MATLAB應用全解

第一部分MATLAB基礎知識
第1章初識MATLAB3
微課視頻46分鐘
1.1MATLAB簡介3
1.2工作界面4
1.2.1命令行窗口5
1.2.2命令歷史記錄窗口8
1.2.3當前文件夾和路徑管理9
1.2.4搜索路徑9
1.2.5工作區(qū)和數(shù)組編輯器11
1.2.6變量的編輯命令12
1.2.7存取數(shù)據(jù)文件13
1.3通用命令14
1.3.1常用命令14
1.3.2輸入內(nèi)容的編輯14
1.3.3標點15
1.4幫助系統(tǒng)15
1.4.1純文本幫助15
1.4.2幫助導航16
1.4.3示例幫助16
1.5初步使用MATLAB17
1.6本章小結(jié)18
第2章基礎知識19
69分鐘
2.1基本概念19
2.1.1常量與變量19
2.1.2無窮量和非數(shù)值量20
2.1.3標量、向量、矩陣與數(shù)組21
2.1.4命令、函數(shù)、表達式和語句21
2.1.5數(shù)組、矩陣與符號矩陣22
2.2數(shù)據(jù)類型23
2.2.1數(shù)據(jù)類型概述23
2.2.2整數(shù)類型24
2.2.3浮點數(shù)類型26
2.2.4顯示格式27
2.2.5常用函數(shù)28
2.3基本運算29
2.3.1算術運算29
2.3.2關系運算30
2.3.3邏輯運算30
2.3.4運算符的優(yōu)先級33
2.3.5常用函數(shù)33
2.4向量34
2.4.1向量生成35
2.4.2向量加減和數(shù)乘運算37
2.4.3向量點積和叉積運算37
2.5字符串39
2.5.1字符串變量與一維字符數(shù)組39
2.5.2對字符串的多項操作40
2.5.3二維字符數(shù)組42
2.6小結(jié)43
第3章數(shù)組44
100分鐘
3.1創(chuàng)建數(shù)組44
3.1.1創(chuàng)建空數(shù)組44
3.1.2創(chuàng)建一維數(shù)組45
3.1.3創(chuàng)建二維數(shù)組46
3.1.4創(chuàng)建三維數(shù)組47
3.1.5創(chuàng)建低維標準數(shù)組50
3.1.6創(chuàng)建高維標準數(shù)組51
3.2數(shù)組屬性52
3.2.1數(shù)組結(jié)構52
3.2.2數(shù)組大小53
3.2.3數(shù)組維度54
3.2.4數(shù)組數(shù)據(jù)類型54
3.2.5數(shù)組內(nèi)存的占用55
3.3創(chuàng)建特殊數(shù)組56
3.3.10-1數(shù)組56
3.3.2對角數(shù)組56
3.3.3隨機數(shù)組57
3.3.4魔方數(shù)組58
3.4數(shù)組操作58
3.4.1保存和裝載58
3.4.2索引和尋址59
3.4.3擴展和裁剪61
3.4.4形狀改變66
3.4.5數(shù)組運算69
3.4.6數(shù)組查找72
3.4.7數(shù)組排序73
3.4.8高維數(shù)組降維73
3.5多維數(shù)組及其操作74
3.5.1多維數(shù)組屬性74
3.5.2多維數(shù)組操作75
3.6小結(jié)78
第4章矩陣79
66分鐘
4.1矩陣基本操作79
4.1.1元素存儲次序79
4.1.2元素表示及操作80
4.2創(chuàng)建矩陣83
4.2.1直接輸入法83
4.2.2抽取法84
4.2.3拼接法85
4.2.4函數(shù)法86
4.2.5拼接函數(shù)和變形函數(shù)法87
4.2.6加載法89
4.2.7M文件法90
4.2.8復數(shù)矩陣輸入90
4.2.9大矩陣的生成91
4.3基本運算91
4.3.1矩陣行列式的值91
4.3.2矩陣加減、數(shù)乘與乘法92
4.3.3求矩陣的逆92
4.3.4矩陣的除法93
4.3.5求矩陣的秩94
4.3.6求矩陣的特征值與特征向量95
4.3.7矩陣的乘冪與開方95
4.3.8矩陣的指數(shù)與對數(shù)運算96
4.3.9矩陣轉(zhuǎn)置96
4.3.10矩陣的提取與翻轉(zhuǎn)97
4.4矩陣特征參數(shù)98
4.4.1條件數(shù)、矩陣的穩(wěn)定性98
4.4.2特征值和特征向量99
4.4.3范數(shù)104
4.4.4條件數(shù)106
4.5矩陣的數(shù)學函數(shù)107
4.5.1三角函數(shù)107
4.5.2指數(shù)函數(shù)和對數(shù)函數(shù)109
4.5.3復數(shù)函數(shù)111
4.6稀疏矩陣技術112
4.6.1基本稀疏矩陣112
