了得網計算機/網絡_Matlab基礎與實例教程

產品特色

編輯推薦

繫統全面，實例豐富
考慮到Matlab進行仿真和運算分析時的基礎知識和實踐操作，講解從基礎的變量、函數、數據類型等入手，涉及到數學分析、圖形可視化、Simulink仿真、文件讀寫等，全面地介紹了Matlab的分析方法。
精心編排，方便查閱
精心選擇了Matlab有代表性的實例。采用表格的形式歸納總結，方便讀者在學習時，翻閱查找相關部分的命令、函數。
配書資料，超值實用
免費提供配書PPT課件，以及書中案例源代碼。

內容簡介

Matlab是一種數值計算和圖形圖像處理的工具軟件，它的特點是語法結構簡明、數值計算高效、圖形功能完備、易學易用。它在矩陣運算、數值分析、優化、圖形圖像處理、繫統建模與仿真等領域都有廣泛的應用。
《Matlab基礎與實例教程》從Matlab的基礎知識入手，循序漸進地介紹了Matlab的知識體繫結構及操作方法。其中主要介紹了如何使用Matlab進行數據分析、圖形圖像處理、Matlab編程、圖形用戶界面建立、Matlab仿真，以及文件輸入/輸出、編譯器和應用程序接口等高級技術。本書利用大量的實例來引導讀者快速學習和掌握Matlab的各種功能。
《Matlab基礎與實例教程》繫統全面，內容合理，實例豐富，層析清晰，使用方便，適用於初、中級Matlab用戶，可作為高等學校理工科專業本科生、研究生和教師的教學用書，也可作為廣大科研和工程技術人員的參考用書。

作者簡介

趙驥，高級實驗師。自2001年起在華北理工大學從事教學管理工作，現任華北理工大學現代技術教育中心副主任，唐山市計算機協會理事。

目錄

第1章 Matlab概述 1
1.1 Matlab簡介 2
1.1.1 Matlab的發展 2
1.1.2 Matlab的優點 4
1.2 Matlab的安裝 6
1.3 Matlab操作界面介紹 9
1.3.1 命令窗口 10
1.3.2 命令歷史窗口 12
1.3.3 工作空間窗口 13
1.3.4 當前目錄窗口 13
1.4 Matlab幫助繫統 14
1.4.1 幫助窗口 14目錄

