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第1单元MATLAB基本操作 1

1.1启动MATLAB 1

1.2 MATLAB操作界面 2

1.3操作界面窗口的切换 3

1.4关闭MATLAB 4

1.5设置当前目录 5

1.6操作Start菜单 6

1.7 Command Window和相关菜单操作 8

1.8 Editor编程窗口和操作 13

1.9 Help系统的介绍与操作 15

1.10用MATLAB读写Excel文件 15

上机报告 16

第2单元MATLAB矩阵运算 17

2.1矩阵运算的操作步骤 17

2.2创建矩阵 19

2.2.1冒号法创建矩阵 19

2.2.2方括弧法创建矩阵 20

2.2.3下标法创建矩阵 21

2.2.4函数法创建矩阵 22

2.2.5混合法创建矩阵 24

2.3矩阵变换 25

2.3.1函数变换 25

2.3.2几何变换 25

2.4矩阵算术运算 26

2.5阵列算术运算 28

2.6阵列关系运算 29

2.7阵列逻辑运算 31

2.8测定矩阵大小 32

2.9编程中的初始化命令 33

上机报告 34

第3单元MATLAB基本绘图 35

3.1编程绘图步骤 35

3.2二维绘图 38

3.2.1用plot函数绘制散点图、点线图、曲线图和多重点线图 38

3.2.2用fplot函数采样绘图 41

3.2.3用figure函数开多个窗口分别绘图 42

3.2.4用subplot函数开多个子窗口分别绘图 43

3.2.5用loglog函数绘制双轴对数图 44

3.2.6用semilogx函数绘制横轴对数图 45

3.2.7用semilogy函数绘制纵轴对数图 46

3.2.8用plotyy函数绘制双纵轴图 46

3.2.9用polar函数绘制极坐标图 48

3.2.10用bar函数绘制垂直柱形图 48

3.2.11用hist函数绘制直方图 50

3.2.12用stem函数绘制离散序列散点图 51

3.2.13用errorbar函数绘制误差图 53

3.2.14用pie函数绘制二维饼图 54

3.2.15用contour函数绘制二维等高线图 55

3.3三维绘图 55

3.3.1用plot3函数绘制三维散点图、点线图和曲线图 55

3.3.2用bar3函数绘制三维垂直柱形图 56

3.3.3用stem3函数绘制三维离散序列图 57

3.3.4用pie3函数绘制三维饼图 58

3.3.5用mesh函数、meshc函数和meshz函数绘制三维网格图 58

3.3.6用surf函数和surfc函数绘制三维表面图 60

3.3.7用contour3函数绘制三维等高线图 61

上机报告 62

第4单元MATLAB典型应用 63

4.1线性代数运算 63

4.1.1矢量和矩阵的范数 63

4.1.2解线性方程组 64

4.1.3矩阵求逆 66

4.1.4 Doolittle分解（LU分解） 67

4.1.5 Cholesky分解 67

4.1.6 QR分解 68

4.1.7特征值和特征向量 69

4.1.8奇异值分解 71

4.2多项式运算 72

4.2.1多项式表达 72

4.2.2多项式算术运算与微分 72

4.2.3多项式值计算 73

4.3数据插值 74

4.3.1插值方法 75

4.3.2一元函数插值 75

4.3.3二元函数插值 76

4.3.4三元函数插值 78

4.3.5 n元函数插值 79

4.3.6一元周期函数的FFT法插值 79

4.4数据拟合 80

4.4.1多项式最小二乘拟合 80

4.4.2一元函数最小二乘拟合 81

4.5数据分析 82

4.5.1数据概括 83

4.5.2协差阵和相关阵 85

4.5.3矩阵元素的求和与累加和 85

4.5.4矩阵元素的乘积与累乘积 86

4.5.5数据排序 87

4.6数值积分与数值微分 88

4.6.1数值积分 88

4.6.2数值微分 90

4.7解常微分方程和常微分方程组 92

4.7.1解常微分方程 93

4.7.2解常微分方程组 94

4.7.3解矩阵常微分方程 96

上机报告 98

第5单元MATLAB程序设计 99

5.1 MATLAB程序结构及其运行机制 99

5.2 MATLAB程序的流程控制 99

5.2.1 for循环 100

5.2.2 while循环 101

5.2.3 if-else-end结构 101

5.2.4 switch-case-end结构 102

5.3编写MATLAB函数 103

5.3.1 MATLAB函数的结构及其调用机制 103

5.3.2编写匿名函数 104

5.3.3编写标准M-file函数 105

5.3.4编写私人函数 105

5.3.5编写形如“主函数+子函数”的M-file函数 106

5.3.6编写形如“主函数+嵌套函数”的M-file函数 106

5.3.7编写函数的函数 108

5.3.8全局变量和局部变量 108

5.3.9函数句柄 109

5.4编程案例 110

5.4.1分析图像的灰度分布 110

5.4.2悬挂机组机具跟踪性分析 111

上机报告 114

第6单元Simulink系统仿真 115

6.1 Simulink仿真及其运行机制 115

6.1.1 Simulink仿真操作方法之一 115