4.6.2稀疏矩陣函數(shù)115
4.7矩陣分解118
4.7.1Cholesky分解118
4.7.2不完全Cholesky分解119
4.7.3LU分解120
4.7.4不完全LU分解121
4.7.5QR分解122
4.7.6操作QR分解結(jié)果123
4.7.7奇異值分解123
4.8小結(jié)124
第5章符號運算125
55分鐘
5.1基本概念125
5.1.1符號對象125
5.1.2符號常量128
5.1.3符號變量128
5.1.4符號表達式、函數(shù)與方程129
5.1.5自變量函數(shù)133
5.1.6符號矩陣134
5.2符號運算基本內(nèi)容137
5.2.1符號變量代換137
5.2.2符號對象轉(zhuǎn)換為數(shù)值對象138
5.2.3符號表達式化簡140
5.2.4符號運算的其他函數(shù)143
5.2.5兩種特定的符號運算函數(shù)144
5.3符號微積分146
5.3.1符號極限運算146
5.3.2符號函數(shù)微分運算149
5.3.3符號函數(shù)積分運算150
5.3.4符號卷積152
5.3.5符號積分變換152
5.4符號矩陣及其運算155
5.4.1符號矩陣元素訪問155
5.4.2符號矩陣基本運算156
5.4.3符號矩陣化簡161
5.4.4符號矩陣微分與積分163
5.5符號方程求解164
5.5.1代數(shù)方程求解164
5.5.2微分方程求解167
5.6小結(jié)169
第二部分MATLAB繪圖與程序設計
第6章二維繪圖173
50分鐘
6.1數(shù)據(jù)可視化173
6.1.1離散數(shù)據(jù)可視化173
6.1.2連續(xù)函數(shù)可視化176
6.2基本二維圖形繪制178
6.2.1二維圖形繪制步驟178
6.2.2二維基本繪圖函數(shù)(plot)179
6.2.3快速方程式繪圖(fplot,ezplot)182
6.3二維圖形的修飾183
6.3.1色彩、線型和點型183
6.3.2坐標軸的調(diào)整185
6.3.3刻度和柵格187
6.3.4設置坐標框188
6.3.5圖形標識189
6.3.6圖案填充192
6.4子圖繪制法194
6.5特殊圖形的繪制197
6.5.1特殊坐標系圖形的繪制197
6.5.2特殊二維圖形的繪制201
6.6二維繪圖應用206
6.7小結(jié)212
第7章三維繪圖213
24分鐘
7.1三維繪圖基礎213
7.1.1三維繪圖基本步驟213
7.1.2三維繪圖基本函數(shù)214
7.1.3三維坐標標記及圖形標記217
7.2三維網(wǎng)格曲面218
7.2.1繪制三維曲面218
7.2.2柵格數(shù)據(jù)的生成222
7.2.3網(wǎng)格曲面的繪制命令224
7.2.4隱藏線的顯示和關閉227
7.3三維陰影曲面的繪制228
7.3.1帶有等高線的陰影曲面繪制228
7.3.2具有光照效果的陰影曲面繪制228
7.4三維圖形的控制229
7.4.1設置視角位置229
7.4.2設置坐標軸230
7.5三維圖形特殊處理231
7.5.1透視、鏤空和裁切231
7.5.2色彩控制233
7.5.3照明和材質(zhì)處理236
7.5.4簡捷繪圖函數(shù)237
7.6特殊三維圖形239
7.6.1螺旋線239
7.6.2拋物面240
7.6.3柱狀圖241
7.6.4柱體243
7.6.5餅狀圖244
7.6.6雙曲面245
7.6.7三維等高線246
7.6.8三維離散序列圖247
7.6.9其他圖形247
7.7三維繪圖應用248
7.8小結(jié)256
第8章程序設計257
20分鐘
8.1程序結(jié)構257
8.1.1if分支結(jié)構257
8.1.2switch分支結(jié)構258
8.1.3while循環(huán)結(jié)構259
8.1.4for循環(huán)結(jié)構260
8.2控制語句261
8.2.1continue命令261
8.2.2break命令262
8.2.3return命令263
8.2.4input命令263
8.2.5keyboard命令264
8.3文件操作264
8.3.1fopen語句265
8.3.2fclose語句266
8.4程序調(diào)試266
8.4.1程序調(diào)試命令266
8.4.2程序常見的錯誤類型267
8.5程序優(yōu)化271
8.5.1效率優(yōu)化（時間優(yōu)化）271
8.5.2內(nèi)存優(yōu)化（空間優(yōu)化）271
8.5.3幾個常用的算法程序277
8.6小結(jié)285
第9章函數(shù)286
22分鐘
9.1M文件286
