MATLAB大學教程

第1章 MATLAB概述及系統(tǒng)環(huán)境 1 1.1 MATLAB概述 1 1.1.1 前言 1 1.1.2 MATLAB軟件概述 1 1.1.3 MATLAB桌面環(huán)境及入門 2 1.2 MATLAB集成環(huán)境 4 1.2.1 MATLAB運行環(huán)境 4 1.2.2 MATLAB的安裝 8 1.3 初識MATLAB實例 11 1.4 MATLAB常用命令及學習技巧 12 1.5 MATLAB幫助系統(tǒng) 13 1.5.1 命令窗口幫助系統(tǒng) 13 1.5.2 幫助瀏覽窗口 15 習題1 16 第2章　MATLAB矩陣及其運算 17 2.1　MATLAB的特殊常量 17 2.2　MATLAB變量 17 2.2.1　變量的命名規(guī)則 17 2.2.2　變量的定義與賦值 18 2.2.3　變量的顯示 19 2.2.4　變量的存取 20 2.2.5　變量的清除 22 2.3　MATLAB數(shù)組與矩陣 22 2.3.1　一維數(shù)組 22 2.3.2　二維數(shù)組（矩陣） 25 2.3.3　字符數(shù)組 28 2.3.4　結(jié)構(gòu)數(shù)組 30 2.3.5　元胞數(shù)組 33 2.3.6　“非數(shù)”與“空”數(shù)組 35 2.4　矩陣的運算和操作 38 2.4.1　矩陣的算術(shù)運算 38 2.4.2　矩陣的關(guān)系運算 40 2.4.3　矩陣的邏輯運算 41 2.4.4　矩陣元素的取整、取模和取余 41 2.4.5　矩陣的綜合操作 43 2.5　MATLAB矩陣分析與處理 45 2.5.1　矩陣的行列式 45 2.5.2　矩陣的秩與跡 46 2.5.3　矩陣的逆與偽逆 47 2.5.4　線性方程組的求解 48 2.5.5　特征值分析 49 2.5.6　矩陣的范數(shù)和條件數(shù) 49 習題2 51 實驗2　矩陣及運算 52 第3章 MATLAB數(shù)據(jù)可視化 53 3.1 二維數(shù)據(jù)可視化 53 3.1.1 基本二維曲線繪制 54 3.1.2 繪圖輔助操作 56 3.1.3 多圖疊繪、雙縱坐標、多子圖 61 3.1.4 特殊二維圖形繪制 64 3.2 三維數(shù)據(jù)可視化 67 3.2.1 三維曲線繪制 67 3.2.2 三維網(wǎng)格繪制 69 3.2.3 三維曲面繪制 70 3.2.4 準四維圖形繪制 72 3.2.5 其他特殊三維圖形 73 3.3 可視化圖形修飾 75 3.3.1 圖形視角處理 75 3.3.2 圖形色彩處理 78 3.3.3 圖形光照處理 82 3.3.4 圖形裁剪與空間變換 85 3.4 句柄繪圖 87 3.4.1 句柄圖形體系 87 3.4.2　圖形對象句柄的獲取 88 3.4.3 對象屬性的獲取和設(shè)置 89 3.4.4 控制圖形輸出 91 習題3 93 實驗3 數(shù)據(jù)可視化 94 第4章　MATLAB程序設(shè)計 95 4.1 M文件 95 4.1.1 M文件的創(chuàng)建、打開和運行 95 4.1.2 M腳本文件 97 4.1.3 M函數(shù)文件 97 4.2 MATLAB的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計 98 4.2.1 順序結(jié)構(gòu) 98 4.2.2 條件控制結(jié)構(gòu) 98 4.2.3 循環(huán)控制結(jié)構(gòu) 102 4.2.4 其他常用語句 104 4.3 函數(shù) 107 4.3.1 函數(shù)的創(chuàng)建 107 4.3.2 函數(shù)的調(diào)用與可調(diào)性 109 4.3.3 局部變量與全局變量 112 4.3.4 函數(shù)句柄 113 4.4 MATLAB程序的調(diào)試 113 4.4.1 程序調(diào)試的基本概念 113 4.4.2 