MATLAB从入门到实践（第2版）

　　MATLAB适合多学科、多种工作平台，功能强大、界面友好且开放性很强的交互式大型**应用软件，特别适合科学计算、数值分析、数字信号处理、自动控制及工程应用等。本书在1版广泛应用的基础上，吸收众多读者的宝贵建议进行改版，大幅完善了图书内容，以MATLAB R2017b版软件为平台，注重实际应用，通过大量实例，结合科学计算中的重要问题，从MATLAB的入门知识开始，详细讲解MATLAB图形处理及图形用户界面，Simulink动态系统仿真，线性方程组求解，非线性方程（组）求解，矩阵特征值求解、优化、统计，微分方程数值解，有限元方法编程等，并在每章中都有非常丰富的综合实例。

　　谢龙汉，华南理工大学机械与汽车工程学院，副教授。2002年毕业于浙江大学过程装备与控制工程专业本科，在浙江大学华工过程机械研究所取得硕士学位，之后在广州本田汽车有限公司研发中心工作过两年，2010年获得香港中文大学机械与自动化工程系的博士学位。国内外学术期刊上发表30多篇学术论文，在CAD/CAM/CAE方面出版过多部著作，写作经验丰富，作品技术含量高，实用性强。

 

第1部分  入 门 知 识 

第1章  MATLAB基础概述 1

1.1  MATLAB科学计算概述 1

1.2  MATLAB科学计算的优势 3

1.3  MATLAB工作环境 4

1.3.1  操作界面的菜单栏 4

1.3.2  桌面平台的工具栏 13

1.3.3  桌面组件 14

1.3.4  属性设置 15

1.3.5  工作空间常用命令 20

1.4  功能模块 20

1.4.1  基础工具 21

1.4.2  控制 22

1.4.3  实时目标系统 23

1.4.4  应用接口 24

1.4.5  数学与金融 24

1.4.6  信号通信处理及系统开发 26

1.4.7  测试测量 26

1.4.8  其他工具箱 27

1.5  数据输入/输出与文件操作 27

1.5.1  数据输入与输出 27

1.5.2  文件的打开与关闭 30

1.5.3  二进制文件的读/写操作 31

1.5.4  文本文件的读/写操作 32

1.5.5  数据文件定位 33

1.6  在线帮助系统 34

1.7  MATLAB的学习方法 37

1.8  MATLAB的安装方法 37

第2章  MATLAB程序设计 43

2.1  程序基础 43

2.2  数据类型和运算 45

2.2.1  常量和变量 45

2.2.2  数值数据 46

2.2.3  字符数据 48

2.2.4  逻辑数据类型 51

2.2.5  日期和时间 53

2.2.6  单元数组和结构体 54

2.3  数组与矩阵 56

2.3.1  创建数组 56

2.3.2  数组运算 58

2.3.3  数组处理函数 60

实例2-1  判断数组元素是否在另一数组中出现 68

2.3.4  矩阵及其运算 69

实例2-2  简单线性方程组求解 70

2.3.5  特殊矩阵 71

实例2-3  利用特殊矩阵快速构造矩阵 72

2.3.6  稀疏矩阵及函数 73

实例2-4  稀疏矩阵函数的巧用 74

2.4  控制语句 76

2.4.1  for循环语句 76

2.4.2  while循环语句 77

2.4.3  if-else-end语句 77

2.4.4  switch-case语句 78

2.4.5  try-catch语句 79

实例2-5  判断矢量单调性 79

2.5  M函数 81

2.5.1  M函数构造规则 81

2.5.2  输入/输出参数 82

2.5.3  函数调用 83

2.5.4  用Feval进行函数运算 83

实例2-6  矢量单调性（包含子函数调用） 86

2.6  程序调试 88

实例2-7  程序调试实例 89

2.7  MATLAB编程技巧 91

2.8  综合实例 93

实例2-8  汉诺塔问题 93

实例2-9  结构体的处理 94

第3章  绘图与界面 97

3.1  二维绘图 97

3.1.1  plot函数及设置 97

实例3-1  绘制二维图的应用实例 101

3.1.2  子图 102

3.1.3  特殊二维图形 103

3.2  三维绘图 105

3.2.1  三维曲线图 105

3.2.2  特殊三维图形 107

实例3-2  绘制三维图应用实例 109

3.3  打印和导出图形 110

3.3.1  用菜单打印和导出 111

3.3.2  命令行打印和导出 113

3.4  图形用户界面 115

3.4.1  图形用户界面 115

3.4.2  GUI如何工作 116

3.4.3  创建GUI途径 116

3.5  用GUIDE创建GUI 117

3.5.1  新建一个GUI 117

3.5.2  添加组件 119

3.5.3  GUI的存储 122

3.5.4  GUI的编程 123

3.6  菜单和工具栏 126

3.6.1  菜单的创建 126

3.6.2  工具栏的创建 129

3.7  组件 130

3.7.1  组件类型 130

3.7.2  组件属性 131

3.8  综合实例 132

实例3-3  稀疏矩阵排列图 132

实例3-4  交互式用户界面设计实例 133

第4章  Simulink仿真 134

4.1  Simulink概述 134

4.2  Simulink模块库 136

4.2.1  公共模块库 136

4.2.2  功能模块库 136

4.3  创建Simulink模型 137

4.3.1  建立或打开仿真结构图 137

4.3.2  菜单与工具栏功能 139

4.3.3  模块处理 139

4.3.4  线的处理 141

4.3.5  运行仿真 142

实例4-1  仿真结构图应用实例 146

4.4  子系统与封装 149

4.4.1  子系统 149

实例4-2  子系统设计应用实例 150

4.4.2  封装 152

实例4-3  封装设计应用实例 154

4.5  Simulink模型调试 156

4.5.1  Simulink调试器 156

4.5.2  命令行调试 158

4.6  S函数 160

4.6.1  S函数模块 160

4.6.2  S函数工作原理 162

4.6.3  M文件的S函数编写 163

4.6.4  M文件的S函数模板 164

实例4-4  S函数应用实例 166

4.7  综合实例 168

实例4-5  食饵—捕食者模型 168

实例4-6  S函数种群竞争模型 169

实例4-7  动画演示单摆运动 172

 

第2部分  MATLAB在科学计算中的应用

 