9.1.1M文件概述286
9.1.2變量287
9.1.3腳本文件288
9.1.4函數(shù)文件289
9.1.5函數(shù)調(diào)用290
9.2函數(shù)類型294
9.2.1匿名函數(shù)294
9.2.2主函數(shù)295
9.2.3嵌套函數(shù)295
9.2.4子函數(shù)296
9.2.5私有函數(shù)296
9.2.6重載函數(shù)296
9.3參數(shù)傳遞297
9.3.1參數(shù)傳遞概述297
9.3.2輸入和輸出參數(shù)的數(shù)目297
9.3.3可變數(shù)目的參數(shù)傳遞298
9.3.4返回被修改的輸入?yún)?shù)299
9.3.5全局變量300
9.4小結(jié)301
第三部分MATLAB高級應用
第10章數(shù)據(jù)分析與處理305
23分鐘
10.1插值305
10.1.1一維插值305
10.1.2二維插值307
10.1.3三維插值309
10.1.4多維插值310
10.1.5樣條插值312
10.2曲線擬合313
10.2.1多項式擬合314
10.2.2加權最小方差擬合315
10.3曲線擬合工具317
10.3.1曲線擬合圖形用戶接口317
10.3.2繪制擬合殘差圖形318
10.3.3數(shù)據(jù)預測319
10.4傅里葉分析320
10.4.1離散傅里葉變換320
10.4.2FFT和DFT對比322
10.5圖像數(shù)據(jù)分析324
10.6小結(jié)329
第11章微積分運算330
20分鐘
11.1極限330
11.2求積運算332
11.2.1積分基本概念332
11.2.2符號積分函數(shù)333
11.2.3數(shù)值積分函數(shù)335
11.3求積算法實現(xiàn)340
11.3.1牛頓-科特斯求積340
11.3.2高斯-勒讓德求積342
11.3.3復化求積343
11.3.4龍貝格求積346
11.4微分方程347
11.4.1微分方程的概念347
11.4.2常微分方程的解347
11.4.3微分方程的數(shù)值解法353
11.4.4偏微分方程的數(shù)值解法354
11.5多元函數(shù)的極值358
11.6本章小結(jié)360
第12章概率與數(shù)理統(tǒng)計361
25分鐘
12.1隨機數(shù)的產(chǎn)生361
12.1.1二項分布隨機數(shù)361
12.1.2泊松分布隨機數(shù)362
12.1.3均勻分布隨機數(shù)363
12.1.4正態(tài)分布隨機數(shù)363
12.1.5其他常見分布隨機數(shù)363
12.2概率密度函數(shù)365
12.2.1常見分布的密度函數(shù)作圖365
12.2.2通用函數(shù)計算概率密度函數(shù)值368
12.2.3專用函數(shù)計算概率密度函數(shù)值369
12.3隨機變量的數(shù)字特征370
12.3.1平均值、中值371
12.3.2數(shù)學期望372
12.3.3協(xié)方差及相關系數(shù)373
12.3.4中心矩374
12.3.5數(shù)據(jù)比較374
12.3.6方差376
12.3.7常見分布的期望和方差377
12.4參數(shù)估計378
12.4.1常見分布的參數(shù)估計378
12.4.2點估計380
12.4.3區(qū)間估計382
12.5假設檢驗382
12.5.1方差已知時的均值假設檢驗382
12.5.2正態(tài)總體均值假設檢驗383
12.5.3分布擬合假設檢驗385
12.6方差分析387
12.6.1單因子方差分析387
12.6.2雙因子方差分析389
12.7統(tǒng)計圖表的繪制390
12.7.1正整數(shù)的頻率表390
12.7.2經(jīng)驗累積分布函數(shù)圖形390
12.7.3最小二乘擬合直線391
12.7.4繪制正態(tài)分布概率圖形392
12.7.5繪制威布爾概率圖形392
12.7.6樣本數(shù)據(jù)的箱線圖393
12.7.7增加參考線393
12.7.8增加多項式曲線394
12.7.9樣本概率圖形394
12.7.10附加有正態(tài)密度曲線的直方圖395
12.7.11在指定的界線之間繪制正態(tài)密度曲線395
12.8本章小結(jié)396
第13章優(yōu)化計算397
18分鐘
13.1優(yōu)化參數(shù)設置397
13.1.1創(chuàng)建或編輯優(yōu)化選項397
13.1.2獲取優(yōu)化選項參數(shù)400
13.2線性規(guī)劃400
