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编辑推荐

本书由浅入深地介绍MATLAB的基本语法、编程技巧和高级应用。全书在讲解的过程中为突出实用性，穿插了大量实例，图文并茂。

内容简介

本书基于2014版MATLAB，以编程知识方法与实践技能并重，以提高综合编程能力和解决实际工程问题为纲，由浅入深地介绍MATLAB的基本语法、编程技巧和高级应用。前8章为基础，主要介绍MATLAB基本知识和系统环境、矩阵及其运算、数据可视化、程序设计、数值计算、符号运算、GUI设计、Simulink仿真；后4章为应用，通过结合MATLAB的基本知识与高校其他相关课程及实际应用，主要介绍MATLAB在电路仿真、数字信号处理、数字图像处理、电磁场与电磁波中的应用。每章末尾包含有相应的习题和实验，可让读者在学完理论知识后上机训练，以便更好地掌握本书的知识。全书在讲解的过程中为突出实用性，穿插了大量实例，图文并茂。本书可作为高等学校相关课程的教材或教学参考书，也可供MATLAB用户学习和参考。

作者简介

重庆理工大学光电信息学院副教授，中国计算机学会会员，美国计算机学会会员。在学科竞赛和建模方面，作为指导教师参加全国和国际性竞赛，获得全国一等奖2项和二等奖1项，国际（美国）一等奖2项和二等奖1项，2012年获得全国本科组一等奖，被评为重庆赛区优秀教练。科研上，主要从事MATLAB算法设计、心血管系统建模与仿真、脉搏波信号的测量和分析、动脉硬化和狭窄检测、人工智能、模式识别等研究工作。主持和参与国际合作项目2项，主持省部级科研项目2项，主持校级科研项目2项，公开发表论文20余篇，SCI收录5篇，EI收录10篇，编著1部，外文编著1部，参编教材2部。

