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第一部分MATLAB基础知识 3

第1章MATLAB概述 3

1.1 MATLAB简介 3

1.2 MATLAB的特点及应用领域 4

1.3 MATLAB R2016a的工作环境 5

1.3.1操作界面 6

1.3.2命令行窗口 6

1.3.3命令历史记录窗口 10

1.3.4输入变量 11

1.3.5当前文件夹窗口和路径管理 13

1.3.6搜索路径 14

1.3.7工作区窗口和数组编辑器 16

1.3.8变量的编辑命令 17

1.3.9存取数据文件 18

1.4 MATLAB R2016a的帮助系统 19

1.4.1纯文本帮助 19

1.4.2演示帮助 21

1.4.3帮助导航 23

1.4.4帮助文件窗口 23

1.4.5帮助文件索引窗 23

本章小结 24

第2章MATLAB基础 25

2.1基本概念 25

2.1.1 MATLAB数据类型概述 25

2.1.2整数类型 26

2.1.3浮点数类型 28

2.1.4复数 29

2.1.5无穷量（ Inf）和非数值量（NaN ） 30

2.1.6数值类型的显示格式 31

2.1.7确定数值类型的函数 31

2.1.8常量与变量 32

2.1.9标量、向量、矩阵与数组 33

2.1.10字符串 33

2.1.11运算符 34

2.1.12命令、函数、表达式和语句 36

2.2向量运算 37

2.2.1向量的生成 37

2.2.2向量的加减和数乘运算 39

2.2.3向量的点、叉积运算 39

2.3矩阵运算 41

2.3.1矩阵元素的存储次序 42

2.3.2矩阵元素的表示及相关操作 42

2.3.3矩阵的创建 45

2.3.4矩阵的代数运算 51

2.4字符串运算 57

2.4.1字符串变量与一维字符数组 57

2.4.2对字符串的多项操作 58

2.4.3二维字符数组 60

本章小结 61

第3章 数组 62

3.1 MATLAB中的数组 62

3.2数组的创建 62

3.2.1创建空数组 63

3.2.2创建一维数组 63

3.2.3创建二维数组 64

3.2.4创建三维数组 65

3.2.5创建低维标准数组 69

3.2.6创建高维标准数组 70

3.3数组的属性 71

3.3.1数组结构 71

3.3.2数组大小 71

3.3.3数组维度 72

3.3.4数组数据类型 73

3.3.5数组内存的占用 74

3.4创建特殊数组 74

3.4.1 0-1数组 74

3.4.2对角数组 75

3.4.3随机数组 76

3.4.4魔方数组 77

3.5数组操作 77

3.5.1数组的保存和装载 77

3.5.2数组索引和寻址 78

3.5.3数组的扩展和裁剪 80

3.5.4数组形状的改变 85

3.5.5数组运算 88

3.5.6数组的查找 91

3.5.7数组的排序 92

3.5.8高维数组的降维操作 93

3.6多维数组及其操作 94

3.6.1 多维数组的属性 94

3.6.2多维数组的操作 95

3.7关系运算和逻辑运算 97

3.7.1关系运算 97

3.7.2逻辑运算 98

3.7.3常用函数 101

本章小结 102

第4章 矩阵 103

4.1矩阵的基本特征参数 103

4.1.1矩阵的基本参数 103

4.1.2条件数、矩阵的稳定性 104

4.1.3特征值和特征向量的基本概念 106

4.2矩阵的生成 106

4.2.1实数值矩阵输入 107

4.2.2复数矩阵输入 107

4.2.3符号矩阵的生成 108

4.2.4大矩阵的生成 109

4.3矩阵运算 109

4.3.1矩阵分析 109

4.3.2矩阵特征值和特征向量的计算 113

4.4矩阵分解 117

4.4.1 Cholesky分解 118

4.4.2使用Cholesky分解求解方程组 119

4.4.3不完全Cholesky分解 119

4.4.4 LU分解 120

4.4.5不完全RU分解 122

4.4.6 QR分解 122

4.4.7操作QR分解结果 124

4.4.8奇异值分解 124

4.5常用的数学函数 125

4.5.1三角函数 126

4.5.2指数和对数函数 127

4.5.3复数函数 129

4.6稀疏矩阵技术 131

4.6.1基本稀疏矩阵 131

4.6.2稀疏矩阵的函数 134

本章小结 137

第5章 符号运算 138

5.1符号运算的基本概念 138

5.1.1符号对象 138

5.1.2创建符号对象与函数命令 140

5.1.3符号常量 142

5.1.4符号变量 142

5.1.5符号表达式、符号函数与符号方程 144

5.1.6函数命令findsym（） 148

5.1.7数组、矩阵与符号矩阵 150

5.2符号运算的基本内容 151

