新編MATLAB/Simulink自學一本通

第1章 MATLAB簡介………………… 1
1.1 MATLAB的那些事兒………… 1
1.1.1 MATLAB的起源……………… 1
1.1.2 MATLAB的版本信息………… 1
1.1.3 MATLAB軟件的系統(tǒng)組成……… 3
1.1.4 MATLAB的產(chǎn)品構(gòu)成………… 4
1.1.5 Simulink的產(chǎn)品構(gòu)成…………… 5
1.1.6 MATLAB/Simulink的應(yīng)用領(lǐng)域…………… 7
1.2 MATLAB的安裝與啟動……… 7
1.2.1 MATLAB的安裝……………… 7
1.2.2 MATLAB的啟動……………… 7
1.3 MATLAB工作界面…………… 8
1.3.1 工作界面布局………………… 8
1.3.2 工作界面的顯示屬性調(diào)整……… 9
1.3.3 工作界面的布局調(diào)整…………… 9
1.4 命令窗口(Command Window)…………………… 10
1.4.1 初識MATLAB命令………… 10
1.4.2 分號的重要作用……………… 11
1.4.3 MATLAB命令窗口中常用的快捷鍵…………… 11
1.5 歷史命令窗口(Command History)…………………… 11
1.6 當前目錄窗口(Current Directory)………………… 12
1.6.1 MATLAB搜索路徑機制和搜索順序……………… 12
1.6.2 MATLAB當前目錄管理……… 13
1.6.3 MATLAB搜索路徑設(shè)置……… 13
1.7 工作空間窗口(Workspace)…… 14
1.8 程序編輯窗口(Editor)………… 15
1.8.1 編輯M 文件………………… 15
1.8.2 M 文件的調(diào)用………………… 16
1.8.3 MATLAB程序編輯窗口中常用的快捷鍵………… 17
1.9 MATLAB幫助系統(tǒng)…………… 17
1.9.1 MATLAB命令窗口幫助系統(tǒng)… 17
1.9.2 Help幫助瀏覽器……………… 18
1.10 參考文獻……………………… 20
第2章 MATLAB基本操作…………… 21
2.1 變量的定義與數(shù)據(jù)類型……… 21
2.1.1 變量的定義與賦值…………… 21
2.1.2 MATLAB中的常量…………… 21
2.1.3 MATLAB中的關(guān)鍵字……… 23
2.1.4 數(shù)據(jù)類型……………………… 23
2.1.5 數(shù)據(jù)輸出格式………………… 24
2.2 常用函數(shù)………………………… 24
2.3 數(shù)組的定義……………………… 26
2.3.1 向量的定義…………………… 26
2.3.2 矩陣的定義…………………… 27
2.3.3 特殊矩陣……………………… 29
2.3.4 高維數(shù)組……………………… 31
2.3.5 訪問數(shù)組元素………………… 32
2.3.6 定義元胞數(shù)組(Cell Array) …… 33
2.3.7 定義結(jié)構(gòu)體數(shù)組……………… 34
2.3.8 幾種數(shù)組的轉(zhuǎn)換……………… 35
2.3.9 定義數(shù)據(jù)集數(shù)組……………… 36
2.3.10 定義表格型數(shù)組……………… 37
2.4 數(shù)組運算………………………… 37
2.4.1 矩陣的算術(shù)運算……………… 37
2.4.2 矩陣的關(guān)系運算……………… 39
2.4.3 矩陣的邏輯運算……………… 40
2.4.4 矩陣的其他常用運算………… 41
2.5 MATLAB常用標點符號……… 43
2.6 MATLAB命令窗口中常用的快捷命令………………… 44
2.7 參考文獻………………………… 45
第3章 MATLAB繪圖與可視化……… 46
3.1 圖形對象與圖形對象句柄……… 46
3.1.1 句柄式圖形對象……………… 46
3.1.2 獲取圖形對象屬性名稱和屬性值………………… 47
3.1.3 設(shè)置圖形對象屬性值………… 48
3.2 二維圖形繪制…………………… 48
3.2.1 基本二維繪圖函數(shù)…………… 48
3.2.2 二維圖形修飾和添加注釋………51
3.2.3 常用統(tǒng)計繪圖函數(shù)…………… 56
3.2.4 特殊二維繪圖函數(shù)…………… 57
3.3 三維圖形繪制…………………… 59
3.3.1 常用三維繪圖函數(shù)…………… 59
3.3.2 三維圖形的修飾和添加注釋…… 64
3.4 圖形的打印和輸出……………… 68
3.4.1 把圖形復制到剪貼板………… 68
3.4.2 把圖形導出到文件…………… 70
