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作者簡介
目次
商品簡介
MATLAB語言是進行科學計算的利器。本書系統地論述了 MATLAB的功能及使用 MATLAB語言編程的方法。本書內容包括 MATLAB語言的常用數據結構和語句結構、矩陣的代數運算、超越函數的計算方法與數據處理的方法、 MATLAB語言的流程控制結構與應用、 MATLAB函數編寫與調試，以及 MATLAB的科學可視化方法。此外，本書還介紹了 MATLAB語言的接口設計、面向對象的程序設計方法與圖形用戶界面設計方法等。
本書可作為一般讀者學習和掌握 MATLAB語言的工具書，也可作為高等學校理工科各類專業本科生與研究生學習計算機數學語言(MATLAB)的教材。
本書可作為一般讀者學習和掌握 MATLAB語言的工具書，也可作為高等學校理工科各類專業本科生與研究生學習計算機數學語言(MATLAB)的教材。
作者簡介
薛定宇教授： 分別在瀋陽工業大學、東北大學和英國Sussex大學獲得學士(1985年)、碩士(1988年)和博士學位(1992年)，1997年任東北大學信息學院教授。深耕於計算機在數學與自動控制學科的應用，主持了國家精品課程建設，並於1996年在清華大學出版社出版《控制系統計算機輔助設計――MATLAB與應用》，該教材被認為是國內MATLAB應用領域具有深遠影響的一部圖書，為MATLAB在國內高校教學與科研中的普及起到了巨大的作用。薛定宇教授先後被評為遼寧省教學名師、遼寧省優秀教師，獲得國家級教學成果二等獎。其主講的“控制系統仿真與CAD”課程被評為國家級精品課程、國家級精品資源共享課程；主講的“現代科學運算――MATLAB語言與應用”課程被評為遼寧省精品資源共享課程，配套錄製的全新慕課課程均上線於愛課程與中國慕課網站。
目次
目 錄
CONTENTS
第 1章計算機數學語言概述 1
1.1數學問題計算機求解概述 1
1.1.1為什麼要學習計算機數學語言· 1
1.1.2數學問題的解析解與數值解· 4
1.1.3數學運算問題軟件包發展概述· 5
1.1.4常規計算機語言的局限性 7
1.2計算機數學語言簡介 8
1.2.1計算機數學語言的出現 8
1.2.2有代表性的計算機數學語言· 9
1.3科學運算問題的三步求解方法 10本章習題 12第 2章 MATLAB語言程序設計基礎 13
2.1 MATLAB命令窗口與基本命令 14
2.1.1變量名命名規則 14
2.1.2保留的常數 · 15
2.1.3顯示格式的設置 16
2.1.4底層操作系統命令 16
2.1.5 MATLAB的工作環境設置 17
2.1.6 MATLAB的工作空間與管理 18
2.1.7 MATLAB的其他輔助工具 18
2.2常用數據結構 · 19
2.2.1數值型數據 · 19
2.2.2符號型數據 · 20
2.2.3任意符號型矩陣的生成 22
2.2.4符號型函數 · 22
2.2.5整型變量與邏輯變量 22
2.2.6數據結構類型的識別 23
·iv·薛定宇教授大講堂（卷 I）：MATLAB程序設計
2.2.7矩陣的維數與長度 23
2.3字符串數據結構 · 24
2.3.1一般字符串的表示 24
2.3.2字符串的處理方法 24
2.3.3字符串的轉換與讀寫方法 26
2.3.4字符串命令的執行 27
2.3.5 MuPAD接口函數的編寫 · 27
2.4其他常用數據結構 28
2.4.1多維數組 · 28
2.4.2單元數組 · 29
2.4.3表格數據 · 30
2.4.4結構體 · 32
2.4.5其他數據結構 33
2.5 MATLAB的基本語句結構 · 33
2.5.1直接賦值語句 33
2.5.2函數調用語句 34
2.5.3多樣的函數調用機制 34
2.5.4冒號表達式 · 34
2.5.5子矩陣的提取 35
2.5.6等間距行向量的生成 36
2.6數據文件的讀取與存儲 36
2.6.1數據文件的讀取與存儲命令· 36
2.6.2文件讀寫的底層方法 37
2.6.3 Excel文件的讀取與存儲 · 38本章習題 39
第 3章基本數學運算 · 42
3.1矩陣的代數運算 · 42
3.1.1矩陣的轉置、翻轉與旋轉 · 42
3.1.2矩陣的加減乘除運算 44
3.1.3複數矩陣及其變換 45
3.1.4矩陣的乘方與開方 45
3.1.5矩陣的點運算 47
3.2矩陣的邏輯運算與比較運算 47
3.2.1矩陣的邏輯運算 47
3.2.2矩陣的比較運算 48 3.2.3矩陣元素的查詢命令 48
3.2.4屬性判定語句 49
3.3超越函數的計算 · 49
3.3.1指數與對數函數的計算 50
3.3.2三角函數的計算 50
3.3.3反三角函數的計算 52
3.3.4矩陣的超越函數 52
3.4符號表達式的化簡與變換 54
3.4.1多項式的運算 54
