MATLAB R2022a完全自学一本通

第1部分 第1章 MATLAB概述1 1．1 MATLAB简介2 1．1．1 MathWorks及其产品概述2 1．1．2 MATLAB与其他数学软件2 1．1．3 MATLAB的主要特点3 1．1．4 MATLAB系统的组成3 1．1．5 MATLAB应用程序简介4 1．2 目录结构5 1．3 工作环境6 1．3．1 选项卡/组7 1．3．2 命令行窗口8 1．3．3 工作区窗口9 1．4 通用命令9 1．5 文件管理10 1．5．1 当前文件夹窗口10 1．5．2 搜索路径及其设置11 1．6 帮助系统12 1．6．1 纯文本帮助13 1．6．2 演示帮助13 1．6．3 帮助导航浏览器14 1．7 示例展示14 1．8 本章小结15 第2章 基础知识16 2．1 数据类型17 2．1．1 数值类型17 2．1．2 逻辑类型21 2．1．3 字符类型23 2．1．4 函数句柄25 2．1．5 结构体类型27 2．1．6 数组存储形式30 2．1．7 元胞数组类型31 2．1．8 map容器类型35 2．2 矩阵的基本操作39 2．2．1 矩阵和数组的概念及其区别39 2．2．2 矩阵的构造40 2．2．3 矩阵大小及结构的改变44 2．2．4 矩阵下标引用46 2．2．5 矩阵信息的获取48 2．2．6 矩阵的保存和加载53 2．3 运算符59 2．3．1 算术运算符59 2．3．2 关系运算符60 2．3．3 逻辑运算符61 2．3．4 运算优先级62 2．4 字符串处理函数63 2．4．1 字符串或字符串数组的构造63 2．4．2 字符串比较64 2．4．3 字符串查找和替换65 2．4．4 字符串和数值的转换66 2．5 本章小结67 第3章 数组与矩阵68 3．1 数组运算69 3．1．1 数组的创建和操作69 3．1．2 数组的常见运算72 3．2 矩阵操作77 3．2．1 创建矩阵77 3．2．2 改变矩阵大小81 3．2．3 重构矩阵84 3．3 矩阵元素的运算84 3．3．1 矩阵的加减法运算84 3．3．2 矩阵的乘法运算85 3．3．3 矩阵的除法运算87 3．3．4 矩阵的幂运算87 3．3．5 矩阵元素的查找88 3．3．6 矩阵元素的排序88 3．3．7 矩阵元素的求和89 3．3．8 矩阵元素的求积90 3．3．9 矩阵元素的差分91 3．4 矩阵运算92 3．4．1 矩阵分析92 3．4．2 矩阵分解97 3．4．3 特征值和特征向量103 3．5 稀疏矩阵104 3．5．1 稀疏矩阵的存储方式105 3．5．2 稀疏矩阵的生成105 3．5．3 稀疏矩阵的运算109 3．6 本章小结110 第4章 程序设计111 4．1 M文件编辑器112 4．2 变量115 4．2．1 变量的命名115 4．2．2 变量的类型115 4．2．3 特殊变量116 4．2．4 关键字116 4．3 控制流117 4．3．1 顺序结构117 4．3．2 if-else-end分支结构118 4．3．3 switch-case结构119 4．3．4 try-catch结构121 4．3．5 for循环结构122 4．3．6 while循环结构124 4．4 常用指令125 4．4．1 return指令125 4．4．2 input指令和keyboard指令125 4．4．3 yesinput指令126 4．4．4 pause指令126 4．4．5 continue指令126 4．4．6 break指令127 4．4．7 error指令和warning指令127 4．5 脚本和函数127 4．5．1 脚本127 4．5．2 函数129 4．5．3 M文件的一般结构130 4．5．4 匿名函数、子函数、私有函数与私有目录132 4．5．5 重载函数134 4．5．6 eval函数和feval函数134 4．5．7 内联函数136 4．5．8 向量化和预分配139 4．5．9 函数的函数139 4．5．10 P码文件140 4．6 变量的检测与传递142 4．6．1 输入/输出变量检测指令142 4．6．2 “可变数量”输入/输出变量142 4．6．3 跨空间变量传递和赋值144 4．7 程序调试146 4．7．1 程序调试的基本概念147 4．7．2 直接调试法147 4．7．3 使用调试函数进行调试148 4．7．4 工具调试法151 4．7．5 程序的性能优化技术152 4．8 本章小结153 第5章 数据可视化154 5．1 图形绘制155 5．