3.4.3 打印圖形……………………… 72
3.5 動畫制作………………………… 74
3.5.1 彗星運行軌跡動畫…………… 74
3.5.2 霓虹閃爍動畫………………… 75
3.5.3 電影動畫……………………… 76
3.5.4 錄制AVI格式視頻動畫……… 77
3.5.5 制作GIF格式動畫…………… 79
3.6 參考文獻………………………… 80
第4章 MATLAB程序設(shè)計…………… 81
4.1 M 文件———腳本文件和函數(shù)文件………………… 81
4.1.1 腳本文件……………………… 81
4.1.2 函數(shù)文件……………………… 81
4.2 MATLAB程序流程控制與調(diào)試………………………… 82
4.2.1 MATLAB程序流程控制……… 82
4.2.2 MATLAB程序調(diào)試…………… 84
4.3 程序流程控制示例……………… 86
4.3.1 概 述……………………… 86
4.3.2 問題分析……………………… 86
4.3.3 MATLAB求解……………… 87
4.4 匿名函數(shù)、子函數(shù)與嵌套函數(shù)… 88
4.4.1 匿名函數(shù)……………………… 88
4.4.2 子函數(shù)……………………… 90
4.4.3 嵌套函數(shù)……………………… 90
4.4.4 嵌套函數(shù)的彼此調(diào)用關(guān)系……… 94
4.5 匿名函數(shù)、子函數(shù)與嵌套函數(shù)應(yīng)用案例……………… 98
4.5.1 匿名函數(shù)應(yīng)用實例…………… 98
4.5.2 子函數(shù)和嵌套函數(shù)應(yīng)用實例… 102
4.6 編寫高效的MATLAB程序… 107
4.6.1 重新認識循環(huán)……………… 107
4.6.2 提高代碼效率的方法………… 113
4.7 養(yǎng)成良好的編程風格………… 124
4.7.1 命名規(guī)則…………………… 124
4.7.2 程序設(shè)計注意事項…………… 126
4.7.3 程序編排與注釋…………… 126
4.8 參考文獻……………………… 127
第5章 圖形用戶界面(GUI)編程…… 128
5.1 圖形對象……………………… 128
5.1.1 圖形對象的類型…………… 129
5.1.2 圖形對象的屬性…………… 132
5.1.3 圖形對象的操作…………… 135
5.2 圖形用戶界面的設(shè)計原則和步驟………………… 140
5.2.1 圖形用戶界面設(shè)計原則……… 140
5.2.2 圖形用戶界面的設(shè)計步驟…… 141
5.3 開發(fā)圖形用戶界面的方法…… 142
5.4 直接編寫M 文件開發(fā)圖形用戶界面……………… 145
5.4.1 M 文件的類型……………… 145
5.4.2 根對象……………………… 149
5.4.3 圖形窗口對象……………… 152
5.4.4 坐標軸對象………………… 154
5.4.5 用戶界面控件對象…………… 156
5.4.6 用戶菜單對象……………… 168
5.4.7 用戶現(xiàn)場菜單對象…………… 169
5.4.8 用戶工具條對象…………… 170
5.5 利用GUIDE工具開發(fā)圖形用戶界面…………………… 172
5.5.1 GUIDE及其組成部分……… 172
5.5.2 GUIDE產(chǎn)生的FIG文件和M 文件………………… 173
5.5.3 GUIDE創(chuàng)建的GUI中的數(shù)據(jù)管理…………………… 176
5.5.4 利用GUIDE創(chuàng)建圖形用戶界面……………………… 177
5.6 典型案例介紹………………… 181
5.6.1 基于列表控件的圖片瀏覽器… 181
5.6.2 在GUI中對鼠標進行控制…… 185
5.6.3 實現(xiàn)同一GUI內(nèi)的不同控件之間的數(shù)據(jù)傳遞…………… 188
5.6.4 實現(xiàn)不同GUI之間的數(shù)據(jù)傳遞………………………… 193
5.6.5 在GUI中控制Simulink仿真過程………………………… 197
第6章 MATLAB與TXT文件的數(shù)據(jù)交換…………………………… 201
6.1 案例背景……………………… 201
6.2 從TXT文件中讀取數(shù)據(jù)…… 201
6.2.1 利用數(shù)據(jù)導入向?qū)隩XT文件……………………… 202
6.2.2 調(diào)用高級函數(shù)讀取數(shù)據(jù)……… 205
6.2.3 調(diào)用低級函數(shù)讀取數(shù)據(jù)……… 215
6.3 把數(shù)據(jù)寫入TXT文件……… 222
