MATLAB基础教程

本书基于MATLAB R2016b，重点介绍 MATLAB 的基础应用，包括利用MATLAB进行科学计算、编写程序、绘制图形等，以简练的语言和富有代表性的实例向读者介绍MATLAB的功能和使用方法，为初识 MATLAB 的用户提供指导。全书共分12章，对MATLAB的常用函数和功能进行了详细介绍，并通过实例及大量的图形进行了说明，包括MATLAB R2016b简介，MATLAB的基本使用方法，数组和向量，MATLAB的数学运算，字符串、单元数组和结构体，MATLAB编程，MATLAB的符号处理，MATLAB绘图，MATLAB句柄图形，MATLAB GUI设计，Simulink的建模与仿真，文件和数据的导入与导出。此外，本书每章很后都配有习题，辅助读者学习MATLAB。
本书结构清晰、内容详尽，可以作为理工科院校相关专业的教材，也可以作为MATLAB初中级用户学习的参考书。

第1章MATLABR2016b简介1
1.1MATLAB简介1
1.1.1MATLAB概述1
1.1.2MATLAB的基本功能2
1.1.3MATLAB的更新3
1.2MATLABR2016b的用户界面4
1.2.1启动MATLABR2016b4
1.2.2MATLABR2016b的主界面4
1.2.3MATLABR2016b的带状工具栏及功能区介绍6
1.2.4MATLABR2016b的主要窗口11
1.3MATLABR2016b的路径搜索13
1.3.1MATLABR2016b的当前路径13
1.3.2MATLABR2016b的路径搜索14
1.4习题15
第2章MATLAB的基本使用方法16
2.1简单的数学运算16
2.1.1最简单的计算器使用法16
2.1.2MATLAB中的常用数学函数17
2.1.3MATLAB的数学运算符20
2.1.4标点符号的使用21
2.2常用的操作命令和快捷键23
2.3MATLAB的数据类型24
2.3.1整数24
2.3.2浮点数26
2.3.3复数27
2.3.4逻辑变量28
2.3.5各种数据类型之间的转换31
2.3.6数据类型操作函数32
2.3.7变量33
2.3.8系统预定义的特殊变量34
2.4MATLAB的运算符35
2.4.1关系运算符36
2.4.2逻辑运算符36
2.4.3运算符的优先级37
2.5MATLAB的一些基础函数38
2.5.1位操作函数38
2.5.2逻辑运算函数39
2.5.3集合函数40
2.5.4时间与日期函数41
2.6MATLAB脚本文件42
2.6.1脚本文件的用法42
2.6.2块注释43
2.6.3代码单元44
2.7习题44
第3章数组和向量46
3.1MATLAB数组46
3.2创建数组47
3.3数组操作49
3.3.1获取数组中的元素49
3.3.2各类型数组操作49
3.4MATLAB向量57
3.4.1创建向量57
3.4.2向量尺寸59
3.4.3向量索引59
3.4.4缩短向量60
3.4.5向量操作61
3.5习题68
第4章MATLAB的数学运算70
4.1多项式与插值70
4.1.1多项式的表示70
4.1.2多项式的四则运算71
4.1.3多项式的其他运算72
4.1.4数据插值74
4.2函数运算78
4.2.1函数的表示78
4.2.2数学函数图像的绘制79
4.2.3函数求极值81
4.2.4函数求解84
4.2.5数值积分86
4.2.6含参数函数的使用89
4.3微分方程91
4.3.1常微分方程初值问题91
4.3.2常微分方程边值问题94
4.4习题96
第5章字符串、单元数组和结构体97
5.1字符串97
5.1.1字符串的生成97
5.1.2字符串操作99
5.1.3字符串的比较、查找和替换100
5.1.4字符串与数值之间的转换103
5.2单元数组和结构体105
5.2.1单元数组105
5.2.2结构体109
5.3习题113
第6章MATLAB编程114
6.1脚本文件和编辑器114
6.1.1创建和使用脚本文件115
6.1.2有效使用脚本文件116
6.1.3有效使用命令窗口和编辑器117
6.1.4调试脚本文件117
6.1.5编程风格118
6.1.6记录度量单位118
6.1.7使用脚本文件存储数据119
6.1.8控制输入和输出119
6.1.9用户输入120
6.1.10脚本文件示例121
6.2程序设计和开发122
6.2.1算法和控制结构122
6.2.2结构化程序设计122
6.2.3自顶向下的设计和程序文档123
6.2.4伪代码125
6.2.5查找故障127
6.2.6开发大型程序127
6.3关系运算符和逻辑变量128
6.3.1logical类129
6.3.2logical函数129
6.3.3使用逻辑数组访问数组130
6.4逻辑运算符和函数130
6.4.1NOT运算131
6.4.2&和|运算符131
6.4.3异或函数132
6.4.4短路逻辑运算符133
6.4.5逻辑运算符和find函数135
6.5条件语句136
