本书以MATLAB 2020版本的功能叙述为主，由浅入深地全面讲解MATLAB软件的知识。本书自始至终采用实例描述，内容完整且各章相对独立，是一本简明的MATLAB参考书。
本书涉及面广，涵盖一般用户需要使用的各种功能，并详细介绍MATLAB常用工具箱的使用。全书共15章，前12章主要介绍MATLAB的基础知识、数组及其操作、数值计算、数据分析、符号运算、关系运算与逻辑运算、函数、程序设计、数据图形可视化、句柄图形对象、Simulink仿真等内容，后3章重点介绍MATLAB在图像处理、信号处理、小波分析中的应用。
本书以实用为目标，讲解细致，既适合作为高等院校理工科研究生、本科生教学用书，也可作为广大科研人员和工程技术人员的参考用书。
面向新手，轻松掌握
算例丰富，实操为王
工程实践，提升技能
MATLAB是由MATrix和LABoratory两个词的前3个字母组合而成的。20世纪70年代后期，时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的Cleve Moler教授为了减轻学生的编程负担，设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序的“通俗易用”的接口，即用FORTRAN编写的萌芽状态的MATLAB。
MATLAB以商品形式出现后，短短几年就以良好的开放性和运行的可靠性，使原先控制领域里的封闭式软件包纷纷被淘汰，而改成在MATLAB平台上重建。到20世纪90年代初期，在国际上30多个数学类科技应用软件中，MATLAB在数值计算方面独占鳌头。
目前，MATLAB已成为信号处理、通信原理、自动控制等专业的重要基础课程的首选实验平台，对于学生而言，最有效的学习途径是结合某一专业课程的学习掌握该软件的使用与编程。
本书特点
? 由浅入深，循序渐进：本书以初、中级读者为对象，从MATLAB基础讲起，再辅以MATLAB在工程中的算例，帮助读者尽快掌握MATLAB。
? 步骤详尽，内容新颖：本书结合作者多年的MATLAB使用经验，详细讲解MATLAB软件的使用方法与技巧，在讲解过程中辅以相应的图片，使读者在阅读时一目了然，快速掌握所讲内容。
? 实例典型，轻松易学：学习实际应用算例的具体操作是掌握MATLAB的最好方式，本书通过各种算例，透彻、详尽地讲解MATLAB在各方面的应用。
本书内容
本书基于MATLAB R2020a版讲解MATLAB的基础知识和核心内容，前12章介绍基础知识，后3章关注综合应用。
第1章 初识MATLAB 第9章 程序设计
第2章 MATLAB语言基础 第10章 数据图形可视化
第3章 数组及其操作 第11章 句柄图形对象
第4章 数值计算 第12章 Simulink仿真系统
第5章 数据分析 第13章 MATLAB与图像处理
第6章 符号运算 第14章 MATLAB与信号处理
第7章 关系运算与逻辑运算 第15章 MATLAB与小波分析
第8章 函数
读者对象
本书适用于MATLAB初学者以及期望提高矩阵运算及仿真能力的读者，包括：
? 高等院校的教师和学生 ? 相关培训机构的教师和学员
? 广大科研人员 ? ?MATLAB爱好者
? 初学MATLAB的工程技术人员
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本书主要由刘成斌编写，另外张樱枝也参与了其中的审校工作。虽然在本书的编写过程中我们力求叙述准确、完善，但是限于水平，书中欠妥之处在所难免，敬请读者及各位同行批评指正。
最后感谢你购买本书，希望本书能成为你用MATLAB进行科学研究的启蒙者。
编 者
2020年9月
计算机\辅助设计
本书特点
由浅入深，循序渐进：从MATLAB基础讲起，再辅以MATLAB在工程中的算例，帮助读者尽快掌握MATLAB。
步骤详尽，内容新颖：结合作者多年的MATLAB使用经验，详细讲解MATLAB软件的使用方法与技巧，在讲解过程中辅以相应的图片，使读者在阅读时一目了然，快速掌握所讲内容。
实例典型，轻松易学：通过各种算例，透彻、详尽地讲解MATLAB在各方面的应用。
本书内容
本书基于MATLAB 2020a版讲解MATLAB的基础知识和核心内容。
第1章 初识MATLAB
第2章 MATLAB语言基础
第3章 数组及其操作
第4章 数值计算
第5章 数据分析
第6章 符号运算
第7章 关系运算与逻辑运算
第8章 函数
第9章 程序设计
第10章 数据图形可视化
第11章 句柄图形对象
第12章 Simulink仿真系统
第13章 MATLAB与图像处理
第14章 MATLAB与信号处理
第15章 MATLAB与小波分析
读者对象
MATLAB初学者
大中专院校的教师和学生
相关培训机构的教师和学员
广大科研人员
MATLAB爱好者
前言
第1章 初识MATLAB 1
1.1 MATLAB简介 1
1.2 MATLAB R2020a的工作环境 3