6.3.1 調(diào)用dlmwrite函數(shù)寫入數(shù)據(jù)… 222
6.3.2 調(diào)用fprintf函數(shù)寫入數(shù)據(jù)…… 223
6.4 參考文獻……………………… 226
第7章 MATLAB與Excel文件的數(shù)據(jù)交換………………………… 227
7.1 利用數(shù)據(jù)導入向?qū)隕xcel文件…………………………… 227
7.2 調(diào)用函數(shù)讀寫Excel文件…… 228
7.2.1 調(diào)用xlsfinfo函數(shù)獲取文件信息………………………… 228
7.2.2 調(diào)用xlsread函數(shù)讀取數(shù)據(jù)…… 228
7.2.3 調(diào)用xlswrite函數(shù)把數(shù)據(jù)寫入Excel文件……………… 231
7.3 Excel Link宏……………… 232
7.3.1 Excel 2003加載Excel link宏………………………… 233
7.3.2 使用Excel link宏………… 234
7.3.3 Excel 2007與Excel 2010加載和使用宏………………… 237
7.4 參考文獻……………………… 240
第8章 數(shù)據(jù)庫連接…………………… 241
8.1 案例背景……………………… 241
8.2 MATLAB實現(xiàn)……………… 241
8.2.1 Database工具箱簡介………… 241
8.2.2 Database工具箱函數(shù)………… 241
8.2.3 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)讀取…………… 242
8.2.4 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)寫入…………… 246
8.3 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)讀取………………… 248
8.3.1 讀取Yahoo數(shù)據(jù)…………… 248
8.3.2 讀取Google數(shù)據(jù)…………… 250
8.4 參考文獻……………………… 251
第9章 符號計算……………………… 252
9.1 符號對象和符號表達式……… 252
9.1.1 符號對象的創(chuàng)建…………… 252
9.1.2 符號表達式………………… 253
9.1.3 運算符……………………… 253
9.1.4 符號計算與數(shù)值計算結(jié)合…… 254
9.2 符號微積分…………………… 255
9.2.1 極限、導數(shù)和級數(shù)的符號計算… 255
9.2.2 符號積分計算……………… 257
9.3 符號方程求解………………… 258
9.3.1 符號代數(shù)方程求解…………… 258
9.3.2 符號常微分方程求解………… 259
9.4 參考文獻……………………… 263
第10章 數(shù)值積分計算……………… 264
10.1 矩形區(qū)域積分以及離散數(shù)據(jù)積分…………………… 264
10.1.1 矩形區(qū)域積分……………… 264
10.1.2 離散數(shù)據(jù)積分……………… 266
10.2 含參數(shù)積分…………………… 267
10.3 一般區(qū)域二重和三重積分…… 269
10.3.1 概 要……………………… 269
10.3.2 一般區(qū)域二重積分的計算…… 270
10.3.3 一般區(qū)域三重積分的計算…… 272
10.4 一般區(qū)域n 重積分………… 274
10.5 蒙特卡洛法計算n 重積分… 277
10.5.1 概 述……………………… 277
10.5.2 基本的蒙特卡洛積分法…… 277
10.5.3 等分布序列的蒙特卡洛法…… 278
10.6 參考文獻……………………… 281
第11章 方程與方程組的數(shù)值求解… 282
11.1 概 述………………………… 282
11.2 MATLAB求解方程(組)的函數(shù)及其用法……………… 282
11.2.1 左除“\\”與右除“/” ………… 282
11.2.2 fzero函數(shù)………………… 283
11.2.3 roots函數(shù)………………… 284
11.2.4 fsolve函數(shù)………………… 285
11.2.5 含參數(shù)方程組求解………… 286
11.3 應(yīng)用擴展……………………… 287
11.3.1 等額還款模型……………… 287
11.3.2 MATLAB編程求解等額還款模型…………………… 288
11.4 參考文獻……………………… 289
第12章 常微分方程(組)數(shù)值求解… 290
