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序
目次
商品簡介
以MATLAB 2018為基礎，結合高等學校學生的教學經驗和計算科學的應用，講解數學計算和仿真分析的各種方法和技巧，完整的編寫一套讓學生與零基礎讀者可以靈活掌握的教學指南。讓學生與零基礎*終脫離書本，應用於工程實踐中。《MATLAB R2018基礎與實例教程》主要內容包括MATLAB的入門，數據計算與矩陣函數，程序設計，繪圖命令，符號運算，矩陣分析與應用，微分與積分計算，三維動畫，圖形用戶界面設計，MATLAB聯合編程，Simulink仿真設計等內容。本書覆蓋數學計算與仿真分析的各個方面，既有MATLAB基本函數的介紹，也有用MATLAB編寫的專門計算程序，利用函數解決不同數學應用問題，實例豐富而典型，包括兩章經典實例，將重點知識進行融入應用，指導讀者有的放矢地進行學習。《MATLAB R2018基礎與實例教程》既可作為初學者的入門用書，也可作為工程技術人員、本科生、研究生的教材用書。
序
MATLAB是美國MathWorks公司出品的一個優秀的數學計算軟件，其強大的數值計算能力和數據可視化能力令人震撼。經過多年的發展，MATLAB已經發展到了R2018a版本，功能日趨完善。MATLAB已經發展成為多種學科必不可少的計算工具，成為自動控制、應用數學、信息與計算科學等專業大學生與研究生必須掌握的基本技能。
目前，MATLAB已經得到了很大程度的普及，它不僅成為各大公司和科研機構的專用軟件，在各高校中同樣也得到了普及。越來越多的學生借助MATLAB來學習數學分析、圖像處理、仿真分析。
為了幫助零基礎讀者快速掌握MATLAB的使用方法，本書從基礎著手，詳細對MATLAB的基本函數功能進行介紹，同時根據不同學科讀者的需求，作者在數學計算、圖形繪製、仿真分析、最優化設計和外部接口編程等不同的領域進行了詳細的介紹，讓讀者入寶山而滿載歸。
MATLAB本身是一個極為豐富的資源庫。因此，對大多數用戶來說，一定有部分MAT-LAB內容看起來是“透明”的，也就是說用戶能明白其全部細節;另有些內容表現為“灰色”，即用戶雖明白其原理但是對於具體的執行細節不能完全掌握;還有些內容則“全黑”，也就是用戶對它們一無所知。本書雖僅涉及MATLAB在各方面應用的一小部分，但就是這部分內容就已經構成了對本書作者的嚴重挑戰。作者在寫稿過程中遇到過不少困惑，通過再學習和向專家請教雖克服了這些障礙，但仍難免存在錯誤和偏見。本書所有算例均由作者在計算機上驗證。在此，本書作者懇切期望得到各方面專家和廣大讀者的指教。
一、本書特色市面上的MATLAB學習書籍浩如煙海，讀者要挑選一本自己中意的書反而很困難，真是“亂花漸欲迷人眼”。那麼，本書為什麼能夠在您“眾裡尋她千百度”之際，於“燈火闌珊”中讓您“驀然回首”呢，那是因為本書有以下5大特色。
作者權威本書由著名CAD/CAM/CAE圖書出版專家胡仁喜博士指導，大學資深專家教授團隊執筆編寫。本書是作者總結多年的設計經驗以及教學的心得體會，歷時多年精心編著，力求全面細緻地展現出MATLAB在工程分析與數學計算應用領域的各種功能和使用方法。
實例專業本書中有很多實例本身就是工程分析與數學計算項目案例，經過作者精心提煉和改編，不僅保證了讀者能夠學好知識點，更重要的是能幫助讀者掌握實際的操作技能。
提升技能本書從全面提升MATLAB工程分析與數學計算能力的角度出發，結合大量的案例來講解如何利用MATLAB進行工程分析與數學計算，真正讓讀者懂得計算機輔助工程分析與數學計算。
內容全面本書共11章，分別介紹了MATLAB入門，數據計算與矩陣函數，程序設計，繪圖命令，符號運算，矩陣分析與應用，微分與積分計算，三維動畫，圖形用戶界面設計，MATLAB聯合編程，Simulink仿真設計等內容。