1.2.1 操作界面简介 3
1.2.2 命令行窗口 3
1.2.3 命令历史记录窗口 7
1.2.4 变量命名规则 8
1.2.5 当前文件夹窗口和路径管理 9
1.2.6 搜索路径 10
1.2.7 工作区窗口和数组编辑器 12
1.2.8 变量的编辑命令 13
1.2.9 存取数据文件 14
1.3 MATLAB R2020a的帮助系统 15
1.3.1 纯文本帮助 15
1.3.2 帮助导航 16
1.3.3 示例帮助 16
1.4 小结 17
第2章 MATLAB语言基础 18
2.1 基本概念 18
2.1.1 MATLAB数据类型概述 18
2.1.2 整数类型 19
2.1.3 浮点数类型 21
2.1.4 复数 23
2.1.5 无穷量和非数值量 24
2.1.6 数值类型的显示格式 24
2.1.7 确定数值类型的函数 25
2.1.8 常量与变量 26
2.1.9 标量、向量、矩阵与数组 26
2.1.10 字符串 27
2.1.11 运算符 28
2.1.12 命令、函数、表达式和语句 30
2.2 向量运算 31
2.2.1 向量的生成 31
2.2.2 向量的加、减、乘、除运算 33
2.2.3 向量的点积、叉积运算 34
2.3 矩阵运算 35
2.3.1 矩阵元素的存储次序 36
2.3.2 矩阵元素的表示及相关操作 36
2.3.3 矩阵的创建 39
2.3.4 矩阵的代数运算 46
2.4 字符串运算 53
2.4.1 字符串变量与一维字符数组 53
2.4.2 对字符串的操作 54
2.4.3 二维字符数组 56
2.5 小结 57
第3章 数组及其操作 58
3.1 MATLAB中的数组 58
3.2 数组的创建 59
3.2.1 创建空数组 59
3.2.2 创建一维数组 59
3.2.3 创建二维数组 60
3.2.4 创建三维数组 61
3.2.5 创建低维标准数组 65
3.2.6 创建高维标准数组 66
3.3 数组的属性 67
3.3.1 数组的结构 68
3.3.2 数组的大小 68
3.3.3 数组的维度 69
3.3.4 数组的数据类型 70
3.3.5 数组的内存占用 71
3.4 创建特殊数组 71
3.4.1 0-1数组 72
3.4.2 对角数数组 72
3.4.3 随机数组 73
3.4.4 魔方数组 74
3.5 数组操作 74
3.5.1 数组的保存和装载 74
3.5.2 数组索引和寻址 75
3.5.3 数组的扩展和裁剪 78
3.5.4 数组形状的改变 84
3.5.5 数组运算 87
3.5.6 数组的查找 90
3.5.7 数组的排序 91
3.5.8 高维数组的降维 92
3.6 多维数组及其操作 93
3.6.1 多维数组的属性 93
3.6.2 多维数组的操作 94
3.7 小结 97
第4章 数值计算 98
4.1 矩阵分析 98
4.1.1 使用norm函数进行范数分析 98
4.1.2 使用normest函数进行范数分析 100
4.1.3 条件数分析 101
4.1.4 数值矩阵的行列式 103
4.1.5 符号矩阵的行列式 104
4.1.6 化零矩阵 104
4.2 线性方程组求解 105
4.2.1 直接法 106
4.2.2 迭代法 107
4.3 矩阵分解 111
4.3.1 Cholesky分解 111
4.3.2 使用Cholesky分解求解方程组 112
4.3.3 不完全Cholesky分解 113
4.3.4 LU分解 114
4.3.5 不完全LU分解 115
4.3.6 QR分解 116
4.3.7 处理QR分解结果 118
4.3.8 奇异值分解 118
4.4 特征值分析 119
4.4.1 特征值和特征向量 120
4.4.2 求稀疏矩阵的特征值和特征向量 121
4.4.3 特征值问题的条件数 122
4.4.4 特征值的复数问题 123
4.5 函数的零点 125
4.5.1 一元函数的零点 125
4.5.2 多元函数的零点 126
4.6 数值积分 128
4.6.1 一元函数的数值积分 128
4.6.2 矩形区域的多重数值积分 130
4.6.3 变量区域的多重数值积分 130
4.7 概率论与数理统计 134
4.7.1 双变量的概率分布 134
4.7.2 不同概率分布 135
4.7.3 数据分布分析 137
4.8 小结 138
第5章 数据分析 139
5.1 插值 139
5.1.1 一维插值命令及实例 139
5.1.2 二维插值命令及实例 142
5.1.3 样条插值 144
5.2 曲线拟合 145
5.2.1 多项式拟合 146
5.2.2 加权最小方差拟合原理及实例 147
5.3 曲线拟合图形界面 149
5.3.1 曲线拟合窗口 149
5.3.2 绘制拟合残差图形 151
5.3.3 进行数据预测 151
5.4 傅里叶分析 152
