令的實時操作和現場顯示出的數值或圖形結果。本書為教師制作課件方便，在隨書光盤里，提供了保持全書章節(jié)結構、算例可運行M碼的電子文檔。本書用于系統(tǒng)自學時，讀者可不必循序閱讀，也不建議通讀。建議先認真閱讀并實踐入門性算例，而不必強求自己去操練那些數學知識過深或編程過于復雜的算例。此外，再次誠懇地建議：不要采用“復制隨書光盤中現成M碼”的方法，去實踐本書算例，而應采用“自己鍵入”的方式去實踐，以體會編寫程序的思路和過程。本書用作“手冊”查閱參考時，讀者應注意目錄、索引、英文關鍵詞的不同檢索功用。目錄用于“可能模糊的內容”檢索；索引用于“已知指令名稱”的交叉檢索；（本書中出現的）英文關鍵詞專供MATLAB幫助瀏覽器信息的檢索使用。本書所有算例的M碼都是可靠且可運行的，所有算例結果也都是可重現的。至于那些無法通過紙質書籍表現的Simulink模型代碼和彩色圖形，讀者都可以在隨書光盤中找到相應的MDL文件或電子文檔。隨書光盤中，還存放有與《精通MATLAB 6.5版》相配的電子文檔，以供讀者不時之需。6. 致謝本書是作者長年科研和教學積累的結果。本書的成稿得到張昀、阮秀凱、靳種寶、李娟娟、胡麗珍、謝逢博、馮子豪、王貴銀、張傳飛、朱捷、錢建平、江潔、蔣嘯、王擔擔、張蓉等博士和碩士研究生的幫助和支持，得到我始終一貫的合作者楊祖櫻教授的全力支持。借本書出版之際，向他們表示真誠的感謝。最后還要感謝北京航空航天大學出版社長期一貫的支持和合作。本書雖幾經反復篩選提煉，但限于作者知識，贅病、錯誤和偏見仍難避免。在此，懇切各方面專家和廣大讀者的不吝指教。作者電子信箱：zyzh@njupt.edu.cn。作者2011年6月初于南京江寧

內容概要

　　本書由紙質媒體和電子媒體有機結合而成。紙質媒體便于讀者進行系統(tǒng)、全面、長時間連續(xù)地閱讀，便于隨心翻閱、瀏覽；而電子媒體向讀者提供色彩信息和動態(tài)交互的軟件環(huán)境，提供讀者實踐本書內容所需的各種文件。
本書包含MATLAB使用和數學知識的豐富層次。編著本書有四個主要目的：（1）幫助初學者順利跨入MATLAB大門；（2）全面、多層次、細致而深入地敘述MATLAB中數值、字符串、胞元、構架、邏輯、函數句柄六種重要數據類型的應用規(guī)則、相互配用和編程規(guī)范；（3）由淺入深地闡述MATLAB三種建模、分析、仿真環(huán)境——數值計算、符號計算和Simulink環(huán)境的特征和使用要領；（4）以實例講述MATLAB代表的現代計算能力對傳統(tǒng)算法和思維的影響。
全書包含276個算例。所有算例的程序都是可靠、完整的。讀者可以完整、準確地重現本書所提供的算例結果，以掌握要領，舉一反三，到達靈活應用的境地。
本書正文和算例所涉及的指令全部羅列在“附錄C索引”中。該索引與目錄組合，可為讀者提供比較完善的快速查閱環(huán)境。
隨書光盤中包含：黑白紙質印刷版無法表現的各種彩色圖形；用Mbook模板制作的“活性”的各章DOC文檔；各算例運行所需的M文件和MAT數據文件；Simulink塊圖模型的MDL文件；圖形用戶界面的FIG文件。
本書既可作為理工科院校研究生、本科生系統(tǒng)學習的教材，又可以作為廣大科技工作者借助MATLAB進行科學計算及仿真的自學和參考用書。

作者簡介

　張志涌
籍貫無錫，教授，博士生導師，享受國務院專項津貼；IEEE高級會員、中國智能自動化專委會委員、中國機器人競賽工作委員會委員、江蘇省自動化學會常務理事；先后受教育于清華大學、上海交通大學、荷蘭王國Eindhoven技術大學。
 　1989年至今，先后用MATLAB
3.0及以后各版本，從事系統(tǒng)辨識、故障診斷、系統(tǒng)仿真、智能計算和控制、無線信道盲辨識及盲均衡、仿真機器人足球和多智能體等方面的研究，先后主持和完成國家自然科學基金、省部基金資助的科研項目10多項，以第一作者身份發(fā)表論文80余篇。
　1993年起，先后為研究生、本科生講授模式識別、系統(tǒng)辨識、故障診斷、自控原理、盲系統(tǒng)辨識和盲信號處理、MATLAB與仿真等課程。其中MATLAB與仿真課程，至今已有十多年的持續(xù)講授經驗。
 　2003年起，利用MATLAB作為研究基礎和仿真平臺，從事SCILAB科學計算開放軟件和RoboCup
