MATLAB 2016基礎(chǔ)實(shí)例教程

第1章　MATLAB入門 1
1．1　MATLAB中的科學(xué)計算概述　1
1．1．1　MATLAB的發(fā)展歷程　1
1．1．2　MATLAB的應(yīng)用　2
1．1．3　MATLAB的特點(diǎn)　3
1．1．4　MATLAB系統(tǒng)　3
1．2　MATLAB 2016的用戶界面　4
1．2．1　標(biāo)題欄　4
1．2．2　功能區(qū)　5
1．2．3　工具欄　5
1．2．4　命令窗口　6
1．2．5　歷史窗口　8
1．2．6　當(dāng)前目錄窗口　9
1．2．7　課堂練習(xí)—環(huán)境設(shè)置　10
1．3　MATLAB命令的組成　10
1．3．1　基本符號　11
1．3．2　功能符號　12
1．3．3　常用指令　14
1．4　課后習(xí)題　15
第2章　MATLAB的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　16
2．1　數(shù)據(jù)類型　16
2．1．1　數(shù)值類型　16
2．1．2　操作實(shí)例　18
2．1．3　邏輯類型　19
2．1．4　課堂練習(xí)—數(shù)值的邏輯運(yùn)算練習(xí)　20
2．1．5　結(jié)構(gòu)類型　20
2．1．6　定義類型　21
2．1．7　操作實(shí)例　22
2．2　數(shù)據(jù)定義　23
2．2．1　字符串定義　23
2．2．2　操作實(shí)例　25
2．2．3　向量定義　26
2．2．4　課堂練習(xí)—求解區(qū)間數(shù)值　28
2．2．5　矩陣定義　28
2．2．6　操作實(shí)例　29
2．2．7　課堂練習(xí)—創(chuàng)建成績單　30
2．2．8　符號變量定義　30
2．2．9　課堂練習(xí)—定義變量x　31
2．3　綜合實(shí)例—符號矩陣的創(chuàng)建　31
2．4　課后習(xí)題　34
第3章　數(shù)值運(yùn)算　35
3．1　運(yùn)算符　35
3．1．1　算術(shù)運(yùn)算符　35
3．1．2　關(guān)系運(yùn)算符　36
3．1．3　邏輯運(yùn)算符　37
3．1．4　操作實(shí)例　38
3．2　數(shù)值數(shù)學(xué)運(yùn)算　38
3．2．1　復(fù)數(shù)運(yùn)算　38
3．2．2　課堂練習(xí)—復(fù)數(shù)求模運(yùn)算　40
3．2．3　三角函數(shù)運(yùn)算　41
3．2．4　課堂練習(xí)—求解正弦值　41
3．3　符號運(yùn)算　41
3．3．1　符號表達(dá)式的基本運(yùn)算　41
3．3．2　課堂練習(xí)—符號表達(dá)式的基本代數(shù)運(yùn)算　42
3．4　向量數(shù)學(xué)運(yùn)算　42
3．4．1　向量的四則運(yùn)算　42
3．4．2　向量的點(diǎn)乘運(yùn)算　43
3．4．3　向量的點(diǎn)積運(yùn)算　44
3．4．4　操作實(shí)例　44
3．4．5　向量的叉積運(yùn)算　45
3．4．6　課堂練習(xí)—計算向量的
混合積　45
3．5　矩陣數(shù)學(xué)運(yùn)算　46
3．5．1　矩陣的加法運(yùn)算　46
3．5．2　矩陣的減法運(yùn)算　47
3．5．3　矩陣的乘法運(yùn)算　47
3．5．4　矩陣的除法運(yùn)算　49
3．5．5　操作實(shí)例　49
3．5．6　課堂練習(xí)—矩陣四則運(yùn)算　50
3．5．7　冪函數(shù)　51
3．5．8　課堂練習(xí)—求解冪運(yùn)算　52
3．6　元素運(yùn)算　52
3．6．1　向量元素　52
3．6．2　矩陣元素　53
3．6．3　課堂練習(xí)—創(chuàng)建新矩陣　53
3．7　綜合實(shí)例—材料力矩數(shù)據(jù)分析　54
3．8　課后習(xí)題　57
第4章　矩陣運(yùn)算　59
4．1　矩陣的分類　59
4．1．1　基本矩陣　59
4．1．2　隨機(jī)矩陣　61
4．1．3　操作實(shí)例　61
4．1．4　稀疏矩陣　62
