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MATLAB R2024a完全自學(xué)一本通 讀者對象:本書適合MATLAB初、中級讀者,既可作為教材,也可供技術(shù)人員和管理人員作為培訓(xùn)、參考用書。
本書面向MATLAB的初、中級讀者,在介紹MATLAB R2024a集成環(huán)境的基礎(chǔ)上,對MATLAB使用中常用的知識和工具進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。書中各章均提供了大量有針對性的示例,可供讀者進(jìn)行實戰(zhàn)練習(xí)。 根據(jù)內(nèi)容的側(cè)重點不同,全書分為4部分,共20章:第1~5章為基礎(chǔ)部分,第6~11章為數(shù)學(xué)應(yīng)用部分,第12~16章為工程應(yīng)用部分,第17~20章為高級應(yīng)用部分。另外,本書附贈專業(yè)應(yīng)用部分的相關(guān)內(nèi)容(以電子書形式呈現(xiàn))。為了使讀者能夠更好地操作MATLAB,本書中示例的命令已記錄在M文件及其他相關(guān)文件中,讀者可以將相關(guān)的目錄設(shè)置為工作目錄,直接使用M文件進(jìn)行操作,以便快速掌握MATLAB的使用方法。
劉浩,博士,畢業(yè)于北京航空航天大學(xué),博士后出站,現(xiàn)就職于重慶大學(xué),從事教學(xué)、科學(xué)研究與實驗技術(shù)開發(fā)工作。承擔(dān)航空、航天、汽車等領(lǐng)域課題研究20余項。在國內(nèi)外著名期刊發(fā)表論文20余篇,多篇文章被SCI、EI收錄,其中國際A類期刊5篇;獲授權(quán)國家發(fā)明專利多項,使用MATLAB等工具從事科研工作近二十年,經(jīng)驗豐富。
第1部分
第1章 MATLAB概述 1 1.1 MATLAB簡介 2 1.1.1 MathWorks及其產(chǎn)品概述 2 1.1.2 MATLAB的主要特點 2 1.1.3 MATLAB系統(tǒng)的組成 3 1.1.4 MATLAB應(yīng)用程序簡介 3 1.2 目錄結(jié)構(gòu) 4 1.3 工作環(huán)境 4 1.3.1 選項卡/組 5 1.3.2 命令行窗口 7 1.3.3 工作區(qū)窗口 7 1.4 通用命令 8 1.5 文件管理 9 1.5.1 當(dāng)前文件夾窗口 9 1.5.2 搜索路徑及其設(shè)置 9 1.6 幫助系統(tǒng) 11 1.6.1 純文本幫助 11 1.6.2 幫助導(dǎo)航瀏覽器 12 1.7 示例展示 13 1.8 本章小結(jié) 14 第2章 基礎(chǔ)知識 15 2.1 數(shù)據(jù)類型 16 2.1.1 數(shù)值型 16 2.1.2 邏輯型 20 2.1.3 字符型 22 2.1.4 函數(shù)句柄 24 2.1.5 結(jié)構(gòu)體 25 2.1.6 數(shù)組類型 28 2.1.7 元胞數(shù)組 29 2.1.8 map容器 32 2.2 矩陣的基本操作 36 2.2.1 矩陣和數(shù)組的概念及其區(qū)別 36 2.2.2 矩陣的構(gòu)造 37 2.2.3 矩陣大小及結(jié)構(gòu)的改變 41 2.2.4 矩陣下標(biāo)引用 42 2.2.5 矩陣信息的獲取 45 2.2.6 矩陣的保存和加載 49 2.3 運算符 55 2.3.1 算術(shù)運算符 55 2.3.2 關(guān)系運算符 56 2.3.3 邏輯運算符 57 2.3.4 運算優(yōu)先級 58 2.4 字符串處理函數(shù) 59 2.4.1 字符串或字符串?dāng)?shù)組的構(gòu)造 59 2.4.2 字符串比較 60 2.4.3 字符串查找和替換 61 2.4.4 字符串和數(shù)值的轉(zhuǎn)換 62 2.5 本章小結(jié) 62 第3章 數(shù)組與矩陣 63 3.1 數(shù)組運算 64 3.1.1 數(shù)組的創(chuàng)建和操作 64 3.1.2 數(shù)組的常見運算 67 