6.1.2 Simulink仿真操作方法之二 118

6.2 PID控制器的参数整定 119

6.2.1 PID控制器原理 120

6.2.2 PID控制器仿真的试验设计 120

6.2.3 PID控制器仿真的系统建模 121

6.2.4 PID控制器仿真的结果与分析 122

6.3机构运动学仿真 123

6.3.1机构运动简图与闭环矢量方程 124

6.3.2位移、速度、加速度的矩阵方程 124

6.3.3机构运动学仿真的试验设计 125

6.3.4确定系统输入和初始条件 126

6.3.5 Simulink系统建模 126

6.3.6自定义函数模块的M编程 128

6.3.7仿真结果分析和系统评价 128

6.3.8机构运动学仿真的相容性检验 132

上机报告 134

第7单元MATLAB统计分析 135

7.1 MATLAB统计学函数 135

7.2概率分布 136

7.2.1二项分布（Binomial distribution） 137

7.2.2 0-1分布 138

7.2.3泊松分布（Poisson distribution） 139

7.2.4正态分布（Normal distribution） 141

7.2.5x2分布（Chi-square distribution） 143

7.2.6 t分布（Student’s t distribution） 144

7.2.7 F分布（F distribution） 146

7.3描述统计 147

7.4假设检验 150

7.4.1单变量样本均值z检验 151

7.4.2单变量样本均值t检验 151

7.4.3单变量样本方差x2检验 152

7.4.4成对数据均值差t检验 153

7.4.5两独立样本方差比F检验 154

7.4.6两独立样本均值差t检验 155

7.4.7单变量频数样本分布拟合x2检验 155

7.4.8单变量观测样本分布拟合x2检验 156

7.4.9 n×m列联表分析（频数独立性x2检验） 158

7.5单向分组数据方差分析 158

7.6线性回归 159

7.6.1多元线性回归 159

7.6.2逐步回归 161

7.7非线性回归 162

7.7.1一元非线性回归 162

7.7.2多元非线性回归 163

上机报告 165

第8单元MATLAB优化设计 166

8.1解优化问题的MATLAB程序结构及其运行机制 166

8.2线性规划（Linear Programming） 167

8.3二次规划 170

8.4无约束非线性规划（UnconstrainedNonlinear Minimization） 172

8.4.1无约束非线性规划的单纯形解法 172

8.4.2无约束非线性规划的梯度解法 172

8.4.3无约束非线性规划的最速下降解法 173

8.4.4无约束非线性规划的DFP变尺度解法 174

8.4.5无约束非线性规划的BFGS变尺度解法 175

8.5约束非线性规划 175

8.5.1约束一元非线性规划 175

8.5.2约束多元非线性规划 176

8.5.3约束多元最大最小规划 177

8.5.4约束多元多目标规划 178

8.6最小二乘规划 180

8.6.1非线性方程最小二乘规划 180

8.6.2非线性方程组最小二乘规划 182

8.6.3线性方程组约束最小二乘规划 184

8.6.4线性方程组非负最小二乘规划 185

8.7非线性方程求根 186

8.7.1一元连续函数求根 186

8.7.2非线性方程组求根 187

上机报告 188

第9单元MATLAB信号处理 189

9.1信号与系统 189

9.1.1信号类型及其数学描述 189

9.1.2常见离散信号及其MATLAB实现 191

9.1.3信号的能量与功率 192

9.1.4信号变换 192

9.2信号时域分析 193

9.2.1 MATLAB时域分析原理 193

9.2.2求已知系统的响应 194

9.2.3时域分析自练题 195

9.3信号频域分析 195

9.3.1利用FFT辨识信号的频率成分 196

9.3.2用FFT检测被噪声污染信号的原有频率 196

9.4系统频响分析 197

9.4.1系统频响分析原理 197

9.4.2系统频响分析案例 198

上机报告 199

第10单元MATLAB图像处理 200

10.1数字图像的数学描述 200

10.1.1图像坐标系和像素坐标 200

10.1.2图像的数学表达 200

10.1.3图像读取、显示、存盘的MATLAB编程 201

10.2图像变换 201

10.2.1彩色图像变换为灰度图像 201

10.2.2彩色或灰度图像变换为二值图像 202

10.2.3灰度频数分布图 203

10.2.4图像代数运算 204

10.2.5图像几何变换 205

10.2.6图像灰度变换 207

10.2.7 DFT离散傅里叶变换 208

10.2.8 DCT离散余弦变换 209

10.3模板运算与图像滤波 210

10.3.1低通模板运算实现图像平滑 210

10.3.2低通模板运算实现Gauss白噪声滤除 211

10.3.3高通模板运算实现图像边缘增强 212

10.3.4高通模板运算实现图像边缘检测 212

10.3.5进一步的试验 213

10.4边缘检测 213

10.5对象提取 214

上机报告 215