MATLAB R2016a完全自学一本通完整版.pdf

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MATLAB [1] 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 MATLAB是matrix&laboratory;两个词的组合,意为矩阵工厂(矩阵实验室)。是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中,为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在很大程度上
内容简介 本书面向 MATLAB的初中级读者,在介绍 MATLAB R2016a集成环境的基础上,对 MATLAB使用 中常用的知识和工具进行了详细的介绍,书中各章均提供了大量有针对性的算例,供读者实战练习。 根据内容的侧重点不同,全书分为4部分共24章:第1~5章为基础部分;第6~10章为数学应用部分; 第11-19章为工程应用部分;第20~24章为知识拓展部分,由于篇幅受限,此部分内容为电子书形式。 电子书及随书附赠的相关素材请到htp:/www.feci.com.cn/files/download3009rar下载。 为了使用户能够更好地操作 MATLAB,本书中示例的命令已记录在M文件及其他相关文件中,用户 可以将相关的目录设置为工作目录,直接使用M文件进行操作,以便快速掌握 MATLAB的使用方法。 本书结构严谨、内容全面、图文并茂、实例丰富,既适合信号处理、通信工程、自动控制、机械电子、 自动化、电力电气等专业的本科生、研宄生、教师和科技工作者学习使用,也可以作为广大 MATLAB爱 好者的自学用书 未经许可,不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。 版权所有,侵权必究 图书在版编目(CIP)数据 MATLAB R20l6a完全自学一本通/刘浩,韩晶编著.-北京:电子工业出版社、2016.12 ISBN978-7-121-30090-5 I.①M…Ⅱ.①刘…②韩…Ⅲ.①Maab软件Ⅳ.①TP317 中国版本图书馆CIP数据核字(2016)第247093号 责任编辑:姜伟 文字编辑:赵英华 印刷:三河市华成印务有限公司 装订:三河市华成印务有限公司 出版发行:电子工业出版社 北京市海淀区万寿路173信箱邮编100036 开本:787×10921/16印张:42字数:10752千字 版次:2016年12月第1版 印次:2016年12月第2次印刷 定价:79.80元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题,请向购买书店调换。若书店售缺,请与本社发行部联系, 联系及邮购电话:(010)88254888 质量投诉请发邮件至zits(@phei.com.cn,盗版侵权举报请发邮件至dbqqaphei.com.cn 本书咨询联系方式:(010)88254161~88254167转1897。 前言 MATLAB R2016a是2016年最新发行的 MATLAB版本,它为数据分析与处理提供了 强大的工具。目前, MATLAB已经在很多领域取得了成功应用。在这些领域的成功应用表 明, MATLAB所代表的数据分析处理手段在科学、工程等方面将发挥重要的作用。 本书针对 MATLAB R2016a在部分与数学高度相关领域内的应用,引导读者掌握 MATLAB的应用。 1.本书特点 由浅入深,循序渐进:本书以初、中级读者为对象,首先从 MATLAB的基础知识 讲起,辅以 MATLAB在工程中的应用案例,帮助读者尽快掌握 MATLAB进行科学 计算及工程分析的技能。 ●步骤详尽,内容新颖:本书结合作者多年 MATLAB使用经验与实际工程应用案例, 对 MATLAB软件的使用方法与技巧进行详细讲解。本书内容新颖,讲解过程辅以 相应的图片,使读者在阅读时一目了然,从而快速掌握书中所讲内容。 ●实例典型,轻松易学:通过学习实际工程应用案例的具体操作是掌握 MATLAB最 好的方式。本书通过应用案例,透彻、详尽地讲解了 MATLAB在各方面的应用。 2.本书内容 本书分为4部分共24章,面向 MATLAB的初、中级读者。