知行合本書提供了使用MATLAB解決數學問題的實踐性指導，它基於MATLAB R2018a版，內容由淺入深，特別是本書對每一條命令的使用格式都做了詳細而又簡單明瞭的說明，並為用戶提供了大量的例題加以說明其用法，因此，對於初學者自學是很有幫助的;同時，又對數學中的一些深入問題如優化理論的算法介紹以及各種數學問題如概率問題、數理統計問題等進行了較為詳細的介紹，因此，該書也可作為科技工作者的科學計算工具書。
二、電子資料使用說明本書除利用傳統的紙面講解外，隨書配送了電子資料包，包含全書講解實例和練習實例的源文件素材，並製作了全程實例動畫同步AVI文件。為了增強教學的效果，更進一步方便讀者的學習，作者親自對實例動畫進行了配音講解，通過掃描二維碼，下載本書實例操作過程視頻AVI文件，讀者可以隨心所欲，像看電影一樣輕鬆愉悅地學習本書。
三、致謝本書由華南理工大學廣州學院的陽平華老師任主編，華南理工大學廣州學院的吳麗鎬、李菁、詹湧強和陽彩霞老師任副主編，華南理工大學廣州學院的李海榮、黃婷、黃業文老師參與部分章節的編寫。其中陽平華編寫第1～3章，吳麗鎬編寫第4～5章，李菁編寫第6～7章，詹湧強編寫第8～9章，陽彩霞編寫第10～11章。王正軍、盧園、李亞莉、吳秋彥、井曉翠、張俊生、盧思夢、閆聰聰、劉昌麗、康士廷、張亭等參與了部分章節的內容整理，石家莊三維書屋文化傳播有限公司的胡仁喜博士對全書進行了審校，在此對他們的付出表示感謝。
目前，MATLAB已經得到了很大程度的普及，它不僅成為各大公司和科研機構的專用軟件，在各高校中同樣也得到了普及。越來越多的學生借助MATLAB來學習數學分析、圖像處理、仿真分析。
為了幫助零基礎讀者快速掌握MATLAB的使用方法，本書從基礎著手，詳細對MATLAB的基本函數功能進行介紹，同時根據不同學科讀者的需求，作者在數學計算、圖形繪製、仿真分析、最優化設計和外部接口編程等不同的領域進行了詳細的介紹，讓讀者入寶山而滿載歸。
MATLAB本身是一個極為豐富的資源庫。因此，對大多數用戶來說，一定有部分MAT-LAB內容看起來是“透明”的，也就是說用戶能明白其全部細節;另有些內容表現為“灰色”，即用戶雖明白其原理但是對於具體的執行細節不能完全掌握;還有些內容則“全黑”，也就是用戶對它們一無所知。本書雖僅涉及MATLAB在各方面應用的一小部分，但就是這部分內容就已經構成了對本書作者的嚴重挑戰。作者在寫稿過程中遇到過不少困惑，通過再學習和向專家請教雖克服了這些障礙，但仍難免存在錯誤和偏見。本書所有算例均由作者在計算機上驗證。在此，本書作者懇切期望得到各方面專家和廣大讀者的指教。
一、本書特色市面上的MATLAB學習書籍浩如煙海，讀者要挑選一本自己中意的書反而很困難，真是“亂花漸欲迷人眼”。那麼，本書為什麼能夠在您“眾裡尋她千百度”之際，於“燈火闌珊”中讓您“驀然回首”呢，那是因為本書有以下5大特色。
作者權威本書由著名CAD/CAM/CAE圖書出版專家胡仁喜博士指導，大學資深專家教授團隊執筆編寫。本書是作者總結多年的設計經驗以及教學的心得體會，歷時多年精心編著，力求全面細緻地展現出MATLAB在工程分析與數學計算應用領域的各種功能和使用方法。
實例專業本書中有很多實例本身就是工程分析與數學計算項目案例，經過作者精心提煉和改編，不僅保證了讀者能夠學好知識點，更重要的是能幫助讀者掌握實際的操作技能。
提升技能本書從全面提升MATLAB工程分析與數學計算能力的角度出發，結合大量的案例來講解如何利用MATLAB進行工程分析與數學計算，真正讓讀者懂得計算機輔助工程分析與數學計算。
內容全面本書共11章，分別介紹了MATLAB入門，數據計算與矩陣函數，程序設計，繪圖命令，符號運算，矩陣分析與應用，微分與積分計算，三維動畫，圖形用戶界面設計，MATLAB聯合編程，Simulink仿真設計等內容。
知行合本書提供了使用MATLAB解決數學問題的實踐性指導，它基於MATLAB R2018a版，內容由淺入深，特別是本書對每一條命令的使用格式都做了詳細而又簡單明瞭的說明，並為用戶提供了大量的例題加以說明其用法，因此，對於初學者自學是很有幫助的;同時，又對數學中的一些深入問題如優化理論的算法介紹以及各種數學問題如概率問題、數理統計問題等進行了較為詳細的介紹，因此，該書也可作為科技工作者的科學計算工具書。
