MATLAB R2018a完全自学一本通

高清 含目录  560

第 1 部分

第 1 章 MATLAB R2018a 概述............. 1

1.1 MATLAB R2018a 简介 ........................2

1.1.1 MathWorks 及其产品概述 ...............2

1.1.2 MATLAB 与其他数学软件 .............2

1.1.3 MATLAB 的主要特点 .....................3

1.1.4 MATLAB 的系统组成 .....................3

1.1.5 MATLAB 应用程序简介 .................4

1.1.6 MATLAB R2018a 新特性 ................5

1.2 MATLAB R2018a 的目录结构 ............6

1.3 MATLAB R2018a 的工作环境 ............7

1.3.1 菜单 / 工具栏 ...................................7

1.3.2 命令行窗口.......................................8

1.3.3 工作区...............................................9

1.4 MATLAB R2018a 的通用命令 ............9

1.5 MATLAB R2018a 的文件管理 .......... 11

1.5.1 当前文件夹浏览器和路径

管理器 ............................................11

1.5.2 搜索路径及其设置.........................11

1.6 MATLAB R2018a 的帮助系统 ..........13

1.6.1 纯文本帮助.....................................13

1.6.2 演示（Demos）帮助 .....................14

1.6.3 帮助导航浏览器.............................14

1.7 初步使用 MATLAB ...........................14

1.8 本章小结 .............................................15

第 2 章 MATLAB 基础知识.................17

2.1 数据类型 .............................................18

目录

CONTENTS

2.1.1 数值类型.........................................18

2.1.2 逻辑类型.........................................22

2.1.3 字符和字符串.................................24

2.1.4 函数句柄.........................................26

2.1.5 结构体类型.....................................28

2.1.6 数组类型.........................................30

2.1.7 单元数组类型.................................32

2.1.8 map 容器类型 .................................34

2.2 基本矩阵操作 .....................................38

2.2.1 矩阵和数组的概念及其区别.........38

2.2.2 矩阵的构造.....................................39

2.2.3 矩阵大小及结构的改变.................43

2.2.4 矩阵下标引用.................................44

2.2.5 矩阵信息的获取.............................46

2.2.6 矩阵的保存和加载.........................51

2.3 运算符 .................................................56

2.3.1 算术运算符.....................................56

2.3.2 关系运算符.....................................58

2.3.3 逻辑运算符.....................................59

2.3.4 运算优先级.....................................60

2.4 字符串处理函数 .................................60

2.4.1 字符串的构造.................................61

2.4.2 字符串比较函数.............................62

2.4.3 字符串查找和替换函数.................63

2.4.4 字符串——数值转换.....................64

2.5 本章小结 .............................................64

第 3 章 数组与矩阵.............................65

3.1 数组运算 .............................................66

3.1.1 数组的创建和操作.........................66

VI

3.1.2 数组的常见运算.............................69

3.2 矩阵操作 .............................................72

3.2.1 创建矩阵.........................................72

3.2.2 改变矩阵大小.................................76

3.2.3 重构矩阵.........................................78

3.3 矩阵元素的运算 .................................79

3.3.1 矩阵的加减运算.............................79

3.3.2 矩阵的乘法运算.............................80

3.3.3 矩阵的除法运算.............................81

3.3.4 矩阵的幂运算.................................82

3.3.5 矩阵元素的查找.............................83

3.3.6 矩阵元素的排序.............................83

3.3.7 矩阵元素的求和.............................84

3.3.8 矩阵元素的求积.............................85

3.3.9 矩阵元素的差分.............................86

3.4 矩阵运算 .............................................86

3.4.1 矩阵分析.........................................87

3.4.2 矩阵分解.........................................91

3.4.3 特征值和特征向量.........................97

3.5 稀疏矩阵 .............................................99

3.5.1 稀疏矩阵的存储方式.....................99

3.5.2 稀疏矩阵的生成...........................100

3.5.3 稀疏矩阵的运算...........................104

3.6 本章小结 ...........................................104

第 4 章 MATLAB 编程基础............... 105

4.1 M 文件编辑器 ..................................106

4.2 变量 ...................................................108