3.2 矩陣操作 71 3.2.1 創(chuàng)建矩陣 71 3.2.2 改變矩陣大小 76 3.2.3 重構(gòu)矩陣 78 3.3 矩陣元素的運算 78 3.3.1 矩陣的加減法運算 79 3.3.2 矩陣的乘法運算 80 3.3.3 矩陣的除法運算 81 3.3.4 矩陣的冪運算 81 3.3.5 矩陣元素的查找 82 3.3.6 矩陣元素的排序 83 3.3.7 矩陣元素的求和 83 3.3.8 矩陣元素的求積 84 3.3.9 矩陣元素的差分 85 3.4 矩陣運算 86 3.4.1 矩陣分析 86 3.4.2 矩陣分解 91 3.4.3 特征值和特征向量 97 3.5 稀疏矩陣 98 3.5.1 稀疏矩陣的存儲方式 99 3.5.2 稀疏矩陣的生成 99 3.5.3 稀疏矩陣的運算 104 3.6 本章小結(jié) 104 第4章 程序設(shè)計 105 4.1 M文件編輯器 106 4.2 變量 109 4.2.1 變量的命名 109 4.2.2 變量的類型 109 4.2.3 特殊變量 110 4.2.4 關(guān)鍵字 110 4.3 控制流 111 4.3.1 順序結(jié)構(gòu) 111 4.3.2 if-else-end分支結(jié)構(gòu) 112 4.3.3 switch-case結(jié)構(gòu) 113 4.3.4 try-catch結(jié)構(gòu) 115 4.3.5 for循環(huán)結(jié)構(gòu) 116 4.3.6 while循環(huán)結(jié)構(gòu) 118 4.4 常用指令 119 4.4.1 return指令 119 4.4.2 input指令和keyboard指令 119 4.4.3 pause指令 120 4.4.4 continue指令 120 4.4.5 break指令 120 4.4.6 error指令和warning指令 121 4.5 腳本和函數(shù) 121 4.5.1 腳本 121 4.5.2 函數(shù) 122 4.5.3 M文件的一般結(jié)構(gòu) 124 4.5.4 匿名函數(shù)、子函數(shù)、私有函數(shù)與私有目錄 126 4.5.5 重載函數(shù) 128 4.5.6 eval函數(shù)和feval函數(shù) 128 4.5.7 內(nèi)聯(lián)函數(shù) 130 4.5.8 向量化和預(yù)分配 133 4.5.9 函數(shù)的函數(shù) 133 4.5.10 P碼文件 134 4.6 變量的檢測與傳遞 136 4.6.1 輸入/輸出變量檢測指令 136 4.6.2 “可變數(shù)量”輸入/輸出變量 136 4.6.3 跨空間變量傳遞和賦值 138 4.7 程序調(diào)試 140 4.7.1 程序調(diào)試的基本概念 140 4.7.2 直接調(diào)試法 141 4.7.3 使用調(diào)試函數(shù)進(jìn)行調(diào)試 141 4.7.4 工具調(diào)試法 145 4.7.5 程序的性能優(yōu)化技術(shù) 145 4.8 本章小結(jié) 147 第5章 數(shù)據(jù)可視化 148 5.1 圖形繪制 149 5.1.1 離散數(shù)據(jù)及離散函數(shù) 149 5.1.2 連續(xù)函數(shù) 150 5.1.3 圖形繪制示例 150 5.1.4 圖形繪制的基本步驟 152 5.2 二維圖形繪制 152 5.2.1 plot指令 153 5.2.2 柵格 157 5.2.3 文字說明 157 5.2.4 線型、標(biāo)記和顏色 160 5.2.5 坐標(biāo)軸設(shè)置 162 5.2.6 圖形疊繪 163 5.2.7 子圖繪制 164 5.2.8 交互式繪圖 165 5.2.9 雙坐標(biāo)軸繪制 166 5.2.10 fplot繪圖指令 167 5.2.11 ezplot繪圖指令 168 5.2.12 特殊坐標(biāo)軸繪圖 169 5.2.13 二維特殊圖形函數(shù) 171 5.3 三維圖形繪制 175 5.3.1 三維曲線圖繪制 175 5.3.2 三維網(wǎng)格圖繪制 176 