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第一篇 基础知识 3

第1章 MATLAB概述 3

1.1 工作环境 3

1.1.1 系统组成 3

1.1.2 工作窗口 4

1.1.3 应用简介 8

1.2 文件管理 9

1.2.1 目录结构 9

1.2.2 当前文件夹浏览器 10

1.2.3 路径搜索 10

1.3 帮助系统 12

1.3.1 文本帮助 12

1.3.2 演示帮助 13

1.3.3 帮助导航窗口 14

1.4 MATLAB使用初步 16

1.5 本章小结 16

第2章 MATLAB基础 17

2.1 数据类型 17

2.1.1 数值类型 17

2.1.2 字符与字符串 22

2.1.3 结构 23

2.1.4 单元数组 25

2.1.5 函数句柄 27

2.1.6 映射容器 28

2.1.7 数据类型识别与转换 32

2.2 运算符与运算 33

2.2.1 算术运算符 33

2.2.2 关系运算符 34

2.2.3 逻辑运算符 35

2.2.4 运算优先级 36

2.3 字符串处理 36

2.3.1 字符串构造 36

2.3.2 字符串比较 37

2.3.3 查找与替换 38

2.3.4 字符串类型转换 38

2.4 矩阵基础 39

2.4.1 有关概念 39

2.4.2 创建矩阵 39

2.4.3 改变矩阵结构 41

2.4.4 矩阵下标 42

2.4.5 矩阵信息 44

2.5 本章小结 47

第3章 数据输入输出基础 48

3.1 打开与关闭文件 48

3.1.1 打开文件 48

3.1.2 关闭文件 50

3.2 读写二进制文件 51

3.2.1 写二进制文件 51

3.2.2 读二进制文件 51

3.3 读写文本文件 53

3.3.1 写文本文件 53

3.3.2 读文本文件 54

3.4 读写位置控制 55

3.5 导入数据 56

3.5.1 向导导入数据 56

3.5.2 命令导入数据 57

3.6 本章小结 58

第4章 编程基础 59

4.1 变量与语句 59

4.1.1 变量命名 59

4.1.2 变量类型 60

4.1.3 特殊变量 60

4.1.4 关键字 61

4.1.5 语句构成 61

4.2 程序控制 62

4.2.1 顺序结构 62

4.2.2 分支结构 62

4.2.3 循环结构 66

4.2.4 其他常用控制命令 68

4.3 M文件与脚本 70

4.3.1 M文件 70

4.3.2 脚本 71

4.4 函数 72

4.4.1 M文件函数 72

4.4.2 匿名函数 74

4.4.3 子函数 74

4.4.4 私有函数 75

4.4.5 重载函数 75

4.4.6 内联函数 75

4.4.7 eval、feval函数 76

4.4.8 函数的函数 77

4.4.9 内嵌函数 78

4.4.10 函数编写建议 78

4.5 M文件变量检测 78

4.5.1 输入输出变量检测 78

4.5.2 可变数量输入输出 79

4.6 程序调试 80

4.6.1 直接调试 80

4.6.2 工具调试 80

4.7 本章小结 81

第5章 可视化基础 82

5.1 图形绘制对象 82

5.2 二维图形 82

5.2.1 plot命令 82

5.2.2 图形叠绘 87

5.2.3 子图绘制 87

5.2.4 交互绘图 89

5.2.5 双纵坐标图 90

5.2.6 特殊坐标绘图 91

5.2.7 函数绘图 93

5.3 三维图形 95

5.3.1 曲线图 95

5.3.2 网格图 96

5.3.3 曲面图 97

5.4 四维图形 98

5.4.1 第四维表达 99

5.4.2 四维图绘制 99

5.5 特殊图形 100

5.5.1 饼状图 101

5.5.2 直方图 102

5.5.3 柱形图 102

5.5.4 离散数据点图 104

5.5.5 散点图 105

5.5.6 向量图 106

5.5.7 等值线图 107

5.6 图形处理 108

5.6.1 图形输出 108

5.6.2 图形细化 109

5.6.3 坐标轴控制 114

5.6.4 视角与透视 115

5.7 绘图窗口 117

5.7.1 创建绘图窗口 117