4.2.1 变量的命名...................................108

4.2.2 变量的类型...................................109

4.2.3 MATLAB 默认的特殊变量 .........109

4.2.4 关键字...........................................110

4.3 MATLAB 的控制流 ......................... 110

4.3.1 顺序结构.......................................110

4.3.2 if-else-end 分支结构 ....................111

4.3.3 switch-case 结构 ...........................112

4.3.4 try-catch 结构 ...............................115

4.3.5 for 循环结构 .................................115

4.3.6 while 循环结构 .............................117

4.4 控制程序流的其他常用指令 ........... 118

4.4.1 return 指令 ....................................118

4.4.2 input 和 keyboard 指令 ................118

4.4.3 yesinput 指令 ................................119

4.4.4 pause 指令 ....................................119

4.4.5 continue 指令 ................................119

4.4.6 break 指令 .....................................120

4.4.7 error 和 warning 指令 ...................120

4.5 脚本和函数 .......................................120

4.5.1 脚本...............................................120

4.5.2 函数...............................................121

4.5.3 M 文件的一般结构 ......................123

4.5.4 匿名函数、子函数、私有函数

与私有目录 ..................................125

4.5.5 重载函数.......................................126

4.5.6 eval 和 feval 函数 .........................126

4.5.7 内联函数.......................................129

4.5.8 向量化和预分配...........................131

4.5.9 函数的函数...................................132

4.5.10 P 码文件 .....................................133

4.6 M 文件中变量的检测与传递 ..........134

4.6.1 输入 / 输出变量检测指令 ...........134

4.6.2 “可变数量”输入 / 输出变量 ...135

4.6.3 跨空间变量传递和赋值...............137

4.7 MATLAB 程序的调试 .....................139

4.7.1 程序调试的基本概念...................139

4.7.2 直接调试法...................................140

4.7.3 使用调试函数进行调试...............140

4.7.4 工具调试法...................................143

4.7.5 程序的性能优化技术...................144

4.8 本章小结 ...........................................146

VII

第 5 章 数据可视化........................... 147

5.1 图形绘制 ...........................................148

5.1.1 离散数据及离散函数...................148

5.1.2 连续函数.......................................148

5.1.3 图形绘制示例...............................149

5.1.4 图形绘制的基本步骤...................151

5.2 二维图形绘制 ...................................151

5.2.1 plot 指令 .......................................151

5.2.2 格栅...............................................155

5.2.3 文字说明.......................................156

5.2.4 线型、标记和颜色.......................159

5.2.5 坐标轴设置...................................161

5.2.6 图形叠绘.......................................162

5.2.7 子图绘制.......................................163

5.2.8 交互式绘图...................................164

5.2.9 双坐标轴绘制...............................165

5.2.10 fplot 绘图指令 ............................166

5.2.11 ezplot 绘图指令 ..........................167

5.2.12 特殊坐标轴绘图.........................168

5.2.13 二维特殊图形函数.....................170

5.3 三维图形绘制 ...................................174

5.3.1 曲线图绘制...................................174

5.3.2 网格图绘制...................................175

5.3.3 曲面图绘制...................................176

5.3.4 光照模型.......................................177

5.3.5 绘制等值线图...............................178

5.4 四维图形可视化 ...............................179

5.4.1 用颜色描述第四维.......................179

5.4.2 其他函数.......................................180

5.5 本章小结 ...........................................181

第 2 部分

第 6 章 数据分析.............................. 183

6.1 多项式及其函数 ...............................184

6.1.1 多项式的表达式和创建...............184

6.1.2 多项式求根...................................185

6.1.3 多项式的四则运算.......................186

6.1.4 多项式的导数、积分与估值.......188

6.1.5 多项式运算函数及操作指令.......189

6.1.6 有理多项式...................................189

6.2 数据插值 ...........................................191

6.2.1 一维插值.......................................191

