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第1篇 MATLAB基础2

第1章 MATLAB 2013a概述2

1.1 MATLAB简介2

1.1.1 MATLAB的发展2

1.1.2 MATLAB的主要功能3

1.1.3 MATLAB 2013a的新特性3

1.2 MATLAB 2013a安装与卸载4

1.2.1 MATLAB 2013a安装4

1.2.2 MATLAB 2013a卸载7

1.3 MATLAB 2013a用户界面8

1.3.1菜单栏简介8

1.3.2命令窗口10

1.3.3历史命令窗口12

1.3.4工作空间窗口12

1.3.5当前目录窗口13

1.3.6帮助系统简介14

1.4 MATLAB 2013a基础知识16

1.4.1 MATLAB 2013a基本数值计算16

1.4.2 MATLAB 2013a矩阵处理19

1.4.3 MATLAB 2013a数据可视化20

1.4.4 MATLAB 2013a程序设计功能22

1.5小结23

第2篇 MATLAB中的矩阵运算26

第2章 MATLAB 2013a的矩阵操作26

2.1矩阵的生成26

2.1.1简单矩阵的创建26

2.1.2调用函数创建特殊矩阵27

2.2矩阵的拼接29

2.2.1基本拼接29

2.2.2拼接函数30

2.3改变矩阵尺寸32

2.3.1扩大矩阵的尺寸32

2.3.2缩小矩阵的尺寸33

2.4改变矩阵形状33

2.5向量、标量与空矩阵35

2.5.1向量35

2.5.2标量37

2.5.3空矩阵37

2.6矩阵寻访39

2.6.1下标转换39

2.6.2访问单元素40

2.6.3访问多元素41

2.7获取矩阵信息42

2.7.1获取矩阵元素的数据类型42

2.7.2获取矩阵的数据结构44

2.7.3获取矩阵的尺寸信息44

2.8高维数组45

2.8.1高维数组的创建46

2.8.2访问高维数组的信息48

2.8.3高维数组操作函数49

2.9小结51

第3章 MATLAB 2013a的数据类型52

3.1 MATLAB中的数值类型52

3.1.1整数类型52

3.1.2单精度浮点型54

3.1.3双精度浮点类型56

3.1.4复数57

3.1.5无穷58

3.1.6非数59

3.2 MATLAB中的逻辑类型60

3.2.1逻辑类型60

3.2.2关系运算符62

3.2.3逻辑运算符65

3.2.4运算符的优先级67

3.3 MATLAB中的字符与字符串69

3.3.1字符数组的建立69

3.3.2字符串的比较71

3.3.3字符串的查找与替换72

3.3.4字符串与数值类型的互相转换73

3.4小结74

第4章 元胞数组和构架数组75

4.1元胞数组75

4.1.1直接创建元胞数组75

4.1.2调用函数生成元胞数组76

4.1.3元胞数组的扩容、删减和重置77

4.1.4访问元胞数组内容79

4.1.5嵌套元胞数组80

4.1.6字符串元胞数组82

4.2构架数组83

4.2.1创建构架数组83

4.2.2访问构架数组元素85

4.3小结85

第5章 矩阵分析87

5.1数值计算中的矩阵87

5.1.1 MATLAB中的矩阵应用87

5.1.2线性代数方程的矩阵求解法87

5.1.3最大（小）值88

5.2矩阵基本运算88

5.2.1矩阵的加、减88

5.2.2矩阵乘法89

5.2.3矩阵除法92

5.2.4矩阵的幂94

5.2.5矩阵按位运算95

5.2.6关系运算99

5.3矩阵特征量102

5.3.1矩阵的行列式102

5.3.2矩阵的逆103

5.3.3矩阵的范数105

5.3.4矩阵的条件数107

5.3.5矩阵的秩110

5.4矩阵分解111

5.4.1特征分解112

5.4.2 Schur分解114

5.4.3 Cholesky分解115

5.4.4 LU分解116

5.4.5 QR分解119

5.4.6 SVD分解119

5.5矩阵函数123

5.5.1矩阵函数的概念123

5.5.2常用矩阵函数123

5.5.3自定义矩阵函数125

5.6稀疏矩阵126

5.6.1稀疏矩阵与全矩阵127

5.6.2创建稀疏矩阵128

5.6.3稀疏矩阵的操作131

5.6.4稀疏矩阵的运算135

5.7小结140

第3篇 MATLAB数据分析142

第6章 函数分析142

6.1 MATLAB中函数的创建142

6.2函数的零点144

6.3函数微分147

6.4函数积分150

6.4.1单重数值积分151

6.4.2多重数值积分153

6.5函数最优化154

6.6函数可视化158

6.7小结162

第7章 数据分析163

7.1最大（小）值、中位数163

7.2排序166

7.3分位数170

7.4求和（积）、差分170

7.4.1求和171

7.4.2求积172

7.4.3求累计和、积和差分172

7.5均值和方差174