第1章 Matlab概述   1
1.1 Matlab簡介   2
1.1.1 Matlab的發展   2
1.1.2 Matlab的優點   4
1.2 Matlab的安裝   6
1.3 Matlab操作界面介紹   9
1.3.1 命令窗口   10
1.3.2 命令歷史窗口   12
1.3.3 工作空間窗口   13
1.3.4 當前目錄窗口   13
1.4 Matlab幫助繫統   14
1.4.1 幫助窗口   14
1.4.2 幫助命令   15
1.4.3 Matlab遠程幫助繫統   17
1.5 課後練習   18
第2章 Matlab 基礎知識   19
2.1 一般運算符及操作符   20
2.1.1 運算符   20
2.1.2 操作符   23
2.2 數據格式顯示   25
2.3 關繫運算符   27
2.4 邏輯運算及邏輯函數   29
2.4.1 邏輯運算   29
2.4.2 邏輯函數   31
2.5 數值數據類型   39
2.5.1 整數   39
2.5.2 浮點數   42
2.5.3 整型浮點數間的操作函數   43
2.5.4 復數   44
2.6 函數和特殊函數簡明介紹   46
2.7 課後練習   47
第3章數組   49
3.1 一維數組的創建   50
3.2 多維數組的創建   52
3.3 數組的運算   55
3.4 常用的標準數組   56
3.5 低維數組的尋址和搜索   58
3.6 低維數組的處理函數   62
3.7 高維數組的處理和運算   64
3.8 課後練習   66
第4章 Matlab數學運算   67
4.1 極限、導數與微分   68
4.1.1 極限   68
4.1.2 導數與微分   68
4.2 積分   72
4.2.1 函數的積分   73
4.2.2&nbs函數的數值積分   76
4.3 化簡、提取與替換代入   79
4.3.1 化簡   79
4.3.2 提取與替換代入   82
4.4 級數求和   85
4.4.1 symsum(s)   85
4.4.2 symsum(s,v)   85
4.4.3 symsum(s,v,a,b)   86
4.5 泰勒、傅裡葉級數展開   87
4.5.1 函數泰勒展開   87
4.5.2 函數的完全泰勒展開   89
4.5.3 傅裡葉級數展開   90
4.6 多重積分   90
4.6.1 二重積分   91
4.6.2 三重積分   92
4.7 課後練習   93
第5章字符數組和結構體   95
5.1 字符串操作   96
5.1.1 Matlab中的字符串符號   96
5.1.2 一般通用字符串操作   98
5.1.3 字符串比較操作   101
5.1.4 字符串與數值間的相互轉換   106
5.1.5 進制間的轉換   108
5.2 數組和結構體   110
5.2.1 數組的創建和操作   110
5.2.2 數組函數   113
5.2.3 結構體創建   114
5.2.4 結構體函數   115
5.3 課後練習   117
第6章 Matlab編程   119
6.1 M文件編輯器   120
6.1.1 運行M文件編輯器   120
6.1.2 設置M文件編輯器的屬性   121
6.2 M文件和P文件   122
6.2.1 M文件函數文件   122
6.2.2 M文件腳本文件   123
6.2.3 M文件規則與屬性   126
6.2.4 P文件及操作   126
6.3 Matlab編程的構件   127
6.3.1 變量   127
6.3.2 變量的檢測、傳遞   128
6.3.3 運算關繫與運算符號   130
6.3.4 關鍵字   134
6.3.5 指令行   134
6.3.6 常見函數   134
6.4 數據流結構   136
6.4.1 順序結構   136
6.4.2 if和switch選擇結構   137
6.4.3 for和while循環結構   140
6.4.4 try-catch容錯結構   142
6.4.5 其他數據流結構   143
6.5 控制命令   144
6.5.1 continue和break命令   144
6.5.2 return和pause命令   146
6.5.3 input和keyboard命令   147
6.5.4 error和warning命令   148
6.6 課後練習   149
第7章符號及其運算   151
7.1 符號變量的創建   152
7.1.1 字符型數據變量的創建   152
7.1.2 符號型數據變量的創建   153
7.1.3 符號變量的基本操作   154
7.2 符號表達式與符號方程創建   156
7.2.1 符號表達式的創建   156
7.2.2 符號方程的創建   158
7.2.3 符號表達式的操作   158
7.3 符號矩陣的創建   163
7.3.1 用sym命令直接創建符號矩陣   164
7.3.2 由數值矩陣轉換為符號矩陣   164
7.3.3 利素的通式創建符號矩陣   165
7.3.4 符號矩陣及符號數組的運算   166