4．1．5　伴隨矩陣　63
4．1．6　課堂練習(xí)—變換基本矩陣　64
4．1．7　魔方矩陣　64
4．1．8　操作實(shí)例　64
4．1．9　托普利茲矩陣　65
4．1．10　希爾伯特矩陣　66
4．1．11　課堂練習(xí)—“病態(tài)”矩陣
問題　66
4．1．12　操作實(shí)例　67
4．2　矩陣運(yùn)算　68
4．2．1　矩陣的逆　68
4．2．2　操作實(shí)例　69
4．2．3　矩陣的轉(zhuǎn)置　71
4．2．4　操作實(shí)例　71
4．2．5　課堂練習(xí)—矩陣更新問題　73
4．2．6　若爾當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)形　74
4．2．7　操作實(shí)例　75
4．3　矩陣變換　76
4．3．1　方向變換　77
4．3．2　階梯矩陣　78
4．3．3　操作實(shí)例　79
4．3．4　課堂練習(xí)—矩陣的階梯
變換　79
4．3．5　三角變換　79
4．4　矩陣分解　81
4．4．1　奇異值分解　81
4．4．2　楚列斯基分解　82
4．4．3　三角分解　83
4．4．4　操作實(shí)例　85
4．4．5　與 分解　86
4．4．6　QR分解　89
4．4．7　操作實(shí)例　91
4．5　綜合實(shí)例—部門工資統(tǒng)計表的
分析　93
4．6　課后習(xí)題　98
第5章　程序設(shè)計基礎(chǔ)　100
5．1　M文件　100
5．1．1　命令文件　100
5．1．2　課堂練習(xí)—創(chuàng)建電機(jī)
數(shù)據(jù)　102
5．1．3　函數(shù)文件　103
5．1．4　操作實(shí)例　105
5．1．5　課堂練習(xí)—求解函數(shù)表
達(dá)式　108
5．2　MATLAB程序設(shè)計　108
5．2．1　程序結(jié)構(gòu)　108
5．2．2　操作實(shí)例　111
5．2．3　程序的注解　114
5．2．4　操作實(shí)例　115
5．2．5　程序的信息診斷　116
5．2．6　操作實(shí)例　121
5．2．7　程序調(diào)試　123
5．2．8　操作實(shí)例　125
5．3　函數(shù)句柄　127
5．3．1　函數(shù)句柄的創(chuàng)建與顯示　127
5．3．2　函數(shù)句柄的調(diào)用與操作　127
5．3．3　課堂練習(xí)—計算差函數(shù)　127
5．4　綜合實(shí)例—投票結(jié)果的概率
計算　128
5．5　課后習(xí)題　129
第6章　二維圖形繪制　131
6．1　二維曲線的繪制　131
6．1．1　繪制二維圖形　131
6．1．2　課堂練習(xí)—繪制函數(shù)圖形　133
6．1．3　多圖形顯示　133
6．1．4　操作實(shí)例　135
6．1．5　課堂練習(xí)—繪制參數(shù)曲線的
圖像　137
6．1．6　函數(shù)圖形的繪制　137
6．1．7　操作實(shí)例　139
6．1．8　設(shè)置曲線樣式　141
6．2　圖形注釋　142
6．2．1　注釋圖形標(biāo)題及軸名稱　142
6．2．2　圖形標(biāo)注　142
6．2．3　圖例標(biāo)注　144
6．2．4　操作實(shí)例　145
6．3　綜合實(shí)例—比較函數(shù)曲線　147
6．4　課后習(xí)題　150
第7章　矩陣的應(yīng)用　151
7．1　特征值與特征向量　151
7．1．1　特征值定義　151
7．1．2　矩陣特征值　152
7．1．3　操作實(shí)例　152
7．2　矩陣對角化　153
7．2．1　單位矩陣　154
7．2．2　對角化矩陣　154
7．2．3　課堂練習(xí)—判斷矩陣是否
可以對角化　155
7．2．4　對角化轉(zhuǎn)換　155
7．2．5　操作實(shí)例　156
7．3　符號與數(shù)值　158
7．3．1　符號與數(shù)值間的轉(zhuǎn)換　158
7．3．2　操作實(shí)例　158
7．3．3　符號與數(shù)值間的精度設(shè)置　159
7．3．4　符號矩陣　160
7．3．5　操作實(shí)例　161
