MATLAB R2020a入门、精通与实战

第1 章 初识MATLAB 1

1.1 MATLAB 的工作环境 2

1.1.1 操作界面 2

1.1.2 当前文件夹窗口 2

1.1.3 命令行窗口 3

1.1.4 工作区窗口 5

1.2 通用命令 6

1.2.1 常用命令 6

1.2.2 快捷键 6

1.2.3 标点符号的含义 7

1.3 搜索路径设置 7

1.4 MATLAB 的帮助系统 9

1.4.1 使用帮助命令 9

1.4.2 帮助导航系统 10

1.4.3 示例程序的帮助系统 11

1.5 MATLAB 示例 11

1.6 本章小结 12

第2 章 基础知识 13

2.1 基本概念 14

2.1.1 常量和变量 15

2.1.2 数组、矩阵、标量与向量 15

2.1.3 命令与函数 16

2.1.4 表达式与语句 17

2.2 数据类型 17

2.2.1 数值类型 18

2.2.2 逻辑类型 20

2.2.3 字符和字符串 20

2.2.4 结构体类型 20

2.2.5 单元数组类型 23

MATLAB R2020a 入门、精通与实战

VI

2.2.6 函数句柄 24

2.3 运算符 25

2.3.1 算术运算符 25

2.3.2 关系运算符 26

2.3.3 逻辑运算符 27

2.3.4 运算优先级 28

2.4 字符串 29

2.4.1 字符串的构造 29

2.4.2 字符串的比较 31

2.4.3 字符串查找和替换函数 32

2.4.4 字符串与数值的转换 32

2.5 本章小结 33

第3 章 向量与矩阵 34

3.1 向量 35

3.1.1 创建向量 35

3.1.2 向量的加减乘除运算 36

3.1.3 向量的点积和叉积运算 37

3.2 矩阵 38

3.2.1 矩阵的构造 38

3.2.2 矩阵的拓展与裁剪 39

3.2.3 矩阵下标引用 42

3.2.4 矩阵信息的获取 43

3.2.5 矩阵结构的改变 44

3.3 稀疏矩阵 45

3.3.1 创建和查看稀疏矩阵 45

3.3.2 稀疏矩阵的运算规则 46

3.4 本章小结 47

第4 章 矩阵运算 48

4.1 矩阵分析 49

4.1.1 范数 49

4.1.2 矩阵的秩 50

4.1.3 矩阵的行列式 50

4.1.4 矩阵的迹 51

4.1.5 矩阵的正交空间 51

4.1.6 矩阵的化零矩阵 51

4.1.7 矩阵的约化行阶梯形式 52

目录

VII

4.1.8 矩阵空间之间的夹角 52

4.2 线性方程组 53

4.2.1 线性方程组问题 53

4.2.2 线性方程组的一般解 53

4.2.3 恰定方程组的求解 54

4.2.4 超定线性方程组的求解 54

4.3 矩阵分解 55

4.3.1 对称正定矩阵的Cholesky 分解 55

4.3.2 一般方阵的高斯消元法 56

4.3.3 矩形矩阵的正交分解 57

4.4 矩阵的特征值和特征向量 58

4.5 非线性矩阵运算 59

4.5.1 矩阵指数运算 59

4.5.2 矩阵对数运算 60

4.5.3 矩阵开平方运算 60

4.5.4 一般非线性矩阵运算 61

4.6 本章小结 61

第5 章 数学函数 62

5.1 初等函数运算 63

5.1.1 三角函数 63

5.1.2 指数和对数函数 64

5.1.3 复数函数 65

5.1.4 截断和求余函数 66

5.2 特殊数学函数运算 67

5.2.1 特殊函数 67

5.2.2 坐标变换函数 71

5.2.3 数论函数 71

5.3 本章小结 72

第6 章 数据绘图 73

6.1 二维图形的绘制 74

6.1.1 plot 二维绘图命令 74

6.1.2 多次叠图和多子图操作 77

6.1.3 fplot 二维绘图命令 79

6.1.4 ezplot 二维绘图命令 80

6.2 三维图形的绘制 81

6.2.1 plot3 81

6.2.2 三维网格图和三维曲面图的绘制 82

MATLAB R2020a 入门、精通与实战

VIII

6.2.3 其他三维绘图命令 83

6.3 特殊图形的绘制 85

6.3.1 二维特殊图形函数 86

6.3.2 三维特殊图形函数 92

6.3.3 特殊坐标轴函数 95

6.3.4 四维表现图（三维体切片平面） 98

6.4 本章小结 99

第7 章 图形处理 100

7.1 图形标识 101

7.1.1 坐标轴与图形标注 101

7.1.2 图形的文本标注 102

7.1.3 图例的标注 103

7.2 图形控制 104

7.2.1 图形数据取点 104

7.2.2 坐标轴控制 105

7.2.3 视角与透视控制 108

7.2.4 图形色彩控制 111

7.2.5 光照控制 115

7.3 图形窗口的操作 117

7.3.1 图形窗口的创建 118

7.3.2 图形窗口的菜单操作 118

7.3.3 图形窗口工具栏 122

7.3.4 图形的打印与输出 124

7.4 本章小结 124

第8 章 程序设计 125

8.1 M 文件 126

8.1.1 函数 126

8.1.2 脚本 127

8.2 语法规则 128

8.2.1 程序设计中的变量 128

8.2.2 编程方法 130

8.2.3 顺序语句 130

8.2.4 循环语句 130

8.2.5 条件语句 131

8.2.6 其他流程控制语句 133

8.3 程序调试 134

8.3.1 直接调试法 134

8.3.2 工具调试法 135

目录

IX

8.3.3 程序调试命令 137

8.3.4 程序剖析 138

8.4 程序设计与实现 142

8.4.1 建立数学模型 142