7.4 符號微積分   171
7.4.1 符號極限   171
7.4.2 符號微分和求導   172
7.4.3 符號積分   173
7.5 符號積分變換   175
7.5.1 Fourier變換及其逆變換   175
7.5.2 Laplace變換及其逆變換   176
7.5.3 Z變換及其反變換   177
7.6 符號代數方程求解   179
7.7 符號微分方程求解   180
7.8 圖示化符號函數計算器   181
7.8.1 單變量符號函數計算器   181
7.8.2 泰勒級數逼近計算器   184
7.9 課後練習   185
第8章圖形繪制   187
8.1 基本繪圖命令   188
8.1.1 圖形窗口簡介   188
8.1.2 基本繪圖操作   192
8.1.3 圖形注釋   194
8.1.4 特殊函數   196
8.2 二維繪圖   200
8.2.1 二維繪圖命令   200
8.2.2 交互式繪圖操作   203
8.3 三維繪圖   204
8.3.1 三維繪圖命令   204
8.3.2 三維繪圖改進命令   207
8.3.3 三維視圖的可視效果控制   209
8.3.4 三維圖形的光照控制   210
8.3.5 柱面和球面的表達   212
8.4 課後練習   214
第9章 Matlab 句柄圖形繫統   215
9.1 句柄圖形基礎   216
9.1.1 圖形對像概述   216
9.1.2 圖形對像句柄   218
9.1.3 圖形對像屬性   219
9.2 圖形對像的創建   224
9.2.1 創建圖形窗口對像   224
9.2.2 創建坐標軸對像   227
9.2.3 創建曲線對像   229
9.2.4 創建文字對像   230
9.2.5 創建曲面對像   231
9.2.6 核心圖形對像   232
9.3 句柄圖形對像的基本操作   236
9.3.1 設置查詢圖形對像屬性   236
9.3.2 設置對像的默認屬性操作   237
9.3.3 高層繪圖對像操作   240
9.4 課後練習   242
第10章圖形用戶界面GUI設計   243
10.1 圖形用戶界面GUI設計過程   244
10.1.1 設計的一般步驟以及原則   244
10.1.2 GUI設計的基本方式   244
10.2 使用GUIDE創建GUI   246
10.2.1 GUIDE概述   246
10.2.2 啟動GUIDE   246
10.2.3 GUI的設計窗口簡介   248
10.2.4 使用GUIDE創建GUI的步驟   253
10.3 M文件創建GUI   262
10.4 課後練習   266
第11章 Simulink基礎   267
11.1 Simulink的基礎操作   268
11.1.1 Simulink概述   268
11.1.2 Simulink安裝步驟   268
11.1.3 Simulink啟動方式   269
11.1.4 模型窗口的菜單欄   270
11.2 Simulink仿真繫統操作步驟   274
11.2.1 啟動添加Simulink 模塊庫   274
11.2.2 設置模塊屬性   275
11.2.3 模塊連接   276
11.2.4 運行繫統輸出結果   276
11.3 Simulink的模塊庫   276
11.3.1 Simulink的公共模塊庫   277
11.3.2 Simulink的專業模塊庫   285
11.4 Simulink模塊的基本操作   290
11.4.1 Simulink模型的工作原理   290
11.4.2 模塊的選定復制   292
11.4.3 模塊大小改變與旋轉   293
11.4.4 模塊顏色的改變與名的改變   294
11.4.5 模塊參數設置   296
11.4.6 連線分支與連線改變   297
11.4.7 信號組合   299
11.5 模型注釋   299
11.6 設置Simulink仿真繫統界面   300
11.6.1 模塊框圖屬性編輯   300
11.6.2 信號標簽與標簽傳遞   302
11.7 仿真運行過程   304
11.7.1 運行仿真   304
11.7.2 仿真參數設置   305
11.7.3 示波器的使用   310
11.8 Simulink連續繫統建模   311
11.8.1 線性繫統建模   311
11.8.2 非線性繫統建模   318
11.9 課後練習   319
第12章文件和數據的導入與導出   321
12.1 低級文件I/O介紹   322
12.2 文件打開和關閉   322
12.2.1 打開文件   322
12.2.2 關閉文件   324
12.3 數據的讀寫   325
12.3.1 讀取TXT文件   325
12.3.2 寫入二進制文件   335
12.4 文件的定位和文件的狀態   338
12.5 高級文件I/O介紹   342
12.5.1 Mat文件操作   342
12.5.2 圖像、聲音、影片格式文件的操作   345
12.6 課後練習   348