1．1 离散数据及离散函数155 5．1．2 连续函数155 5．1．3 图形绘制示例156 5．1．4 图形绘制的基本步骤158 5．2 二维图形绘制158 5．2．1 plot指令158 5．2．2 栅格163 5．2．3 文字说明163 5．2．4 线型、标记和颜色166 5．2．5 坐标轴设置168 5．2．6 图形叠绘169 5．2．7 子图绘制170 5．2．8 交互式绘图171 5．2．9 双坐标轴绘制172 5．2．10 fplot绘图指令173 5．2．11 ezplot绘图指令174 5．2．12 特殊坐标轴绘图175 5．2．13 二维特殊图形函数176 5．3 三维图形绘制180 5．3．1 三维曲线图绘制180 5．3．2 三维网格图绘制181 5．3．3 三维曲面图绘制182 5．3．4 光照模型183 5．3．5 绘制等值线图185 5．4 四维图形可视化186 5．4．1 用颜色描述第四维186 5．4．2 其他函数186 5．5 本章小结187 第2部分 第6章 数值计算188 6．1 多项式及其函数189 6．1．1 多项式的表达式和创建189 6．1．2 多项式求根190 6．1．3 多项式的四则运算191 6．1．4 多项式的导数、积分与估值193 6．1．5 多项式运算函数及操作指令194 6．1．6 有理多项式195 6．2 数据插值196 6．2．1 一维插值197 6．2．2 二维插值199 6．3 函数的极限200 6．3．1 极限的概念200 6．3．2 求极限的函数201 6．4 函数数值积分202 6．4．1 数值积分问题的数学表述202 6．4．2 一元函数的数值积分203 6．4．3 多重数值积分204 6．5 本章小结205 第7章 符号计算206 7．1 符号计算概述207 7．2 符号对象和符号表达式207 7．2．1 对象创建命令207 7．2．2 对象创建示例208 7．2．3 运算符和基本函数211 7．2．4 对象类别识别函数213 7．2．5 表达式中的变量确定215 7．2．6 符号计算的精度216 7．3 符号表达式的基本操作217 7．3．1 符号表达式的显示217 7．3．2 符号表达式的合并218 7．3．3 符号表达式的展开218 7．3．4 符号表达式的嵌套219 7．3．5 符号表达式的分解220 7．3．6 符号表达式的化简220 7．4 符号表达式的替换221 7．4．1 subs替换函数221 7．4．2 subexpr替换函数222 7．5 符号函数的操作223 7．5．1 复合函数操作223 7．5．2 反函数操作224 7．6 微积分224 7．6．1 极限225 7．6．2 微分226 7．6．3 积分227 7．6．4 级数求和227 7．6．5 泰勒级数228 7．7 积分变换229 7．7．1 傅里叶变换229 7．7．2 拉普拉斯变换230 7．7．3 Z变换230 7．8 方程求解232 7．8．1 代数方程求解232 7．8．2 微分方程求解234 7．9 符号分析可视化235 7．9．1 funtool分析界面235 7．9．2 taylortool分析界面238 7．10 本章小结239 第8章 概率统计240 8．1 产生随机数241 8．1．1 二项分布随机数的产生241 8．1．2 正态分布随机数的产生241 8．1．3 常见分布随机数的产生242 8．2 概率密度计算243 8．2．1 通用函数概率密度值243 8．2．2 专用函数概率密度值244 8．3 累积概率分布245 8．3．1 通用函数累积概率值245 8．3．2 专用函数累积概率值247 8．4 统计特征247 8．4．1 平均值、中值248 8．4．2 数据比较248 8．4．3 期望249 8．4．4 方差和标准差249 8．4．5 协方差与相关系数250 8．5 统计作图251 8．5．1 正整数频率表251 8．5．2 累积分布函数图形252 8．5．3 *小二乘拟合直线252 8．5．4 绘制正态分布概率图形253 8．5．5 样本数据的盒图254 8．5．6 参考线绘制255 8．5．7 样本概率图形256 8．5．8 正态拟合直方图257 8．6 本章小结258 第9章 数学建模基础259 9．1 曲线拟合函数260 9．1．1 多项式拟合260 9．1．2 加权*小方差拟合原理及示例261 9．1．3 非线性曲线拟合263 9．2 参数估计函数264 9．2．1 常见分布的参数估计264 9．2．