2D/3D仿真足球機器人研究，指導學生在國內外大賽中持續(xù)取得包括全國冠軍、世界冠軍在內的優(yōu)異成績。
　　1992年對MATLAB
3.0實現漢化，并編寫相應講義。1997年出版《掌握和精通MATLAB》；2000年出版《精通MATLAB
5.3版》；2001年出版《MATLAB教程——基于6.x版本》。2003年出版《精通MATLAB
6.5版》；2006年出版《MATLAB教程》的第一版，該書每年都作更新，以及時適應MATLAB的最新變化，最新版已升級至R2011a；2011年出版本書《精通MATLAB
R2011a》。

書籍目錄

第1章 基礎準備及入門1
1.1MATLAB的安裝和工具包選擇1
1.2Desktop操作桌面的啟動2
1.2.1MATLAB的啟動2
1.2.2Desktop操作桌面簡介2
1.3Command Window運行入門3
1.3.1Command Window指令窗簡介3
1.3.2最簡單的計算器使用法3
1.3.3數值、變量和表達式5
1. 數值的記述5
2. 變量命名規(guī)則5
3. MATLAB默認的數學常數5
4. 運算符和表達式7
5. 面向復數設計的運算——MATLAB特點之一8
6. 面向數組設計的運算——MATLAB特點之二11
1.4Command Window操作要旨14
1.4.1指令窗的顯示方式14
1. 默認的輸入顯示方式14
2. 運算結果顯示14
3. 顯示方式的永久設置15
1.4.2指令行中的標點符號15
1.4.3常用控制指令17
1.4.4指令窗中指令行的編輯17
1.5歷史指令窗(Command History)18
1.5.1Command History歷史指令窗簡介18
1.5.2歷史指令的再運行19
1.6當前目錄瀏覽器（Current Directory）、路徑設置器和文件管理19
1.6.1當前目錄瀏覽器簡介20
1.6.2用戶目錄和當前目錄設置21
1.6.3MATLAB的搜索路徑21
1.6.4MATLAB搜索路徑的擴展22
1. 何時需要修改搜索路徑22
2. 利用設置路徑對話框修改搜索路徑22
3. 利用指令path設置路徑22
1.7工作空間瀏覽器和變量編輯器23
1.7.1工作空間瀏覽器和變量可視化23
1.7.2工作空間的管理指令25
1. 查詢指令who及whos25
2. 從工作空間中刪除變量和函數的指令clear25
3. 整理工作空間內存碎片的指令pack25
1.7.3Variable Editor變量編輯器26
1.7.4數據文件和變量的存取26
1. 借助工作空間瀏覽器產生保存變量的MAT文件26
2. 借助輸入向導Import Wizard向工作空間裝載變量26
3. 存取數據的操作指令save和load27
1.8Editor/Debugger和腳本編寫初步28
1.8.1Editor/Debugger M文件編輯器簡介28
1.8.2M腳本文件編寫初步29
1.9幫助系統(tǒng)及其使用30
1.9.1幫助體系的三大系統(tǒng)30
1.9.2常用幫助指令30
1. 函數搜索指令30
2. 詞條搜索指令31
1.9.3Help 幫助瀏覽器32
1. 幫助瀏覽器的導出32
2. 幫助瀏覽器界面簡介32
3. 幫助瀏覽器默認顯示的利用34
第2章數值數組及向量化運算39
2.1數值數組的創(chuàng)建和尋訪39
2.1.1一維數組的創(chuàng)建39
1. 遞增/減型一維數組的創(chuàng)建39
2. 其他類型一維數組的創(chuàng)建40
2.1.2二維數組的創(chuàng)建41
1. 小規(guī)模數組的直接輸入法41
2. 中規(guī)模數組的數組編輯器創(chuàng)建法41
3. 中規(guī)模的M文件創(chuàng)建法42
4. 利用MATLAB函數創(chuàng)建數組43
2.1.3二維數組元素的標識和尋訪45
1. 數組的維數和大小45
2. 數組的標識和尋訪46
2.1.4數組的擴縮和特殊操作47
1. 數組的擴充和收縮47
2. 數組的特殊操作49
3. 數組操作函數51
2.2數組運算52
2.2.1數組運算的由來和規(guī)則52