5.2.1符号变量代换及其函数subs（） 151

5.2.2符号对象转换为数值对象的函数 153

5.2.3符号表达式的化简 154

5.2.4符号运算的其他函数 159

5.2.5两种特定的符号运算函数 161

5.3符号微积分运算及应用 163

5.3.1 MATLAB符号极限运算 163

5.3.2符号函数微分运算 166

5.3.3符号函数积分运算 167

5.3.4符号卷积 169

5.3.5符号积分的变换 170

5.4符号矩阵及其运算 172

5.4.1符号矩阵的建立与访问 173

5.4.2符号矩阵的基本运算 177

5.4.3符号矩阵的化简 182

5.4.4符号矩阵的微分与积分 185

5.4.5符号矩阵的Laplace变化 186

5.5 MATLAB符号方程求解 187

5.5.1 符号代数方程求解 187

5.5.2符号微分方程求解 191

5.6符号函数图形计算器 194

5.6.1符号函数图形计算器的界面 194

5.6.2符号函数图形计算器的输入框操作 195

5.6.3符号函数图形计算器的按钮操作 195

本章小结 197

第二部分MATLAB数据处理 201

第6章MATLAB二维绘图 201

6.1数据图像绘制简介 201

6.1.1离散数据可视化 201

6.1.2连续函数可视化 204

6.2二维图形的基本绘图命令 206

6.2.1二维图形绘制步骤 206

6.2.2二维图形基本绘图命令plot 208

6.2.3快速方程式画图（fplot,ezplot） 211

6.3二维图形的修饰 213

6.3.1色彩、线型和点型 213

6.3.2坐标轴的调整 215

6.3.3刻度和分格线 217

6.3.4设置坐标框 218

6.3.5图形标识 219

6.3.6图案填充 222

6.4子图绘制法 225

6.5特殊图形的绘制 227

6.5.1特殊坐标图形的绘制 227

6.5.2特殊二维图形的绘制 231

6.6二维绘图的实际应用 239

本章小结 244

第7章MATLAB三维绘图 245

7.1三维绘图基础 245

7.1.1三维绘图基本步骤 245

7.1.2三维绘图基本命令 246

7.1.3三维坐标标记及图形标记 249

7.2三维网格曲面 250

7.2.1绘制三维曲面 250

7.2.2栅格数据的生成 255

7.2.3网格曲面的绘制命令 258

7.2.4隐藏线的显示和关闭 260

7.3三维阴影曲面的绘制 261

7.3.1带有等高线的阴影曲面绘制 262

7.3.2具有光照效果的阴影曲面绘制 262

7.4三维图形的控制 263

7.4.1设置视角位置 263

7.4.2设置坐标轴 265

7.5三维图形特殊处理 266

7.5.1透视、裁剪和镂空 266

7.5.2色彩控制 268

7.5.3照明和材质处理 271

7.5.4简洁绘图指令 273

7.6特殊三维图形 275

7.6.1螺旋线 275

7.6.2抛物面 277

7.6.3柱状图 278

7.6.4柱体 279

7.6.5饼状图 281

7.6.6双曲面 281

7.6.7三维等高线 282

7.6.8三维离散序列图 284

7.6.9其他图形 284

7.7三维绘图的实际应用 285

本章小结 293

第8章 数据分析 294

8.1插值 294

8.1.1一维插值命令及实例 294

8.1.2二维插值命令及实例 297

8.1.3样条插值 298

8.2曲线拟合 300

8.2.1多项式拟合 300

8.2.2加权最小方差（WLS）拟合原理及实例 301

8.3曲线拟合图形界面 303

8.3.1曲线拟合 303

8.3.2绘制拟合残差图形 305

8.3.3进行数据预测 305

8.4傅里叶分析 306

8.4.1离散傅里叶变换 306

8.4.2 FFT和DFT 308

8.5图像数据分析处理 310

本章小结 317

第9章 微积分方程 318

9.1微分方程的基础及其应用 318

9.1.1微分方程的概念 318

9.1.2常微分方程的解 319

9.1.3微分方程的数值解法 325

9.1.4偏微分方程的数值解 326

9.2积分方程的基础及其应用 331

9.2.1 积分的有关理论 331

9.2.2数值积分的MATLAB应用 335

9.2.3高斯积分的MATLAB应用 341

9.2.4反常积分的MATLAB应用 342

9.2.5重积分的MATLAB应用 349

9.3多种求积算法的分析比较 352

9.3.1牛顿-科茨求积公式及其MATLAB实现 352

9.3.2复化求积公式及其MATLAB实现 354

9.3.3龙贝格求积公式及其MATLAB实现 357

9.3.4高斯-勒让德求积公式及其MATLAB实现 358

9.3.5各种求积公式的分析比较 360