13.2.1線性規(guī)劃數(shù)學模型401
13.2.2非標準型的標準化402
13.2.3線性規(guī)劃函數(shù)調(diào)用格式403
13.2.4線性規(guī)劃函數(shù)參數(shù)含義403
13.2.5線性規(guī)劃函數(shù)命令詳解405
13.2.6線性規(guī)劃問題求解406
13.3有約束非線性規(guī)劃409
13.3.1函數(shù)調(diào)用格式410
13.3.2函數(shù)參數(shù)含義410
13.3.3函數(shù)命令詳解417
13.3.4問題求解417
13.4無約束非線性優(yōu)化419
13.4.1一維搜索優(yōu)化函數(shù)fminbnd419
13.4.2多維無約束搜索函數(shù)fminsearch423
13.4.3多維無約束優(yōu)化函數(shù)fminunc425
13.5多目標規(guī)劃430
13.5.1理想點法431
13.5.2線性加權和法434
13.5.3最大最小法436
13.5.4多目標規(guī)劃函數(shù)439
13.6二次規(guī)劃449
13.6.1函數(shù)調(diào)用格式449
13.6.2函數(shù)參數(shù)含義449
13.6.3問題求解453
13.7最小二乘最優(yōu)問題454
13.7.1約束線性最小二乘454
13.7.2非線性數(shù)據(jù)（曲線）擬合455
13.7.3非負線性最小二乘457
13.8非線性方程的優(yōu)化解457
13.8.1求單變量函數(shù)的零點458
13.8.2求解非線性方程組458
13.9小結(jié)460
第四部分Simulink仿真應用
第14章Simulink仿真基礎463
30分鐘
14.1基本介紹463
14.1.1運行Simulink463
14.1.2初識模塊庫463
14.1.3打開系統(tǒng)模型465
14.1.4保存系統(tǒng)模型465
14.1.5打印模型框圖并生成報告465
14.1.6常用鼠標和鍵盤操作467
14.1.7環(huán)境設置467
14.1.8仿真基本步驟468
14.1.9系統(tǒng)封裝469
14.2模塊庫介紹470
14.2.1信號源模塊庫471
14.2.2信號輸出模塊庫472
14.2.3表格模塊庫473
14.2.4數(shù)學運算模塊庫474
14.2.5連續(xù)模塊庫475
14.2.6非線性模塊庫476
14.2.7離散模塊庫477
14.2.8信號路由模塊庫478
14.3模塊操作479
14.3.1Simulink模塊類型479
14.3.2模塊的創(chuàng)建480
14.3.3模塊的連接481
14.3.4模塊參數(shù)設置484
14.4系統(tǒng)仿真484
14.4.1仿真參數(shù)設置484
14.4.2啟動仿真486
14.4.3仿真結(jié)果分析486
14.4.4簡單系統(tǒng)的仿真分析486
14.5本章小結(jié)491
第15章Simulink子系統(tǒng)492
28分鐘
15.1子系統(tǒng)介紹492
15.1.1子系統(tǒng)含義492
15.1.2創(chuàng)建子系統(tǒng)493
15.1.3模型瀏覽器496
15.2高級子系統(tǒng)498
15.2.1使能子系統(tǒng)498
15.2.2觸發(fā)子系統(tǒng)501
15.2.3使能觸發(fā)子系統(tǒng)504
15.2.4交替執(zhí)行子系統(tǒng)504
15.3子系統(tǒng)封裝507
15.3.1封裝子系統(tǒng)特征507
15.3.2封裝選項設置508
15.4自定義庫513
15.5本章小結(jié)514
第16章Simulink仿真與調(diào)試515
14分鐘
16.1仿真參數(shù)配置515
16.1.1求解器概述515
16.1.2仿真參數(shù)設置516
16.2模型調(diào)試520
16.2.1調(diào)試器GUI模式521
16.2.2調(diào)試器命令行模式522
16.2.3調(diào)試器命令522
16.2.4調(diào)試器控制524
16.3設置斷點525
16.3.1無條件斷點526
16.3.2有條件斷點527
16.4仿真信息顯示529
16.4.1顯示模塊I/O529
16.4.2顯示代數(shù)環(huán)信息530
16.4.3顯示系統(tǒng)狀態(tài)531
16.4.4顯示求解器信息532
16.4.5顯示模型中模塊的執(zhí)行順序533
16.4.6顯示系統(tǒng)或模塊534
16.5小結(jié)535
參考文獻536