6.2.2 二维插值.......................................195

6.3 函数的极限 .......................................196

6.3.1 极限的概念...................................196

6.3.2 求极限的函数...............................196

6.4 函数数值积分 ...................................197

6.4.1 数值积分问题的数学表述...........198

6.4.2 一元函数的数值积分...................198

6.4.3 多重数值积分...............................200

6.5 本章小结 ...........................................201

第 7 章 符号数学计算........................ 203

7.1 MATLAB 符号计算概述 .................204

7.2 符号对象和符号表达式 ...................204

7.2.1 符号对象的创建命令...................204

7.2.2 符号对象的创建示例...................205

7.2.3 符号计算中的运算符和函数.......208

7.2.4 符号对象的类别识别函数...........211

7.2.5 符号表达式中的变量确定...........213

7.2.6 符号精度计算...............................214

7.3 符号表达式操作 ...............................216

7.3.1 符号表达式显示...........................216

7.3.2 符号表达式合并...........................216

7.3.3 符号表达式展开...........................217

7.3.4 符号表达式嵌套...........................218

7.3.5 符号表达式分解...........................218

7.3.6 符号表达式简化...........................219

7.4 符号表达式替换 ...............................221

VIII

7.4.1 subs 替换函数 ..............................221

7.4.2 subexpr 替换函数 .........................222

7.5 符号函数的操作 ...............................223

7.5.1 复合函数操作...............................223

7.5.2 反函数操作...................................224

7.6 符号微积分 .......................................225

7.6.1 符号表达式的极限.......................225

7.6.2 符号表达式的微分.......................226

7.6.3 符号表达式的积分.......................227

7.6.4 符号表达式的级数求和...............228

7.6.5 符号表达式的泰勒级数...............229

7.7 符号积分变换 ...................................230

7.7.1 傅里叶变换及其反变换...............230

7.7.2 拉普拉斯变换及其反变换...........231

7.7.3 Z 变换及其反变换 .......................232

7.8 符号代数方程求解 ...........................233

7.9 符号微分方程求解 ...........................235

7.10 符号分析可视化 .............................237

7.10.1 funtool 分析界面 ........................237

7.10.2 taylortool 分析界面 ....................240

7.11 本章小结 .........................................241

第 8 章 概率统计.............................. 243

8.1 产生随机变量 ...................................244

8.1.1 二项分布的随机数据的产生.......244

8.1.2 正态分布的随机数据的产生.......244

8.1.3 常见分布的随机数产生...............245

8.2 概率密度计算 ...................................246

8.2.1 通用函数概率密度值...................246

8.2.2 专用函数概率密度值...................248

8.3 累积概率分布 ...................................249

8.3.1 通用函数累积概率值...................249

8.3.2 专用函数累积概率值...................250

8.4 统计特征 ...........................................251

8.4.1 平均值、中值...............................251

8.4.2 数据比较.......................................252

8.4.3 期望...............................................253

8.4.4 方差和标准差...............................253

8.4.5 协方差与相关系数.......................253

8.5 统计作图 ...........................................255

8.5.1 正整数频率表...............................255

8.5.2 累积分布函数图形.......................255

8.5.3 最小二乘拟合直线.......................256

8.5.4 绘制正态分布概率图形...............257

8.5.5 样本数据的盒图...........................258

8.5.6 参考线绘制...................................258

8.5.7 样本概率图形...............................260

8.5.8 正态拟合直方图...........................261

8.6 本章小结 ...........................................262

第 9 章 数学建模函数........................ 263

9.1 曲线拟合函数 ...................................264

9.1.1 多项式拟合...................................264

9.1.2 加权最小方差（WLS）拟合

原理及实例 ..................................265

9.1.3 非线性曲线拟合...........................267

9.2 参数估计函数 ...................................268

9.2.1 常见分布的参数估计...................268

9.2.2 点估计...........................................270

9.2.3 区间估计.......................................272

9.3 参数传递 ...........................................272

9.3.1 输入和输出参数的数目...............273

9.3.2 可变数目的参数传递...................274

9.3.3 返回被修改的输入参数...............274