M編輯器的程序調(diào)試 114 4.4.3 程序的性能優(yōu)化 115 習題4 115 實驗4　程序設(shè)計 116 第5章 MATLAB數(shù)值計算 117 5.1 線性方程組求解 117 5.1.1 直接求解法 117 5.1.2 迭代法 121 5.2 非線性方程求解 128 5.2.1　非線性方程數(shù)值求解基本原理 128 5.2.2 非線性方程求根的MATLAB命令 130 5.2.3 典型非線性方程求解算法及MATLAB實現(xiàn) 132 5.3 MATLAB數(shù)據(jù)插值與擬合 136 5.3.1 一維插值 136 5.3.2 二維插值 138 5.3.3 曲線擬合 139 5.4 數(shù)值微積分 141 5.4.1 數(shù)值微分計算 141 5.4.2 數(shù)值積分計算 143 習題5 148 實驗5 數(shù)值計算 148 第6章 MATLAB符號運算 150 6.1 符號對象的創(chuàng)建 150 6.1.1 符號常量和符號變量 150 6.1.2 符號表達式與符號函數(shù) 151 6.1.3 符號矩陣 152 6.2　符號對象的運算 153 6.2.1　符號表達式的基本運算 153 6.2.2 符號矩陣的基本運算 154 6.2.3 其他符號運算 154 6.3 符號函數(shù)的微積分應(yīng)用 157 6.3.1 符號函數(shù)的極限與連續(xù)性 157 6.3.2 符號函數(shù)的微分 159 6.3.3 符號函數(shù)的積分 160 6.4 符號級數(shù)應(yīng)用 162 6.4.1 級數(shù)求和 162 6.4.2 泰勒級數(shù) 162 6.4.3 函數(shù)的傅里葉級數(shù)展開式 163 6.5 符號積分變換 164 6.5.1 傅里葉變換及其逆變換 164 6.5.2 拉普拉斯變換及其逆變換 164 6.5.3 Z變換及其逆變換 165 6.6 符號方程求解 166 6.6.1 符號代數(shù)方程 166 6.6.2 符號常微分方程 167 習題6 168 實驗6 符號運算 169 第7章 MATLAB GUI設(shè)計 170 7.1 GUI基本介紹 170 7.1.1　GUI簡介 170 7.1.2 入門示例 171 7.1.3 控件創(chuàng)建 172 7.2　GUI創(chuàng)建 174 7.2.1　菜單設(shè)計 174 7.2.2 對話框設(shè)計 175 7.2.3 文件管理框 177 7.3 GUI的M文件 178 7.4 GUI實例 179 7.4.1 MATLAB GUI設(shè)計步驟 179 7.4.2 設(shè)計實例 179 習題7 183 實驗7 GUI設(shè)計 184 第8章 MATLAB Simulink仿真 185 8.1 Simulink的基本操作 185 8.1.1 Simulink的啟動 185 8.1.2 Simulink模型窗口的建立 185 8.2 Simulink模塊庫與系統(tǒng)仿真 186 8.2.1 Simulink模塊庫 186 8.2.2 Simulink環(huán)境下的仿真運行 188 8.3 Simulink子系統(tǒng)與模塊封裝 190 8.3.1 Simulink子系統(tǒng)的建立 191 8.3.2 子系統(tǒng)的條件執(zhí)行 193 8.3.3 Simulink子系統(tǒng)的封裝 196 8.4 Simulink仿真實例 199 習題8 201 實驗8 Simulink建模與仿真 202 第9章 MATLAB在電路仿真中的應(yīng)用 204 9.1　MATLAB電路輔助設(shè)計與優(yōu)化 204 9.2　電阻電路 204 9.2.1 電路描述 204 9.2.2 程序結(jié)果驗證描述 205 9.2.3 Simulink建模 205 9.2.4 線性電阻電路方程的建立 207 9.2.5 