目录

第1章 MATLAB概述及系统环境 1
1．1 MATLAB概述 1
1．1．1 前言 1
1．1．2 MATLAB软件概述 1
1．1．3 MATLAB桌面环境及入门 2
1．2 MATLAB集成环境 4
1．2．1 MATLAB运行环境 4
1．2．2 MATLAB的安装 8
1．3 初识MATLAB实例 11
1．4 MATLAB常用命令及学习技巧 12
1．5 MATLAB帮助系统 13
1．5．1 命令窗口帮助系统 13
1．5．2 帮助浏览窗口 15
习题1 16
第2章　MATLAB矩阵及其运算 17
2．1　MATLAB的特殊常量 17
2．2　MATLAB变量 17
2．2．1　变量的命名规则 17
2．2．2　变量的定义与赋值 18
2．2．3　变量的显示 19
2．2．4　变量的存取 20
2．2．5　变量的清除 22
2．3　MATLAB数组与矩阵 22
2．3．1　一维数组 22
2．3．2　二维数组（矩阵） 25
2．3．3　字符数组 28
2．3．4　结构数组 30
2．3．5　元胞数组 33
2．3．6　“非数”与“空”数组 35
2．4　矩阵的运算和操作 38
2．4．1　矩阵的算术运算 38
2．4．2　矩阵的关系运算 40
2．4．3　矩阵的逻辑运算 41
2．4．4　矩阵元素的取整、取模和取余 41
2．4．5　矩阵的综合操作 43
2．5　MATLAB矩阵分析与处理 45
2．5．1　矩阵的行列式 45
2．5．2　矩阵的秩与迹 46
2．5．3　矩阵的逆与伪逆 47
2．5．4　线性方程组的求解 48
2．5．5　特征值分析 49
2．5．6　矩阵的范数和条件数 49
习题2 51
实验2　矩阵及运算 52
第3章 MATLAB数据可视化 53
3．1 二维数据可视化 53
3．1．1 基本二维曲线绘制 54
3．1．2 绘图辅助操作 56
3．1．3 多图叠绘、双纵坐标、多子图 61
3．1．4 特殊二维图形绘制 64
3．2 三维数据可视化 67
3．2．1 三维曲线绘制 67
3．2．2 三维网格绘制 69
3．2．3 三维曲面绘制 70
3．2．4 准四维图形绘制 72
3．2．5 其他特殊三维图形 73
3．3 可视化图形修饰 75
3．3．1 图形视角处理 75
3．3．2 图形色彩处理 78
3．3．3 图形光照处理 82
3．3．4 图形裁剪与空间变换 85
3．4 句柄绘图 87
3．4．1 句柄图形体系 87
3．4．2　图形对象句柄的获取 88
3．4．3 对象属性的获取和设置 89
3．4．4 控制图形输出 91
习题3 93
实验3 数据可视化 94
第4章　MATLAB程序设计 95
4．1 M文件 95
4．1．1 M文件的创建、打开和运行 95
4．1．2 M脚本文件 97
4．1．3 M函数文件 97
4．2 MATLAB的结构化程序设计 98
4．2．1 顺序结构 98
4．2．2 条件控制结构 98
4．2．3 循环控制结构 102
4．2．4 其他常用语句 104
4．3 函数 107
4．3．1 函数的创建 107
4．3．2 函数的调用与可调性 109
4．3．3 局部变量与全局变量 112
4．3．4 函数句柄 113
4．4 MATLAB程序的调试 113
4．4．1 程序调试的基本概念 113
4．4．2 M编辑器的程序调试 114
4．4．3 程序的性能优化 115
习题4 115
实验4　程序设计 116
第5章 MATLAB数值计算 117
5．1 线性方程组求解 117
5．1．1 直接求解法 117
5．1．2 迭代法 121
5．2 非线性方程求解 128
5．2．1　非线性方程数值求解基本原理 128
5．2．2 非线性方程求根的MATLAB命令 130
5．2．3 典型非线性方程求解算法及MATLAB实现 132
5．3 MATLAB数据插值与拟合 136
5．3．1 一维插值 136
5．3．2 二维插值 138
5．3．3 曲线拟合 139
5．4 数值微积分 141
5．4．1 数值微分计算 141
5．4．2 数值积分计算 143
习题5 148
实验5 数值计算 148
第6章 MATLAB符号运算 150
6．1 符号对象的创建 150
6．1．1 符号常量和符号变量 150
6．1．2 符号表达式与符号函数 151
6．1．3 符号矩阵 152
6．2　符号对象的运算 153
6．2．1　符号表达式的基本运算 153
6．2．2 符号矩阵的基本运算 154
6．2．3 其他符号运算 154
6．3 符号函数的微积分应用 157
6．3．1 符号函数的极限与连续性 157
6．3．2 符号函数的微分 159
6．3．3 符号函数的积分 160
6．4 符号级数应用 162
6．4．1 级数求和 162
6．4．2 泰勒级数 162
6．4．3 函数的傅里叶级数展开式 163
6．5 符号积分变换 164
6．5．1 傅里叶变换及其逆变换 164
6．5．2 拉普拉斯变换及其逆变换 164
6．5．3 Z变换及其逆变换 165
6．6 符号方程求解 166
6．6．1 符号代数方程 166
6．6．2 符号常微分方程 167
习题6 168
实验6 符号运算 169
第7章 MATLAB GUI设计 170
7．1 GUI基本介绍 170
7．1．1　GUI简介 170
7．1．2 入门示例 171
7．1．3 控件创建 172
7．2　GUI创建 174
7．2．1　菜单设计 174
7．2．2 对话框设计 175
7．2．3 文件管理框 177
7．3 GUI的M文件 178
7．4 GUI实例 179
7．4．1 MATLAB GUI设计步骤 179
7．4．2 设计实例 179
习题7 183
实验7 GUI设计 184
第8章 MATLAB Simulink仿真 185
8．1 Simulink的基本操作 185
8．1．1 Simulink的启动 185
8．1．2 Simulink模型窗口的建立 185
8．2 Simulink模块库与系统仿真 186
8．2．1 Simulink模块库 186
8．2．2 Simulink环境下的仿真运行 188
8．3 Simulink子系统与模块封装 190
8．3．1 Simulink子系统的建立 191
8．3．2 子系统的条件执行 193
8．3．3 Simulink子系统的封装 196
8．4 Simulink仿真实例 199
习题8 201
实验8 Simulink建模与仿真 202
第9章 MATLAB在电路仿真中的应用 204
9．1　MATLAB电路辅助设计与优化 204
9．2　电阻电路 204
9．2．1 电路描述 204
9．2．2 程序结果验证描述 205
9．2．3 Simulink建模 205
9．2．4 线性电阻电路方程的建立 207
9．2．5 电路方程的求解 208
9．2．6 MATLAB程序结构设计 209
9．2．7　测试 210
9．3 动态电路的时域分析 213
9．3．1 一阶零输入响应 213
9．3．2 二阶零输入响应 215
9．3．3 单位阶跃响应 218
9．4 动态电路的频率响应 219
9．4．1 一阶低通电路的频率响应 219
9．4．2 二阶低通响应 220
9．4．3 频率响应：二阶带通电路 221
9．4．4 复杂谐振电路的计算 221
9．5 MATLAB电路仿真实例 222
9．5．1 仿真实例1对电路电阻的分析 222
9．5．2 仿真实例2用MATLAB的M文件设计巴特沃斯滤波器 224
9．5．3 仿真实例3信号的分解 225
9．5．4 仿真实例4信号的合成 227
习题9 228
实验9 MATLAB在电路仿真中的应用 229
第10章　MATLAB在数字信号处理中的应用 230
10．1 信号的MATLAB表示与描述 230
10．1．1 离散信号的MATLAB表示 230
10．1．2 信号序列的产生 232
10．2 MATLAB数字信号处理基础 235
10．2．1 信号基本运算 235
10．2．2 信号的卷积 238
10．2．3 信号的相关 239
10．3 信号的频域分析 240
10．3．1 傅里叶级数分析 240
10．3．2 离散傅里叶变换 241
10．3．3 快速傅里叶变换 242
10．3．4 信号窗函数 245
10．4 其他数字信号分析方法 247
10．4．1 离散余弦变换 247
10．4．2 希尔伯特变换 249
10．4．3 倒谱分析 250
10．5 数字滤波器设计 252
10．5．1 数字滤波器基本原理与分类 252
10．5．2 IIR滤波器设计及MALTAB实现 253
10．5．3 FIR滤波器设计及MATLAB实现 258
习题10 261
实验10 MATLAB在数字信号处理中的应用 262
第11章 MATLAB在数字图像处理中的应用 263
11．1 图像基本操作 263
11．1．1 图像的读取和显示 263
11．1．2 图像的基本运算 264
11．1．3 图像数据的保存 266
11．2 图像灰度变换 266
11．2．1 常用灰度变换函数 266
11．2．2 线性灰度变换和非线性灰度变换 268
11．2．3 直方图均衡化 268
11．3 滤波处理 270
11．3．1 空间滤波 270
11．3．2 频域滤波 273
11．4 形态学处理 274
11．4．1 膨胀与腐蚀 275
11．4．2 开运算与闭运算 277
11．5 图像分割 279
11．5．1 边缘检测 279
11．5．2 阈值处理 280
11．5．3 区域生长 281
习题11 285
实验11 数字图像处理 285
第12章 MATLAB在电磁场与电磁波中的应用 286
12．1 矢量分析 286
12．1．1 矢量基本运算 286
12．1．2 梯度、散度和旋度的计算 289
12．1．3 场的可视化 290
12．2 电磁场的计算与仿真 291
12．2．1 静电场的计算与仿真 291
12．2．2 恒定磁场的计算与仿真 293
12．3 电磁波的计算与仿真 297
12．3．1 电磁波的合成计算与仿真 297
12．3．2 电磁波驻波的模拟 298
12．3．3 光的多缝衍射模拟 299
12．3．4 电磁波的极化模拟 300
12．3．5 电磁波传播的模拟 303
习题12 306
实验12　矢量计算与电磁仿真 307
参考文献 308