1. 函數關系數值計算模型的分類52
2. 提高程序執(zhí)行性能的三大措施52
3. 數組運算規(guī)則52
4. 數組運算符及數組運算函數53
2.2.2數組運算和向量化編程54
2.2.3數組特殊運算指令匯總57
2.3高維數組59
2.3.1高維數組的創(chuàng)建59
2.3.2高維數組的孤維刪除61
2.3.3高維數組的維度重排62
2.4“非數”和“空”數組64
2.4.1非數NaN64
2.4.2“空”數組66
2.5關系操作和邏輯操作67
2.5.1關系操作67
2.5.2邏輯操作69
2.5.3常用邏輯函數71
第3章字符串、胞元和構架數組72
3.1MATLAB的數據類型72
3.2字符串數組73
3.2.1串數組的屬性和標識73
3.2.2復雜串數組的創(chuàng)建75
1. 多行字符串數組的創(chuàng)建75
2. 利用胞元數組創(chuàng)建復雜字符串77
3.2.3串轉換函數78
3.2.4串操作函數82
3.3胞元數組82
3.3.1胞元數組的創(chuàng)建和顯示83
1. 胞元標識尋訪和內容編址尋訪的不同83
2. 胞元數組的創(chuàng)建和顯示83
3.3.2胞元數組的擴充、收縮和重組84
3.3.3胞元數組內容的獲取和配置85
3.3.4胞元與數值數組之間的轉換87
3.3.5對胞元數組運算的cellfun指令88
3.3.6胞元數組的操作函數匯總90
3.4構架數組90
3.4.1構架數組的創(chuàng)建和顯示91
1. 直接創(chuàng)建法及顯示91
2. 利用構造函數創(chuàng)建構架數組92
3.4.2構架數組域中內容的調取和設置93
3.4.3構架數組的擴縮、域的增刪和域名重排96
3.4.4構架數組和胞元數組之間的轉換97
3.4.5對構架域運算的structfun和arrayfun指令100
3.4.6構架數組的操作函數匯總102
第4章數值計算103
4.1MATLAB的浮點數體系103
4.2數值微積分104
4.2.1數值極限104
4.2.2數值差分106
4.2.3數值積分（Numerical Integration）108
1. 一元函數積分（Quadrature）108
2. 樣條法求一元數值積分112
3. 用SIMULINK求一元數值積分112
4.2.4多重數值積分113
1. 常限重積分113
2. 變限重積分114
4.3矩陣分析117
4.3.1矩陣運算和特征參數117
1. 矩陣運算117
2. 矩陣的標量特征參數118
4.3.2奇異值分解和矩陣結構119
1. 奇異值分解119
2. 與奇異值相關的矩陣結構119
4.4特征值分解和矩陣函數123
4.4.1特征值分解問題123
4.4.2矩陣的譜分解和矩陣函數125
4.5解線性方程126
4.5.1求解線性方程的相關指令127
4.5.2線性方程矩陣除解法127
4.5.3線性二乘問題的解129
4.5.4一般代數方程的解130
4.6隨機數的產生及其特征描述133
4.6.1隨機數的產生及重現控制133
1. 默認全局隨機流的簡明管理指令133
2. 三種基本隨機數發(fā)生指令134
3. 用戶隨機流的創(chuàng)建和使用136
4. 隨機流的重現控制140
5. 獨立隨機數序列和隨機流的產生143
6. 隨機數重現控制舊版指令的使用建議148
4.6.2數據樣本分布可視化描述149
4.6.3隨機分布的數字特征及其統(tǒng)計量150
1. 隨機分布的中心位置統(tǒng)計量150
2. 隨機分布的聚散度統(tǒng)計量151
3. 斜度和峭度高階統(tǒng)計量152
4.7多項式運算和卷積157
4.7.1多項式的運算函數157
1. 多項式表達方式的約定157
2. 多項式運算函數157
4.7.2卷積161
1. 兩有限長序列的卷積161
2. 有限長序列與無限長序列的卷積164
4.8多項式擬合和非線性最小二乘165
4.8.1線性擬合和最小二乘165
4.8.2多項式擬合166
4.8.3非線性最小二乘擬合172
1. 偽線性化處理172
2. 非線性最小二乘擬合172
4.9插值和樣條176
4.9.1一維插值176
4.9.2高維函數的插值179