12.1 數(shù)值求解常微分方程(組)函數(shù)概述………………… 290
12.1.1 概 述……………………… 290
12.1.2 初值問題求解函數(shù)………… 290
12.1.3 延遲問題以及邊值問題求解函數(shù)
…………………………… 291
12.1.4 求解前的準備工作………… 292
12.2 非剛性/剛性常微分方程初值問題求解……………… 292
12.2.1 概 述……………………… 292
12.2.2 非剛性問題舉例…………… 292
12.2.3 剛性問題舉例……………… 294
12.3 隱式微分方程(組)求解……… 297
12.3.1 概 述……………………… 297
12.3.2 利用solve函數(shù)…………… 297
12.3.3 利用fzero/fsolve函數(shù)和ode15i函數(shù)…………… 298
12.4 微分代數(shù)方程(DAE)與延遲微分方程(DDE)求解……… 302
12.4.1 概 述……………………… 302
12.4.2 微分代數(shù)方程舉例………… 302
12.4.3 延遲微分方程(DDE)舉例…… 307
12.5 邊值問題求解………………… 310
12.5.1 概 述……………………… 310
12.5.2 求解案例…………………… 310
12.6 參考文獻……………………… 314
第13章 線性規(guī)劃問題……………… 315
13.1 案例背景……………………… 315
13.1.1 線性規(guī)劃應(yīng)用……………… 315
13.1.2 線性規(guī)劃的求解方法……… 316
13.2 線性規(guī)劃的標準型…………… 316
13.3 線性規(guī)劃問題的MATLAB求解………………………… 316
13.4 線性規(guī)劃案例分析…………… 318
13.4.1 傳統(tǒng)內(nèi)點法求解…………… 318
13.4.2 單純形法求解……………… 319
13.5 案例擴展———含參數(shù)線性規(guī)劃……………………… 320
13.5.1 目標函數(shù)含參數(shù)…………… 320
13.5.2 約束函數(shù)含參數(shù)…………… 321
13.6 參考文獻……………………… 322
第14章 非線性優(yōu)化問題…………… 323
14.1 理論背景……………………… 323
14.2 理論模型……………………… 323
14.2.1 無約束非線性優(yōu)化………… 323
14.2.2 約束非線性優(yōu)化…………… 323
14.3 MATLAB實現(xiàn)……………… 324
14.3.1 fminunc函數(shù)(無約束優(yōu)化) … 324
14.3.2 fminsearch函數(shù)…………… 327
14.3.3 fmincon函數(shù)……………… 329
14.4 案例擴展……………………… 333
14.4.1 大規(guī)模優(yōu)化問題…………… 333
14.4.2 含參數(shù)優(yōu)化問題…………… 334
14.5 參考文獻……………………… 335
第15章 最大最小問題———公共設(shè)施選址……………… 336
15.1 案例背景……………………… 336
15.1.1 最大最小問題……………… 336
15.1.2 垃圾場選址問題…………… 336
15.2 最大最小問題的MATLAB求解………………………… 337
15.2.1 fminimax函數(shù)……………… 337
15.2.2 垃圾場選址問題求解……… 338
15.3 案例擴展……………………… 339
15.4 參考文獻……………………… 341
第16章 概率分布與隨機數(shù)………… 342
16.1 概率分布…………………… 342
16.1.1 概率分布的定義…………… 342
16.1.2 幾種常用概率分布………… 342
16.1.3 概率密度、分布和逆概率分布函數(shù)值的計算………… 345
16.2 生成一元分布隨機數(shù)………… 347
16.2.1 均勻分布隨機數(shù)和標準正態(tài)分布隨機數(shù)……………… 347
16.2.2 常見一元分布隨機數(shù)……… 350
16.3 生成多元分布隨機數(shù)………… 355
16.4 參考文獻……………………… 356
第17章 描述性統(tǒng)計量和統(tǒng)計圖…… 357
第18章 參數(shù)估計與假設(shè)檢驗……… 374
第19章 回歸分析…………………… 382
第20章 多項式回歸與數(shù)據(jù)插值…… 417
第21章 MATLAB程序編譯………… 445
第22章 系統(tǒng)級仿真工具Simulink及應(yīng)用……………………… 501