在介绍 MATLAB R2016a 集成环境的基础上,对 MATLAB使用中常用的知识和工具进行详细的介绍,书中各章均提 供大量有针对性的算例,供读者实战练习。 (1)第1~5章为基础部分,讲解 MATLAB R2016a概述、 MATLAB基础知识、数组 与矩阵、 MATLAB编程基础及数据可视化等。 第1章: MATLAB R2016a概述 第2章: MATLAB基础知识 第3章:数组与矩阵 第4章: MATLAB编程基础 第5章:数据可视化 (2)第6~-10章为数学应用部分,讲解数据分析、符号数学计算和概率统计等。 第6章:数据分析 第7章:符号数学计算 第8章:概率统计 第9章:数学建模函数 第10章:经典智能算法 (3)第11~19章为工程应用部分,讲解偏微分方程、优化、图像处理、信号处理 小波分析、神经网络等工具箱, Simulink仿真基础及应用, Stateflow建模与应用等。 FOREWORD 第11章:偏微分方程工具箱 第12章:优化工具箱 第13章:图像处理工具箱 第14章:信号处理工具箱 第15章:小波分析工具箱 第16章: Simulink仿真基础 第17章: Simulink仿真应用 第18章; Stateflow建模与应用 第19章:神经网络工具箱 (4)第20~24章为知识拓展部分,讲解句柄图形对象、图形用户界面、文件读取O、 MATLAB编译器和外部接口应用介绍等内容。由于篇幅受限,此部分内容为电子书形式, 请到htt:/www.fecit.com.cn/files/download/30090.rar下载。 第20章:句柄图形对象 第21章:图形用户界面 第22章:文件读取IO 第23章: MATLAB编译器 第24章:外部接口应用介绍 3.读者对象 本书适合于 MALTAB初学者和期望提髙 MATLAB数据分析及 Simulink建模仿真工程 应用能力的读者,具体说明如下: ★初学 MATLAB的技术人员 ★广大科研工作人员 ★大中专院校的教师和在校生 ★相关培训机构的教帅和学员 ★参加工作实习的“菜鸟” ★ MATLAB爱好者 4.读者服务 为了方便解决本书疑难问题,读者在学习过程中遇到与本书有关的技术问题,可以发 送邮件到邮箱caxart@126c0m,或者访问博客htp:/blog.sina.com.cn/caxart,编者会尽快给 予解答,我们将竭诚为您服务。 5.本书作者 本书由刘浩、韩晶编著,其中第1~8章、第17~24章由刘浩编写,第9-16章由韩 晶编写,另外丁金滨、白明辉、吕小军、武立军、张辉、丁学英、王伟、何嘉扬、徐玉霞、 王淑明、王俊峰、王菁、白羽为本书的编写提供了大量的素材及技术支持,在此一并表示 感谢。 虽然作者在本书的编写过程中力求叙述准确、完善,但由于水平有限,书中欠妥之处 在所难免,希望读者和同仁能够及时指出,共同促进本书质量的提高。 最后再次希望本书能为读者的学习和工作提供帮助! 编者 量目录 21.4函数句柄 26 第1篇 21.5结构体类型.… 28 2.1.6数组类型 第1章 MATLAB R2016a概述 2.1.7单元数组类型 .32 1.1 MATLAB R2016a简介 21.8map容器类型 3 1.1.1 Math Works及其产品概述……2 2.2基本矩阵操作 39 1.1.2 MATLAB与其他数学软件……2 22.1矩阵和数组的概念及其区别.39 1.1.3 MATLAB的主要特点 22.2矩阵的构造… 40 1.14 MATLAB的系统组成 3 223矩阵大小及结构的改变…44 1.1.5 MATLAB应用程序简介4 224矩阵下标引用 45 1.1.6 MATLAB R2016a新特性…5 22.5矩阵信息的获取 .47 1.2 MATLAB R2016a的目录结构.6 22.6矩阵的保存和加载52 1.3 MATLAB R20l6a的工作环境.7 23运算符……58 1.3.1菜单/工具栏……8 2.3.1算术运算符. 1.3.2命令行窗口 9 232关系运算符 1.3.3工作区……9 2.3.3逻辑运算符 61 14 MATLAB R2016a的通用命令..10 234运算优先级… .62 1.5 MATLABR2016a的文件管理.11 24字符串处理函数 2 5.1当前文件夹浏览器和路径管 24.1字符串的构造 理器 242字符串比较函数 64 1.5.2搜索路径及其设置 12 24.3字符串查找和替换函数…64 1.6 MATLAB R2016a的帮助系统..13 244字符串—数值转换…… 1.6.1纯文本帮助. 