MATLAB 7.0從入門到精通（修訂版）

內容簡介

本書對MATLAB 7.0進行了詳細的介紹，力霸阿端提求做到細緻全面。全書共分為15章。前5章是有關MATLAB的基礎知識，包括MATLAB的安裝、卸載及系統功能的簡述，MATLAB的數學運算和數據可視化工具以及MATLAB的編程等內容。第6章～第9章是MATLAB的高級套用部分，分別介紹了MATLAB 7.0的數據分析和處理功能，符號計算功能，Simulink仿真環境和檔案I/O操作。第 10章～第 12章和第 14章介紹了信號處理工具箱、圖像處理承擔良享工具箱和編譯工具箱以及套用廣泛的高級圖形設計。第 13章、第 15章介紹了MATLAB的外圍功能，包括與Word、Excel的混合使用和MATLAB的應用程式接口。附錄部分列出了常用命令和函式，Simulink的庫模組和應用程式接口函式館。

本書敘述詳細，深入淺出，又有豐富的例程，適合使用MATLAB的本科芝譽諒生、研究生和教師以及廣大科研工作人員作為體連立參考用書。

圖書目錄

第 1章　MATLAB概述　1

1.1　MATLAB 7.0簡介　2

1.2　MATLAB 7.0的安裝、退出與卸載　3

1.3　MATLAB 7.0的結構　8

1.4　MATLAB 7.0的工作環境　9

1.5　MATLAB 7.0的通用命令　16

1.6　使用MATLAB 7.0幫助系統　19

1.7　初識MATLAB　22

第 2章　MATLAB基礎知識　24

2.1　數據類型　24

2.1.1　數值類型　24

2.1.2　邏輯類型　26

2.1.3　字元和字元串　26

2.1.4　函式句柄　26

2.1.5　結構體類型　27

2.1.6　單元數組類型　30

2.2　基本矩陣操作　32

2.2.1　矩陣的構造　33

2.2.2　矩陣大小的改變　35

2.2.3　矩陣下標引用　37

2.2.4　矩陣信息的獲取　39

2.2.5　矩陣結構的改變　41

2.2.6　稀疏矩陣　42

2.3　運算符和特殊符號　46

2.3.1　算數運算符　46

2.3.2　關係運算符　48

2.3.3　邏輯運算符　49

2.3.4　運算優先權　50

2.4　字元串處理函式　51

2.4.1　字元串的構造　51

2.4.2　字元串比較函式　53

2.4.3　字元串查找和替換函式　54

2.4.4　字元串——數值轉換　55

第3章　數學運算　57

3.1　矩陣運算　57

3.1.1　矩陣分析　57

3.1.2　線性方程組　63

3.1.3　矩陣分解　67

3.1.4　矩陣的特徵值和特徵向量　74

3.1.5　非線性矩陣運算　75

3.2　矩陣元素的數學函式　79

3.2.1　三角函式　79

3.2.2　指數和對數函式　81

3.2.3　複數函式　81

3.2.4　幾想截斷和求余函式　83

3.3　特殊數學函式　84

3.3.1　特殊函式　84

3.3.2　數論函式　90

3.3.3　坐標變換函式辯凝晚　91

第4章　MATLAB 7.0基本編程　92

4.1　腳本和函式　92

4.1.1　函式　92

4.1.2　腳本　93

4.1.3　子函式與私有　95

4.1.4　P碼檔案　95

4.2　MATLAB中的變數和語句　96

4.2.1　變數類型　96

4.2.2　M檔案的流控制語句　97

4.3　程式的調試(Debug)　104

4.3.1　直接調試法　104

4.3.2　工具調試法　105

4.4　函式的設計和實現　115

4.4.1　建立數學模型　115

4.4.2　編寫代碼　116

4.4.3　運行程式　122

第5章　數據可視化　128

5.1　二維繪圖　128

5.1.1　plot命令　128

5.1.2　fplot命令　131

5.1.3　ezplot命令　133

5.2　三維繪圖　134

5.2.1　plot3命令　134

5.2.2　mesh命令　135

5.2.3　surf命令　136

5.2.4　基本三維繪圖命令的改進命令　137

5.3　特殊圖形　139

5.3.1　二維特殊圖形函式　139

5.3.2　特殊的三維圖形函式　145

5.3.3　特殊坐標軸的圖形函式　147

5.3.4　四維表現圖　152

5.4　圖形處理　153

5.4.1　圖形標註　153

5.4.2　坐標軸的控制　158

5.4.3　圖形數據取點　161

5.4.4　子圖和圖形保持　162

5.4.5　色彩控制　164

5.4.6　視角與光照　168

5.4.7　圖形求犁慨的列印和輸出　175

5.5　圖形視窗　175

5.5.1　圖形視窗的創建與控制　175