2 点估计266 9．2．3 区间估计268 9．3 参数传递268 9．3．1 输入和输出参数的数目269 9．3．2 可变数目的参数传递270 9．3．3 返回被修改的输入参数271 9．3．4 全局变量272 9．4 本章小结273 第10章 智能算法274 10．1 粒子群算法实现275 10．1．1 基本原理275 10．1．2 程序设计276 10．1．3 经典应用283 10．2 遗传算法实现287 10．2．1 基本原理287 10．2．2 程序设计290 10．2．3 经典应用295 10．3 蚁群算法概述300 10．3．1 基本原理300 10．3．2 程序设计301 10．3．3 经典应用304 10．4 本章小结310 第11章 偏微分方程311 11．1 偏微分方程工具箱312 11．1．1 偏微分方程常见类型312 11．1．2 偏微分方程的求解过程317 11．2 求解偏微分方程319 11．2．1 求解椭圆方程319 11．2．2 求解抛物线方程323 11．2．3 求解双曲线方程327 11．2．4 求解特征值方程331 11．3 本章小结335 第3部分 第12章 优化工具336 12．1 优化常用函数及*优化问题337 12．1．1 优化常用函数337 12．1．2 *优化问题339 12．2 线性规划341 12．2．1 线性规划函数342 12．2．2 线性规划问题的应用343 12．3 无约束非线性规划352 12．3．1 基本数学原理介绍353 12．3．2 无约束非线性规划函数354 12．3．3 无约束非线性规划问题的应用357 12．4 二次规划357 12．4．1 二次规划函数quadprog358 12．4．2 二次规划问题的应用359 12．5 有约束*小化361 12．5．1 有约束*小化函数fmincon361 12．5．2 有约束*小化的应用364 12．6 目标规划365 12．6．1 目标规划函数fgoalattain365 12．6．2 目标规划的应用367 12．7 *大*小化372 12．7．1 *大*小化函数fminimax372 12．7．2 *大*小化的应用373 12．8 本章小结375 第13章 句柄图形对象376 13．1 句柄图形对象体系377 13．1．1 句柄图形组织377 13．1．2 句柄图形对象类型简介378 13．2 句柄图形对象操作378 13．2．1 创建对象378 13．2．2 访问对象句柄380 13．2．3 复制和删除对象382 13．2．4 控制图形输出383 13．2．5 保存句柄387 13．3 句柄图形对象属性设置388 13．3．1 设置属性388 13．3．2 设置默认属性389 13．3．3 通用属性392 13．4 Figure对象392 13．4．1 Figure对象介绍392 13．4．2 Figure对象操作394 13．5 Axes对象394 13．5．1 标签与外观394 13．5．2 位置395 13．5．3 一图多轴396 13．5．4 坐标轴控制399 13．5．5 线条颜色控制401 13．5．6 绘图操作401 13．6 Core对象402 13．6．1 Core对象介绍402 13．6．2 Core对象创建示例403 13．7 Plot对象404 13．7．1 Plot对象介绍404 13．7．2 Plot对象创建示例404 13．7．3 连接变量405 13．8 Group对象406 13．8．1 Group对象介绍406 13．8．2 创建Group对象406 13．8．3 对象变换406 13．9 Annotation对象407 13．9．1 Annotation对象介绍407 13．9．2 Annotation对象使用示例408 13．10 本章小结409 第14章 Simulink仿真基础410 14．1 Simulink概述411 14．1．1 基本概念411 14．1．2 工作环境与启动413 14．1．3 模型特点415 14．1．4 模块组成416 14．1．5 数据类型417 14．1．6 模块和模块库422 14．1．7 常用工具427 14．1．8 示例演示429 14．2 模型创建431 14．2．1 模块的基本操作431 14．2．2 模型和模型文件434 14．2．3 模型创建流程436 14．2．4 模块的基本操作440 14．2．5 模块连接与处理442 14．3 过零检测和代数环443 14．3．1 过零检测443 14．