5.4.1 离散傅里叶变换 152
5.4.2 FFT和DFT 155
5.5 微分方程 157
5.5.1 常微分方程的数值解 157
5.5.2 偏微分方程的数值解 160
5.6 小结 165
第6章 符号运算 166
6.1 符号运算的基本概念 166
6.1.1 符号对象 166
6.1.2 创建符号对象的函数sym( )、syms( )与class( ) 167
6.1.3 符号常量 168
6.1.4 符号变量 169
6.1.5 符号表达式、符号函数与符号方程 170
6.1.6 函数symvar( ) 171
6.1.7 数组、矩阵与符号矩阵 172
6.2 符号运算的基本内容 174
6.2.1 符号变量代换及其函数subs( ) 174
6.2.2 将符号对象转换为数值对象的函数 175
6.2.3 符号表达式的化简 177
6.2.4 其他符号运算函数 181
6.2.5 两种特定的符号运算函数 182
6.3 符号微积分运算及应用 184
6.3.1 符号极限运算 185
6.3.2 符号微分运算 187
6.3.3 符号积分运算 188
6.4 符号矩阵及其运算 189
6.4.1 符号矩阵的建立与访问 189
6.4.2 符号矩阵的基本运算 194
6.4.3 符号矩阵的微分与积分 199
6.4.4 符号矩阵的Laplace变换 200
6.5 符号方程求解 201
6.5.1 符号代数方程求解 201
6.5.2 符号微分方程求解 202
6.6 符号函数图形计算器FUNTOOL 205
6.6.1 符号函数图形计算器的界面 205
6.6.2 符号函数图形计算器的输入框操作 206
6.6.3 符号函数图形计算器的按钮操作 206
6.7 小结 207
第7章 关系运算与逻辑运算 208
7.1 逻辑类型的数据 208
7.2 关系运算 209
7.3 逻辑运算 210
7.3.1 逐个元素的逻辑运算 210
7.3.2 捷径逻辑运算 211
7.3.3 逐位逻辑运算 212
7.4 逻辑函数与测试函数 213
7.5 运算优先级 214
7.6 小结 215
第8章 函数 216
8.1 M文件 216
8.1.1 M文件概述 216
8.1.2 局部变量与全局变量 217
8.1.3 M文件的编辑与运行 218
8.1.4 M文件的结构 219
8.1.5 脚本文件 219
8.1.6 函数文件 220
8.1.7 函数调用 221
8.1.8 M文件调试工具 224
8.1.9 M文件分析工具 226
8.2 MATLAB的变量 229
8.2.1 M文件的变量类型 229
8.2.2 M文件的关键字 230
8.3 函数类型 230
8.3.1 匿名函数 230
8.3.2 M文件主函数 232
8.3.3 嵌套函数 232
8.3.4 子函数 233
8.3.5 私有函数 233
8.3.6 重载函数 233
8.4 参数传递 234
8.4.1 参数传递概述 234
8.4.2 输入和输出参数的数目 234
8.4.3 可变数目的参数传递 235
8.4.4 返回被修改的输入参数 236
8.4.5 全局变量 237
8.5 小结 238
第9章 程序设计 239
9.1 MATLAB的程序结构 239
9.1.1 if分支结构 239
9.1.2 switch分支结构 241
9.1.3 while循环结构 242
9.1.4 for循环结构 243
9.2 MATLAB的控制 245
9.2.1 continue命令 245
9.2.2 break命令 246
9.2.3 return命令 247
9.2.4 input命令 247
9.2.5 keyboard命令 248
9.2.6 error和warning命令 248
9.3 数据的输入与输出 249
9.3.1 键盘输入命令input 250
9.3.2 屏幕输出命令disp 250
9.3.3 M数据文件的存储/加载命令save/load 250
9.3.4 格式化文本文件的存储/读取命令fprintf/fscanf 250
9.3.5 二进制数据文件的存储/读取命令fwrite/fread 251
9.3.6 数据文件行的存储/读取命令fgetl/fgets 251
9.4 MATLAB文件操作 251
9.5 面向对象程序设计 253
9.5.1 面向对象程序设计的基本方法 253
9.5.2 面向对象程序设计实例 255
9.6 MATLAB程序优化 258
9.6.1 效率优化（时间优化） 258
9.6.2 内存优化（空间优化） 259
9.6.3 编程注意事项 264
9.6.4 几个常用数学方法的算法程序 265
9.7 程序调试 274
9.7.1 程序调试命令 274
9.7.2 程序剖析 275
9.8 小结 279
第10章 数据图形可视化 280
10.1 MATLAB图形窗口 280