6.5.1if语句137
6.5.2else语句与elseif语句139
6.5.3字符串和条件语句143
6.6循环145
6.6.1for循环145
6.6.2break和continue语句147
6.6.3使用数组作为循环索引147
6.6.4隐含循环148
6.6.5使用逻辑数组作为掩码150
6.6.6while循环151
6.7switch结构153
6.8调试MATLAB程序155
6.8.1“编辑”功能区155
6.8.2“断点”功能区156
6.8.3“运行”功能区157
6.8.4设置首选项158
6.8.5查找故障158
6.8.6调试一个循环160
6.9习题161
第7章MATLAB的符号处理162
7.1符号运算简介162
7.1.1符号对象162
7.1.2符号变量和符号表达式的
生成163
7.1.3findsym函数和subs函数166
7.1.4符号和数值之间的转换167
7.1.5任意精度的计算168
7.1.6创建符号方程169
7.2符号表达式的化简与替换171
7.2.1符号表达式的化简171
7.2.2符号表达式的替换175
7.3符号函数图形绘制177
7.3.1符号函数曲线的绘制177
7.3.2符号函数曲面网格图及表面图的绘制180
7.3.3等值线的绘制181
7.4符号微积分182
7.4.1符号表达式求极限182
7.4.2符号微分183
7.4.3符号积分184
7.4.4级数求和185
7.4.5泰勒级数185
7.5符号方程的求解186
7.5.1代数方程的求解186
7.5.2求解代数方程组187
7.5.3微分方程的求解188
7.5.4微分方程组的求解189
7.5.5复合方程189
7.5.6反方程190
7.6符号积分变换191
7.6.1符号傅立叶变换191
7.6.2符号拉普拉斯变换193
7.6.3符号Z变换194
7.7mfun函数的使用195
7.8符号函数计算器196
7.8.1单变量符号函数计算器196
7.8.2泰勒逼近计算器198
7.9习题199
第8章MATLAB绘图201
8.1MATLAB图形窗口201
8.1.1图形窗口的创建与控制201
8.1.2图形窗口的菜单栏204
8.1.3图形窗口的工具栏208
8.2基本图形的绘制209
8.2.1二维图形的绘制209
8.2.2三维图形的绘制213
8.2.3图形的其他操作215
8.3特殊图形的绘制217
8.3.1条形图和面积图217
8.3.2饼状图220
8.3.3直方图221
8.3.4离散型数据图222
8.3.5方向矢量图和速度矢量图223
8.3.6等值线的绘制225
8.4图形注释226
8.4.1添加基本注释226
8.4.2添加其他注释228
8.5三维图形的高级控制235
8.5.1查看图形235
8.5.2图形的色彩控制240
8.5.3光照控制242
8.6习题243
第9章MATLAB句柄图形245
9.1MATLAB的图形对象245
9.1.1Root对象246
9.1.2Figure对象246
9.1.3Core对象247
9.1.4Plot对象248
9.1.5Annotation对象249
9.1.6Group对象251
9.2图形对象的属性251
9.3图形对象属性值的设置和查询252
9.3.1属性值的设置252
9.3.2对象的默认属性值253
9.3.3属性值的查询254
9.4习题255
第10章MATLABGUI设计256
10.1GUI简介256
10.1.1GUI概述256
10.1.2GUI的可选控件257
10.1.3创建简单的GUI257
10.2通过向导创建GUI界面263
10.2.1启动GUIDE263
10.2.2向GUI中添加控件264
10.2.3创建菜单266
10.3编写GUI代码268
10.3.1GUI文件268
10.3.2响应函数269
10.3.3控件编程273
10.3.4GUIDE创建GUI实例273
10.4通过程序创建GUI275
10.4.1用于创建GUI的函数276
10.4.2程序创建GUI示例279
10.5习题288
第11章Simulink的建模与仿真289
11.1Simulink简介289
11.2Simulink模块库291
11.2.1连续(Continuous)模块291
11.2.2控制板(Dashboard)模块292
11.2.3非连续(Discontinuous)模块293
11.2.4离散(Discrete)模块294
11.2.5逻辑和位操作(Logicand
BitOperations)模块295
11.2.6查表(LookupTable)模块296
11.2.7数学操作(MathOperations)模块297
11.2.8模型检测(ModelVerification)模块298
11.2.9模型扩充(Model-WideUtilities)模块299
11.2.10端口和子系统(Ports&Subsystems)模块300