二、電子資料使用說明本書除利用傳統的紙面講解外，隨書配送了電子資料包，包含全書講解實例和練習實例的源文件素材，並製作了全程實例動畫同步AVI文件。為了增強教學的效果，更進一步方便讀者的學習，作者親自對實例動畫進行了配音講解，通過掃描二維碼，下載本書實例操作過程視頻AVI文件，讀者可以隨心所欲，像看電影一樣輕鬆愉悅地學習本書。
三、致謝本書由華南理工大學廣州學院的陽平華老師任主編，華南理工大學廣州學院的吳麗鎬、李菁、詹湧強和陽彩霞老師任副主編，華南理工大學廣州學院的李海榮、黃婷、黃業文老師參與部分章節的編寫。其中陽平華編寫第1～3章，吳麗鎬編寫第4～5章，李菁編寫第6～7章，詹湧強編寫第8～9章，陽彩霞編寫第10～11章。王正軍、盧園、李亞莉、吳秋彥、井曉翠、張俊生、盧思夢、閆聰聰、劉昌麗、康士廷、張亭等參與了部分章節的內容整理，石家莊三維書屋文化傳播有限公司的胡仁喜博士對全書進行了審校，在此對他們的付出表示感謝。
目次
第1章 MATLAB入門
1.1 MATLAB概述
1.1.1 MATLAB的發展歷程
1.1.2 MATLAB系統
1.1.3 MATLAB語言的特點
1.2 啟動MATLAB
1.3 MATLAB2018的工作環境
1.3.1 工具欄
1.3.2 命令行窗口
1.3.3 命令歷史記錄窗口
1.3.4 當前文件夾窗口
1.3.5 工作區窗口
1.4 課後習題第2章 數據計算與矩陣函數
2.1 數據計算
2.1.1 變量與常量
2.1.2 數據的顯示格式
2.1.3 算術運算符
2.1.4 關係運算符
2.1.5 邏輯運算符
2.1.6 數據類型函數
2.2 矩陣函數
2.2.1 向量的生成
2.2.2 向量運算
2.2.3 矩陣的生成
2.2.4 特殊矩陣
2.2.5 矩陣元素函數
2.2.6 矩陣運算
2.3 操作實例——矩陣更新
2.4 課後習題
第3章 程序設計
3.1 M文件
3.1.1 命令文件
3.1.2 函數文件
3.1.3 文件函數
3.2 程序結構
3.2.1 順序結構
3.2.2 循環結構
3.2.3 分支結構
3.3 操作實例——統計M文件代碼行數
3.4 課後習題第4章 繪圖命令
4.1 二維繪圖
4.1.1 figure命令
4.1.2 plot繪圖命令
4.1.3 line命令
4.1.4 subplot命令
4.1.5 fplot繪圖命令
4.2 設置坐標系
4.2.1 極坐標系下繪圖
4.2.2 半對數坐標系下繪圖
4.2.3 雙y軸坐標
4.2.4 坐標系控制
4.3 二維圖形修飾處理
4.3.1 圖形的重疊控制
4.3.2 圖形注釋
4.3.3 分格線控制
4.3.4 圖形放大與縮小
4.4 三維繪圖
4.4.1 三維曲線命令
4.4.2 三維網格命令
4.4.3 三維曲面命令
4.4.4 散點圖命令
4.5 三維圖形修飾處理
4.5.1 視角處理
4.5.2 顏色處理
4.6 操作實例——繪製函數的三維視圖
4.7 課後習題第5章 符號運算
5.1 符號與多項式
5.1.1 字符串
5.1.2 單元型變量
5.1.3 結構型變量
5.1.4 多項式運算
5.2 符號運算
5.2.1 符號表達式的生成
5.2.2 符號表達式的運算
5.2.3 符號與數值間的轉換
5.3 符號矩陣
5.3.1 創建符號矩陣
5.3.2 符號矩陣的其他運算
5.3.3 符號多項式的簡化
5.4 綜合實例——電路問題
5.5 課後習題第6章 矩陣分析與應用
6.1 矩陣的相似標準形
6.1.1 若爾當標準形
6.1.2 厄米法線形
6.2 矩陣分解
6.2.1 楚列斯基（Cholesky）分解
6.2.2 LU分解
6.2.3 LDM T 與LDL T 分解
6.2.4 QR分解
6.2.5 SVD分解
6.2.6 舒爾（Schur）分解
6.2.7 海森伯格（Hessenberg）分解
6.3 線性方程組的求解
6.3.1 線性方程組基礎