10.1.1 创建图形窗口 280
10.1.2 关闭与清除图形框 281
10.2 二维图形的绘制 281
10.2.1 绘制二维曲线 282
10.2.2 绘制离散序列图 283
10.2.3 其他类型的二维图 284
10.2.4 二维图形的修饰 286
10.2.5 子图 288
10.3 三维图形的绘制 290
10.3.1 三维折线及曲线的基本绘图命令 290
10.3.2 绘制三维曲面 292
10.3.3 三维图形的视角变换 295
10.3.4 其他图形函数 296
10.4 图像 299
10.4.1 图像的类别和显示 299
10.4.2 图像的读写 301
10.5 函数绘制 302
10.5.1 一元函数绘图 302
10.5.2 二元函数绘图 303
10.6 图形对象及其属性设置 305
10.6.1 MATLAB的图形对象 305
10.6.2 句柄——图形对象的标识 307
10.6.3 图形对象属性的获取与设定 307
10.6.4 图形对象常用属性 309
10.6.5 图形可视编辑工具 310
10.7 小结 311
第11章 句柄图形对象 312
11.1 句柄图形对象概述 312
11.2 get和set函数 314
11.2.1 get函数 314
11.2.2 set函数 315
11.3 查找对象 318
11.4 图形窗口对象 320
11.5 核心图形对象 321
11.6 默认属性 322
11.7 非文件式属性 324
11.8 小结 325
第12章 Simulink仿真系统 326
12.1 Simulink基础知识 326
12.1.1 Simulink概述 326
12.1.2 Simulink的特点 327
12.1.3 Simulink工作环境 328
12.1.4 Simulink仿真的基本步骤 329
12.2 模型的创建 330
12.2.1 模型概念及文件操作 330
12.2.2 模块操作 332
12.2.3 信号线操作 334
12.2.4 对模型的注释 336
12.2.5 Source库中常用的模块 336
12.2.6 Sink库中常用的模块 342
12.2.7 仿真的配置 347
12.2.8 启动仿真 351
12.3 Simulink系统仿真原理 352
12.3.1 Simulink求解器概念 353
12.3.2 系统过零的概念与解决方案 354
12.3.3 系统代数环的概念与解决方案 358
12.4 高级积分器 360
12.5 小结 363
第13章 MATLAB与图像处理 364
13.1 图像类型 364
13.1.1 真彩色图像 364
13.1.2 索引色图像 365
13.1.3 灰度图像 365
13.1.4 二值图像 366
13.1.5 多帧图像 366
13.1.6 读写图像数据 367
13.1.7 查看图像文件信息 368
13.2 显示图像 369
13.2.1 默认显示方式 369
13.2.2 添加颜色条 370
13.2.3 显示多帧图像 370
13.2.4 显示动画 371
13.2.5 三维材质图像 371
13.3 图像的灰度变换 372
13.3.1 图像的直方图 372
13.3.2 灰度变换 373
13.3.3 均衡直方图 375
13.4 小结 376
第14章 MATLAB与信号处理 377
14.1 产生信号 377
14.1.1 锯齿波、三角波和矩形波发生器 378
14.1.2 周期sinc波 379
14.1.3 高斯调幅正弦波 380
14.1.4 调频信号 381
14.1.5 高斯分布随机序列 382
14.2 随机信号处理 383
14.2.1 随机信号的互相关函数 383
14.2.2 随机信号的互协方差函数 385
14.2.3 谱分析——pwelch函数 386
14.3 模拟滤波器设计 388
14.3.1 巴特沃斯滤波器 388
14.3.2 切比雪夫Ｉ型滤波器 389
14.3.3 切比雪夫Ⅱ型滤波器 390
14.4 IIR数字滤波器设计 391
14.4.1 巴特沃斯数字滤波器设计 392
14.4.2 切比雪夫I 型数字滤波器设计 393
14.4.3 切比雪夫II 型数字滤波器设计 394
14.5 小结 395
第15章 MATLAB与小波分析 396
15.1 傅里叶变换到小波分析 396
15.1.1 傅里叶变换 397
15.1.2 小波分析 399
15.1.3 常用的小波函数 400
15.2 Mallat算法 401
15.2.1 Mallat算法原理 401
15.2.2 Mallat算法示例 404
15.3 小波分析工具箱 408
15.4 小波分析用例 409
15.4.1 信号压缩 409
15.4.2 信号去噪 410
15.5 小结 414
附录 MATLAB基本命令 415