11.2.11信号属性(SignalAttributes)模块301
11.2.12信号线路(SignalRouting)模块302
11.2.13接收(Sinks)模块303
11.2.14输入(Sources)模块303
11.2.15用户自定义函数(User-DefinedFunctions)模块305
11.3Simulink基本仿真建模305
11.3.1仿真框图305
11.3.2基本建模方法307
11.3.3Simulink基本仿真建模实例310
11.4常见Simulink模型312
11.4.1线性状态-变量模型312
11.4.2分段线性模型314
11.4.3传递-函数模型320
11.4.4非线性状态-变量模型323
11.4.5子系统325
11.5S函数的设计与应用330
11.5.1S函数介绍330
11.5.2S函数的调用331
11.5.3S函数的设计331
11.6习题334
第12章文件和数据的导入与导出335
12.1数据的基本操作335
12.1.1文件的存储335
12.1.2数据导入336
12.1.3文件的打开337
12.2文本文件的读写338
12.3低级文件I/O341
12.4利用界面工具导入数据344
12.5习题345
参考文献346

MATLAB是当前最优秀的科学计算软件之一，也是许多科学领域中分析、应用和开发的基本工具。MATLAB的全称是 Matrix Laboratory，是由美国Mathworks公司于20世纪80年代推出的数学软件。最初它是一种专门用于矩阵运算的软件，经过多年的发展，MATLAB已经发展成为一种功能全面的软件，是用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，几乎可以解决科学计算中的所有问题。而且MATLAB编写简单、代码效率高等优点使得MATLAB在工程计算与仿真、图像处理、通信、信号处理、金融计算等领域都得到十分广泛的应用。
MATLAB R2016b为2016年推出的最新版本，不仅包含了Simulink的许多新功能，而且简化了MATLAB应用的构建流程，有助于加快模型开发和仿真速度。本书详细介绍了MATLAB R2016b的功能和使用方法，并且按照由浅入深的顺序安排章节，依次介绍了MATLAB R2016b的基本应用以及数学计算功能及高级应用，如编程功能、绘图、GUI设计及Simulink建模等。通过详细介绍各功能中的常用函数及其使用方法，并讲解这些函数的具体应用，来使读者掌握这些功能。每一章的开始部分简要介绍该章的基本内容，并且指定学习目标，使读者能够明确学习任务。重点章节的结尾部分都有一个综合应用实例，以方便对该章内容综合知识的掌握和实际应用能力的提高。课后配有紧扣每章内容的习题。通过这些习题，读者可以加深对MATLAB的了解，更加熟悉MATLAB的应用。通过阅读此书，读者可以快速、全面地掌握MATLAB R2016b的使用方法。利用书中的实例及课后的习题训练，读者可以达到熟练应用和融会贯通的目的。
本书内容共有12章。第1章介绍MATLAB的发展历史、基本功能特点和软件使用界面；第2章介绍MATLAB数学运算的基本使用方法，包括MATLAB的常用数学函数、数据类型、操作函数及MATLAB脚本文件等，让你熟悉MATLAB的基本运算功能；第3章介绍MATLAB数组和向量，包括数组和向量的创建、数组的基本运算、数组和向量的操作；第4章介绍MATLAB的数学运算功能，包括数据插值、函数运算及微分方程求解等；第5章介绍MATLAB的其他数据结构，包括字符串、单元数组和结构体，为MATLAB编程及更多功能的实现打下基础；第6章介绍MATLAB编程，包括MATLAB程序设计的脚本文件、程序设计与开发、基本语法、语句结构及程序调试等；第7章介绍MATLAB的符号运算工具箱，包括功能和实现等；第8章介绍MATLAB绘图，绘图是MATLAB的一项重要功能，主要介绍基本的图形绘制、绘制图形的常用操作、特殊图形的绘制等内容；第9章介绍MATLAB句柄图形，为学习MATLAB图形用户界面(GUI)设计做好准备；第10章介绍MATLAB GUI设计；第11章介绍Simulink，主要介绍Simulink建模的基本操作、Simulink的功能模块库、常见Simulink模型以及S函数；第12章介绍MATLAB中常用的导入与导出操作。

除封面署名的作者外，参加本书编写的人员还有宋志辉、侯友山、裴淑娟、李辉、张宇怀、徐晓明、薛继军、岳殿召、陈添荣、侯铁国、刘军勇、李淑萍、尹志亮、陈光训、吴超群、郑玉祥、付君泽、黄怀春和靳廷喜等。在本书的编写过程中，参考了一些相关著作和文献，在此向这些著作和文献的作者深表感谢。由于作者水平所限，本书难免有不足之处，欢迎广大读者批评指正。我们的邮箱是huchenhao@263.net，电话是010-62796045。
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作  者2017年6月