MATLAB是廣受歡迎的科學與工程計算軟件之一，版本升級很快，本書修訂時的**版本是 R2019b，但是MATLAB R2015b產品族仍然是MathWorks公司應用較多的版本。根據廣大讀者的需求，本書仍以MATLAB R2015b為平臺，比較繫統地介紹MATLAB R2015b環境、MATLAB數值計算、MATLAB符號計算、MATLAB計算的可視化和GUI設計、MATLAB程序設計、線性控制繫統分析與設計、Simulink仿真環境、MATLAB高級應用等。本書內容主要分為實用教程、習題、實驗及附錄四個部分，各部分深入淺出，相互配合，層次清晰。實用教程部分先講解基礎知識，後開展實例操作；習題部分繫統練習基本內容；實驗部分先引導操作，後展開思考練習；附錄部分包含習題參考答案、模擬測試題及其參考答案、例題索引和程序的調試介紹。同時，本書配備教學課件和實例文件，方便老師授課和學生自學。本書配套對應的教學視頻，通過掃描二維碼播放。同時，將PPT、習題、實驗、實例和微課視頻等形成在線平臺資源，進行繫統展示。本書可作為大學本科和專科有關課程的教材或教學參考書，也適於MATLAB用戶學習和參考。

鄭阿奇，南京師範大學計算機科學與技術學院，副教授，東南大學本科，曾任計算機軟件繫主任，獲選南京師範大學教學名師培養人選。主編5套計算機繫列教材，獲教育部優秀教材二等獎、電子部優秀教材二等獎、兩次獲江蘇省優秀教學成果二等獎、江蘇省暢銷圖書編輯二等獎、全國高校出版社優秀暢銷書二等獎、兩次獲南京師範大學優秀教學成果一等獎、南京師範大學精品教材一等獎。參加主持國家八六三計劃子項目、江蘇省科技開發項目，主持南京市科技開發項目、泰州市科委項目、金陵石化公司項目，獲江蘇省優秀軟件獎，江蘇省科技進步獎、南京市創新成果獎。獲國家發明專利和實用新型專利20多個。