3．2 代数环445 14．4 本章小结446 第15章 Simulink仿真的应用447 15．1 子系统的创建和封装448 15．1．1 子系统介绍448 15．1．2 创建子系统449 15．1．3 封装子系统450 15．2 仿真模型分析454 15．2．1 模型状态的确定455 15．2．2 线性化的数学描述457 15．2．3 平衡点分析458 15．2．4 微分方程的求解算法459 15．3 运行仿真460 15．3．1 启动仿真460 15．3．2 仿真配置463 15．3．3 优化仿真过程468 15．4 模型调试470 15．4．1 Simulink调试器471 15．4．2 命令行调试及设置断点471 15．5 实例应用472 15．6 本章小结478 第16章 Stateflow应用初步479 16．1 Stateflow基础480 16．1．1 Stateflow的定义480 16．1．2 状态图编辑器480 16．1．3 状态操作482 16．1．4 转移操作483 16．1．5 流程图484 16．2 并行机制487 16．2．1 设置状态关系487 16．2．2 并行状态活动顺序配置488 16．2．3 本地事件广播488 16．2．4 直接事件广播489 16．3 Stateflow的对象490 16．3．1 真值表490 16．3．2 图形函数492 16．4 本章小结493 第4部分 第17章 图形用户界面494 17．1 图形用户界面介绍495 17．2 控件495 17．2．1 控件的创建496 17．2．2 鼠标动作执行498 17．2．3 事件队列的执行顺序499 17．2．4 回调函数的编写500 17．3 对话框对象503 17．3．1 公共对话框503 17．3．2 一般对话框507 17．4 界面菜单513 17．4．1 菜单建立513 17．4．2 菜单属性514 17．5 编写M文件515 17．6 GUIDE工具516 17．6．1 利用GUIDE进行图形用户界面设计517 17．6．2 GUIDE创建的工具523 17．6．3 创建带有Uicontrol控件的图形用户界面525 17．7 本章小结526 第18章 文件I/O操作527 18．1 文件夹的管理528 18．1．1 当前文件夹管理528 18．1．2 创建文件夹531 18．1．3 删除文件夹532 18．1．4 复制或移动文件或文件夹533 18．2 打开和关闭文件535 18．2．1 打开文件535 18．2．2 关闭文件537 18．3 工作区数据文件538 18．3．1 输出数据到MAT文件中538 18．3．2 读取MAT文件――load函数538 18．3．3 查看MAT文件的变量539 18．4 读/写二进制文件539 18．4．1 写二进制文件539 18．4．2 读二进制文件541 18．5 读/写文本文件544 18．5．1 写文本文件544 18．5．2 读文本文件545 18．5．3 其他读/写文本文件的函数548 18．6 文件内的位置控制553 18．7 导入数据555 18．8 本章小结556 第19章 编译器557 19．1 编译器概述558 19．2 编译器的安装和配置558 19．2．1 编译器的安装558 19．2．2 编译器的配置558 19．3 编译过程559 19．4 编译命令mcc559 19．5 编译生成独立可执行的应用程序560 19．5．1 编译M文件560 19．5．2 编译图形绘制M文件562 19．5．3 由含feval指令的M文件生成EXE文件563 19．5．4 编译GUI文件565 19．6 本章小结566 第20章 外部接口567 20．1 接口概述568 20．1．1 MEX文件介绍568 20．1．2 MAT文件介绍568 20．1．3 MATLAB计算引擎介绍568 20．2 MEX文件应用569 20．2．1 MEX文件的结构569 20．2．2 创建C/C++语言MEX文件570 20．2．3 调试C/C++语言MEX程序文件574 20．3 MAT文件应用575 20．3．1 使用C/C++语言创建MAT文件的过程576 20．3．2 使用C/C++语言创建MAT文件示例576 20．3．3 使用C/C++语言读取MAT文件示例578 20．4 计算引擎应用581 20．5 调用Java语言581 20．5．1 Java接口使用582 20．5．2 Java接口编程应用示例586 20．6 本章小结586