5.3.3 三維曲面圖繪制 177 5.3.4 光照模型 178 5.3.5 繪制等值線圖 179 5.4 四維圖形可視化 180 5.4.1 用顏色描述第四維 180 5.4.2 其他函數(shù) 181 5.5 本章小結(jié) 182 第2部分 第6章 數(shù)值計算 183 6.1 多項式及其函數(shù) 184 6.1.1 多項式的表達(dá)式和創(chuàng)建 184 6.1.2 多項式求根 185 6.1.3 多項式的四則運算 186 6.1.4 多項式的導(dǎo)數(shù)、積分與估值 188 6.1.5 多項式運算函數(shù)及操作指令 189 6.1.6 有理多項式 190 6.2 數(shù)據(jù)插值 191 6.2.1 一維插值 192 6.2.2 二維插值 194 6.3 函數(shù)的極限 195 6.3.1 極限的概念 196 6.3.2 求極限的函數(shù) 196 6.4 函數(shù)數(shù)值積分 197 6.4.1 數(shù)值積分問題的數(shù)學(xué)表述 197 6.4.2 一元函數(shù)的數(shù)值積分 198 6.4.3 多重數(shù)值積分 199 6.5 本章小結(jié) 200 第7章 符號計算 201 7.1 符號計算概述 202 7.2 符號對象和符號表達(dá)式 202 7.2.1 對象創(chuàng)建命令 202 7.2.2 對象創(chuàng)建示例 203 7.2.3 運算符和基本函數(shù) 205 7.2.4 對象類別識別函數(shù) 208 7.2.5 表達(dá)式中的變量確定 210 7.2.6 符號計算的精度 211 7.3 符號表達(dá)式的基本操作 212 7.3.1 符號表達(dá)式的顯示 212 7.3.2 符號表達(dá)式的合并 212 7.3.3 符號表達(dá)式的展開 213 7.3.4 符號表達(dá)式的嵌套 214 7.3.5 符號表達(dá)式的分解 214 7.3.6 符號表達(dá)式的化簡 215 7.4 符號表達(dá)式的替換 215 7.4.1 subs替換函數(shù) 216 7.4.2 subexpr替換函數(shù) 216 7.5 符號函數(shù)的操作 217 7.5.1 復(fù)合函數(shù)操作 217 7.5.2 反函數(shù)操作 218 7.6 微積分 218 7.6.1 極限 219 7.6.2 微分 220 7.6.3 積分 221 7.6.4 級數(shù)求和 221 7.6.5 泰勒級數(shù) 222 7.7 積分變換 223 7.7.1 傅里葉變換 223 7.7.2 拉普拉斯變換 224 7.7.3 Z變換 224 7.8 方程求解 226 7.8.1 代數(shù)方程求解 226 7.8.2 微分方程求解 228 7.9 符號分析可視化 229 7.9.1 funtool分析界面 230 7.9.2 Taylor Tool分析界面 233 7.10 本章小結(jié) 234 第8章 概率統(tǒng)計 235 8.1 產(chǎn)生隨機(jī)數(shù) 236 8.1.1 二項分布隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生 236 8.1.2 正態(tài)分布隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生 236 8.1.3 常見分布隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生 237 8.1.4 控制隨機(jī)數(shù)生成器 238 8.2 概率密度計算 238 8.2.1 通用函數(shù)概率密度值 238 8.2.2 專用函數(shù)概率密度值 240 8.3 累積概率分布 241 8.3.1 通用函數(shù)累積概率值 241 8.3.2 專用函數(shù)累積概率值 243 8.4 統(tǒng)計特征 243 8.4.1 平均值、中值 243 8.4.2 數(shù)據(jù)比較 244 8.4.3 期望 245 8.4.4 方差和標(biāo)準(zhǔn)差 245 