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第一部分 MATLAB基础知识3

第1章 MATLAB基础3

1.1 MATLAB简介3

1.1.1 MATLAB的主要特点与系统结构3

1.1.2 MATLAB的发展历程4

1.2 MATLAB工作环境4

1.2.1 命令行窗口4

1.2.2 帮助窗口7

1.2.3 帮助系统窗口8

1.2.4 M文件编辑窗口9

1.2.5 图形窗口14

1.2.6 当前文件夹16

1.2.7 搜索路径16

1.3 查询帮助命令17

1.3.1 help命令17

1.3.2 模糊寻找18

1.4 小结19

第2章 MATLAB程序设计20

2.1 MATLAB程序控制结构20

2.1.1 顺序结构20

2.1.2 选择结构22

2.1.3 循环结构26

2.2 程序流程控制语句及其他常用命令26

2.2.1 break命令26

2.2.2 continue命令27

2.2.3 return命令27

2.2.4 echo命令28

2.2.5 pause命令28

2.2.6 try命令28

2.3 小结29

第3章 数组与矩阵30

3.1 数组运算30

3.1.1 数组的创建与操作30

3.1.2 常见的数组运算34

3.2 矩阵的表示37

3.2.1 直接输入法38

3.2.2 载入外部数据文件38

3.2.3 利用MATLAB内置函数创建矩阵39

3.2.4 利用M文件创建和保存矩阵41

3.3 矩阵的拼接41

3.3.1 基本拼接41

3.3.2 拼接函数42

3.4 MATLAB矩阵寻访43

3.4.1 下标寻访43

3.4.2 单元素寻访44

3.4.3 多元素寻访44

3.5 MATLAB矩阵的运算45

3.5.1 矩阵加减运算46

3.5.2 矩阵乘法46

3.5.3 矩阵除法47

3.5.4 矩阵的乘方48

3.5.5 矩阵的行列式48

3.6 矩阵分析49

3.6.1 对角矩阵49

3.6.2 三角矩阵50

3.6.3 矩阵的转置和旋转51

3.6.4 矩阵的求逆52

3.6.5 矩阵的秩和迹53

3.6.6 向量和矩阵的范数54

3.6.7 矩阵特征值和特征向量55

3.6.8 矩阵的超越函数56

3.7 稀疏矩阵58

3.7.1 稀疏矩阵的存储58

3.7.2 稀疏矩阵的操作61

3.7.3 稀疏矩阵的运算63

3.8 解线性方程组65

3.9 小结66

第4章 基本数值类型与字符串67

4.1 变量、数值与表达式67

4.1.1 变量及其分类67

4.1.2 数值70

4.1.3 表达式72

4.2 MATLAB基本数值类型72

4.2.1 整数类型数据运算74

4.2.2 MATLAB的常量76

4.2.3 空数组78

4.2.4 逻辑运算79

4.2.5 关系运算83

4.3 字符串85

4.3.1 创建字符串85

4.3.2 基本字符串操作86

4.3.3 字符串操作函数88

4.4 小结97

第5章 元胞数组和结构98

5.1 元胞数组98

5.1.1 元胞数组的创建98

5.1.2 元胞数组的基本操作102

5.1.3 元胞数组的操作函数104

5.2 结构108

5.2.1 结构的创建108

5.2.2 结构的基本操作110

5.2.3 结构的操作函数112

5.3 小结114

第6章 数据可视化115

6.1 数据可视化简介115

6.1.1 什么是数据可视化115

6.1.2 图形窗口的建立116

6.2 绘制二维图形117

6.2.1 绘制二维曲线图117

6.2.2 绘制对数曲线图119

6.2.3 绘制双纵坐标曲线图120

6.2.4 绘制其他类型的曲线图120

6.3 绘制三维图形125

6.3.1 绘制三维曲线图125

6.3.2 绘制三维曲面图126

6.3.3 绘制三维特殊图形130

6.3.4 绘制动画图形132

6.3.5 绘制几何解析图形134

6.4 绘制四维图形136

6.5 图形绘制和编辑137

6.5.1 色彩和线型137

6.5.2 图形的标注与修饰138

6.5.3 图形分割146

6.6 函数图形的绘制149

6.6.1 一元函数图形的绘制149

6.6.2 二元函数图形的绘制150

6.7 小结152

第二部分 MATLAB数学应用155

第7章 数据分析155

7.1 MATLAB多项式运算155

7.1.1 多项式的表示与创建155

7.1.2 求多项式的根157

7.2 多项式四则运算158

7.2.1 多项式加减运算158

7.2.2 多项式乘法运算159

7.2.3 多项式除法运算159