7．3．6　課堂練習(xí)—符號方陣的
運(yùn)算　162
7．4　多元函數(shù)分析　162
7．4．1　雅可比矩陣　162
7．4．2　操作實(shí)例　163
7．5　綜合實(shí)例—希爾伯特矩陣　163
7．6　課后習(xí)題　173
第8章　多項式與方程組　175
8．1　多項式的運(yùn)算　175
8．1．1　多項式的創(chuàng)建　175
8．1．2　數(shù)值多項式四則運(yùn)算　176
8．1．3　操作實(shí)例　176
8．1．4　多項式導(dǎo)數(shù)運(yùn)算　177
8．1．5　課堂練習(xí)—創(chuàng)建導(dǎo)數(shù)
多項式　177
8．2　函數(shù)運(yùn)算　178
8．2．1　函數(shù)的求值運(yùn)算　178
8．2．2　課堂練習(xí)—求函數(shù)的
定點(diǎn)值　178
8．3　方程的運(yùn)算　178
8．3．1　方程式的解　178
8．3．2　操作實(shí)例　179
8．3．3　線性方程有解　179
8．4　線性方程組求解　180
8．4．1　線性方程組定義　180
8．4．2　利用矩陣的基本運(yùn)算　181
8．4．3　課堂練習(xí)—求方程組的解　182
8．4．4　利用矩陣分解法求解　183
8．4．5　操作實(shí)例　186
8．4．6　非負(fù)最小二乘解　187
8．4．7　操作實(shí)例　187
8．5　綜合實(shí)例—求解電路中的
電流　189
8．6　課后習(xí)題　190
第9章　圖形用戶界面設(shè)計　192
9．1　用戶界面概述　192
9．1．1　用戶界面對象　192
9．1．2　圖形用戶界面　194
9．2　圖形用戶界面設(shè)計　195
9．2．1　GUI概述　195
9．2．2　GUI設(shè)計向?qū)А?96
9．2．3　GUI設(shè)計工具　197
9．2．4　GUI控件　200
9．2．5　課堂練習(xí)—設(shè)計響應(yīng)曲線
界面　201
9．3　控件設(shè)計　202
9．3．1　創(chuàng)建控件　202
9．3．2　控件屬性　203
9．3．3　菜單設(shè)計　206
9．3．4　操作實(shí)例　208
9．4　控件編程　210
9．4．1　回調(diào)函數(shù)　210
9．4．2　操作實(shí)例　211
9．5　綜合實(shí)例—頻譜圖的繪制　213
9．6　課后習(xí)題　218
第10章　三維動畫演示　219
10．1　三維繪圖　219
10．1．1　三維曲線繪圖命令　219
10．1．2　操作實(shí)例　220
10．1．3　課堂練習(xí)—圓錐螺旋線的
繪制　222
10．2　三維圖形修飾處理　222
10．2．1　視角處理　222
10．2．2　操作實(shí)例　223
10．3　特殊圖形　224
10．3．1　向量圖形　225
10．3．2　操作實(shí)例　226
10．4　圖像處理及動畫演示　227
10．4．1　圖像的讀寫　227
10．4．2　課堂練習(xí)—圖片的讀取與
保存　228
10．4．3　圖像的顯示及信息查詢　228
10．4．4　操作實(shí)例　230
10．4．5　課堂練習(xí)—辦公中心圖像
的處理　231
10．4．6　動畫演示　232
10．4．7　操作實(shí)例　232
10．5　綜合實(shí)例—橢球體積分計算
圖形　233
10．6　課后習(xí)題　236
第11章　Simulink仿真設(shè)計　237
11．1　Simulink簡介　237
11．2　Simulink編輯環(huán)境　238
11．2．1　Simulink的啟動與退出　238
11．2．2　Simulink的工作環(huán)境　239
11．3　Simulink模塊庫　242
11．3．1　Commonly Used Blocks庫　243
11．3．2　Continuous庫　244
11．3．3　Discontinuities庫　245
11．3．4　Discrete庫　246
11．3．5　Logic and Bit Operations庫　247
11．3．6　Math Operations庫　248
11．3．7　Ports＆Subsystems庫　249