前言

前言

與其他高級語言相比，Matlab提供了一個人機交互的教學繫統環境，並以矩陣作為基本的數據結構，可以大大編程時間。Matlab語法規則簡單、容易掌握、調試方便，調試過程中可以設置斷點，存儲中間結果，從而很快查出程序中的錯誤。正是由於Matlab的強大功能，Matlab語言受到了越來越多院校師生的歡迎和重視。由於它將使用者從煩瑣重復的計算中解放出來，把更多的精力投入到對數學基本含義的理解上，因此，它已逐步成為許多大學生和研究生課程中的重要工具。像線性代數、高等數學、信號處理、自動控制等許多領域，它都表現出高效、簡單和直觀的性能，是強有力的計算機輔助設計工具。因此，在高等院校裡，Matlab已經成為線性代數、自動控制理論、概率論及數理統計、數字信號處理、時間序列分析、動態繫統仿真等課程的基本教學工具，熟練運用Matlab已成為大學生、研究生必須掌握的基本技能；在設計研究單位和工業部門，Matlab已成為研究軟件和標準軟件。國際上許多新版科技書籍(特別是高校教材)在講述其專業時都把Matlab作為基本工具使用。前言

與其他高級語言相比，Matlab提供了一個人機交互的教學繫統環境，並以矩陣作為基本的數據結構，可以大大編程時間。Matlab語法規則簡單、容易掌握、調試方便，調試過程中可以設置斷點，存儲中間結果，從而很快查出程序中的錯誤。正是由於Matlab的強大功能，Matlab語言受到了越來越多院校師生的歡迎和重視。由於它將使用者從煩瑣重復的計算中解放出來，把更多的精力投入到對數學基本含義的理解上，因此，它已逐步成為許多大學生和研究生課程中的重要工具。像線性代數、高等數學、信號處理、自動控制等許多領域，它都表現出高效、簡單和直觀的性能，是強有力的計算機輔助設計工具。因此，在高等院校裡，Matlab已經成為線性代數、自動控制理論、概率論及數理統計、數字信號處理、時間序列分析、動態繫統仿真等課程的基本教學工具，熟練運用Matlab已成為大學生、研究生必須掌握的基本技能；在設計研究單位和工業部門，Matlab已成為研究軟件和標準軟件。國際上許多新版科技書籍(特別是高校教材)在講述其專業時都把Matlab作為基本工具使用。
本書內容共有12章。第1章介紹Matlab的發展歷史、基本功能特點、安裝和軟件使用界面；第2章介紹Matlab數學運算的基本使用方法，包括Matlab的常用數學函數、數據類型、操作函數及Matlab腳本文件等；第3章介紹Matlab數組和向量，包括數組和向量的創建、數組的基本運算、數組和向量的操作；第4章介紹Matlab的數學運算功能，包括數據插值、函數運算及微分方程求解等；第5章介紹Matlab的其他數據結構，包括字符數組和結構體，為Matlab編程及更多功能的實現打下基礎；第6章介紹Matlab編程，包括Matlab程序設計的腳本文件、程序設計與開發、基本語法、語句結構及程序調試等；第7章介紹Matlab的符號運算工具箱，包括功能和實現等；第8章介紹Matlab繪圖，繪圖是Matlab的一項重要功能，主要介紹基本的圖形繪制、繪制圖形的常用操作、特殊圖形的繪制等內容；第9章介紹Matlab句柄圖形，為學習Matlab圖形用戶界面(GUI)設計做好準備；第10章介紹Matlab GUI設計；第11章介紹Simulink仿真工具箱；第12章介紹Matlab的文件輸入與輸出操作。
本書內容特色如下。
1. 內容新穎，知識全面
本書內容安排考慮到Matlab進行仿真和運算分析時的基礎知識和實踐操作，從基礎的變量、函數、數據類型等入手，到數學分析、圖形可視化、Simulink仿真、文件讀寫等，全面、詳細地幫助讀者掌握Matlab的分析方法。
2. 講解深入，實例清楚
Matlab的基礎內容中涉及比較多的方面，本書在對相關主題介紹的同時，對函數或命令中比較常用的部分進行重點的分析介紹，同時，通過實例對函數和命令中的一些典型知識點進行講解，從而幫助讀者掌握和深入學習。
3. 精心編排，便於查閱
本書在講解Matlab命令時，精心選擇了有代表性的實例。同時，將相關內容和函數命令通過表格的形式歸納總結，從而使讀者在學習的同時，翻閱查找相關部分的命令、函數。因此，非常有利於讀者閱讀和查閱。
本書由華北理工大學的趙驥老師、曹岩老師、李洪波老師以及唐山市曹妃甸區教育體育局的楊紅艷老師編寫，參與編寫的老師還有陳艷華、封素潔、封超、代小華等。本書既可以作為高等院校的教科書，又可供廣大科技工作者閱讀使用。

編者

在線試讀

第2章 Matlab基礎知識
Matlab語言以前是一種專門為進行矩陣計算所設計的語言，在以後的各個版本中逐步擴充其各種功能。現在Matlab不僅僅局限於矩陣計算領域，但其基本、重要的功能還是進行實數矩陣和復數矩陣的運算。在本章中，主要介紹Matlab語言及命令的基本知識，這是Matlab基本和重要的部分，對本章內容的深入理解和掌握是對其他各章進行理解和運用並對Matlab進行擴展的基礎。用戶在學習完本章的內容後，可以進行基本的數值計算，從而能夠容易地解決許多學習和科研中遇到的計算問題。
學習目標
掌握一般運算符及操作符
掌握關繫運算符
掌握邏輯運算及邏輯函數
掌握數值數據類型
了解Matlab的函數和特殊函數