5.7.2 绘图窗口工具栏 117

5.8 本章小结 118

第二篇 数学基础 120

第6章 数组与矩阵操作 120

6.1 数组运算 120

6.1.1 创建与访问数组 120

6.1.2 数组运算 123

6.2 矩阵操作 127

6.2.1 创建矩阵 127

6.2.2 改变矩阵结构 132

6.3 矩阵元素运算 134

6.3.1 矩阵四则运算 134

6.3.2 矩阵元素幂运算 137

6.3.3 矩阵元素查找与排序 137

6.3.4 矩阵元素求和、求积与求差分 139

6.4 矩阵运算 141

6.4.1 矩阵分析 141

6.4.2 矩阵分解 145

6.4.3 特征值与特征向量 148

6.4.4 矩阵函数运算 149

6.5 稀疏矩阵 151

6.5.1 稀疏矩阵存储方式 151

6.5.2 创建稀疏矩阵 152

6.5.3 稀疏矩阵运算 153

6.6 本章小结 153

第7章 数学函数运算 154

7.1 初等函数运算 154

7.1.1 三角函数 154

7.1.2 指数与对数函数 156

7.1.3 复数函数 157

7.1.4 截断和求余函数 158

7.1.5 离散数学函数 159

7.1.6 基本数据分析函数 160

7.1.7 多项式函数 162

7.2 特殊函数运算 163

7.2.1 特殊函数 163

7.2.2 坐标变换函数 164

7.3 本章小结 165

第8章 符号计算 166

8.1 符号计算概述 166

8.2 符号变量与表达式 167

8.2.1 符号对象 168

8.2.2 符号计算运算符与函数 170

8.2.3 符号对象识别 174

8.2.4 符号变量 175

8.2.5 符号表达式显示 176

8.2.6 表达式项操作 176

8.2.7 符号数值和精度 181

8.3 符号函数 182

8.3.1 复合函数操作 182

8.3.2 反函数运算 183

8.4 符号微积分 183

8.4.1 符号表达式的极限 183

8.4.2 符号表达式的导数 184

8.4.3 符号表达式的积分 185

8.4.4 符号表达式的级数求和积 186

8.4.5 符号表达式的泰勒级数 187

8.5 符号积分变换 188

8.5.1 Fourier变换 188

8.5.2 Laplace变换 189

8.5.3 Z变换 189

8.6 符号矩阵计算 190

8.6.1 算术运算 190

8.6.2 线性代数运算 191

8.6.3 特征值分解 191

8.7 符号方程求解 192

8.7.1 代数方程求解 192

8.7.2 微分方程求解 195

8.8 符号计算界面 196

8.8.1 funtool分析界面 196

8.8.2 taylortool分析界面 198

8.9 本章小结 199

第三篇 数据分析 201

第9章 多项式分析 201

9.1 多项式及函数 201

9.1.1 多项式及其函数 201

9.1.2 多项式计算 201

9.1.3 多项式方程求根 202

9.1.4 多项式四则运算 202

9.1.5 多项式微积分 204

9.1.6 有理多项式展开 205

9.2 极限 206

9.3 本章小结 206

第10章 数值运算 207

10.1 解线性方程组 207

10.1.1 线性法 207

10.1.2 迭代法 209

10.2 插值与拟合 210

10.2.1 插值 210

10.2.2 曲线拟合 216

10.3 数值微积分 217

10.3.1 一元数值积分 218

10.3.2 多重数值积分 219

10.3.3 数值微分 220

10.4 常微分方程 221

10.5 本章小结 222

第11章 优化 223

11.1 优化问题求解过程 223

11.1.1 选择求解器 223

11.1.2 设置变量 224

11.1.3 写目标函数 224

11.1.4 写约束条件 226

11.1.5 设置求解器参数 226

11.1.6 求解并检查结果 228

11.1.7 改善优化结果 228

11.2 线性规划 228

11.3 二进制整数规划 231

11.4 二次规划 232

11.5 非线性规划 233

11.5.1 无约束优化 233