6.3.2 利用矩陣的逆（偽逆）與除法求解
6.3.3 利用行階梯形求解
6.3.4 利用矩陣分解法求解
6.3.5 非負最小二乘解
6.4 操作實例——“病態”矩陣問題
6.5 課後習題第7章 微分與積分計算
7.1 極限、導數
7.1.1 極限
7.1.2 導數
7.2 微積分
7.2.1 定積分與不定積分
7.2.2 微分
7.3 積分函數
7.4 積分變換
7.4.1 傅裡葉積分變換
7.4.2 傅裡葉逆變換
7.4.3 快速傅裡葉變換
7.4.4 拉普拉斯變換
7.4.5 拉普拉斯逆變換
7.5 多重積分
7.5.1 二重積分
7.5.2 三重積分
7.6 PDE模型方法
7.7 操作實例——比較時域和頻域中的余弦波
7.8 課後習題第8章 三維動畫
8.1 特殊圖形
8.1.1 統計圖形
8.1.2 離散數據圖形
8.1.3 向量圖形
8.1.4 柱面與球面
8.2 圖像處理
8.2.1 圖像的讀寫
8.2.2 圖像的顯示及信息查詢
8.3 視頻文件
8.3.1 讀取視頻文件
8.3.2 寫入視頻文件
8.3.3 視頻信息查詢
8.4 音頻文件
8.5 動畫演示
8.6 操作實例——鹽泉的鉀性判別
8.7 課後習題第9章 圖形用戶界面設計
9.1 用戶界面概述
9.2 圖形用戶界面設計
9.2.1 GUIDE界面
9.2.2 GUIDE控件
9.3 控件編程
9.3.1 菜單設計
9.3.2 回調函數
9.4 操作實例——演示三維曲面操作
9.5 課後習題第10章 MATLAB聯合編程
10.1 應用程序接口介紹
10.1.1 MEX文件簡介
10.1.2 mx-庫函數和MEX文件的區別
10.1.3 MAT文件
10.2 MEX文件的編輯與使用
10.2.1 編寫C語言MEX文件
10.2.2 編寫FORTRAN語言MEX 文件
10.3 MATLAB與C/C++語言聯合編程
10.3.1 獨立應用程序
10.3.2 面向C/C++的DLL
10.4 操作實例——創建矩陣C++共享庫
10.5 課後習題第11章 Simulink仿真設計
11.1 Simulink簡介
11.2 Simulink編輯環境
11.3 模塊的創建
11.3.1 創建模塊文件
11.3.2 模塊的基本操作
11.3.3 模塊參數設置
11.3.4 子系統及其封裝
11.4 仿真分析
11.4.1 仿真參數設置
11.4.2 仿真的運行和分析
11.5 操作實例——數字低通濾波器離散時間系統
11.6 課後習題
1.1 MATLAB概述
1.1.1 MATLAB的發展歷程
1.1.2 MATLAB系統
1.1.3 MATLAB語言的特點
1.2 啟動MATLAB
1.3 MATLAB2018的工作環境
1.3.1 工具欄
1.3.2 命令行窗口
1.3.3 命令歷史記錄窗口
1.3.4 當前文件夾窗口
1.3.5 工作區窗口
1.4 課後習題第2章 數據計算與矩陣函數
2.1 數據計算
2.1.1 變量與常量
2.1.2 數據的顯示格式
2.1.3 算術運算符
2.1.4 關係運算符
2.1.5 邏輯運算符
2.1.6 數據類型函數
2.2 矩陣函數
2.2.1 向量的生成
2.2.2 向量運算
2.2.3 矩陣的生成
2.2.4 特殊矩陣
2.2.5 矩陣元素函數
2.2.6 矩陣運算
2.3 操作實例——矩陣更新
2.4 課後習題
第3章 程序設計
3.1 M文件
3.1.1 命令文件
3.1.2 函數文件
3.1.3 文件函數
3.2 程序結構
3.2.1 順序結構
3.2.2 循環結構
3.2.3 分支結構
3.3 操作實例——統計M文件代碼行數
3.4 課後習題第4章 繪圖命令
4.1 二維繪圖
4.1.1 figure命令
4.1.2 plot繪圖命令
4.1.3 line命令
4.1.4 subplot命令
4.1.5 fplot繪圖命令
4.2 設置坐標系
4.2.1 極坐標系下繪圖
4.2.2 半對數坐標系下繪圖
4.2.3 雙y軸坐標
4.2.4 坐標系控制