9.3.4 全局变量.......................................276

9.4 本章小结 ...........................................276

第 10 章 经典智能算法...................... 277

10.1 粒子群算法的 MATLAB 实现 ......278

10.1.1 基本原理.....................................278

10.1.2 程序设计.....................................279

IX

10.1.3 经典应用.....................................286

10.2 遗传算法的 MATLAB 实现 ..........290

10.2.1 基本原理.....................................290

10.2.2 程序设计.....................................293

10.2.3 经典应用.....................................297

10.3 蚁群算法概述 .................................303

10.3.1 基本原理.....................................303

10.3.2 程序设计.....................................304

10.3.3 经典应用.....................................306

10.4 本章小结 .........................................314

第 3 部分

第 11 章 偏微分方程工具箱................ 315

11.1 偏微分方程（PDE）工具箱

介绍 .................................................316

11.1.1 偏微分方程常见类型介绍 .........316

11.1.2 偏微分方程工具箱简介 .............322

11.2 求解偏微分方程示例 .....................323

11.2.1 求解椭圆方程 .............................324

11.2.2 求解抛物线方程 .........................328

11.2.3 求解双曲线方程 .........................331

11.2.4 求解特征值方程 .........................335

11.3 本章小结 .........................................338

第 12 章 优化工具箱 ......................... 339

12.1 优化工具箱及最优化问题介绍 .....340

12.1.1 优化工具箱常用函数.................340

12.1.2 最优化问题.................................343

12.2 线性规划 .........................................345

12.2.1 线性规划函数.............................346

12.2.2 线性规划问题的应用.................347

12.3 无约束非线性规划 .........................355

12.3.1 基本数学原理介绍.....................355

12.3.2 无约束非线性规划函数.............356

12.3.3 无约束非线性规划问题的

应用 .............................................359

12.4 二次规划 .........................................359

12.4.1 二次规划函数 quadprog ............359

12.4.2 二次规划问题的应用.................361

12.5 有约束最小化 .................................362

12.5.1 有约束最小化函数 fmincon ......362

12.5.2 有约束最小化应用.....................365

12.6 目标规划 .........................................366

12.6.1 目标规划函数 fgoalattain ..........366

12.6.2 目标规划应用.............................369

12.7 最大最小化 .....................................372

12.7.1 最大最小化函数 fminimax ........372

12.7.2 最大最小化应用.........................374

12.8 本章小结 .........................................375

第 13 章 小波分析工具箱................... 377

13.1 小波分析 .........................................378

13.1.1 小波分析概述.............................378

13.1.2 傅里叶变换和小波变换.............379

13.1.3 多分辨分析.................................382

13.1.4 小波包分析.................................385

13.1.5 几种常用的小波.........................389

13.1.6 小波应用演示示例.....................391

13.2 小波工具箱介绍 .............................392

13.2.1 小波工具箱的启动.....................392

13.2.2 一维连续小波分析工具.............393

13.2.3 一维离散小波分析工具.............398

13.3 小波分析在图像处理中的应用 .....403

13.3.1 基于小波变换的图像局部

压缩 .............................................404

13.3.2 二维小波变换的图像压缩.........405

13.3.3 图像压缩中阈值的确定与

作用命令 .....................................408

13.3.4 基于小波包变换的图像压缩.....409

X

13.3.5 小波变换用于图像去噪.............411

13.3.6 小波分析用于图像增强.............414

13.3.7 图像钝化与锐化.........................416

13.3.8 小波分析用于图像融合.............418

13.3.9 小波分析用于图像分解.............420

13.4 本章小结 .........................................422

第 14 章 Simulink 仿真基础............... 423

14.1 Simulink 概述 .................................424

14.1.1 Simulink 的基本概念 .................424

14.1.2 Simulink 的工作环境与启动 .....426

14.1.3 Simulink 模型的特点 .................427

14.1.4 Simulink 模块的组成 .................429

14.1.5 Simulink 中的数据类型 .............430

14.1.6 Simulink 中的模块和模块库 .....433

14.1.7 Simulink 常用工具 .....................438

14.1.8 Simulink 的实例演示 .................439

14.2 Simulink 模型创建 .........................441

14.2.1 Simulink 模块的基本操作 .........442

14.2.2 模型和模型文件.........................445

14.2.3 创建模型的基本步骤和技巧.....447

14.3 过零检测和代数环 .........................450