目錄
第1部分 實 用 教 程

第1章 MATLAB R2015b環境 1
1．1 MATLAB簡介 1
1．1．1 MATLAB工具箱 2
1．1．2 MATLAB的功能和特點 2
1．2 MATLAB R2015b的環境設置 3
1．2．1 MATLAB的集成開發環境 3
1．2．2 工具欄 4
1．3 常用窗口 7
1．3．1 命令窗口
（Command Window） 8
1．3．2 當前目錄瀏覽器窗口
（Current Folder） 12
1．3．3 工作空間窗口
（Workspace） 14
1．3．4 歷史命令窗口
（Command History） 16
1．3．5 變量編輯器窗口
（Variable Editor） 17
1．3．6 M文件編輯/調試器窗口
（Editor/Debugger） 18
1．3．7 代碼分析報告窗口
（Code Analyzer Report） 19
1．3．8 程序性能剖析窗口
（Profiler） 19
1．3．9 MATLAB R2015b幫助 20
1．4 MATLAB R2015b其他管理 22
1．4．1 MATLAB用戶文件格式 22
1．4．2 設置搜索路徑 23
1．5 1個實例 26
第2章 MATLAB數值計算 30
2．1 變量和數據 30
2．1．1 數據類型 30
2．1．2 常數 32
2．1．3 變量 33
2．2 矩陣和數組 34
2．2．1 矩陣輸入 34
2．2．2 素 37
2．2．3 字符串 41
2．2．4 矩陣和數組運算 44
2．2．5 多維數組 55
2．3 日期和時間 58
2．3．1 日期和時間的表示格式 58
2．3．2 日期和時間函數 59
2．4 稀疏矩陣 60
2．4．1 稀疏矩陣的建立 60
2．4．2 稀疏矩陣的存儲空間 62
2．4．3 稀疏矩陣的運算 63
2．5 多項式 63
2．5．1 多項式的求值、求根和部分
分式展開 63
2．5．2 多項式的乘除法和微積分 65
2．5．3 多項式擬合和插值 66
2．胞數組和結構數組 69
2．6．胞數組 69
2．6．2 結構數組 72
2．7 表格型和分類型 75
2．7．1 表格型 75
2．7．2 分類型 76
2．8 數據分析 77
2．8．1 數據統計和相關分析 77
2．8．2 差分和積分 78
2．8．3 卷積和快速傅裡葉變換 80
2．8．4 向量函數 82
第3章 MATLAB符號計算 84
3．1 符號表達式的建立 84
3．1．1 創建符號常量 84
3．1．2 創建符號變量和符號表達式 86
3．1．3 符號矩陣 87
3．2 符號表達式的代數運算 88
3．2．1 符號表達式的運算符和函數 88
3．2．2 符號數值任意精度控制和
運算 90
3．2．3 符號對像與數值對像的轉換 91
3．3 符號表達式的操作和轉換 92
3．3．1 符號表達式中自由變量的
確定 92
3．3．2 符號表達式的化簡 93
3．3．3 符號表達式的替換 94
3．3．4 求反函數和復合函數 95
3．3．5 符號表達式的轉換 97
3．4 符號極限、微積分和級數求和 98
3．4．1 符號極限 98
3．4．2 符號微分 99
3．4．3 符號積分 100
3．4．4 符號級數 101
3．5 符號積分變換 103
3．5．1 傅裡葉變換及其反變換 103
3．5．2 拉普拉斯變換及其反變換 104
3．5．3 Z變換及其反變換 105
3．6 符號方程的求解 106
3．6．1 代數方程 106
3．6．2 符號常微分方程 107
3．7 符號函數的可視化 108
3．7．1 符號函數的繪圖命令 108
3．7．2 圖形化的符號函數計算器 110
第4章 MATLAB計算的可視化和GUI設計 112
4．1 二維曲線的繪制 112
4．1．1 基本繪圖函數 112
4．1．2 繪制曲線的一般步驟 117
4．1．3 多個圖形繪制的方法 118
4．1．4 曲線的線形、顏色和數據
點形 120
4．1．5 設置坐標軸和文字標注 121
4．1．6 交互式圖形函數 125
4．2 圖形對像 126
4．2．1 句柄圖形體繫 126
4．2．2 圖形對像的操作 127
4．3 MATLAB的特殊圖形繪制 132
4．3．1 條形圖 132
4．3．2 面積圖和實心圖 133
4．3．3 直方圖 134
4．3．4 餅形圖 136
4．3．5 離散數據圖 136
4．3．6 對數坐標和極坐標圖 137
4．3．7 等高線圖 138
4．3．8 復向量圖 139
4．4 MATLAB的三維圖形繪制 140
4．4．1 繪制三維線圖函數 140
4．4．2 繪制三維網線圖和曲面圖 140
4．4．3 立體圖形與圖軸的控制 143
4．4．4 色彩的控制 144
4．5 圖形繪制工具 147
4．5．1 圖形窗口 147
4．5．2 圖形文件轉儲 148
4．6 對話框 149
4．7 用戶圖形界面設計 152
4．7．1 可視化的界面環境 152
4．7．2 菜單 153
4．7．3 控件 155
4．7．4 對像對齊工具、屬性編輯器
和對像瀏覽器 157
4．7．5 回調函數 158
第5章 MATLAB程序設計 160
5．1 程序流程控制 160
5．1．1 for…end循環結構 160
5．1．2 while…end循環結構 161
5．1．3 if…else…end條件轉移結構 161
5．1．4 switch…case開關結構 163
5．1．5 try…catch…end試探結構 163
5．1．6 流程控制語句 164
5．1．7 循環結構與動畫 166
5．2 M文件 169
5．2．1 M文件編輯器 170
5．2．2 M腳本文件 170
5．2．3 M函數文件 171
5．3 函數調用和參數傳遞 173
5．3．1 子函數和私有函數 173
5．3．2 局部變量和全局變量 174
5．3．3 嵌套函數 175
5．3．4 函數的參數 176
5．3．5 程序舉例 180
5．4 利用函數句柄執行函數 184
5．4．1 函數句柄的創建 184
5．4．2 用feval命令執行函數 184
5．5 利用泛函命令進行數值分析 185
5．5．1 求極小值 185
5．5．2 求過零點 187
5．5．3 數值積分 188
5．5．4 微分方程的數值解 188
5．6 內聯函數 190
5．7 M文件性能的優化和加速 191
5．7．1 M文件性能優化 191
5．7．2 P碼文件 192
第6章 線性控制繫統分析與設計 194
6．1 線性繫統的描述 194
6．1．1 狀態空間描述法 194
6．1．2 傳遞函數描述法 195
6．1．3 零極點描述法 196
6．1．4 離散繫統的數學描述 197
6．2 線性繫統模型之間的轉換 199
6．2．1 連續繫統模型之間的轉換 199
6．2．2 連續繫統與離散繫統之間的
轉換 202
6．2．3 模型對像的屬性 203
6．3 結構框圖的模型表示 205
6．4 線性繫統的時域分析 209
6．4．1 零輸入響應分析 210
6．4．2 脈衝響應分析 211
6．4．3 階躍響應分析 212
6．4．4 任意輸入的響應 214
6．4．5 繫統的結構參數 215
6．5 線性繫統的頻域分析 219
6．5．1 頻域特性 219
6．5．2 連續繫統頻域特性 219
6．5．3 幅值裕度和相角裕度 223
6．5．4 閉環頻率特性的性能指標 224
6．6 頻率特性校正 225
6．6．1 超前校正 225
6．6．2 滯後校正 227
6．7 線性繫統的根軌跡分析 228
6．7．1 繪制根軌跡 228
6．7．2 根軌跡的其他工具 230
6．8 線性繫統的圖形工具界面 233
6．8．1 LTI Viewer界面 233
6．8．2 SISO設計工具sisotool 235
6．8．3 PID Tuner 237
第7章 Simulink仿真環境 239
7．1 演示1個Simulink的簡單程序 239
7．2 Simulink文件操作和模型窗口 242
7．2．1 Simulink文件操作 242
7．2．2 Simulink模型窗口 242
7．3 模型創建 242
7．3．1 模塊操作 243
7．3．2 信號線操作 243
7．4 Simulink基本模塊 245
7．5 復雜繫統仿真與分析 250
7．5．1 仿真設置 250
7．5．2 繫統仿真舉例 253
7．5．3 仿真結構參數化 261
7．6 子繫統與封裝 262
7．6．1 建立子繫統 262
7．6．2 條件執行子繫統 264
7．6．3 子繫統的封裝 267
7．7 用MATLAB函數創建和運行
Simulink模型 270
7．8 S函數 272
7．8．1 S函數簡介 272
7．8．2 S函數的編寫 273
7．8．3 S函數模塊的使用 275
第8章 MATLAB高級應用 278
8．1 Publish發布功能 278
8．2 曲線擬合與插值 282
8．3 MuPAD Notebook的使用 285
8．4 低級文件輸入/輸出 287
8．4．1 打開和關閉文件 287
8．4．2 讀/寫格式化文件 288
8．4．3 讀/寫二進制數據 290
8．4．4 文件定位 291