4.9.3樣條插值181
4.9.4樣條函數的應用183
1. 樣條函數的微積分183
2. 樣條函數的零點和最小值186
4.10 Fourier分析191
4.10.1快速Fourier變換和逆變換指令191
4.10.2連續(xù)時間函數的Fourier級數展開192
1. 展開系數的積分求取法192
2. Fourier級數與DFT之間的數學聯(lián)系193
3. MATLAB算法實現193
4.10.3利用DFT計算連續(xù)函數Fourier變換CFT201
1. CFT與DFT之間的數學聯(lián)系201
2. MATLAB算法實現202
4.11常微分方程205
4.11.1常微分方程初值問題的解算205
1. 求解初值問題的思路205
2. 解算指令的調用格式206
3. 解算指令的屬性及其設置207
4. 嵌套函數法傳遞解算參數209
5. 匿名函數法傳遞解算參數213
6. 帶事件設置的微分方程解算215
4.11.2常微分方程的邊值問題解218
1. bvp4c求解邊值問題的思路219
2. 求解邊值問題的配套指令220
3. 求解含未知參數的邊值問題222
4.12最小值優(yōu)化問題227
4.12.1MATLAB最小值優(yōu)化指令概述227
4.12.2單變量局域優(yōu)化指令fminbnd228
4.12.3多變量無約束局域優(yōu)化指令fminsearch232
4.12.4多變量約束局域優(yōu)化指令fmincon236
4.12.5GlobalSearch實施的全域優(yōu)化242
第5章符號計算250
5.1符號對象的產生和識別250
5.1.1基本符號對象的創(chuàng)建250
1. 定義符號數字和符號常數
2. 定義基本符號變量251
3. 定義元符號表達式251
5.1.2符號計算中的算符和函數指令252
1. 符號計算中的算符252
2. 符號計算中的函數指令252
5.1.3符號對象、變量、自由變量的識別253
1. 符號對象的識別253
2. 符號變量及自由變量的認定254
5.1.4符號運算機理和變量假設259
1. 符號運算的工作機理259
2. 對符號變量的限定性假設259
3. 清除變量和撤銷假設260
5.1.5符號幫助及其他常用指令263
1. 符號運作的幫助體系263
2. 服務于符號運算的其他指令267
5.2數字類型轉換及符號表達式操作268
5.2.1數字類型及轉換268
1. 三種數字類型及轉換指令268
2. 雙精度數字向符號數字轉換269
3. 符號數字向雙精度數字轉換274
4. 符號數字的任意精度表達形式275
5.2.2符號表達式的簡化操作277
5.2.3表達式中的置換操作280
1. 公因子法簡化表達280
2. 通用置換指令282
5.3符號微積分285
5.3.1極限和導數的符號計算285
5.3.2序列/級數的符號求和290
5.3.3符號積分291
5.4微分方程的符號解法295
5.4.1符號解法和數值解法的互補作用295
5.4.2求微分方程符號解的一般指令295
5.4.3微分方程符號解示例296
5.5符號變換和符號卷積299
5.5.1Fourier變換及其反變換299
5.5.2Laplace變換及其反變換303
5.5.3Z變換及其反變換305
5.5.4符號卷積308
5.6符號矩陣分析和代數方程解309
5.6.1符號矩陣分析309
5.6.2線性方程組的符號解310
5.6.3一般代數方程組的解311
5.7符號算法的綜合應用313
5.7.1三維根軌跡和數據探索313
5.7.2代數狀態(tài)方程求符號傳遞函數319
1. 結構框圖的代數狀態(tài)方程解法320
2. 信號流圖的代數狀態(tài)方程解法322
3. 多輸入、多輸出系統(tǒng)傳遞矩陣的求取324
5.8符號計算結果的可視化326
5.8.1直接可視化符號表達式326
1. 單獨立變量符號函數的可視化327
2. 雙獨立變量符號函數的可視化329
5.8.2符號計算結果的數值化繪圖330
5.8.3可視化與數據探索332
5.9符號計算資源的數值環(huán)境應用335
5.9.1符號表達式、串操作及數值計算M碼間的轉換335