8.4.5 協(xié)方差與相關(guān)系數(shù) 246 8.5 統(tǒng)計作圖 247 8.5.1 正整數(shù)頻率表 247 8.5.2 累積分布函數(shù)圖形 248 8.5.3 最小二乘擬合直線 248 8.5.4 繪制正態(tài)分布概率圖形 249 8.5.5 樣本數(shù)據(jù)的盒圖 250 8.5.6 參考線繪制 251 8.5.7 樣本概率圖形 252 8.5.8 正態(tài)擬合直方圖 253 8.6 本章小結(jié) 254 第9章 數(shù)學(xué)建;A(chǔ) 255 9.1 曲線擬合函數(shù) 256 9.1.1 多項式擬合 256 9.1.2 加權(quán)最小方差擬合原理及示例 257 9.1.3 非線性曲線擬合 259 9.2 參數(shù)估計函數(shù) 260 9.2.1 常見分布的參數(shù)估計 261 9.2.2 點估計 262 9.2.3 區(qū)間估計 264 9.3 參數(shù)傳遞 265 9.3.1 輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)的數(shù)目 265 9.3.2 可變數(shù)目的參數(shù)傳遞 266 9.3.3 返回被修改的輸入?yún)?shù) 267 9.3.4 全局變量 268 9.4 本章小結(jié) 269 第10章 智能算法 270 10.1 粒子群算法實現(xiàn) 271 10.1.1 基本原理 271 10.1.2 程序設(shè)計 272 10.1.3 經(jīng)典應(yīng)用 279 10.2 遺傳算法實現(xiàn) 283 10.2.1 基本原理 284 10.2.2 程序設(shè)計 286 10.2.3 經(jīng)典應(yīng)用 292 10.3 蟻群算法概述 298 10.3.1 基本原理 298 10.3.2 程序設(shè)計 299 10.3.3 經(jīng)典應(yīng)用 301 10.4 本章小結(jié) 308 第11章 偏微分方程 309 11.1 偏微分方程工具箱 310 11.1.1 偏微分方程常見類型 310 11.1.2 偏微分方程的求解過程 315 11.2 求解偏微分方程 317 11.2.1 求解橢圓方程 317 11.2.2 求解拋物線方程 321 11.2.3 求解雙曲線方程 325 11.2.4 求解特征值方程 329 11.3 本章小結(jié) 333 第3部分 第12章 優(yōu)化工具 334 12.1 優(yōu)化常用函數(shù)及最優(yōu)化問題 335 12.1.1 優(yōu)化常用函數(shù) 335 12.1.2 最優(yōu)化問題 337 12.2 線性規(guī)劃 339 12.2.1 線性規(guī)劃函數(shù) 340 12.2.2 線性規(guī)劃的應(yīng)用 341 12.3 無約束非線性規(guī)劃 349 12.3.1 基本數(shù)學(xué)原理介紹 349 12.3.2 無約束非線性規(guī)劃函數(shù) 350 12.3.3 無約束非線性規(guī)劃的應(yīng)用 353 12.4 二次規(guī)劃 354 12.4.1 二次規(guī)劃函數(shù)quadprog 354 12.4.2 二次規(guī)劃的應(yīng)用 356 12.5 有約束最小化 357 12.5.1 有約束最小化函數(shù)fmincon 357 12.5.2 有約束最小化的應(yīng)用 360 12.6 目標(biāo)規(guī)劃 361 12.6.1 目標(biāo)規(guī)劃函數(shù)fgoalattain 361 12.6.2 目標(biāo)規(guī)劃的應(yīng)用 363 12.7 最大最小化 368 12.7.1 最大最小化函數(shù)fminimax 368 12.7.2 最大最小化的應(yīng)用 369 12.8 本章小結(jié) 371 第13章 句柄圖形對象 372 13.1 句柄圖形對象體系 373 13.1.1 句柄圖形組織 373 13.1.2 句柄圖形對象類型簡介 374 13.2 句柄圖形對象操作 