5.5.2　圖形視窗的選單操作　176

5.5.3　圖形視窗的工具列　184

第6章　數據分析　186

6.1　多項式函式　186

6.1.1　多項式表示法　186

6.1.2　多項式求值　190

6.1.3　多項式乘法和多項式除法　191

6.1.4　多項式的導數和微分　192

6.1.5　多項式的根和由根創建多項式　194

6.1.6　多項式部分分式展開　195

6.1.7　多項式曲線擬合　196

6.1.8　曲線擬合圖形用戶接口　197

6.2　插值　199

6.2.1　一維插值　199

6.2.2　二維插值　203

6.3　數據分析和傅立葉變換　206

6.3.1　基本數據分析函式　206

6.3.2　協方差和相關係數矩陣　211

6.3.3　有限差分和梯度　213

6.3.4　信號濾波和卷積　214

6.3.5　傅立葉變換　218

6.4　功能函式　223

6.4.1　函式的表示　223

6.4.2　函式畫圖　224

6.4.3　函式**小值和零點　225

6.4.4　數值積分　230

6.4.5　在功能函式中使用含參函式　233

6.5　微分方程組數值解　235

6.5.1　常微分方程組的初值問題　235

6.5.2　延遲微分方程組數值解　242

6.5.3　常微分方程組的邊界問題　244

第7章　Simulink仿真環境　248

7.1　Simulink概述　248

7.1.1　Simulink的概念　250

7.1.2　Simulink的工作環境　250

7.1.3　Simulink的工作原理　255

7.1.4　Simulink模型的特點　256

7.1.5　Simulink里的數據類型　257

7.1.6　Simulink里的模組和模組庫　262

7.2　模型的創建　267

7.2.1　Simulink模組的基本操作　267

7.2.2　創建模型的基本步驟　271

7.2.3　模型檔案格式　272

7.3　子系統及其封裝　273

7.3.1　創建子系統　273

7.3.2　封裝子系統　275

7.3.3　定義自己的模組庫　278

7.4　過零檢測　279

7.5　代數環　280

7.6　回調函式　282

7.7　運行仿真　284

7.7.1　使用視窗運行仿真　284

7.7.2　仿真參數的設定　285

7.7.3　使用MATLAB命令運行仿真　289

7.7.4　改善仿真性能及精度　290

7.8　仿真結果分析　291

7.8.1　觀看輸出結果　291

7.8.2　線性化　292

7.8.3　平衡點的分析　293

7.9　模型的調試　294

7.9.1　Simulink調試器　294

7.9.2　命令行調試　296

7.9.3　設定斷點　296

7.9.4　顯示仿真的有關信息　297

7.9.5　顯示模型的信息　299

7.10　S-函式　299

7.10.1　什麼是S-函式　300

7.10.2　為何要用S-函式　300

7.10.3　S-函式如何工作　300

7.10.4　怎樣書寫S-函式　302

7.10.5　S-函式套用示例　304

7.11　綜合實例——PLL中的非線性電荷泵和濾波器　307

第8章　MATLAB 7.0符號計算功能　313

8.1　符號運算入門　313

8.1.1　求解一元二次方程的根　313

8.1.2　求導數　314

8.1.3　計算定積分　314

8.1.4　求解一階微分方程　315

8.2　符號對象的創建和使用　315

8.2.1　創建符號對象和表達式　315

8.2.2　符號對象的基本運算　318

8.3　任意精度數學計算　319

8.4　符號表達式的化簡和替換　321

8.4.1　符號表達式的化簡　321

8.4.2　符號表達式的替換　325

8.5　符號矩陣的計算　328

8.5.1　基本代數運算　328

8.5.2　線性代數運算　328

8.5.3　特徵值分解　330

8.5.4　約當標準型　331

8.5.5　奇異值分解　331

8.6　符號微積分　332

8.6.1　符號表達式的微分運算　333

8.6.2　符號表達式的極限　334

8.6.3　符號表達式的積分　335

8.6.4　級數的求和　336

8.6.5　泰勒級數　336

8.7　符號積分變換　337

8.7.1　Fourier變換　338

8.7.2　Laplace變換　338

8.7.3　Z變換　339

8.8　符號方程求解　341

8.8.1　代數方程的求解　341

8.8.2　微分方程的求解　342

8.9　可視化數學分析界面　343

8.9.1　圖示化符號函式計算器　343