5.9.2符號工具包資源表達式轉換成M碼函數337
1. 轉換指令matlabFunction337
2. 把符號包資源轉換成M碼函數的示例338
3. 把MuPAD資源轉換為M碼函數的示例344
5.9.3用符號表達式創(chuàng)建Simulink用戶模塊345
1. 轉換指令emlBlock345
2. 把符號包資源轉換為Simulink模塊的示例346
5.10MuPAD資源的深層利用349
5.10.1借助mfun調用MuPAD特殊函數349
5.10.2直接調用MuPAD的函數352
1. 非mfunlist列表MuPAD函數的調用步驟353
2. 借助evalin運行MuPAD函數353
3. 借助feval運行MuPAD函數356
第6章數據可視及探索359
6.1引導359
6.1.1離散數據和離散函數的可視化359
6.1.2連續(xù)函數的可視化360
6.1.3可視化的一般步驟362
1. 繪制二維圖形的一般步驟362
2. 繪制三維圖形的一般步驟363
6.2二維線圖及修飾操作364
6.2.1基本指令plot的調用格式365
1. 基本調用格式365
2. 衍生調用格式366
3. 帶屬性設置的調用格式367
6.2.2坐標控制和圖形標識369
1. 坐標軸的控制369
2. 分格線和坐標框371
3. 圖形標識指令371
4. 標識字符的精細控制372
6.2.3多次疊繪、雙縱坐標和多子圖375
1. 多次疊繪375
2. 雙縱坐標圖376
3. 多子圖377
6.3三維繪圖及修飾操作378
6.3.1三維線圖指令plot3378
6.3.2三維曲面/網線圖指令379
1. 基本調用格式379
2. 衍生調用格式380
3. 色圖colormap381
4. 濃淡處理shading381
6.3.3視點控制和圖形的旋動382
1. 視點控制view382
2. 圖形旋動rotate383
6.3.4光照、材質和透視384
1. 光照light384
2. 材質處理material384
3. 透明處理386
6.3.5消隱、鏤空和裁切390
1. 網線的消隱390
2. 圖形的鏤空390
3. 圖形的裁切391
6.4高維可視化392
6.4.1二維半圖線392
6.4.2準四維表現393
6.4.3四維切片及等位線394
6.5動態(tài)圖形396
6.5.1高層指令生成動態(tài)圖形396
1. 彗星狀軌跡圖396
2. 色圖的變幻397
3. 影片動畫397
6.5.2低層指令生成實時動畫398
6.6特殊圖形指令401
6.6.1彩色份額圖401
1. 面域圖area401
2. 直方圖bar, barh, bar3, bar3h402
3. 餅圖pie, pie3402
6.6.2有向線圖402
6.6.3多面體異形圖403
1. 德洛奈三角剖分和Voronoi圖403
2. 填色圖fill,fill3404
3. 不規(guī)則數據的網線圖和曲面圖405
4. 彩帶圖ribbon406
6.6.4散點圖scatter和plotmatrix407
6.6.5泛函繪圖指令fplot408
6.7圖像409
6.7.1圖像的類別和顯示410
6.7.2圖像的讀寫411
6.8圖形窗的編輯探索功能414
6.8.1圖形窗的結構414
1. 圖形窗的功能分區(qū)414
2. 圖形窗工具條415
3. 主要構件與對應菜單416
6.8.2指令鼠標混合操作生成繪圖文件418
6.8.3數據探針422
6.8.4數據刷424
6.8.5數據鏈和數據聯(lián)動427
第7章M文件和函數句柄432
7.1M碼編程的基本構件432
7.2MATLAB的數據流控制434
7.2.1for循環(huán)和while循環(huán)控制434
1. 循環(huán)結構的基本形式434
2. 輔助控制指令continue和break438
7.2.2if?elseif?else條件分支控制440
7.2.3switch?case切換多分支控制442
7.2.4try?catch容錯控制443
7.2.5編程用的其他指令446
1. return返回和pause暫定446
2. error出錯信息和warning警告447
3. 與鍵盤交互指令input和keyboard447