374 13.2.1 創(chuàng)建對象 374 13.2.2 訪問對象句柄 376 13.2.3 復(fù)制和刪除對象 378 13.2.4 控制圖形輸出 379 13.2.5 保存句柄 383 13.3 句柄圖形對象屬性設(shè)置 384 13.3.1 設(shè)置屬性 384 13.3.2 設(shè)置默認(rèn)屬性 385 13.3.3 通用屬性 388 13.4 Figure對象 388 13.4.1 Figure對象介紹 388 13.4.2 Figure對象操作 390 13.5 Axes對象 390 13.5.1 標(biāo)簽與外觀 390 13.5.2 位置 391 13.5.3 一圖多軸 392 13.5.4 坐標(biāo)軸控制 395 13.5.5 線條顏色控制 397 13.5.6 繪圖操作 398 13.6 其他對象 399 13.6.1 Core對象 399 13.6.2 Plot對象 400 13.6.3 Group對象 402 13.6.4 Annotation對象 403 13.7 本章小結(jié) 404 第14章 Simulink仿真基礎(chǔ) 405 14.1 Simulink概述 406 14.1.1 基本概念 406 14.1.2 工作環(huán)境與啟動 408 14.1.3 模型特點 410 14.1.4 模塊組成 412 14.1.5 數(shù)據(jù)類型 412 14.1.6 模塊和模塊庫 418 14.1.7 常用工具 422 14.1.8 示例演示 424 14.2 模型創(chuàng)建 426 14.2.1 模塊的基本操作 427 14.2.2 模型和模型文件 430 14.2.3 模型創(chuàng)建流程 431 14.2.4 模塊的基本操作 436 14.2.5 模塊連接與處理 438 14.3 過零檢測和代數(shù)環(huán) 439 14.3.1 過零檢測 439 14.3.2 代數(shù)環(huán) 441 14.4 本章小結(jié) 442 第15章 Simulink仿真應(yīng)用 443 15.1 子系統(tǒng)的創(chuàng)建和封裝 444 15.1.1 子系統(tǒng)介紹 444 15.1.2 創(chuàng)建子系統(tǒng) 445 15.1.3 封裝子系統(tǒng) 447 15.2 仿真模型分析 450 15.2.1 模型狀態(tài)的確定 451 15.2.2 線性化的數(shù)學(xué)描述 453 15.2.3 平衡點分析 454 15.2.4 微分方程的求解算法 455 15.3 運行仿真 456 15.3.1 啟動仿真 456 15.3.2 仿真配置 459 15.3.3 優(yōu)化仿真過程 464 15.4 模型調(diào)試 467 15.5 實例應(yīng)用 468 15.5.1 基于微分方程的Simulink建模 468 15.5.2 離散時間系統(tǒng)的建模與仿真 470 15.5.3 調(diào)用MATLAB工作區(qū)中的信號矩陣信源 472 15.6 本章小結(jié) 474 第16章 Stateflow應(yīng)用初步 475 16.1 Stateflow基礎(chǔ) 476 16.1.1 Stateflow的定義 476 16.1.2 狀態(tài)圖編輯器 476 16.1.3 狀態(tài)操作 478 16.1.4 轉(zhuǎn)移操作 479 16.1.5 流程圖 480 16.2 并行機(jī)制 483 16.2.1 設(shè)置狀態(tài)關(guān)系 483 16.2.2 并行狀態(tài)活動順序配置 484 16.2.3 本地事件廣播 484 16.2.4 直接事件廣播 485 16.3 Stateflow的對象 486 16.3.1 真值表 486 16.3.2 圖形函數(shù) 488 16.4 本章小結(jié) 489 第4部分 第17章 App設(shè)計 490 17.1 App設(shè)計工具介紹 491 17.1.1 App設(shè)計工具的特點 491 17.1.2 構(gòu)建App的動力 491 17.1.3 構(gòu)建App 492 