7.6数据预处理177

7.6.1处理缺失数据177

7.6.2处理异常数据178

7.7统计分析179

7.7.1关于数学符号的说明179

7.7.2几种重要的概率分布180

7.7.3生成随机数181

7.7.4数据直方图分析185

7.7.5数据统计函数188

7.8小结190

第8章 高级数值计算191

8.1多项式191

8.1.1多项式表示191

8.1.2矩阵的特征多项式191

8.1.3求多项式的值192

8.1.4求多项式的根194

8.1.5多项式卷积和反卷积195

8.1.6多项式微积分195

8.1.7有理式的部分展开197

8.2插值199

8.2.1一维插值199

8.2.2二维插值201

8.2.3高维插值203

8.2.4样条插值205

8.2.5插值方法比较206

8.3回归分析210

8.3.1线性回归分析210

8.3.2多项式回归分析212

8.3.3多分量回归分析213

8.4曲线拟合214

8.4.1多项式拟合215

8.4.2指数函数拟合216

8.4.3交互式曲线拟合工具216

8.5傅里叶分析219

8.5.1快速傅里叶变换（FFT）、逆快速傅里叶变换（IFFT）219

8.5.2 FFT的幅度和相位220

8.5.3傅里叶分析的应用例子222

8.6常微分方程224

8.6.1一阶常微分方程224

8.6.2 ODE函数的选择228

8.6.3高阶常微分方程230

8.7小结231

第9章 符号计算232

9.1符号类型与数值类型的区别232

9.2符号对象及其创建233

9.2.1创建符号变量233

9.2.2创建符号表达式235

9.2.3符号对象与数值的转换236

9.3符号函数239

9.3.1创建符号函数239

9.3.2复合函数240

9.3.3反函数242

9.3.4特殊符号函数243

9.4符号表达式的复合和化简243

9.4.1显示符号表达式243

9.4.2展开、分解及化简符号表达式244

9.4.3符号表达式替换247

9.5符号矩阵249

9.5.1创建符号矩阵249

9.5.2符号矩阵的代数运算250

9.5.3符号矩阵的逻辑运算252

9.5.4符号矩阵的行列式253

9.5.5符号矩阵的逆254

9.5.6符号矩阵的秩255

9.5.7符号矩阵的特征分解256

9.5.8符号矩阵的SVD分解258

9.6符号微积分261

9.6.1极限261

9.6.2微分264

9.6.3积分266

9.6.4 Taylor展开268

9.6.5级数求和270

9.7符号方程求解271

9.7.1一般代数方程271

9.7.2线性代数方程组274

9.7.3符号常微分方程275

9.8小结279

第4篇 MATLAB图形282

第10章 二维图形282

10.1二维图形的绘制282

10.1.1二维图形绘图步骤282

10.1.2绘制二维图形284

10.1.3快速绘图函数286

10.1.4绘制子图288

10.1.5图形叠绘292

10.1.6绘制双Y轴图形294

10.1.7交互式绘图函数296

10.2编辑二维图形300

10.2.1设置图形线型、数据点型和颜色300

10.2.2设置坐标轴区间303

10.2.3设置图形网格和坐标轴外框305

10.2.4注释图形306

10.3绘制和编辑特殊图形309

10.3.1绘制和编辑条形图309

10.3.2绘制和编辑区域图312

10.3.3绘制和编辑饼状图313

10.3.4绘制和编辑柱状图315

10.3.5绘制和编辑离散数据点图形317

10.3.6绘制和编辑罗盘图318

10.3.7绘制和编辑羽毛图319

10.3.8绘制和编辑轮廓图320

10.3.9绘制和编辑箭头图323

10.4小结324

第11章 三维图形325

11.1绘制三维图形325

11.1.1基本绘制函数——plot3函数325

11.1.2绘制三维网格——mesh函数326

11.1.3绘制三维曲面——surf函数328

11.2三维图形编辑330

11.2.1色彩处理330

11.2.2光源设置333

11.2.3视角控制334

11.3高维可视化335

11.4小结336

第12章 图形对象和句柄337

12.1图形对象337

12.1.1图形对象的体系结构337

12.1.2图形对象的类型338

12.1.3 MATLAB中对象的属性339

12.2访问对象句柄340

12.2.1获取当前对象的句柄341

12.2.2调用findobj函数通过属性值查询对象342

12.2.3使用句柄操作对象342

12.3设置和访问MATLAB对象属性344

12.3.1设置属性值344

12.3.2查询属性值345

12.3.3默认属性346

12.4图形窗口对象350

12.4.1设置图形窗口的位置属性350

12.4.2设置图形窗口的色彩属性351

12.4.3图像窗口的绘制模式351