7.3M文件和P文件448
7.3.1M文件448
1. M腳本文件448
2. M函數文件449
7.3.2P碼文件的創(chuàng)建、查詢和清除452
7.4MATLAB的函數類別453
7.4.1主函數和子函數454
7.4.2匿名函數456
7.4.3嵌套函數456
7.5函數句柄458
7.5.1函數作用域和優(yōu)先等級458
7.5.2函數句柄的創(chuàng)建459
1. 直接函數句柄的創(chuàng)建法459
2. 匿名函數句柄的創(chuàng)建法459
7.5.3函數句柄的調用格式460
1. 直接函數句柄調用格式460
2. 匿名函數句柄調用格式460
7.5.4觀察函數句柄的內涵461
7.6泛函演算指令462
7.6.1eval462
7.6.2feval464
7.6.3內聯(lián)對象465
7.7變量的使用域和跨內存交換466
7.7.1輸入輸出檢測指令466
7.7.2“變長度”輸入輸出量467
7.7.3局域變量、全域變量和持存變量471
7.7.4跨內存計算及賦值472
1. 跨內存計算串表達式472
2. 跨內存賦值474
7.8編輯調試器的應用深入475
7.8.1詞串彩化和定界符匹配提示475
1. 詞串彩化475
2. 定界符匹配提示475
7.8.2M?Lint代碼分析器477
1. 檢測信息的界面靜態(tài)標識477
2. 詳細檢測信息的鼠標動態(tài)獲取478
7.8.3M文件調試器479
1. 直接調試法480
2. 交互式調試器的界面480
3. 調試器應用示例482
第8章Simulink交互式仿真486
8.1引導486
8.1.1Simulink模型本質和一般結構486
8.1.2創(chuàng)建塊圖模型的方法和基本環(huán)境487
8.2連續(xù)系統(tǒng)建模490
8.2.1微分方程建模和積分模塊490
1. 微分方程塊圖模型的創(chuàng)建和操作細節(jié)490
2. 創(chuàng)建微分方程的向量化塊圖模型498
3. 積分模塊501
8.2.2狀態(tài)空間建模503
1. 狀態(tài)空間模塊及其建模應用503
2. 模型內存和模型瀏覽器506
8.2.3傳遞函數建模及模型內存的操控510
1. 單位脈沖信號的近似實現510
2. 傳遞函數模塊和非零初始系統(tǒng)建模510
8.3子系統(tǒng)和分層模型513
8.3.1創(chuàng)建簡裝子系統(tǒng)的套裝法514
8.3.2創(chuàng)建簡裝子系統(tǒng)的容器法521
8.3.3精裝子系統(tǒng)和裝幀編輯器523
8.4使能觸發(fā)子系統(tǒng)531
8.4.1使能子系統(tǒng)531
1. 子系統(tǒng)結構和工作原理531
2. 子系統(tǒng)非狀態(tài)輸出的兩種形態(tài)533
3. 子系統(tǒng)狀態(tài)輸出的四種形態(tài)537
8.4.2觸發(fā)子系統(tǒng)539
1. 子系統(tǒng)的結構和工作原理539
2. 子系統(tǒng)的三種觸發(fā)方式541
8.5Simulink的控制流544
8.5.1For環(huán)544
8.5.2While環(huán)548
8.5.3If?else條件轉向和信號合成551
8.6離散時間系統(tǒng)和混合系統(tǒng)554
8.6.1單位延遲模塊和差分方程建模555
1. 單位延遲模塊555
2. 差分方程的標量法建模555
3. 差分方程組的向量建模法558
8.6.2離散積分模塊和混合系統(tǒng)559
1. 離散時間積分模塊559
2. 混合系統(tǒng)的s變量替換法560
8.6.3多速率系統(tǒng)的色彩標識562
8.7Simulink的分析工具563
8.7.1模型和模塊信息的獲取563
1. 模型狀態(tài)及輸入輸出特征的獲取563
2. 模型/模塊參數的指令獲知和設置566
8.7.2用Sim指令運行Simulink模型568
1. 運行塊圖模型的sim指令568
2. sim指令的參數名/值設置法569
3. sim指令的參數構架設置法 570
8.7.3模型的線性化問題572