17.1.4 構(gòu)建實時編輯器任務(wù) 493 17.2 App設(shè)計工具操作界面 494 17.2.1 啟動App設(shè)計工具 494 17.2.2 設(shè)計視圖下的操作界面 495 17.2.3 代碼視圖下的操作界面 497 17.3 創(chuàng)建并運行簡單的App 499 17.3.1 建立新的App 499 17.3.2 創(chuàng)建組件 499 17.3.3 添加回調(diào) 500 17.3.4 運行App 501 17.4 在設(shè)計工具中顯示圖形 502 17.4.1 在現(xiàn)有坐標(biāo)區(qū)中顯示圖形 502 17.4.2 在容器中顯示圖形 504 17.4.3 以編程方式創(chuàng)建坐標(biāo)區(qū) 506 17.4.4 使用不帶目標(biāo)參數(shù)的函數(shù) 508 17.4.5 使用不支持自動調(diào)整大小的函數(shù) 508 17.5 設(shè)計繪圖App 509 17.5.1 布局UI組件 510 17.5.2 App行為編程 511 17.5.3 代碼解析 512 17.5.4 運行App 515 17.6 獲取App 516 17.7 本章小結(jié) 517 第18章 文件操作 518 18.1 文件夾的管理 519 18.1.1 當(dāng)前文件夾管理 519 18.1.2 創(chuàng)建文件夾 522 18.1.3 刪除文件夾 523 18.1.4 復(fù)制或移動文件或文件夾 523 18.2 打開和關(guān)閉文件 526 18.2.1 打開文件 526 18.2.2 關(guān)閉文件 527 18.3 工作區(qū)數(shù)據(jù)文件 528 18.3.1 輸出數(shù)據(jù)到MAT文件中 528 18.3.2 讀取MAT文件——load函數(shù) 529 18.3.3 查看MAT文件的變量 529 18.4 讀/寫二進(jìn)制文件 530 18.4.1 寫二進(jìn)制文件 530 18.4.2 讀二進(jìn)制文件 531 18.5 讀/寫文本文件 533 18.5.1 寫文本文件 533 18.5.2 讀文本文件 534 18.5.3 其他讀/寫文本文件的函數(shù) 537 18.6 文件內(nèi)的位置控制 542 18.7 導(dǎo)入數(shù)據(jù) 544 18.8 本章小結(jié) 545 第19章 編譯器 546 19.1 編譯器概述 547 19.2 編譯器的安裝和配置 547 19.2.1 編譯器的安裝 547 19.2.2 編譯器的配置 547 19.3 編譯過程 548 19.4 編譯命令mcc 548 19.5 編譯生成獨立可執(zhí)行的應(yīng)用程序 549 19.5.1 編譯M文件 550 19.5.2 編譯圖形繪制M文件 551 19.5.3 由含feval指令的M文件生成EXE文件 552 19.5.4 編譯GUI文件 554 19.6 本章小結(jié) 555 第20章 外部接口 556 20.1 接口概述 557 20.1.1 MEX文件介紹 557 20.1.2 MAT文件介紹 557 20.1.3 MATLAB計算引擎介紹 557 20.2 MEX文件應(yīng)用 558 20.2.1 MEX文件的結(jié)構(gòu) 558 20.2.2 創(chuàng)建C/C++語言MEX文件 559 20.2.3 調(diào)試C/C++語言MEX程序文件 563 20.3 MAT文件應(yīng)用 564 20.3.1 使用C/C++語言創(chuàng)建MAT文件的過程 565 20.3.2 使用C/C++語言創(chuàng)建MAT文件示例 565 20.3.3 使用C/C++語言讀取MAT文件示例 567 20.4 計算引擎應(yīng)用 570 20.5 調(diào)用Java語言 570 20.5.1 Java接口使用 571 20.5.2 Java接口編程應(yīng)用示例 575 20.6 本章小結(jié) 575
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