前言/序言

前言

学生和科研工作者的一项重要工作是，通过编程对自己的想法与设计进行计算、仿真和验证，而这项工作通常纷繁复杂、耗时和乏味，因此极大地增加了学习和科研的难度。MATLAB是Mathworks 公司推出的一套高性能数值计算和可视化软件，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，可方便地应用于数学计算、算法开发、数据采集、系统建模和仿真、控制系统、神经网络、图像处理、模糊逻辑、科学和工程绘图、应用软件开发等方面。MATLAB的更大优点在于其具有其他高级编程语言难以比拟的编写简单、效率高、易学易懂等优点，因此MATLAB语言也被通俗地称为演算纸式的科学算法语言，在MATLAB开发环境中描述问题及编写求解问题的程序时，用户可以按照符合人们的科学思维方式和数学表达习惯的语言形式来书写程序，摆脱复杂的编程语法和众多的编程规范，能真正地把精力放在科研和设计的核心问题上，进而大大提高工作效率。

MATLAB已是当今最优秀的科技应用软件之一，其强大的科学计算能力、可视化功能、开放式可扩展环境、源程序开放性和大量的专业领域工具箱，已被广泛应用于电子信息、金融、生物医学、通信、工程数学、土木工程、人工智能等领域。因此，MATLAB应逐渐成为众多专业学生必须掌握的一门语言和学习、科研工具，以便为学习和科研带来极大便利。目前，市面上的MATLAB书籍很多，但大多针对某个特定应用领域，内容较深而不够全面，不适合本科教学。本书基于MATLAB最新的2014版，根据本科生当前认知水平和知识基础，由浅入深、系统全面地介绍MATLAB的特性、使用和编程方法，并结合与专业知识相关的大量实例展示MATLAB的功能、应用和效果，旨在激发学生的学习兴趣，使学生掌握一种重要的工具和技能，提高学生解决问题的能力，为今后的学习、科研和工作打下坚实的基础。

本书由重庆理工大学肖汉光、邹雪、宋涛主编，汤斌、张建强参编，编写过程中得到了罗海军老师的大力支持和指导，在此表示诚挚的感谢。由于编者水平有限，书中难免存在一些错误和不当之处，敬请同行和各位读者批评指正。

编 者

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