13 2.5本章小结……166 1.6.2演示( Demos)帮助 1.6.3帮助导航浏览器… 第3章数组与矩阵…67 …15 1.7 MATLAB使用初步 15 3.1数组运算 ..68 18本章小结 3..1数组的创建和操作68 3.1.2数组的常见运算……71 第2章 MATLAB基础知识 .17 3.2矩阵操作 74 2.1数据类型 ,·,,,,,,,,,,,,,,,. 18 3.2.1创建矩阵… ……174 2.1.1数值类型. 18 3.2.2改变矩阵大小 .79 2.12逻辑类型 22 3.23重构矩阵…81 21.3字符和字符串… 24 3.3矩阵元素的运算 81 CONTENTS 3.3.1矩阵的加减运算……82 44.7eror和 warning指令 .125 3.3.2矩阵的乘法运算….83 4.5脚本和函数……125 3.3.3矩阵的除法运算 84 4.5.1脚本 125 33.4矩阵的幂运算……185 4.5.2函数 126 3.3.5矩阵元素的查找85 453M文件的一般结构 127 3.3.6矩阵元素的排序. 4.5.4匿名函数、子函数、私有函数 3.3.7矩阵元素的求和.….87 与私有目录 129 338矩阵元素的求积……8 4.5.5重载函数 131 339矩阵元素的差分……8 4.5.6eval和 feval函数 .131 3.4矩阵运算 ,,,和,,,,,,,,,1、非 89 45.7内联函数 134 34.1矩阵分析 89 4.58向量化和预分配 136 34.2矩阵分解……94 4.5.9函数的函数 137 343特征值和特征向量……101 4.5.10P码文件……138 3.5稀疏矩阵∴… 102 4.6M文件中变量的检测与传递139 3.5.1稀疏矩阵的存储方式……103 46.1输入输出变量检测指令…….139 3.5.2稀疏矩阵的生成……103 4.6.2“可变数量”输入/输出变量.140 3.5.3稀疏矩阵的运算 =++++++==+++=+ .107 4.6.3跨空间变量传递和赋值……142 3.6本章小结 108 4.7 MATLAB程序的调试 144 4.7.1程序调试的基本概念 144 第4章 MATLAB编程基础 109 4.7.2直接调试法……145 4.1M文件编辑器 110 4.7.3使用调试函数进行调试.…146 4.2变量 112 4.7.4工具调试法 .149 4.2.1变量的命名 112 4.7.5程序的性能优化技术 150 4.2.2变量的类型 113 4.8本章小结 151 4.2.3 MATLAB默认的特殊变量..113 4.2.4关键字.… 114 第5章数据可视化 153 4.3 MATLAB的控制流 114 5.1图形绘制 154 4.3.1顺序结构… ““““aa“a 114 5.1.1离散数据及离散函数154 4.3.2if-else-cnd分支结构.115 5.1.2连续函数…154 4.3.3 switch-case结构 117 5.1.3图形绘制示例 aaaaa 155 4.3.4try- catch结构…119 5.1.4图形绘制的基本步骤……157 4.3.5for循环结构…120 5.2二维图形绘制…157 4.3.6 while循环结构…121 521plot指令 157 4.4控制程序流的其他常用指令..122 5.2.2格栅 162 4.4. I return指令.…122 523文字说明…162 44.2 Input和 keyboard指令…123 524线型、标记和颜色…165 44.3 yesinput指令 123 52.5坐标轴设置……168 444 pause指令… 123 5.2.6图形叠绘 169 4.4.5 continue指令 .124 5.2.7子图绘制 .170 4.4.6 break指令…124 528交互式绘图 171 CONTENTS 5,29双坐标轴绘制 172 7.2符号对象和符号表达式…212 52.10 fplot绘图指令 .173 7.2.1符号对象的创建命令.