12.4.4定制图形窗口的光标351

12.5轴对象352

12.5.1设置轴对象的位置属性352

12.5.2设置轴对象的刻度、刻度标记及坐标轴方向属性353

12.5.3轴对象的多轴重叠355

12.5.4轴对象的自动模式属性357

12.6控制图形输出357

12.6.1定制图形输出的窗口357

12.6.2定制图形输出的轴357

12.6.3利用newPlot属性定制图形输出的重叠属性358

12.7 M文件内对句柄的操作359

12.8小结360

第5篇 MATLAB程序设计362

第13章 MATLAB 2013a程序设计362

13.1 M文件362

13.1.1 M文件的结构362

13.1.2 M文件分类364

13.1.3脚本文件365

13.1.4函数文件367

13.1.5 P码文件370

13.2变量371

13.2.1命名变量372

13.2.2 MATLAB特殊变量372

13.2.3 MATLAB中的关键字374

13.2.4不同类型的变量375

13.2.5变量检测函数376

13.3函数377

13.3.1匿名函数378

13.3.2主函数与子函数378

13.3.3嵌套函数380

13.4程序结构及流控制语句381

13.4.1顺序结构382

13.4.2循环结构——for语句383

13.4.3循环结构——while语句384

13.4.4分支结构——if语句385

13.4.5分支结构——switch语句389

13.4.6纠错结构——try-catch语句391

13.4.7跳出循环——continue语句394

13.4.8结束循环——break语句395

13.5交互控制指令396

13.5.1输入控制——input指令396

13.5.2键盘控制——keyboard指令397

13.5.3暂停执行——pause指令397

13.5.4终止操作——return指令399

13.5.5错误警告——warning指令400

13.5.6警告中止——error指令401

13.5.7指令查询——echo指令401

13.6小结402

第14章 程序调试、优化和出错处理403

14.1程序调试403

14.1.1调试的基本任务403

14.1.2调试函数406

14.1.3 MATLAB调试器407

14.1.4警告和错误412

14.2性能优化413

14.2.1性能分析413

14.2.2效率优化技术416

14.2.3内存优化技术416

14.3出错处理417

14.3.1 Try-catch错误查询417

14.3.2错误处理417

14.4小结420

第15章 图形用户界面（GUI）421

15.1 GUI设计方式421

15.1.1 GUI对象及层次结构421

15.1.2回调函数422

15.1.3手工代码式GUI程序423

15.1.4 GUIDE式GUI程序425

15.1.5 GUIDE界面环境428

15.2 GUI界面设计431

15.2.1界面设计原则431

15.2.2窗口和轴432

15.2.3菜单432

15.2.4控件436

15.3 GUI程序设计436

15.3.1 GUI M文件结构436

15.3.2 GUIDE的数据组织437

15.3.3设计回调函数438

15.4 GUI应用实例439

15.4.1分析用户需求440

15.4.2设计GUI界面440

15.4.3设计GUI程序443

15.4.4 GUI程序发布444

15.5小结445

第16章 MATLAB文件I/O操作446

16.1 MATLAB可读取文件格式446

16.2高级文件I/O程序447

16.2.1 LOAD/SAVE函数447

16.2.2 UIGETFILE/UIPUTFILE函数448

16.2.3 UIIMPORT/IMPORTDATA函数449

16.2.4 TEXTREAD/STRREAD函数451

16.3低级文件I/O程序452

16.3.1 FOPEN函数452

16.3.2 FCLOSE函数453

16.3.3 FWRITE函数454

16.3.4 FREAD函数454

16.3.5 FSCANF函数455

16.3.6 FPRINTF函数455

16.4小结456

第17章 MATLAB 2013a编译器457

17.1 MATLAB编译器简介457

17.1.1 MATLAB Compiler 4457

17.1.2 MATLAB Compiler 4的功能和局限性458

17.1.3脚本文件与函数文件的转换459

17.2编译器的安装和设置461

17.2.1安装编译器461

17.2.2设置编译器461

17.2.3安装MCR463

17.3编译器使用入门464

17.3.1 mcc编译指令464

17.3.2 M文件编译466

17.3.3编译含绘图指令的M文件470

17.4由M文件创建独立可执行的应用程序471

17.5由M文件创建函数库（DLL）472