1. 線性化的數學描述572
2. 模型線性化573
8.7.4系統(tǒng)平衡點和普通狀態(tài)軌線圖577
8.7.5M碼和Simulink模型的綜合運用580
1. 單步仿真和精良狀態(tài)軌線圖580
2. 仿真模型和優(yōu)化指令的協(xié)調583
8.8數值計算方面的考慮586
8.8.1微分方程解算器Solver586
1. ode45和ode23運作機理簡要586
2. ode113運作機理簡要587
3. ode15s和ode23s運作機理簡要587
4. 不同解算器解Stiff方程的表現587
8.8.2積分步長和容差589
1. 積分步長的選擇589
1. 計算容差的選擇590
8.8.3代數環(huán)問題590
8.9S函數模塊的創(chuàng)建和應用594
8.9.1S函數概述594
8.9.2S函數模塊及其運作機理595
8.9.3M碼S函數596
1. 兩個級別的M碼S函數596
2. 對二級M碼S函數模版的注釋596
3. 二級M碼S函數模塊設計示例599
第9章圖形用戶界面(GUI)605
9.1設計原則和一般步驟605
9.1.1設計原則605
9.1.2一般制作步驟606
9.2借助GUIDE創(chuàng)建GUI606
9.2.1GUIDE607
1. GUIDE的啟動607
2. Preferences設置對版面編輯器的影響607
3. GUIDE的功能分區(qū)608
4. 待設計用戶界面的性狀預設609
5. 設計區(qū)的坐標參照和位置編排器610
6. 控件組件屬性值的初始設置612
7. 創(chuàng)建界面的文件保存和重命名614
9.2.2控件的運作機理及創(chuàng)建615
1. 各控件的運作機理615
2. 常需設置的控件通用屬性622
9.2.3GUI的創(chuàng)建示例623
1. 二階系統(tǒng)階躍響應演示界面623
2. 多指令輸入的演示界面634
9.2.4界面菜單和工具圖標的創(chuàng)建639
1. 標準菜單條和工具條的配置639
2. 定制菜單的創(chuàng)建和變量handles的觀察642
3. 現場菜單創(chuàng)建和Tag屬性應用646
9.3全手工編程創(chuàng)建GUI650
9.3.1采用M腳本文件創(chuàng)建用戶界面651
9.3.2采用嵌套函數創(chuàng)建用戶界面655
附錄ANotebook658
A.1Notebook的配置和啟動658
A.1.1Notebook的配置658
A.1.2Notebook的啟動658
1. 創(chuàng)建新的Mbook文件658
2. 打開已有的Mbook文件660
A.2Mbook模板的使用660
A.2.1輸入細胞（群）的創(chuàng)建和運行660
1. 細胞（群）660
2. 基本操作661
3. 輸入細胞（群）操作示例661
A.2.2Notebook菜單的其他選項663
2. 整個Mbook文件的運行663
3. 刪去Mbook 文件所有輸出細胞664
A.2.3輸出細胞的格式控制664
1. 數據輸出的表示形式控制664
2. 圖形的嵌入控制665
3. 嵌入圖形大小的控制665
4. 嵌入圖形的背景色問題665
A.3使用Mbook模板的若干注意事項666
附錄B光盤使用說明667
B.1光盤文件的結構667
B.2關于光盤第一級目錄和文件的說明667
B.3光盤對軟件環(huán)境的要求668
B.4光盤文件的操作準備668
B.5mbook目錄上DOC文件的使用668
B.6mfile目錄上的M、MDL文件的使用669
附錄C索引670
C.1MATLAB的標點及符號670
1. 算術運算符Arithmetic operators670
2. 關系運算符 Relational operators670
3. 邏輯運算符 Logical operators670
4. 特殊符號Special characters 671
C.2MATLAB的函數及指令Functions and Commands671
A a671
B b672
C c673
D d674
E e675
F f676
G g677
H h678
I i678