…212 5211 ezplot绘图指令…175 7.2.2符号对象的创建示例 213 5,2.12特殊坐标轴绘图 175 7.2.3符号计算中的运算符和函数.216 52.13二维特殊图形函数…177 7.24符号对象的类别识别函数…220 53三维图形绘制 182 725符号表达式中的变量确定…22 531曲线图绘制…182 7.2.6符号精度计算23 5.32网格图绘制 183 7.3符号表达式操作 .224 53.3曲面图绘制…184 7.3.1符号表达式显示 224 5.34光照模型 185 7.32符号表达式合并…25 53.5绘制等值线图 186 7.33符号表达式展开…225 54四维图形可视化∴ 187 7.34符号表达式嵌套 .226 54.1用颜色描述第四维∴…187 73.5符号表达式分解 227 542其他函数…188 7.3.6符号表达式化简 228 55本章小结 189 7.4符号表达式替换 229 7.4.1subs替换函数 230 第2篇 742 subexpr替换函数231 7.5符号函数的操作 232 第6章数据分析… 191 7.5.1复合函数操作… 232 6.1多项式及其函数 192 752反函数操作 233 6.1.1多项式的表达式和创建…192 7.6符号微积分… 233 6.1.2多项式求根 193 7.6.1符号表达式的极限.…234 6.1.3多项式的四则运算……194 7.62符号表达式的微分… 235 6.14多项式的导数、积分与估值196 7.63符号表达式的积分…236 615多项式运算函数及操作指令197 7.64符号表达式的级数求和…237 6.1.6有理多项式… 198 7.65符号表达式的泰勒级数238 6.2数据插值……199 77符号积分变换 239 62.1一维插值 199 7.7.1傅里叶变换及其反变换…239 62.2二维插值 203 7.7,2拉普拉斯变换及其反变换.240 63函数的极限…204 7.73Z变换及其反变换 63.1极限的概念…204 7.8符号代数方程求解 242 63.2求极限的函数.…204 7.9符号微分方程求解……245 64函数数值积分……206 7.10符号分析可视化 247 64.1数值积分问题的数学表述…206 7.10.1 funtool分析界面……247 64.2一元函数的数值积分…207 7.10.2 taylortool分析界面…250 643多重数值积分 208 7.11本章小结……251 6.5本章小结 209 第8章概率统计…….253 第7章符号数学计算… 211 8.1产生随机变量…1254 7.1 MATLAB符号计算概述……212 81.1二项分布的随机数据的产生.254 CONTENTS 8.1.2正态分布的随机数据的产生254 94本章小结……287 81.3常见分布的随机数产生……255 8.2概率密度计算 .256 第10章经典智能算法…289 8.2.1通用函数概率密度值 256 10.1粒子群算法的 MATLAB 82.2专用函数概率密度值 258 实现 290 8.3累积概率分布 259 10.1.1基本原理.…290 8.3.1通用函数累积概率值……259 10.1.2程序设计 291 83.2专用函数累积概率值……260 10.1.3经典应用…98 84统计特征 261 10.2遗传算法的 MATLAB实现..302 84.1平均值、中值. 261 10.2.1基本原理 302 842数据比较 262 10.2.2程序设计…305 84.3期望 ·,,,,,,,,,4,,、4 263 10.2.3经典应用…1310 844方差和标准差 263 10.3蚁群算法概述 315 84.5协方差与相关系数……264 10.3.1基木原理 316 8.5统计作图…… 265 10.3.2程序设计……17 85.1正整数频率表…265 10.3.3经典应用 319 852累积分布函数图形.265 10.4本章小结…326 8.5.3最小二乘拟合直线……266 854绘制正态分布概率图形…267 第3篇 85.5样本数据的盒图… .268 8.5.6参考线绘制 268第11章偏微分方程工具箱………327 8.5.7样本概率图形. 