電路方程的求解 208 9.2.6 MATLAB程序結(jié)構(gòu)設(shè)計 209 9.2.7　測試 210 9.3 動態(tài)電路的時域分析 213 9.3.1 一階零輸入響應(yīng) 213 9.3.2 二階零輸入響應(yīng) 215 9.3.3 單位階躍響應(yīng) 218 9.4 動態(tài)電路的頻率響應(yīng) 219 9.4.1 一階低通電路的頻率響應(yīng) 219 9.4.2 二階低通響應(yīng) 220 9.4.3 頻率響應(yīng)：二階帶通電路 221 9.4.4 復(fù)雜諧振電路的計算 221 9.5 MATLAB電路仿真實例 222 9.5.1 仿真實例1對電路電阻的分析 222 9.5.2 仿真實例2用MATLAB的M文件設(shè)計巴特沃斯濾波器 224 9.5.3 仿真實例3信號的分解 225 9.5.4 仿真實例4信號的合成 227 習題9 228 實驗9 MATLAB在電路仿真中的應(yīng)用 229 第10章　MATLAB在數(shù)字信號處理中的應(yīng)用 230 10.1 信號的MATLAB表示與描述 230 10.1.1 離散信號的MATLAB表示 230 10.1.2 信號序列的產(chǎn)生 232 10.2 MATLAB數(shù)字信號處理基礎(chǔ) 235 10.2.1 信號基本運算 235 10.2.2 信號的卷積 238 10.2.3 信號的相關(guān) 239 10.3 信號的頻域分析 240 10.3.1 傅里葉級數(shù)分析 240 10.3.2 離散傅里葉變換 241 10.3.3 快速傅里葉變換 242 10.3.4 信號窗函數(shù) 245 10.4 其他數(shù)字信號分析方法 247 10.4.1 離散余弦變換 247 10.4.2 希爾伯特變換 249 10.4.3 倒譜分析 250 10.5 數(shù)字濾波器設(shè)計 252 10.5.1 數(shù)字濾波器基本原理與分類 252 10.5.2 IIR濾波器設(shè)計及MALTAB實現(xiàn) 253 10.5.3 FIR濾波器設(shè)計及MATLAB實現(xiàn) 258 習題10 261 實驗10 MATLAB在數(shù)字信號處理中的應(yīng)用 262 第11章 MATLAB在數(shù)字圖像處理中的應(yīng)用 263 11.1 圖像基本操作 263 11.1.1 圖像的讀取和顯示 263 11.1.2 圖像的基本運算 264 11.1.3 圖像數(shù)據(jù)的保存 266 11.2 圖像灰度變換 266 11.2.1 常用灰度變換函數(shù) 266 11.2.2 線性灰度變換和非線性灰度變換 268 11.2.3 直方圖均衡化 268 11.3 濾波處理 270 11.3.1 空間濾波 270 11.3.2 頻域濾波 273 11.4 形態(tài)學處理 274 11.4.1 膨脹與腐蝕 275 11.4.2 開運算與閉運算 277 11.5 圖像分割 279 11.5.1 邊緣檢測 279 11.5.2 閾值處理 280 11.5.3 區(qū)域生長 281 習題11 285 實驗11 數(shù)字圖像處理 285 第12章 MATLAB在電磁場與電磁波中的應(yīng)用 286 12.1 矢量分析 286 12.1.1 矢量基本運算 286 12.1.2 梯度、散度和旋度的計算 289 12.1.3 場的可視化 290 12.2 電磁場的計算與仿真 291 12.2.1 靜電場的計算與仿真 291 12.2.2 恒定磁場的計算與仿真 293 12.3 電磁波的計算與仿真 297 12.3.1 電磁波的合成計算與仿真 297 12.3.2 電磁波駐波的模擬 298 12.3.3 光的多縫衍射模擬 299 12.3.4 電磁波的極化模擬 300 12.3.5 電磁波傳播的模擬 303 習題12 306 實驗12　矢量計算與電磁仿真 307 參考文獻 308