8.4.2 代码编写 143

8.5 本章小结 144

第9 章 数值计算 145

9.1 线性方程组的解法 146

9.1.1 解线性方程组的直接法 146

9.1.2 解线性方程组的迭代法 148

9.1.3 利用MATLAB 求解线性方程组 150

9.2 数值逼近方法 153

9.2.1 插值 153

9.2.2 曲线拟合 158

9.2.3 数值积分 161

9.3 常微分方程（组）的数值求解 163

9.3.1 常微分方程初值问题的离散化 164

9.3.2 常微分方程初值问题 165

9.4 数据分析和多项式 170

9.4.1 基本数据分析函数 170

9.4.2 多项式函数 173

9.5 本章小结 175

第10 章 符号计算 176

10.1 符号运算入门 177

10.1.1 求方程的根 177

10.1.2 求函数的导数 177

10.1.3 求解微分方程 178

10.2 符号对象的创建和使用 178

10.2.1 创建符号对象和表达式 178

10.2.2 符号对象的基本运算 181

10.3 符号表达式的操作 182

10.3.1 符号表达式的替换 182

10.3.2 精度计算 183

10.3.3 符号表达式的化简 184

10.4 符号微积分及其变换 186

10.4.1 符号表达式的微分运算 186

10.4.2 符号表达式的级数与积分 188

10.4.3 符号积分变换 189

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X

10.5 符号矩阵的计算 191

10.5.1 代数基本运算 191

10.5.2 线性代数运算 191

10.5.3 特征值分解 192

10.5.4 约当标准型 192

10.5.5 奇异值分解 193

10.6 符号方程求解 193

10.6.1 代数方程的求解 194

10.6.2 微分方程的求解 195

10.7 可视化数学分析窗口 196

10.7.1 图示化符号函数计算器 196

10.7.2 Taylor 级数逼近分析器 197

10.8 本章小结 198

第11 章 句柄图形 199

11.1 句柄图形体系 200

11.1.1 图形系统 200

11.1.2 句柄图形的概念 200

11.1.3 对象属性及其检测和变更 202

11.2 图形对象的操作 205

11.2.1 创建图形对象 206

11.2.2 查找对象 207

11.2.3 图形对象的位置 208

11.2.4 文本对象的位置 209

11.3 属性默认值和factory 属性及打印位置 211

11.3.1 设置属性默认值 211

11.3.2 factory 属性 214

11.3.3 打印位置 214

11.4 句柄的使用方法 215

11.4.1 访问对象句柄 215

11.4.2 使用句柄操作图形对象 216

11.4.3 删除对象 217

11.4.4 控制图形输出 217

11.4.5 在M 文件中保存句柄 219

11.5 句柄图形的应用举例 220

11.6 本章小结 222

第12 章 输入与输出 223

12.1 文件的打开与关闭 224

12.1.1 打开文件 224

目录

XI

12.1.2 关闭文件 225

12.2 文件的读取与写入 225

12.2.1 读取二进制文件 225

12.2.2 写入二进制文件 227

12.2.3 写入文本文件 228

12.2.4 读取文本文件 230

12.2.5 文件格式化和二进制输入/输出比较 231

12.3 文件位置控制和状态函数 233

12.3.1 exist 函数 234

12.3.2 ferror 函数 235

12.3.3 feof 函数 235

12.3.4 ftell 函数 235

12.3.5 frewind 函数 235

12.3.6 fseek 函数 235

12.4 本章小结 237

第13 章 Simulink 仿真 238

13.1 Simulink 概论 239

13.1.1 Simulink 简介 239

13.1.2 启动Simulink 239

13.1.3 Simulink 模型的特点 241

13.1.4 Simulink 实例 243

13.2 Simulink 模型创建 245

13.2.1 模块操作 245

13.2.2 信号线操作 246

13.2.3 模型的注释 248

13.2.4 系统建模和系统仿真的基本步骤 249

13.2.5 信源Source 253

13.2.6 信宿Sink 259

13.2.7 过零检测 264

13.2.8 仿真配置 266

13.2.9 启动仿真 270

13.3 子系统的创建与封装 271

13.3.1 子系统介绍 271

13.3.2 创建子系统 272

13.3.3 封装子系统 273

13.4 仿真模型的分析 276

13.4.1 确定模型的状态 276

13.4.2 平衡点的分析 277

MATLAB R2020a 入门、精通与实战

XII

13.4.3 微分方程的求解 278

13.4.4 代数环 279

13.5 仿真的运行 280

13.5.1 启动仿真 280

13.5.2 仿真的配置 281

13.5.3 观测仿真结果 285

13.5.4 仿真调试 286

13.6 S 函数 287

13.6.1 S 函数的工作原理 287

13.6.2 编写S 函数 287

13.7 Simulink 与MATLAB 结合建模实例 291

13.8 本章小结 294

附录A Simulink 模块库 295

参考文献 304