7.3 多项式的导数与求值160

7.3.1 多项式的导数160

7.3.2 多项式的求值161

7.3.3 部分分式展开162

7.4 数据插值163

7.4.1 一维插值163

7.4.2 二维插值164

7.5 函数极限和导数165

7.6 数值积分函数167

7.6.1 quad函数167

7.6.2 quad8函数167

7.6.3 dblquad函数168

7.7 小结168

第8章 MATLAB优化工具箱169

8.1 线性规划169

8.2 用MATLAB解无约束优化问题173

8.2.1 一元函数无约束优化问题173

8.2.2 多元函数无约束优化问题174

8.3 二次规划175

8.4 目标规划177

8.5 非线性方程的求解180

8.6 非线性方程组的求解181

8.7 小结182

第9章 符号数学计算183

9.1 运算符号操作183

9.2 基本运算操作184

9.2.1 合并同类项184

9.2.2 列空间的基185

9.2.3 复合函数计算185

9.2.4 符号复数的共轭、实数部分和虚数部分186

9.2.5 设置变量的精度186

9.2.6 余弦函数的整函数187

9.2.7 符号表达式的分子与分母187

9.2.8 将符号转换为MATLAB的数值形式188

9.2.9 符号表达式的展开189

9.2.10 符号因式分解189

9.2.11 寻找符号表达式的最简形式190

9.2.12 符号矩阵的维数191

9.2.13 代数方程的符号解析解191

9.2.14 符号表达式的化简192

9.2.15 符号表达式的求和193

9.2.16 符号表达式的转换193

9.3 微积分194

9.4 积分变换196

9.5 函数计算器200

9.6 Taylor级数204

9.7 小结205

第10章 概率统计206

10.1 随机变量的产生206

10.1.1 二项分布的随机数据的产生206

10.1.2 正态分布的随机数据的产生207

10.1.3 通用函数求各分布的随机数据208

10.2 概率密度计算209

10.2.1 通用函数计算概率密度函数值209

10.2.2 专用函数计算概率密度函数值210

10.3 累积概率值217

10.3.1 通用函数计算累积概率值217

10.3.2 专用函数计算累积概率值218

10.4 随机变量的数字特征219

10.4.1 平均值与中值219

10.4.2 数据比较220

10.4.3 期望222

10.4.4 方差222

10.4.5 协方差与相关系数224

10.5 统计作图226

10.5.1 正整数的频率表226

10.5.2 经验累积分布函数图形227

10.5.3 最小二乘拟合直线228

10.5.4 绘制正态分布概率图形228

10.5.5 绘制威布尔概率图形229

10.5.6 样本数据的盒图230

10.5.7 参考线的绘制230

10.5.8 样本的概率图形232

10.6 小结232

第三部分 MATLAB工程应用235

第11章 MATLAB图形句柄235

11.1 图形对象的属性235

11.2 图形对象及其句柄237

11.2.1 figure对象237

11.2.2 axes对象238

11.2.3 core对象239

11.2.4 plot对象240

11.2.5 group对象241

11.2.6 annotation对象241

11.3 小结242

第12章 图形用户界面243

12.1 图形用户界面简介243

12.1.1 GUI入门243

12.1.2 GUI的设计原则与步骤244

12.1.3 GUI模板与设计窗口245

12.2 控制框对象与属性246

12.3 GUI的设计工具255

12.3.1 布局编辑器256

12.3.2 用属性查看器设置控制框属性256

12.3.3 对象浏览器257

12.3.4 Tab键顺序编辑器257

12.3.5 对齐对象257

12.3.6 编辑器258

12.3.7 菜单编辑器259

12.4 对话框设计261

12.4.1 Windows公共对话框262

12.4.2 MATLAB专用对话框265

12.5 菜单设计269

12.6 小结274

第13章 MATLAB图像处理工具箱275

13.1 MATLAB支持的图像类型275

13.2 图像文件格式278

13.3 图像处理的基本函数278

13.3.1 imfinfo函数278

13.3.2 imread函数279

13.3.3 imwrite函数280

13.3.4 imshow函数281

13.4 图像的基本运算283

13.4.1 点运算283

13.4.2 图像的代数运算284