J j 680
K k 680
L l 680
M m 681
N n 681
O o 682
P p 682
Q q 683
R r683
S s684
T t687
U u687
V v688
W w688
X x688
Y y688
Z z689
C.3 Simulink的庫模塊689
參考文獻691

章節(jié)摘錄

版權頁：插圖：

媒體關注與評論

《精通Matlab6.5》是我學習Matlab的入門教程，它綜合性強，內容詳細，實例也很有特點，能夠涵蓋住所述知識點，并給出擴展。我曾經閱讀《精通Matlab6.5》八遍左右，每一次都有收獲。期待《精通MatlabR2011a》的出版，因為隨著科學技術的發(fā)展，Matlab也在不斷的退出新版，功能越來越強大。希望《精通MatlabR2011a》再續(xù)《精通Matlab6.5》的輝煌，為廣大莘莘學子提供幫助?！　　猯yqmath第一次接觸《精通MATLAB 6.5》還是在大學本科時，《精通MATLAB 6.5》是我大學選修課的一本推薦教程。那時候的主流的MATLAB版本還是6.5版。由于是理學專業(yè)，對科學計算的要求比較高。所以很多課程上都會用到MATLAB。同時在大學期間，參加了大學生科技創(chuàng)新項目以及數學建模，所以MATLAB成為了我必備的一個編程工具，與此同時《精通MATLAB 6.5》也就成了經常放在手邊的一個得力的工具書。這本書陪伴我順利完成了科技創(chuàng)新項目、數學建模，以及課堂上的各種編程實踐作業(yè)，通過這個過程也積累了很多MATLAB的經驗和技巧。由于MATLAB語言的特殊性，例如矩陣處理，它的一些語言規(guī)則與其他語言不同，所以很多細小的技巧和語法會經常忘掉，但是《精通MATLAB 6.5》解決了這個難題，它里面有豐富的實例，同時也有系統(tǒng)的講解，我們隨時都可以翻閱和查詢，能夠快速得出解決方案。所以，我個人認為這還是一本MATLAB領域中文版難的一本系統(tǒng)工具書。時間飛逝，轉眼間，碩士畢業(yè)，博士也已開始，又重新返回到了崇尚科學計算的科研大軍中。而MATLAB這個工具又一次進入我的視野。如今，MATLAB版本已經升級到了matlab2011a版本。上半年在ILOVEMATLAB論壇中，參加了關于matlab2011a中C語言與MATLAB語言無縫轉換的工具包，聽了之后，非常震撼。個人認為，這個是MATLAB向主流語言進軍邁出的一大步，因為這個工具包已經是很多人期待很久的東西了。作為MATLAB以及《精通MATLAB 6.5》的忠實粉絲，非常希望《精通matlab2011a》能夠有更多和更新的信息提供給用戶，能夠在中國為MATLAB的普及和發(fā)展做出重要的貢獻，同時希望為更多的科研人員提供給幫助，成為一筆隱形的財富。　　——cheewii

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《精通MATLAB R2011a》是一本極具生命力的書！從它最早的雛形《掌握和精通MATLAB》1997年問世，到2000年最早版本《精通MATLAB 5.3版》出版，再到《精通MATLAB 6.5版》2003年更新版本，終于在2011年底，又推出了全新改版的《精通MATLAB R2011a》。都說“十年磨一劍”，我們跟隨《精通MATLAB R2011a》作者張志涌老師一起，用15年的時間，傾心打造一本【全面】【可靠】【實用】的MATLAB圖書。其間有削枝強干的不舍，有半途而廢的遺憾，但更多的是對內容編寫的精益求精，對各方鼓勵的不勝感激，對出版形式的不斷改進。在《精通MATLAB 6.5版》之后，時隔七年，新版《精通》終于在廣大讀者的熱切期盼中終于出版了！我們真誠地感謝張志涌老師對我們的信任和支持，以及對《精通MATLAB R2011a》所傾注的心血！我們還要感謝一路以來，不斷支持和幫助我們的讀者朋友們，你們反饋的每一條意見和建議我們都如獲至寶，并鞭策我們不斷努力改進，以不辜負你們的希望。非常榮幸，進十年來與《精通MATLAB R2011a》共同成長，與各位讀者共同進步！

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