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第一部分 MATLAB基础知识 3

第1章 MATLAB基础 3

1.1 MATLAB简介 3

1.1.1 MATLAB的主要特点与系统结构 3

1.1.2 MATLAB的发展历程 4

1.2 MATLAB工作环境 4

1.2.1 命令行窗口 4

1.2.2 帮助窗口 7

1.2.3 帮助系统窗口 8

1.2.4 M文件编辑窗口 9

1.2.5 图形窗口 14

1.2.6 当前文件夹 16

1.2.7 搜索路径 16

1.3 查询帮助命令 17

1.3.1 help命令 17

1.3.2 模糊寻找 18

1.4 小结 19

第2章 MATLAB程序设计 20

2.1 MATLAB程序控制结构 20

2.1.1 顺序结构 20

2.1.2 选择结构 22

2.1.3 循环结构 26

2.2 程序流程控制语句及其他常用命令 26

2.2.1 break命令 26

2.2.2 continue命令 27

2.2.3 return命令 27

2.2.4 echo命令 28

2.2.5 pause命令 28

2.2.6 try命令 28

2.3 小结 29

第3章 数组与矩阵 30

3.1 数组运算 30

3.1.1 数组的创建与操作 30

3.1.2 常见的数组运算 34

3.2 矩阵的表示 37

3.2.1 直接输入法 38

3.2.2 载入外部数据文件 38

3.2.3 利用MATLAB内置函数创建矩阵 39

3.2.4 利用M文件创建和保存矩阵 41

3.3 矩阵的拼接 41

3.3.1 基本拼接 41

3.3.2 拼接函数 42

3.4 MATLAB矩阵寻访 43

3.4.1 下标寻访 43

3.4.2 单元素寻访 44

3.4.3 多元素寻访 44

3.5 MATLAB矩阵的运算 45

3.5.1 矩阵加减运算 46

3.5.2 矩阵乘法 46

3.5.3 矩阵除法 47

3.5.4 矩阵的乘方 48

3.5.5 矩阵的行列式 48

3.6 矩阵分析 49

3.6.1 对角矩阵 49

3.6.2 三角矩阵 50

3.6.3 矩阵的转置和旋转 51

3.6.4 矩阵的求逆 52

3.6.5 矩阵的秩和迹 53

3.6.6 向量和矩阵的范数 54

3.6.7 矩阵特征值和特征向量 55

3.6.8 矩阵的超越函数 56

3.7 稀疏矩阵 58

3.7.1 稀疏矩阵的存储 58

3.7.2 稀疏矩阵的操作 61

3.7.3 稀疏矩阵的运算 63

3.8 解线性方程组 65

3.9 小结 66

第4章 基本数值类型与字符串 67

4.1 变量、数值与表达式 67

4.1.1 变量及其分类 67

4.1.2 数值 70

4.1.3 表达式 72

4.2 MATLAB基本数值类型 72

4.2.1 整数类型数据运算 74

4.2.2 MATLAB的常量 76

4.2.3 空数组 78

4.2.4 逻辑运算 79

4.2.5 关系运算 83

4.3 字符串 85

4.3.1 创建字符串 85

4.3.2 基本字符串操作 86

4.3.3 字符串操作函数 88

4.4 小结 97

第5章 元胞数组和结构 98

5.1 元胞数组 98

5.1.1 元胞数组的创建 98

5.1.2 元胞数组的基本操作 102

5.1.3 元胞数组的操作函数 104

5.2 结构 108

5.2.1 结构的创建 108

5.2.2 结构的基本操作 110

5.2.3 结构的操作函数 112

5.3 小结 114

第6章 数据可视化 115

6.1 数据可视化简介 115

6.1.1 什么是数据可视化 115

6.1.2 图形窗口的建立 116

6.2 绘制二维图形 117

6.2.1 绘制二维曲线图 117

6.2.2 绘制对数曲线图 119

6.2.3 绘制双纵坐标曲线图 120

6.2.4 绘制其他类型的曲线图 120

6.3 绘制三维图形 125

6.3.1 绘制三维曲线图 125

6.3.2 绘制三维曲面图 126

6.3.3 绘制三维特殊图形 130

6.3.4 绘制动画图形 132

6.3.5 绘制几何解析图形 134

6.4 绘制四维图形 136

6.5 图形绘制和编辑 137

6.5.1 色彩和线型 137

6.5.2 图形的标注与修饰 138

6.5.3 图形分割 146

6.6 函数图形的绘制 149

6.6.1 一元函数图形的绘制 149

6.6.2 二元函数图形的绘制 150

6.7 小结 152

第二部分 MATLAB数学应用 155

第7章 数据分析 155

7.1 MATLAB多项式运算 155

7.1.1 多项式的表示与创建 155

7.1.2 求多项式的根 157

7.2 多项式四则运算 158

7.2.1 多项式加减运算 158

7.2.2 多项式乘法运算 159

7.2.3 多项式除法运算 159