9.4 MATLAB求方程极值解 362

9.4.1一元函数的极限 362

9.4.2多元函数的极值 364

本章小结 366

第10章MATLAB优化 367

10.1常见优化问题 367

10.1.1无约束非线性优化 367

10.1.2有约束规划 376

10.1.3目标规划 379

10.1.4最大最小化问题 385

10.1.5线性规划 388

10.1.6二次规划 391

10.1.7多目标规划 393

10.1.8非线性方程的优化解 397

10.2最小二乘最优问题 400

10.2.1约束线性最小二乘 400

10.2.2非线性数据（曲线）拟合 402

10.2.3非负线性最小二乘 403

10.3代数方程的求解 403

本章小结 405

第11章 概率和数理统计 406

11.1随机数的产生 406

11.1.1二项分布随机数 406

11.1.2泊松分布随机数 407

11.1.3均匀分布随机数 408

11.1.4正态分布随机数 409

11.1.5其他常见分布随机数 409

11.2概率密度函数 411

11.2.1常见分布的密度函数作图 411

11.2.2通用函数计算概率密度函数值 415

11.2.3专用函数计算概率密度函数值 416

11.3随机变量的数字特征 417

11.3.1平均值、中值 417

11.3.2数学期望 419

11.3.3协方差及相关系数 420

11.3.4矩和协方差矩阵 421

11.3.5数据比较 421

11.3.6方差 423

11.3.7常见分布的期望和方差 425

11.4参数估计 425

11.4.1常见分布的参数估计 426

11.4.2点估计 428

11.4.3区间估计 429

11.5假设检验 430

11.5.1方差已知时的均值假设检验 430

11.5.2正态总体均值假设检验 431

11.5.3分布拟合假设检验 433

11.6方差分析 435

11.6.1单因子方差分析 435

11.6.2双因子方差分析 437

11.7统计图表的绘制 437

本章小结 443

第12章 函数 444

12.1 M文件 444

12.1.1 M文件概述 444

12.1.2变量 445

12.1.3脚本文件 447

12.1.4函数文件 447

12.1.5函数调用 449

12.2函数类型 452

12.2.1匿名函数 452

12.2.2 M文件主函数 453

12.2.3嵌套函数 453

12.2.4子函数 454

12.2.5私有函数 455

12.2.6重载函数 455

12.3参数传递 455

12.3.1 MATLAB参数传递概述 455

12.3.2输入和输出参数的数目 456

12.3.3可变数目的参数传递 457

12.3.4返回被修改的输入参数 458

12.3.5全局变量 459

本章小结 460

第三部分MATLAB程序和GUI设计 463

第13章MATLAB程序设计 463

13.1 MATLAB的程序结构 463

13.1.1 if分支结构 463

13.1.2 switch分支结构 464

13.1.3 while循环结构 465

13.1.4 for循环结构 466

13.2 MATLAB的控制语句 468

13.2.1 continue命令 468

13.2.2 break命令 469

13.2.3 return命令 470

13.2.4 input命令 470

13.2.5 keyboard命令 471

13.3 MATLAB文件操作 471

13.4程序调试 473

13.4.1程序调试命令 473

13.4.2程序常见的错误类型 474

13.5 MATLAB程序优化 478

13.5.1效率优化（时间优化 479

13.5.2内存优化（空间优化） 479

13.5.3几个常用的算法程序 485

本章小结 492

第14章 经典智能算法的MATLAB实现 493

14.1免疫算法的MATLAB实现 493

14.1.1基本原理 493

14.1.2程序设计 494

14.1.3经典应用 501

14.2小波分析算法的MATLAB实现 508

14.2.1基本原理 508

14.2.2程序设计 509

14.2.3经典应用 516

14.3 PID控制器的实现 520

14.3.1 基本原理 520

14.3.2经典应用 522

本章小结 536

第15章 图形用户界面 537

15.1创建GUI对象 537

15.1.1用M文件创建GUI对象 537

15.1.2使用GUIDE创建GUI对象 541

15.2定制标准菜单 552

15.3编写回调函数 554

15.4创建现场菜单 555

15.4.1编写GUI的程序代码 555

15.4.2演示GUI对象 557

15.5 GUI对象的应用 558

15.5.1控件区域框 558