11.5.2 约束优化 236

11.6 多目标规划 239

11.6.1 多目标规划 239

11.6.2 最大最小化问题 240

11.7 最小二乘问题 242

11.7.1 线性最小二乘问题 242

11.7.2 非线性最小二乘问题 244

11.8 GUI工具 245

11.9 本章小结 246

第12章 概率统计 247

12.1 统计量操作 247

12.1.1 产生随机数 247

12.1.2 抽样 251

12.2 数据统计分析 252

12.2.1 特征统计量 252

12.2.2 统计图表 255

12.3 概率分布与计算 261

12.3.1 概率密度计算 261

12.3.2 概率分布计算 263

12.4 本章小结 266

第四篇 拓展知识 268

第13章 句柄图形 268

13.1 句柄图形对象系统 268

13.1.1 句柄图形对象组织 268

13.1.2 句柄图形对象简介 269

13.2 句柄图形对象操作 269

13.2.1 创建与保存 270

13.2.2 访问、复制和删除 271

13.2.3 图形输出控制 273

13.3 属性设置 278

13.3.1 通用对象属性 278

13.3.2 属性设置函数 279

13.3.3 默认属性设置 280

13.4 Figure对象 282

13.4.1 Figure对象简介 282

13.4.2 Figure对象操作 283

13.5 Axes对象 284

13.5.1 Axes对象简介 284

13.5.2 Axes对象操作 284

13.6 Core对象 291

13.7 Plot对象 293

13.7.1 创建Plot对象 293

13.7.2 连接变量 294

13.8 Group对象 294

13.8.1 创建Group对象 295

13.8.2 对象变换 295

13.9 Annotation对象 296

13.10 本章小结 297

第14章 GUI编程 298

14.1 GUI基础 298

14.1.1 GUI介绍 298

14.1.2 创建GUI 299

14.1.3 回调函数 302

14.2 GUI控件 303

14.2.1 GUI控件类型 303

14.2.2 创建GUI控件 304

14.3 GUI菜单和工具栏 306

14.3.1 GUI菜单 307

14.3.2 GUI工具栏 309

14.4 对话框 310

14.4.1 创建函数 310

14.4.2 创建方法 311

14.5 布局 314

14.5.1 布局函数 314

14.5.2 布局方式 314

14.6 GUI行为控制编程 318

14.6.1 回调与中断 319

14.6.2 数据管理 320

14.7 GUI实例 321

14.8 本章小结 326

第15章 Simulink基础 327

15.1 概述 327

15.1.1 基本概念 327

15.1.2 工作环境 328

15.1.3 Simulink数据类型 331

15.1.4 模块和模块库 331

15.1.5 Simulink常用工具 336

15.2 Simulink模型 337

15.2.1 模块基本操作 337

15.2.2 设置输出提示 341

15.2.3 模型和模型文件 342

15.2.4 保存系统模型 345

15.2.5 打印模型框图及生成报告 346

15.3 子系统 349

15.3.1 子系统介绍 350

15.3.2 高级子系统技术 351

15.4 运行仿真 362

15.4.1 启动仿真过程 362

15.4.2 仿真过程诊断 363

15.4.3 仿真配置 363

15.4.4 仿真的设置 365

15.5 调试 369

15.5.1 模型调试 369

15.5.2 调试器控制 372

15.5.3 设置断点 376

15.6 S函数 379

15.6.1 S-函数概述 379

15.6.2 M文件S-函数 382

15.7 本章小结 385

第16章 MATLAB编译器与接口 386

16.1 编译器安装与配置 386

16.1.1 编译器介绍与安装 386

16.1.2 编译器配置 387

16.2 编译过程 387

16.2.1 MCR安装 387