4.3 二維圖形修飾處理
4.3.1 圖形的重疊控制
4.3.2 圖形注釋
4.3.3 分格線控制
4.3.4 圖形放大與縮小
4.4 三維繪圖
4.4.1 三維曲線命令
4.4.2 三維網格命令
4.4.3 三維曲面命令
4.4.4 散點圖命令
4.5 三維圖形修飾處理
4.5.1 視角處理
4.5.2 顏色處理
4.6 操作實例——繪製函數的三維視圖
4.7 課後習題第5章 符號運算
5.1 符號與多項式
5.1.1 字符串
5.1.2 單元型變量
5.1.3 結構型變量
5.1.4 多項式運算
5.2 符號運算
5.2.1 符號表達式的生成
5.2.2 符號表達式的運算
5.2.3 符號與數值間的轉換
5.3 符號矩陣
5.3.1 創建符號矩陣
5.3.2 符號矩陣的其他運算
5.3.3 符號多項式的簡化
5.4 綜合實例——電路問題
5.5 課後習題第6章 矩陣分析與應用
6.1 矩陣的相似標準形
6.1.1 若爾當標準形
6.1.2 厄米法線形
6.2 矩陣分解
6.2.1 楚列斯基（Cholesky）分解
6.2.2 LU分解
6.2.3 LDM T 與LDL T 分解
6.2.4 QR分解
6.2.5 SVD分解
6.2.6 舒爾（Schur）分解
6.2.7 海森伯格（Hessenberg）分解
6.3 線性方程組的求解
6.3.1 線性方程組基礎
6.3.2 利用矩陣的逆（偽逆）與除法求解
6.3.3 利用行階梯形求解
6.3.4 利用矩陣分解法求解
6.3.5 非負最小二乘解
6.4 操作實例——“病態”矩陣問題
6.5 課後習題第7章 微分與積分計算
7.1 極限、導數
7.1.1 極限
7.1.2 導數
7.2 微積分
7.2.1 定積分與不定積分
7.2.2 微分
7.3 積分函數
7.4 積分變換
7.4.1 傅裡葉積分變換
7.4.2 傅裡葉逆變換
7.4.3 快速傅裡葉變換
7.4.4 拉普拉斯變換
7.4.5 拉普拉斯逆變換
7.5 多重積分
7.5.1 二重積分
7.5.2 三重積分
7.6 PDE模型方法
7.7 操作實例——比較時域和頻域中的余弦波
7.8 課後習題第8章 三維動畫
8.1 特殊圖形
8.1.1 統計圖形
8.1.2 離散數據圖形
8.1.3 向量圖形
8.1.4 柱面與球面
8.2 圖像處理
8.2.1 圖像的讀寫
8.2.2 圖像的顯示及信息查詢
8.3 視頻文件
8.3.1 讀取視頻文件
8.3.2 寫入視頻文件
8.3.3 視頻信息查詢
8.4 音頻文件
8.5 動畫演示
8.6 操作實例——鹽泉的鉀性判別
8.7 課後習題第9章 圖形用戶界面設計
9.1 用戶界面概述
9.2 圖形用戶界面設計
9.2.1 GUIDE界面
9.2.2 GUIDE控件
9.3 控件編程
9.3.1 菜單設計
9.3.2 回調函數
9.4 操作實例——演示三維曲面操作
9.5 課後習題第10章 MATLAB聯合編程
10.1 應用程序接口介紹
10.1.1 MEX文件簡介
10.1.2 mx-庫函數和MEX文件的區別
10.1.3 MAT文件
10.2 MEX文件的編輯與使用
10.2.1 編寫C語言MEX文件
10.2.2 編寫FORTRAN語言MEX 文件
10.3 MATLAB與C/C++語言聯合編程
10.3.1 獨立應用程序
10.3.2 面向C/C++的DLL
10.4 操作實例——創建矩陣C++共享庫
10.5 課後習題第11章 Simulink仿真設計
11.1 Simulink簡介
11.2 Simulink編輯環境
11.3 模塊的創建
11.3.1 創建模塊文件
11.3.2 模塊的基本操作
11.3.3 模塊參數設置
11.3.4 子系統及其封裝
11.4 仿真分析
11.4.1 仿真參數設置
11.4.2 仿真的運行和分析
11.5 操作實例——數字低通濾波器離散時間系統
11.6 課後習題
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