15.5.2静态文本框、滑动键、检录框示例 559

15.5.3可编辑框、弹出框、列表框、按键示例 561

本章小结 563

第16章 神经网络GUI设计 564

16.1人工神经网络基本原理 564

16.2常规神经网络GUI 565

16.3专业神经网络GUI 569

16.3.1 神经网络拟合GUI 570

16.3.2神经网络模式识别GUI 576

16.3.3神经网络聚类GUI 582

本章小结 588

第四部分Simulink应用和MATLAB工具箱 591

第17章Simulink基础 591

17.1基本介绍 591

17.1.1 Simulink工作环境 591

17.1.2模块库介绍 594

17.1.3 Simulink仿真基本步骤 600

17.2模块操作 600

17.2.1 Simulink模块类型 600

17.2.2自动连接模块 601

17.2.3手动连接模块 602

17.2.4设置模块特定参数 603

17.2.5设置输出提示 604

17.3模型的创建 605

17.3.1信号线操作 605

17.3.2对模型的注释 607

17.3.3常用的Source信源 607

17.3.4常用的Sink信宿 612

17.3.5仿真的配置 615

17.3.6启动仿真 616

17.4 Simulink系统仿真 618

17.4.1仿真基础 618

17.4.2输出信号的显示 620

17.4.3简单系统的仿真分析 620

本章小结 622

第18章Simulink子系统 623

18.1子系统介绍 623

18.2条件执行子系统 624

18.2.1使能子系统 625

18.2.2触发子系统 630

18.2.3触发使能子系统 633

18.3自定义库操作 634

本章小结 635

第19章Simulink仿真与调试 636

19.1仿真配置 636

19.1.1求解器的概念 636

19.1.2仿真的设置 638

19.1.3诊断设置 641

19.2优化仿真性能 643

19.2.1提高仿真速度 643

19.2.2提高仿真精度 644

19.3模型调试 645

19.3.1启动调试器 645

19.3.2调试器的图形用户接口 646

19.3.3调试器的命令行接口 647

19.3.4调试器命令 648

19.4显示模型信息 649

19.4.1显示模型中模块的执行顺序 649

19.4.2显示模块 650

本章小结 652

第20章 神经网络工具箱 653

20.1神经网络MATLAB工具箱 653

20.1.1感知器工具箱的函数 653

20.1.2线性神经网络工具箱函数 660

20.1.3 BP神经网络工具箱函数 667

20.1.4 RBF网络工具箱函数 672

20.1.5 Hopfield网络工具箱函数 676

20.1.6竞争型神经网络工具箱函数 681

20.2神经网络Simulink工具箱 695

20.3经典应用 698

20.3.1遗传算法优化神经网络 698

20.3.2基于Simulink的神经网络控制系统 704

本章小结 713

第21章 信号处理工具箱 714

21.1信号处理工具箱建模 714

21.2信号的产生 716

21.2.1锯齿波、三角波和矩形波发生器 717

21.2.2周期sinc波 718

21.2.3高斯调幅正弦波 719

21.2.4调频信号 720

21.2.5高斯分布随机序列 721

21.3随机信号处理 722

21.3.1随机信号的互相关函数 722

21.3.2随机信号的互协方差函数 724

21.3.3谱分析——psd函数 724

21.3.4谱分析——pwelch函数 726

21.4模拟滤波器设计 727

21.4.1巴特沃斯滤波器 727

21.4.2切比雪夫Ⅰ型滤波器 728

21.4.3切比雪夫Ⅱ型滤波器 729

21.5 IIR数字滤波器设计 730

21.5.1巴特沃斯数字滤波器设计 731

21.5.2切比雪夫Ⅰ型数字滤波器设计 731

21.5.3切比雪夫Ⅱ型数字滤波器设计 733

本章小结 735

第22章 图像处理工具箱 736

22.1查看图像文件信息 736

22.2显示图像 737

22.2.1默认显示方式 738

22.2.2添加颜色条 738

22.2.3显示多帧图像 739

22.2.4显示动画 739

22.2.5三维材质图像 740

22.3图像的灰度变换 741

22.3.1图像的直方图 741

22.3.2灰度变换 741

22.3.3均衡直方图 743

22.4图像处理工具箱的应用 744

22.4.1道路图像阈值分割问题 744

22.4.2基于遗传神经网络的图像分割 753

本章小结 757

附录A MATLAB基本命令 758

附录B Simulink基本模块 762

参考文献 764