16.2.2 MCR编译过程 388

16.3 编译生成独立程序 388

16.3.1 编译命令mcc 388

16.3.2 编译独立程序 389

16.4 接口概述 392

16.4.1 MEX文件 393

16.4.2 MAT文件介绍 393

16.4.3 计算引擎 393

16.5 基于C/C++的MEX文件 393

16.5.1 MEX文件结构 394

16.5.2 创建C/C++MEX文件 395

16.5.3 调试C/C++MEX文件 399

16.6 本章小结 400

第五篇 MATLAB应用 402

第17章 信号处理应用 402

17.1 信号处理基础 402

17.1.1 连续信号 402

17.1.2 离散信号 403

17.1.3 波形发生函数 406

17.1.4 信号基本运算 412

17.2 统计信号处理 414

17.2.1 相关性与协方差 414

17.2.2 频谱分析 416

17.2.3 窗函数 417

17.2.4 经典谱估计 420

17.2.5 现代谱估计 422

17.2.6 时频分析 423

17.2.7 特殊变换 424

17.2.8 重采样 428

17.3 IIR滤波器 429

17.3.1 经典法IIR滤波器设计 429

17.3.2 直接法IIR滤波器设计 435

17.4 FIR滤波器 436

17.4.1 窗函数法 436

17.4.2 约束最小二乘法 437

17.4.3 其他FIR滤波器设计方法 438

17.5 参数建模 439

17.5.1 时域建模 439

17.5.2 频域建模 441

17.6 GUI工具介绍 442

17.6.1 信号综合处理工具 442

17.6.2 波形查看器 443

17.6.3 谱分析查看器 443

17.6.4 滤波器可视化工具 444

17.6.5 滤波器设计与分析工具 444

17.6.6 滤波处理工具 445

17.7 本章小结 446

第18章 图像处理应用 447

18.1 图像处理基础 447

18.1.1 图像表达 447

18.1.2 图像类型与文件 448

18.1.3 图像数据读写 455

18.2 图像显示 456

18.2.1 标准图像显示技术 456

18.2.2 特殊图像显示技术 457

18.3 图像运算 460

18.3.1 代数运算 460

18.3.2 空间变换 462

18.4 图像变换 465

18.4.1 二维傅立叶变换 466

18.4.2 离散余弦变换 467

18.4.3 其他变换 468

18.5 图像分析与增强 469

18.5.1 像素分析 469

18.5.2 图像分析 473

18.5.3 图像调整 477

18.5.4 图像平滑 480

18.6 图像区域处理 482

18.6.1 区域设置 482

18.6.2 区域滤波 484

18.6.3 区域填充 484

18.7 图像颜色处理 485

18.7.1 显示颜色位数 485

18.7.2 减少颜色 486

18.7.3 转换颜色 487

18.8 本章小结 487

第19章 小波分析应用 488

19.1 小波分析基础 488

19.1.1 小波变换 488

19.1.2 常用小波基函数 489

19.2 连续小波分析 492

19.2.1 连续小波变换 492

19.2.2 GUI连续小波变换 493

19.3 一维离散小波分析 494

19.3.1 一维离散小波变换与重构 495

19.3.2 GUI一维离散小波分析 498

19.4 二维离散小波分析 499

19.4.1 二维离散小波变换与重构 499

19.4.2 GUI二维离散小波分析 502

19.5 去噪与压缩 503

19.5.1 小波去噪与压缩 503

19.5.2 GUI小波去噪与压缩 505

19.6 本章小节 508

第20章 偏微分方程应用 509

20.1 PDE应用GUI 509

20.2 PDE求解设置 510

20.2.1 PDE求解过程 510

20.2.2 2-D几何构型 511

20.2.3 划分网格 512

20.3 PDE求解 514

20.3.1 方程类型介绍 514

20.3.2 PDE求解示例 516

20.4 本章小结 519