2.1 一般運算符及操作符
一般運算符和操作符可以構成運算的基本的操作指令，如加、減、乘、除和乘方等運算，這些運算指令幾乎在所有計算機語言中都有，且大同小異。在Matlab中，幾乎所有的操作都是以矩陣為基本的，這與其他計算機語言有很大不同，也是Matlab的重要特點，在以後的學習中應該充分理解和注意。
2.1.1 運算符
1. 矩陣的加減運算
其基本形式為X±Y，X和Y必須為同維的矩陣，此時素相加減。如果X與Y的維數不相同，則Matlab將給出錯誤信息，提示用戶兩個矩陣的維數不匹配。
例2.1 矩陣加減
Matlab中的矩陣加減運算：第2章 Matlab基礎知識
Matlab語言以前是一種專門為進行矩陣計算所設計的語言，在以後的各個版本中逐步擴充其各種功能。現在Matlab不僅僅局限於矩陣計算領域，但其基本、重要的功能還是進行實數矩陣和復數矩陣的運算。在本章中，主要介紹Matlab語言及命令的基本知識，這是Matlab基本和重要的部分，對本章內容的深入理解和掌握是對其他各章進行理解和運用並對Matlab進行擴展的基礎。用戶在學習完本章的內容後，可以進行基本的數值計算，從而能夠容易地解決許多學習和科研中遇到的計算問題。
學習目標
掌握一般運算符及操作符
掌握關繫運算符
掌握邏輯運算及邏輯函數
掌握數值數據類型
了解Matlab的函數和特殊函數

2.1 一般運算符及操作符
一般運算符和操作符可以構成運算的基本的操作指令，如加、減、乘、除和乘方等運算，這些運算指令幾乎在所有計算機語言中都有，且大同小異。在Matlab中，幾乎所有的操作都是以矩陣為基本的，這與其他計算機語言有很大不同，也是Matlab的重要特點，在以後的學習中應該充分理解和注意。
2.1.1 運算符
1. 矩陣的加減運算
其基本形式為X±Y，X和Y必須為同維的矩陣，此時素相加減。如果X與Y的維數不相同，則Matlab將給出錯誤信息，提示用戶兩個矩陣的維數不匹配。
例2.1 矩陣加減
Matlab中的矩陣加減運算：

>>X=(2 3; 4 5)
X=
   2     3
   4     5
>>Y=(3 4; 4 3)
Y=
   3     4
   4     3
X Y=
   5     7
   8     8
X-Y=
   -1    -1
   0     2

2. 矩陣的乘法運算
X*Y是兩個矩陣X和Y的乘積，其中X和Y必須滿足矩陣相乘的條件，即矩陣X的列數必須等於矩陣Y的行數。如果其中一個為1×1矩陣亦合法，此時便是將每一個素都分別與這個數值相乘。
例2.2 矩陣乘法
Matlab中的矩陣乘法運算：

>>X*Y
ans =
    18    17
    32    31
X*2
ans =
     4     6
     8    10

3. 矩陣的數組乘法
X.*Y運算結果為兩個矩陣素相乘，得到的結果與X和Y同維，此時X和Y也必須有相同的維數，除非其中一個為1×1矩陣，此時運算法則與X*Y相同。
例2.3 數組乘法
Matlab中的數組乘法運算：

>> X.*Y
ans =
     6    12
    16    15
>> 2.*X
ans =
     4     6
     8    10

4. 矩陣的乘方運算
(1)x^Y表示，如果x為數，而Y為方陣，結果由各特征值和特征向量計算得到。
(2)X^y表示，如果X是方陣、y是一個大於1的整數，所得結果由X重復相乘y次得到；如果y不是整數，則將計算各特征值和特征向量的乘方。
(3)如果X和Y都是矩陣，或X或Y不是方陣，則會顯示錯誤信息。
例2.4 矩陣乘方
Matlab中的矩陣乘方運算：

>> X^2
ans =
    16    21
    28    37
>> X^1.5
ans =
   5.9125 - 0.1007i   7.7970 0.0573i
   10.3960 0.0764i 13.7095 - 0.0434i
>> 2^Y
ans =
   64.2500   63.7500
   63.7500   64.2500

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