第2部分 習題

第1章 MATLAB R2015b環境 294
第2章 MATLAB數值計算 294
第3章 MATLAB符號計算 296
第4章 MATLAB計算的可視化和GUI設計 297
第5章 MATLAB程序設計 299
第6章 線性控制繫統分析與設計 300
第7章 Simulink仿真環境 302
第8章 MATLAB高級應用 303


第3部分 實驗

實驗1 MATLAB R2015b環境及命令窗口 305
實驗2 MATLAB數值計算 316
實驗3 MATLAB符號計算 325
實驗4 MATLAB計算的可視化和GUI設計 333
實驗5 MATLAB程序設計 341
實驗6 線性控制繫統分析與設計 348
實驗7 Simulink仿真環境 358


第4部分 附 錄

附錄A 習題參考答案 368
附錄B 模擬測試題 389
附錄C 模擬測試題參考答案 391
附錄D 例題索引 394
附錄E 程序的調試 400
E．1 錯誤類型 400
E．2 程序調試器 400

前 言

MATLAB（Matrix Laboratory）是MathWorks公司開發的，目前國際上最流行、應用最廣泛的科學與工程計算軟件之一。Simulink 基於 MATLAB的框圖設計環境，可以用來對各種動態繫統進行建模、分析和仿真。自MATLAB R2006版推出以來，在每年的上半年和下半年都會推出新版本，MathWorks公司於2015年下半年推出了MATLAB R2015b產品族。

2004年，我們結合MATLAB教學和應用開發的經驗，編寫了《MATLAB實用教程》。該書推出後，得到了高校教師、學生和廣大讀者的廣泛認同，在市場持續熱銷。

2007年和2012年，我們對改版圖書中的軟件版本進行了兩次升級，同時對內容進行了調整和完善，繼續受到讀者推崇！

2016年，《MATLAB實用教程（第4版）》以當時新版的MATLAB R2015b作為平臺，在繼承第3版基本框架的前提下，根據當時平臺的最新功能和發展趨勢，刪除舊的內容，擴展新的內容，完善基本內容，使本書更為實用。

2017年下半年，我們以《MATLAB實用教程（第4版）》為基礎，全面配套了教學視頻，繼續引領MATLAB教材市場。截至2020年1月底，《MATLAB實用教程》各版本已經累計印刷36次，共計13萬多冊。

《MATLAB實用教程（第5版）》在第4版的基礎上，根據廣大讀者的需求，仍然以MATLAB R2015b作為平臺，在第2章中增加了表格型和分類型數據介紹，新增了PID Tuner、Curve Fitting以及Publish發布等功能，完善基本內容，修改了部分實例，使本書更為實用。

本書主要內容分為實用教程、習題、實驗及附錄四個部分，各部分深入淺出，相互配合，層次清晰。實用教程部分先講解基礎知識，後開展實例操作；習題部分繫統練習基本內容；實驗部分先引導操作，後展開思考練習；附錄部分包含習題參考答案、模擬測試題及其參考答案、例題索引和程序的調試介紹。同時，本書配備教學課件和實例文件，方便老師授課和學生自學，需要者可從華信教育資源網（www.hxedu.com.cn）免費下載。

本書配套對應的教學視頻，通過掃描書中二維碼可在線播放（建議在WiFi環境下操作）。另外，本書提供授課PPT和實例文件，需要者可從華信教育資源網（www.hxedu.com.cn）免費下載。

實際上，本書不僅適合於教學，也適合於MATLAB的各類培訓以及用MATLAB編程開發的用戶進行學習和參考。通過閱讀本書，結合上機操作指導進行練習和實習，相信讀者能夠在較短的時間內基本掌握MATLAB及其應用技術。

本書由南京師範大學曹弋編寫，南京師範大學鄭阿奇統編、定稿。參加本繫列圖書編寫的還有周何駿、孫德榮、劉美芳等。

由於作者水平有限，疏漏和不足之處在所難免，敬請廣大師生、讀者批評指正。

意見建議郵箱：easybooks@163.com

編 者

2020年6月