第5章  线性方程组求解 175

5.1  直接解法 176

5.1.1  Gauss消去法 176

实例5-1  Gauss消去法应用实例 177

5.1.2  选主元Gauss消去法 178

实例5-2  选主元Gauss消去法应用实例 178

5.1.3  Cholesky分解法 180

实例5-3  Cholesky分解法应用实例 181

5.2  迭代法 181

5.2.1  Jacobi迭代法 182

实例5-4  Jacobi迭代法应用实例 182

5.2.2  Gauss-Seidel迭代法 183

实例5-5  Gauss-Seidel迭代法应用实例 183

5.2.3  超松弛迭代法 184

实例5-6  超松弛迭代法应用实例 184

5.2.4  共轭梯度法 185

实例5-7  共轭梯度法应用实例 186

5.2.5  Bicg迭代法 186

实例5-8  Bicg迭代法应用实例 187

5.2.6  Bicgstab迭代法 188

实例5-9  Bicgstab迭代法应用实例 188

5.3  综合实例 189

实例5-10  Dirichlet问题中的线性方程组求解问题 189

实例5-11  两点边值问题差分法线性方程组求解问题 191

第6章  非线性方程（组）求解 194

6.1  二分法 194

实例6-1  二分法应用实例 195

6.2  迭代法 196

6.2.1  牛顿法 196

实例6-2  牛顿法应用实例 197

6.2.2  割线法 198

实例6-3  割线法应用实例 198

6.2.3  拟牛顿法 199

实例6-4  拟牛顿法应用实例 199

6.2.4  Halley迭代法 200

实例6-5  Halley迭代应用实例 200

6.3  综合实例 201

实例6-6  牛顿法求解非线性方程组 201

实例6-7  Halley迭代法求解非线性方程组 203

第7章  矩阵特征值求解 205

7.1  非对称特征值问题 205

7.1.1  幂法 205

实例7-1  幂法实例 206

7.1.2  反幂法 207

实例7-2  反幂法实例 208

7.1.3  QR方法 210

实例7-3  QR方法实例 210

7.2  对称特征值问题 212

7.2.1  对称QR法 212

实例7-4  对称QR方法实例 212

7.2.2  Jacobi方法 214

实例7-5  Jacobi方法实例 215

7.2.3  二分法 218

实例7-6  二分法实例 218

7.3  综合实例 221

实例7-7  病态实阵的特征值问题 221

实例7-8  二点边值问题差分离散矩阵特征值实例 221

第8章  微分方程（组）求解 224

8.1  单步法 224

8.1.1  显式Euler方法 224

实例8-1  显式Euler方法实例 225

8.1.2  改进的Euler方法 226

实例8-2  改进的Euler方法实例 227

8.1.3  Runge-Kutta方法 228

实例8-3  Runge-Kutta方法实例 229

8.2  线性多步法 231

8.2.1  Adams外插法 231

实例8-4  Adams外插法实例 232

8.2.2  Adams内插法 234

实例8-5  Adams内插法实例 235

8.3  有限差分法 238

8.3.1  网格剖分 238

8.3.2  数值微分 238

8.3.3  差分定解 239

实例8-6  差分法边值问题实例 239

8.4  常微分方程组求解 241

实例8-7  微分方程组实例 241

8.5  综合实例 242

实例8-8  一维抛物型方程差分法求解 242

实例8-9  二维波动方程求解 245

第9章  拟合与插值 249

9.1  插值运算 249

9.1.1  一维插值 249

实例9-1  一维插值实例 252

9.1.2  二维插值 254

实例9-2  二维插值实例 255

9.2  曲线拟合 256

9.2.1  多项式最小二乘拟合 256

实例9-3  多项式拟合实例 257

9.2.2  曲线拟合工具箱 259

实例9-4  曲线拟合工具箱应用实例 261

9.3  综合实例 262

实例9-5  温度曲线问题 262

实例9-6  根据山区地形选点海拔确定地貌 264

实例9-7  流水量与供水量问题 265

第10章  优化 268

10.1  方程求根 268

10.2  一维最小值问题 271

10.3  多维最小值问题 272

10.4  线性规划 273

10.4.1  线性规划问题及数学模型 273

10.4.2  线性规划求解 274

实例10-1  线性规划实例 275

10.5  整型规划 276

实例10-2  整型规划实例 277

10.6  0-1规划 282

实例10-3  0-1规划实例 283

10.7  无约束非线性规划 284

10.7.1  一维搜索 285

实例10-4  一维搜索实例 286

10.7.2  黄金分割法 288

实例10-5  黄金分割法实例 289

10.7.3  牛顿法 290

实例10-6  牛顿法无约束非线性规划实例 291