13.4.3 图像的几何运算290

13.5 图像的变换297

13.5.1 傅里叶变换297

13.5.2 离散余弦变换300

13.6 图像的增强302

13.6.1 灰度变换增强302

13.6.2 图像的空域滤波增强304

13.6.3 图像的频域滤波增强308

13.7 图像的复原320

13.7.1 维纳滤波复原320

13.7.2 约束的最小二乘方滤波复原322

13.7.3 Lucy-Richardson滤波复原323

13.7.4 盲去卷积滤波复原324

13.8 边缘检测325

13.8.1 Sobel算子325

13.8.2 Roberts算子327

13.8.3 Prewitt算子328

13.8.4 Laplacian-Gauss算子329

13.8.5 Canny算子330

13.9 图像的数学形态学处理331

13.10 小结336

第14章 MATLAB信号处理工具箱337

14.1 MATLAB信号处理基础简介337

14.1.1 离散信号337

14.1.2 离散信号的基本运算344

14.1.3 离散的傅里叶变换347

14.1.4 Z变换349

14.1.5 窗函数350

14.2 特殊信号波形的产生354

14.2.1 方波函数354

14.2.2 随机函数355

14.2.3 三角波函数356

14.2.4 sinc函数357

14.2.5 线性调频函数357

14.2.6 diric函数359

14.2.7 rectpuls函数359

14.2.8 tripuls函数360

14.2.9 pulstran函数361

14.2.10 gauspuls函数362

14.3 IIR滤波器的设计363

14.3.1 IIR滤波器实现的基本结构363

14.3.2 模拟滤波器原型366

14.4 FIR滤波器设计374

14.4.1 窗函数FIR滤波器设计374

14.4.2 基于频率采样法FIR带通滤波器设计376

14.4.3 任意设计滤波器379

14.5 随机信号系统处理模型380

14.5.1 AR模型380

14.5.2 MA模型382

14.5.3 ARMA模型385

14.6 小结388

第15章 小波分析工具箱389

15.1 小波分析简介389

15.1.1 傅里叶变换与小波变换的比较389

15.1.2 多分辨分析390

15.2 小波变换391

15.2.1 一维连续小波变换391

15.2.2 高维连续小波变换393

15.2.3 离散小波变换393

15.3 小波包分析394

15.3.1 小波包的定义395

15.3.2 小波包的性质395

15.3.3 几种常用的小波396

15.4 小波工具箱简介398

15.5 小波变换在图像处理中的应用403

15.5.1 小波在图像压缩方面的应用403

15.5.2 小波在图像边缘检测的应用408

15.5.3 小波变换在图像增强方面的应用409

15.6 小结416

第16章 文件读取I/O操作417

16.1 低级文件I/O程序417

16.1.1 fopen函数418

16.1.2 fclose函数418

16.1.3 fwrite函数418

16.1.4 fread函数419

16.1.5 fscanf函数419

16.1.6 fprintf函数419

16.2 高级文件I/O程序422

16.2.1 MAT文件操作422

16.2.2 图像、声音和影片格式文件的操作423

16.3 小结423

第17章 Simulink仿真424

17.1 Simulink的工作环境与启动424

17.1.1 Simulink的仿真示例424

17.1.2 Simulink的模块库427

17.2 Simulink模型的创建430

17.2.1 Simulink模块的基本操作430

17.2.2 信号线的处理与修饰433

17.2.3 常用模块的参数和属性设置433

17.2.4 复杂系统的仿真与分析436

17.2.5 创建模型的基本步骤438

17.3 连续系统建模439

17.4 非线性系统441

17.5 子系统与封装443

17.5.1 建立子系统443

17.5.2 子系统的封装445

17.5.3 条件执行子系统448

17.5.4 触发子系统449

17.6 过零检测和代数环450

17.6.1 过零的发生450

17.6.2 过零检测的实现方式450

17.6.3 其他注意事项453

17.6.4 直接馈通模块454

17.6.5 代数环的产生454

17.6.6 代数约束455

17.7 用MATLAB命令创建和运行Simulink模型456

17.8 小结457

参考文献458