8.9.2　泰勒級數逼近分析器　345

8.10　Maple接口　345

8.10.1　利用sym函式調用Maple函式　345

8.10.2　利用maple函式調用Maple函式　346

第9章　檔案I/O　347

9.1　打開和關閉檔案　347

9.1.1　打開檔案　347

9.1.2　關閉檔案　348

9.2　讀取二進制檔案　349

9.3　寫入二進制檔案　351

9.4　讀取文本檔案　351

9.5　寫入文本檔案　354

9.6　檔案內的位置控制　355

第 10章　信號處理工具箱　358

10.1　數位訊號處理基本理論　358

10.1.1　離散信號與系統　358

10.1.2　Z變換　360

10.1.3　離散傅立葉變換　361

10.1.4　數字濾波器結構　363

10.2　MATLAB 7.0的信號處理工具箱函式　368

10.2.1　波形產生(Waveform Generation)　368

10.2.2　濾波器分析(Filter Analysis)　368

10.2.3　濾波器實現(Filter Implementation)　369

10.2.4　線性系統變換(Linear System Transformations)　369

10.2.5　FIR濾波器設計(FIR Digital Filter Design)　370

10.2.6　IIR濾波器設計(IIR Digital Filter Design)　370

10.2.7　IIR濾波器階的選擇(IIR Filter Order Estimation)　370

10.2.8　變換(Transforms)　371

10.2.9　統計信號處理和譜分析(Statistical Signal Processing and Spectral Analysis)　371

10.2.10　窗函式(Windows)　372

10.2.11　參數化建模(Parametric Modeling)　372

10.2.12　特殊操作(Specialized Operations)　373

10.2.13　模擬低通濾波器原型(Analog Lowpass Filter Prototypes)　373

10.2.14　模擬濾波器設計(Analog Filter Design)　373

10.2.15　模擬濾波器轉換(Analog Filter Transformation)　374

10.2.16　濾波器離散化(Filter Discretization)　374

10.2.17　對數倒譜分析(Cepstral Analysis)　374

10.2.18　線性預測(Linear Prediction)　374

10.2.19　多速信號處理(Multirate Signal Processing)　375

10.2.20　圖形用戶接口(Graphical User Interfaces)　375

10.3　基於MATLAB的信號處理系統分析與設計　375

10.3.1　離散信號與系統的MATLAB實現　375

10.3.2　離散傅立葉變換的MATLAB實現　378

10.3.3　Z變換的MATLAB實現　380

10.3.4　FIR濾波器的MATLAB實現　383

10.3.5　IIR濾波器的MATLAB實現　386

第 11章　圖像處理工具箱　391

11.1　圖像處理工具箱介紹　391

11.1.1　常用圖像格式　391

11.1.2　MATLAB 7.0圖像類型　393

11.1.3　MATLAB 7.0圖像類型轉換　396

11.2　圖像的顯示　398

11.2.1　標準圖像顯示技術　398

11.2.2　特殊圖像顯示技術　400

11.3　圖像的幾何運算　403

11.3.1　圖像插值　403

11.3.2　圖像大小調整　404

11.3.3　圖像旋轉　405

11.3.4　圖像剪裁　406

11.4　圖像的變換技術　407

11.4.1　數字圖像的二維傅立葉變換　408

11.4.2　數字圖像的離散餘弦變換　412

11.4.3　其他變換技術　417

11.5　圖像分析　418

11.5.1　像素值及其統計　419

11.5.2　圖像分析　422

11.5.3　圖像調整　425

11.5.4　圖像平滑　428

11.6　特殊區域處理　431

11.6.1　區域的指定　431

11.6.2　特定區域濾波　432

11.6.3　特定區域填充　433

第 12章　高級圖形設計　435

12.1　句柄圖形　435

12.1.1　圖形對象、圖像句柄和句柄圖形樹結構　435