10.8  有约束非线性规划 292

实例10-7  有约束非线性规划实例 293

10.9  二次规划 294

实例10-8  二次规划实例 296

10.10  综合实例 297

实例10-9  运输问题 297

实例10-10  供应与选址问题 299

实例10-11  连续投资问题 301

第11章  变换及分析 304

11.1  Fourier变换 304

11.1.1  基本Fourier变换 305

实例11-1  函数的Fourier变换 305

11.1.2  基本Fourier逆变换 306

实例11-2  函数的Fourier逆变换 307

11.1.3  离散Fourier变换 308

11.1.4  快速Fourier变换 309

11.2  Laplace变换 312

11.2.1  Laplace变换 312

实例11-3  函数的Laplace变换 313

11.2.2  Laplace逆变换 314

实例11-4  函数的Laplace逆变换 314

11.2.3  Laplace变换与LTI系统 316

11.3  Z变换 316

11.3.1  Z变换 316

11.3.2  Z逆变换 317

11.3.3  Z变换与离散LTI系统 318

11.4  滤波器的设计 320

11.5  综合实例 323

实例11-5  滤波器的设计 323

实例11-6  滤波器的应用 327

第12章  概率及统计分析 329

12.1  概率密度函数与分布函数 329

12.2  随机变量的数字特征 333

12.2.1  数学期望 333

12.2.2  方差与标准差 335

12.2.3  协方差与相关系数 336

12.2.4  中心矩 338

12.2.5  分布函数的统计量 338

12.3  逆分布函数及随机数生成 339

12.3.1  逆分布函数 339

12.3.2  随机数生成 340

实例12-1  随机数生成 341

12.4  参数估计 342

实例12-2  参数估计实例 345

实例12-3  统计图实例 350

12.5  假设检验 351

12.5.1  单个正态总体均值的检验 351

实例12-4  单个正态总体均值假设检验实例 352

12.5.2  两个正态总体均值差的检验 353

实例12-5  两个正态总体均值差假设检验实例 354

12.6  回归分析 354

12.6.1  一元线性回归分析 355

实例12-6  一元线性回归分析实例 355

12.6.2  多元线性回归分析 356

实例12-7  多元线性回归分析实例 357

12.7  综合实例 358

实例12-8  岩石成分分析模型 358

实例12-9  槲寄生问题 358

第13章  数值积分及复变函数 361

13.1  数值积分 361

13.1.1  中点公式 361

13.1.2  Newton-Cotes公式 362

13.1.3  Gauss求积公式 364

13.1.4  三角形上的求积公式 365

13.1.5  MATLAB提供的求积函数 366

实例13-1  数值积分公式比较 368

13.2  复变函数 369

13.2.1  复变函数的极限求导和积分 369

13.2.2  复变函数的Taylor展开 370

13.2.3  复变函数图像 371

13.2.4  留数 371

实例13-2  复变函数留数的计算及应用 372

13.3  综合实例 372

实例13-3  复变函数洛朗展开 372

实例13-4  三角形上的积分实例 373

第14章  有限元分析法 375

14.1  网格生成 375

14.1.1  网格生成工具 375

14.1.2  数据保存 377

实例14-1  网格生成实例 378

14.2  协调元 379

实例14-2  协调元实例 380

14.3  非协调元 382

实例14-3  非协调元实例 383

14.4  离散格式 384

14.5  构造线性方程组 385

实例14-4  构造线性方程组实例 386

14.6  线性方程组求解及误差分析 388

实例14-5  线性方程组求解及误差分析实例 388

14.7 综合实例 390

实例14-6  变系数泊松方程有限元求解 390

实例14-7  求解Helmholtz方程 392

第15章  工程实例 395

15.1  特征值问题求解 395

15.1.1  网格生成 395

15.1.2  离散格式 396

15.1.3  线性方程组特征值问题求解及误差 397

15.1.4  程序实现 398

实例15-1  特征值问题求解程序 398

15.2  对流扩散方程求解 400

15.2.1  网格生成 401

15.2.2  离散格式 402

15.2.3  线性方程组求解及误差 402

15.2.4  程序实现 403

实例15-2  对流扩散方程求解程序 403

15.3  热传导方程求解 408

15.3.1  网格生成 408

15.3.2  离散格式 409

15.3.3  线性方程组的求解及误差 410

15.3.4  程序实现 410

实例15-3  热传导方程求解程序 410