17.6小结477

第18章 应用程序接口479

18.1 mxArray数据结构479

18.1.1 MATLAB和C/FORTRAN中的数组479

18.1.2 mxArray480

18.1.3 mx函数482

18.2 C/FORTRAN MEX486

18.2.1 MEX文件简介486

18.2.2配置MEX489

18.2.3 C MEX490

18.2.4 FORTRAN MEX492

18.3 MATLAB引擎494

18.3.1 MATLAB引擎简介494

18.3.2 MATLAB引擎函数495

18.3.3 MATLAB引擎应用示例497

18.4 C读写MAT文件500

18.4.1 MAT文件501

18.4.2 MAT函数501

18.4.3 C读写MAT文件502

18.5小结504

第19章 Notebook的运用505

19.1 Notebook安装和启动505

19.1.1 Notebook的安装505

19.1.2 Notebook的启动506

19.1.3 Notebook的初始化508

19.2细胞508

19.2.1输入细胞和输出细胞508

19.2.2自初始化细胞510

19.3 Notebook菜单512

19.3.1 Define Calc Zone——定义“计算区”513

19.3.2 Group Cells——定义“细胞群”514

19.3.3 Toggle Graph Output for Cell——细胞图形输出拨动控制开关515

19.3.4 Evaluate Loop——细胞的循环运行517

19.3.5 Notebook Options——输出细胞格式控制517

19.4 Notebook使用注意问题518

19.5小结519

第6篇 MATLAB常见工具箱522

第20章 图像处理工具箱522

20.1数字图像基础知识522

20.1.1数字图像的生成522

20.1.2图像的类型524

20.1.3读写图像数据525

20.1.4显示图像数据527

20.1.5转换图像格式529

20.2图像的灰度变换534

20.2.1图像的直方图534

20.2.2灰度变换536

20.2.3直方图均衡539

20.3图像的代数运算540

20.3.1图像加法541

20.3.2图像乘法542

20.3.3图像减法542

20.3.4图像除法543

20.4图像的几何运算543

20.4.1缩放图像543

20.4.2旋转图像545

20.4.3裁剪图像546

20.5线性滤波547

20.5.1卷积和相关547

20.5.2线性滤波548

20.6排序滤波551

20.6.1中值滤波551

20.6.2最大（小）值滤波553

20.7小结554

第21章 信号处理工具箱555

21.1 MATLAB中信号的描述555

21.2典型信号的生成556

21.2.1正弦波和余弦波556

21.2.2周期方波和锯齿波558

21.2.3周期sinc函数558

21.2.4高斯调整正弦脉冲559

21.2.5扫频信号559

21.2.6单位脉冲信号560

21.2.7单位序列561

21.2.8均匀分布的随机序列562

21.2.9高斯分布的随机序列562

21.3随机信号处理和谱分析563

21.3.1随机信号互相关函数估计563

21.3.2互协方差函数估计564

21.3.3谱分析函数psd565

21.3.4谱分析函数pwelch566

21.4模拟滤波器设计568

21.4.1滤波器的设计参数568

21.4.2巴特沃思滤波器568

21.4.3切比雪夫Ⅰ型滤波器569

21.4.4切比雪夫Ⅱ型滤波器570

21.4.5模拟滤波器的频域变换571

21.5 IIR数字滤波器设计572

21.5.1巴特沃思数字滤波器设计（butter函数）573

21.5.2切比雪夫Ⅰ型数字滤波器设计（cheby1函数）574

21.5.3切比雪夫Ⅱ型数字滤波器设计（cheby2函数）576

21.5.4椭圆数字滤波器设计（ellip函数）577

21.5.5数字滤波器阶数选择579

21.6窗函数580

21.6.1矩形窗580

21.6.2海宁窗581

21.6.3汉明窗582

21.6.4布莱克曼窗582

21.6.5凯瑟窗583

21.7 FIR数字滤波器的窗函数设计584

21.7.1窗函数设计法设计步骤584

21.7.2基于窗函数法的FIR滤波器设计588

21.7.3基于频率采样法的FIR滤波器设计589

21.8模拟-数字滤波器变换589

21.8.1冲激响应不变法590

21.8.2双线性变换法591

21.9小结593

第22章 小波分析工具箱594

22.1小波变换594

22.1.1基本原理594

22.1.2基小波函数594

22.1.3小波变换、反变换600

22.2小波分析应用603

22.3交互式小波分析工具605

22.4小结606