12.1.2　圖形對象種類　436

12.1.3　圖形對象屬性概念　438

12.2　圖形對象的操作　439

12.2.1　創建圖形對象　439

12.2.2　圖形對象屬性設定　441

12.2.3　屬性值查詢　442

12.2.4　設定用戶屬性默認值　444

12.3　句柄使用方法　448

12.3.1　訪問對象句柄　448

12.3.2　使用句柄操作圖形對象　450

12.3.3　控制圖形輸出　452

12.3.4　在M檔案中保存句柄　456

12.4　GUI設計嚮導　458

12.4.1　圖形用戶界面概述　458

12.4.2　啟動GUIDE　459

12.4.3　GUIDE提供的用戶控制項　460

12.4.4　界面設計工具集　461

12.4.5　GUI組態　467

12.4.6　GUI界面設計　470

12.5　編程設計GUI　472

12.5.1　M檔案以及GUI數據管理　472

12.5.2　回調函式的使用方法　474

12.5.3　圖形視窗的行為控制　476

12.6　圖形用戶界面設計實例　477

12.6.1　圖形界面的實現　477

12.6.2　行為控制的實現　478

第 13章　MATLAB 7.0與Word、Excel的混合使用　487

13.1　Notebook的安裝和使用環境　487

13.2　一個Notebook實例　488

13.3　Notebook使用的幾個問題　490

13.4　Excel link的安裝和使用環境　491

13.4.1　Excel link的安裝　491

13.4.2　設定Excel link的啟動方式　493

13.4.3　終止Excel link的運行　494

13.5　一個Excel link實例　495

13.5.1　數據表執行方式　495

13.5.2　宏命令執行模式(Macro Version)　496

13.6　Excel link使用的幾個問題　498

13.6.1　關於語法　499

13.6.2　關於工作表　499

第 14章　編譯工具箱　500

14.1　編譯器概述　500

14.2　編譯器的安裝和配置　500

14.2.1　配置MATLAB 7.0編譯器的前提準備　500

14.2.2　對編譯器進行配置　501

14.3　MATLAB 7.0編譯器的使用　503

14.3.1　編譯過程　503

14.3.2　MCR的安裝　503

14.3.3　編譯指令mcc　504

14.3.4　創建獨立的應用程式　505

第 15章　應用程式接口　511

15.1　創建C語言MEX檔案　511

15.1.1　MEX檔案簡介　511

15.1.2　編寫C MEX檔案　512

15.2　創建Fortran語言MEX檔案　514

15.2.1　Fortran語言MEX檔案簡介　514

15.2.2　Fortran MEX檔案示例　515

15.3　MAT檔案套用　516

15.4　MATLAB引擎技術的套用　519

15.5　MATLAB的Java接口　522

15.5.1　Java接口套用　522

15.5.2　套用示例　524

15.6　MATLAB中的DDE技術　525

15.6.1　關於DDE的一般性說明　525

15.6.2　DDE中的MATLAB伺服器　526

15.6.3　DDE中的MATLAB客戶　526

15.7　MATLAB中的ActiveX技術　529

15.7.1　關於ActiveX的一般性說明　529

15.7.2　MATLAB的ActiveX自動化　529

附錄　532

A.1　常用命令和函式　532

A.2　SIMULINK的庫模組　543

A.2.1　庫模組　543

A.2.2　連續模組子庫Continuous　543

A.2.3　離散模組子庫Discrete　544

A.2.4　解析函式和查表函式模組子庫Functions&Tables　544

A.2.5　一般數學函式子庫Math　544

A.2.6　非線性模組子庫Nonlinear　544

A.2.7　信號和系統模組子庫Signal&Systems　545

A.2.8　信宿模組子庫Sinks　545

A.2.9　信源模組子庫Sources　545

A.3　應用程式接口函式館　546

A.3.1　外部程式接口函式館　546

A.3.2　MAT檔案庫函式　546

A.3.3　MATLAB引擎函式館　547

A.3.4　ActiveX對象的構造和操作命令　547

A.3.5　動態數據交換函式　547

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