11．3．8　Sinks庫　251
11．3．9　Sources庫　251
11．3．10　User—Defined Functions庫　253
11．4　Simulink的工作原理　254
11．5　模塊的創(chuàng)建　254
11．5．1　創(chuàng)建模塊文件　255
11．5．2　課堂練習(xí)—仿真文件的
創(chuàng)建與保存　257
11．5．3　模塊的基本操作　257
11．5．4　模塊參數(shù)設(shè)置　258
11．5．5　模塊的連接　260
11．5．6　課堂練習(xí)—階躍信號對
正弦波的影響　262
11．5．7　子系統(tǒng)及其封裝　262
11．5．8　操作實(shí)例　266
11．6　仿真分析　269
11．6．1　仿真參數(shù)設(shè)置　269
11．6．2　仿真的運(yùn)行和分析　271
11．6．3　仿真錯誤診斷　272
11．6．4　課堂練習(xí)—分析信號的
選擇輸出　273
11．7　綜合實(shí)例—強(qiáng)迫扭轉(zhuǎn)振動仿真
分析　273
11．8　課后習(xí)題　276
第12章　應(yīng)用程序接口設(shè)計　278
12．1　應(yīng)用程序接口介紹　278
12．2　MATLAB與．NET聯(lián)合編程　278
12．3　MATLAB與Excel聯(lián)合編程　279
12．3．1　Excel Link安裝與運(yùn)行　279
12．3．2　Excel Link函數(shù)　282
12．4　綜合實(shí)例—在Excel中繪制
數(shù)據(jù)插補(bǔ)曲線　282
第13章　矩陣的運(yùn)算設(shè)計實(shí)例　286
13．1　矩陣介紹　286
13．2　楊輝三角形　287
13．3　帕斯卡矩陣　287
13．3．1　創(chuàng)建帕斯卡矩陣　287
13．3．2　帕斯卡矩陣的屬性　288
13．3．3　抽取帕斯卡矩陣對角線
元素　289
13．3．4　矩陣的應(yīng)用　290
13．4　符號矩陣　291
13．4．1　生成符號矩陣　291
13．4．2　符號矩陣的基本運(yùn)算　291
13．4．3　符號矩陣的應(yīng)用　292
第14章　控制系統(tǒng)的時域分析設(shè)計
實(shí)例　294
14．1　控制系統(tǒng)的分析　294
14．1．1　控制系統(tǒng)的仿真分析　294
14．1．2　閉環(huán)傳遞函數(shù)　295
14．2　閉環(huán)傳遞函數(shù)的響應(yīng)分析　296
14．2．1　階躍響應(yīng)曲線　296
14．2．2　沖激響應(yīng)曲線　296
14．2．3　斜坡響應(yīng)　297
14．3　控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析　298
14．3．1　狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn)　298
14．3．2　穩(wěn)定性　299
第15章　測定線膨脹系數(shù)設(shè)計實(shí)例　300
15．1　線膨脹系數(shù)　300
15．2　線膨脹量的測定　301
15．2．1　創(chuàng)建數(shù)據(jù)矩陣　301
15．2．2　比較不同溫度下膨脹量的
圖形　302
15．2．3　比較膨脹量平均值　306
15．2．4　線膨脹差值cz的范圍　307
15．3　線膨脹系數(shù)計算　309
15．3．1　線膨脹系數(shù)表達(dá)式　309
15．3．2　分析線膨脹系數(shù)　310
第16章　數(shù)字低通信號頻譜分析設(shè)計
實(shí)例　311
16．1　數(shù)字低通信號頻譜輸出　311
16．2　數(shù)字低通信號分析　315
16．2．1　繪制功率譜　315
16．2．2　數(shù)字信號譜分析　317
第17章　課程設(shè)計　320
設(shè)計1—海森伯格矩陣的三角化　320
設(shè)計2—時域和頻域的余弦波比較　321
設(shè)計3—部分最小二乘回歸分析　321
設(shè)計4—生成三維心形圖動畫　322