270 11.1偏微分方程(PDE)工具箱 85.8正态拟合直方图……271 介绍 328 86本章小结 272 111.1偏微分方程常见类型介绍.328 11.1.2偏微分方程工具箱简介…….34 第9章数学建模函数 .273 1.2求解偏微分方程示例 336 9.1曲线拟合函数 .274 112.1求解椭圆方程 336 9.1.1多项式拟合… 274 11.2.2求解抛物线方程.…340 9..2加权最小方差(WLS)拟合原 11.2.3求解双曲线方程.…343 理及实例…275 11.2.4求解特征值方程……348 91.3非线性曲线拟合……277 11.3本章小结 351 92参数估计函数 278 921常见分布的参数估计……279 第12章优化工具箱.…1353 92.2点估计 281 12.1优化工具箱及最优化问题 92.3区间估计……282 介绍354 93参数传递 283 12.1.1优化工具箱常用函数…354 9.3.1输入和输出参数的数目283 12.1.2最优化问题 357 93.2可变数目的参数传递 12.2线性规划…360 93.3返回被修改的输入参数 285 12.2.1线性规划函数 360 934全局变量…286 12.2.2线性规划问题的应用 362 CONTENTS 12.3无约束非线性规划……169 13.5.1像素值及统计 422 12.3.1基本数学原理介绍…370 13.5.2图像分析……425 12.3.2无约束非线性规划函数….371 13.5.3图像调整……428 12.3.3无约束非线性规划问题的 13.5.4图像平滑… 432 应用…374 13.6图像区域处理…434 124二次规划 .374 13.6.1区域设置……434 1241二次规划函数 quadprog…174 13.6.2区域滤波……436 124.2二次规划问题的应用….376 13.6.3区域填充 436 12.5有约束最小化 377 13.7形态学操作 437 12.5.1有约束最小化函数 13.7.1图像膨胀 .437 fmincon .............................377 13.7.2图像腐蚀…438 12.5.2有约束最小化应用 381 11.73形态学重建 439 12.6目标规划 381 13.8颜色处理 439 12.6.1日标规划函数 fgoalattain.381 13.8.1显示颜色 439 12.6.2目标规划应用…1384 13.8.2减少颜色.….440 127最大最小化 388 “中 13.8.3转换颜色 441 12.7.1最大最小化函数 fminimax.388 13.9本章小结… 441 12.7.2最大最小化应用 389 12.8本章小结…1391 第14章信号处理工具箱 443 14.1 MATLAB信号处理基础 第13章图像处理工具箱. 393 知识…444 13.1 MATLAB图像处理基础知识394 14.1.1连续信号及其实现……44 13.1.1 MATLAB图像表达方式.394 14.1.2离散信号及其实现…444 131.2 MATLAB支持的图像文件格 14.1.3离散信号基本运算…448 式 395 14.1.4离散系统概念…451 13.13 MATLAB图像类型…396 14.1.5Z变换定义与性质…452 13.1.4 MATLAB图像类型转换399 14.1.6离散傅里叶变换.…452 13.1.5 MATLAB图像数据读/写….401 142统计信号处理 453 13,2图像显示…402 14.2.1相关性与协方差…453 13.2.1标准图像显示技术 402 14.22频谱分析… 455 13.22特殊图像显示技术…….404 14.2.3窗函数…456 13.3图像运算… 407 142.4功率谱估计.… 458 13.3.1代数运算…407 14.2.5现代谱估计. 460 13.3.2空间变换 409 142.6时频分析 46l 13.3.3图像配准…412 14.2.7特殊变换方法……462 134图像数据变换. 413 14.2.8重新采样…465 13.4.1二维傅里叶变换. 413 143ⅢR滤波器… 466 13.4.2离散余弦变换…418 1431IR滤波器优势….466 134.3其他变换… 420 1432经典滤波器设计过程.466 13.5图像分析与增强… 421 14.3.3经典法IR滤波器设计…466

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