7.3 多项式的导数与求值 160

7.3.1 多项式的导数 160

7.3.2 多项式的求值 161

7.3.3 部分分式展开 162

7.4 数据插值 163

7.4.1 一维插值 163

7.4.2 二维插值 164

7.5 函数极限和导数 165

7.6 数值积分函数 167

7.6.1 quad函数 167

7.6.2 quad8函数 167

7.6.3 dblquad函数 168

7.7 小结 168

第8章 MATLAB优化工具箱 169

8.1 线性规划 169

8.2 用MATLAB解无约束优化问题 173

8.2.1 一元函数无约束优化问题 173

8.2.2 多元函数无约束优化问题 174

8.3 二次规划 175

8.4 目标规划 177

8.5 非线性方程的求解 180

8.6 非线性方程组的求解 181

8.7 小结 182

第9章 符号数学计算 183

9.1 运算符号操作 183

9.2 基本运算操作 184

9.2.1 合并同类项 184

9.2.2 列空间的基 185

9.2.3 复合函数计算 185

9.2.4 符号复数的共轭、实数部分和虚数部分 186

9.2.5 设置变量的精度 186

9.2.6 余弦函数的整函数 187

9.2.7 符号表达式的分子与分母 187

9.2.8 将符号转换为MATLAB的数值形式 188

9.2.9 符号表达式的展开 189

9.2.10 符号因式分解 189

9.2.11 寻找符号表达式的最简形式 190

9.2.12 符号矩阵的维数 191

9.2.13 代数方程的符号解析解 191

9.2.14 符号表达式的化简 192

9.2.15 符号表达式的求和 193

9.2.16 符号表达式的转换 193

9.3 微积分 194

9.4 积分变换 196

9.5 函数计算器 200

9.6 Taylor级数 204

9.7 小结 205

第10章 概率统计 206

10.1 随机变量的产生 206

10.1.1 二项分布的随机数据的产生 206

10.1.2 正态分布的随机数据的产生 207

10.1.3 通用函数求各分布的随机数据 208

10.2 概率密度计算 209

10.2.1 通用函数计算概率密度函数值 209

10.2.2 专用函数计算概率密度函数值 210

10.3 累积概率值 217

10.3.1 通用函数计算累积概率值 217

10.3.2 专用函数计算累积概率值 218

10.4 随机变量的数字特征 219

10.4.1 平均值与中值 219

10.4.2 数据比较 220

10.4.3 期望 222

10.4.4 方差 222

10.4.5 协方差与相关系数 224

10.5 统计作图 226

10.5.1 正整数的频率表 226

10.5.2 经验累积分布函数图形 227

10.5.3 最小二乘拟合直线 228

10.5.4 绘制正态分布概率图形 228

10.5.5 绘制威布尔概率图形 229

10.5.6 样本数据的盒图 230

10.5.7 参考线的绘制 230

10.5.8 样本的概率图形 232

10.6 小结 232

第三部分 MATLAB工程应用 235

第11章 MATLAB图形句柄 235

11.1 图形对象的属性 235

11.2 图形对象及其句柄 237

11.2.1 figure对象 237

11.2.2 axes对象 238

11.2.3 core对象 239

11.2.4 plot对象 240

11.2.5 group对象 241

11.2.6 annotation对象 241

11.3 小结 242

第12章 图形用户界面 243

12.1 图形用户界面简介 243

12.1.1 GUI入门 243

12.1.2 GUI的设计原则与步骤 244

12.1.3 GUI模板与设计窗口 245

12.2 控制框对象与属性 246

12.3 GUI的设计工具 255

12.3.1 布局编辑器 256

12.3.2 用属性查看器设置控制框属性 256

12.3.3 对象浏览器 257

12.3.4 Tab键顺序编辑器 257

12.3.5 对齐对象 257

12.3.6 编辑器 258

12.3.7 菜单编辑器 259

12.4 对话框设计 261

12.4.1 Windows公共对话框 262

12.4.2 MATLAB专用对话框 265

12.5 菜单设计 269

12.6 小结 274

第13章 MATLAB图像处理工具箱 275

13.1 MATLAB支持的图像类型 275

13.2 图像文件格式 278

13.3 图像处理的基本函数 278

13.3.1 imfinfo函数 278

13.3.2 imread函数 279

13.3.3 imwrite函数 280

13.3.4 imshow函数 281

13.4 图像的基本运算 283

13.4.1 点运算 283