14.3.1 过零检测.....................................450

14.3.2 代数环.........................................452

14.4 本章小结 .........................................453

第 15 章 Simulink 仿真应用............... 455

15.1 子系统的创建和封装 .....................456

15.1.1 子系统介绍.................................456

15.1.2 创建子系统.................................457

15.1.3 封装子系统.................................458

15.2 仿真模型的分析 .............................462

15.2.1 模型状态的确定.........................462

15.2.2 线性化的数学描述.....................464

15.2.3 平衡点分析.................................465

15.2.4 微分方程的求解算法.................466

15.3 运行仿真 .........................................467

15.3.1 启动仿真.....................................467

15.3.2 仿真的配置.................................470

15.3.3 优化仿真过程.............................475

15.4 模型调试 .........................................477

15.4.1 Simulink 调试器 .........................477

15.4.2 命令行调试及设置断点.............478

15.5 Simulink 实例应用 .........................479

15.6 本章小结 .........................................484

第 4 部分

第 16 章 句柄图形对象..................... 485

16.1 句柄图形对象体系 .........................486

16.1.1 句柄图形组织.............................486

16.1.2 句柄图形对象类型简介.............486

16.2 句柄图形对象操作 .........................487

16.2.1 创建对象.....................................487

16.2.2 访问对象句柄.............................489

16.2.3 复制和删除对象.........................491

16.2.4 控制图形输出.............................492

16.2.5 保存句柄.....................................496

16.3 对象属性设置 .................................496

16.3.1 设置属性.....................................497

16.3.2 设置默认属性.............................498

16.3.3 通用属性.....................................500

16.4 Figure 对象 .....................................501

16.4.1 Figure 对象介绍 .........................501

16.4.2 Figure 对象操作 .........................502

16.5 Axes 对象 ........................................502

16.5.1 标签与外观.................................503

16.5.2 位置.............................................503

16.5.3 一图多轴.....................................504

16.5.4 坐标轴控制.................................507

XI

16.5.5 线条颜色控制.............................509

16.5.6 绘图操作.....................................509

16.6 Core 对象 ........................................510

16.6.1 Core 对象介绍 ............................510

16.6.2 Core 对象创建示例 ....................511

16.7 Plot 对象 .........................................512

16.7.1 Plot 对象介绍 .............................512

16.7.2 Plot 对象创建示例 .....................512

16.7.3 连接变量.....................................513

16.8 Group 对象......................................513

16.8.1 Group 对象介绍 .........................513

16.8.2 创建 Group 对象 ........................514

16.8.3 对象变换.....................................514

16.9 Annotation 对象 ..............................515

16.9.1 Annotation 对象介绍 ..................515

16.9.2 Annotation 对象使用示例 ..........515

16.10 本章小结 .......................................516

第 17 章 图形用户界面..................... 517

17.1 图形用户界面介绍 .........................518

17.2 图形用户界面控件 .........................518

17.2.1 图形用户界面控件的创建.........519

17.2.2 鼠标动作执行.............................521

17.2.3 事件队列的执行顺序.................522

17.2.4 回调函数的编写.........................523

17.3 对话框对象 .....................................525

17.3.1 公共对话框.................................526

17.3.2 一般对话框.................................529

17.4 界面菜单 .........................................535

17.4.1 菜单建立.....................................535

17.4.2 菜单属性.....................................536

17.5 编写 M 文件 ...................................537

17.6 图形界面创建工具 GUIDE ...........539

17.6.1 利用创建工具 GUIDE 进行

GUI 设计 ....................................539

17.6.2 GUIDE 创建的工具 ...................545

17.6.3 创建带 Uicontrol 控件的

图形界面 .....................................547

17.7 本章小结 .........................................548