13.4.2 图像的代数运算 284

13.4.3 图像的几何运算 290

13.5 图像的变换 297

13.5.1 傅里叶变换 297

13.5.2 离散余弦变换 300

13.6 图像的增强 302

13.6.1 灰度变换增强 302

13.6.2 图像的空域滤波增强 304

13.6.3 图像的频域滤波增强 308

13.7 图像的复原 320

13.7.1 维纳滤波复原 320

13.7.2 约束的最小二乘方滤波复原 322

13.7.3 Lucy-Richardson滤波复原 323

13.7.4 盲去卷积滤波复原 324

13.8 边缘检测 325

13.8.1 Sobel算子 325

13.8.2 Roberts算子 327

13.8.3 Prewitt算子 328

13.8.4 Laplacian-Gauss算子 329

13.8.5 Canny算子 330

13.9 图像的数学形态学处理 331

13.10 小结 336

第14章 MATLAB信号处理工具箱 337

14.1 MATLAB信号处理基础简介 337

14.1.1 离散信号 337

14.1.2 离散信号的基本运算 344

14.1.3 离散的傅里叶变换 347

14.1.4 Z变换 349

14.1.5 窗函数 350

14.2 特殊信号波形的产生 354

14.2.1 方波函数 354

14.2.2 随机函数 355

14.2.3 三角波函数 356

14.2.4 sinc函数 357

14.2.5 线性调频函数 357

14.2.6 diric函数 359

14.2.7 rectpuls函数 359

14.2.8 tripuls函数 360

14.2.9 pulstran函数 361

14.2.10 gauspuls函数 362

14.3 IIR滤波器的设计 363

14.3.1 IIR滤波器实现的基本结构 363

14.3.2 模拟滤波器原型 366

14.4 FIR滤波器设计 374

14.4.1 窗函数FIR滤波器设计 374

14.4.2 基于频率采样法FIR带通滤波器设计 376

14.4.3 任意设计滤波器 379

14.5 随机信号系统处理模型 380

14.5.1 AR模型 380

14.5.2 MA模型 382

14.5.3 ARMA模型 385

14.6 小结 388

第15章 小波分析工具箱 389

15.1 小波分析简介 389

15.1.1 傅里叶变换与小波变换的比较 389

15.1.2 多分辨分析 390

15.2 小波变换 391

15.2.1 一维连续小波变换 391

15.2.2 高维连续小波变换 393

15.2.3 离散小波变换 393

15.3 小波包分析 394

15.3.1 小波包的定义 395

15.3.2 小波包的性质 395

15.3.3 几种常用的小波 396

15.4 小波工具箱简介 398

15.5 小波变换在图像处理中的应用 403

15.5.1 小波在图像压缩方面的应用 403

15.5.2 小波在图像边缘检测的应用 408

15.5.3 小波变换在图像增强方面的应用 409

15.6 小结 416

第16章 文件读取I/O操作 417

16.1 低级文件I/O程序 417

16.1.1 fopen函数 418

16.1.2 fclose函数 418

16.1.3 fwrite函数 418

16.1.4 fread函数 419

16.1.5 fscanf函数 419

16.1.6 fprintf函数 419

16.2 高级文件I/O程序 422

16.2.1 MAT文件操作 422

16.2.2 图像、声音和影片格式文件的操作 423

16.3 小结 423

第17章 Simulink仿真 424

17.1 Simulink的工作环境与启动 424

17.1.1 Simulink的仿真示例 424

17.1.2 Simulink的模块库 427

17.2 Simulink模型的创建 430

17.2.1 Simulink模块的基本操作 430

17.2.2 信号线的处理与修饰 433

17.2.3 常用模块的参数和属性设置 433

17.2.4 复杂系统的仿真与分析 436

17.2.5 创建模型的基本步骤 438

17.3 连续系统建模 439

17.4 非线性系统 441

17.5 子系统与封装 443

17.5.1 建立子系统 443

17.5.2 子系统的封装 445

17.5.3 条件执行子系统 448

17.5.4 触发子系统 449

17.6 过零检测和代数环 450

17.6.1 过零的发生 450

17.6.2 过零检测的实现方式 450

17.6.3 其他注意事项 453

17.6.4 直接馈通模块 454

17.6.5 代数环的产生 454

17.6.6 代数约束 455

17.7 用MATLAB命令创建和运行Simulink模型 456

17.8 小结 457

参考文献 458