3.4.2三角函數的變換與化簡 55
3.4.3符號表達式的化簡 55
3.4.4符號表達式的變量替換 56
3.4.5符號運算結果的轉換 56
3.5基本數據運算 · 57
3.5.1數據的取整與有理化運算 57
3.5.2向量的排序、最大值與最小值 58
3.5.3數據的均值、方差與標準差 · 59
3.5.4質因數與質因式 60
3.5.5排列與組合 · 61本章習題 62
第 4章 MATLAB語言的流程結構 64
4.1循環結構 · 64
4.1.1 for循環結構 · 64
4.1.2 while循環結構 · 66
4.1.3迭代方法的循環實現 67
4.1.4循環結構的輔助語句 69
4.1.5向量化編程實現 69
4.2條件轉移結構 · 71
4.2.1簡單的條件轉移結構 71
4.2.2條件轉移結構的一般形式 72
4.2.3分段函數的向量化表示 74
4.3開關結構 · 75
4.4試探結構 · 77本章習題 78
·vi·薛定宇教授大講堂（卷 I）：MATLAB程序設計
第 5章函數編寫與調試 80
5.1 MATLAB的腳本程序 · 80
5.2 MATLAB語言函數的基本結構 81
5.2.1函數的基本結構 81
5.2.2函數名的命令規則 83
5.2.3函數編寫舉例 83
5.3函數編寫的技巧 · 86
5.3.1遞歸調用 · 86
5.3.2可變輸入輸出個數的處理 87
5.3.3輸入變元的容錯處理 89
5.3.4全局變量 · 89
5.3.5存取 MATLAB工作空間中的變量 90
5.3.6匿名函數與 inline函數 · 91
5.3.7子函數與私有函數 93
5.4 MATLAB程序的調試 · 93
5.4.1 MATLAB程序的跟蹤調試 93
5.4.2偽代碼與代碼保密處理 96
5.5 MATLAB實時編輯器 · 96
5.5.1實時文檔編輯界面 97
5.5.2建立一個簡單的文檔 97
5.5.3嵌入代碼的運行 98
5.5.4在實時編輯器中嵌入其他對象· 99
5.5.5實時編輯文檔的輸出 101本章習題 101
第 6章二維圖形繪製 · 105
6.1二維曲線的繪製 · 105
6.1.1二元數據的曲線繪製 105
6.1.2數學函數的曲線繪製 108
6.1.3分段函數的曲線繪製 108
6.1.4二維圖形的標題處理 109
6.1.5多縱軸曲線的繪製 111
6.2圖形修飾 · 112
6.2.1利用界面工具的修飾 113
6.2.2 LATEX支持的修飾命令 · 115
6.2.3數學公式疊印與宏包設計 116 6.3其他二維圖形繪製語句 117
6.3.1極坐標曲線的繪製 117
6.3.2離散信號的圖形表示 118
6.3.3直方圖與餅圖 120
6.3.4填充圖 · 122
6.3.5對數坐標圖 · 123
6.3.6誤差限圖 · 124
6.3.7動態軌跡顯示 124
6.3.8二維動畫的顯示 124
6.4圖形窗口的分割 · 125
6.4.1規範分割 · 125
6.4.2任意分割 · 126
6.5隱函數繪製及應用 128
6.6圖像的顯示與簡單處理 130
6.6.1圖像的輸入 · 130
6.6.2圖像的編輯與顯示 131
6.6.3顏色空間轉換 132
6.6.4邊緣檢測 · 132
6.6.5直方圖均衡化 133
6.7 MATLAB圖形的輸出方法 · 134
6.7.1圖形輸出菜單與應用 134
6.7.2圖形輸出命令 135本章習題 136
第 7章三維圖形表示 · 138
7.1三維曲線繪製 · 138
7.1.1三維曲線繪製命令 138
7.1.2已知數學函數的三維曲線繪製· 139
7.1.3三維填充圖 · 140
7.1.4三維直方圖與餅圖 140
7.1.5條帶圖 · 142
7.2三維曲面繪製 · 144
7.2.1網格圖與表面圖 144
7.2.2表面圖的陰影與光照 147
7.2.3圖像文件的三維表面圖 149
7.2.4已知函數的表面圖 150
·viii·薛定宇教授大講堂（卷 I）：MATLAB程序設計
7.2.5散點數據的表面圖繪製 151
7.3三維圖形視角設置 152
7.3.1視角的定義 · 152
7.3.2三視圖的設置 153
7.3.3任意視角的設置 153
7.4其他三維繪圖 · 154
7.4.1等高線 · 154
7.4.2矢量圖 · 155
7.4.3三元隱函數的繪圖 156
7.4.4參數方程的表面圖 158
7.4.5複變函數的三維表面圖 158
7.4.6球面與柱面 · 159
7.4.7 Voronoi圖與 Delaunay剖分 · 161
7.5三維圖形的特殊處理 163
7.5.1三維曲面的旋轉 163
7.5.2坐標軸變換的三維曲面 164
7.5.3三維圖形的剪切 165
7.5.4三維表面圖貼面處理 166
7.6四維圖形繪製 · 167
7.6.1切片圖 · 167
7.6.2體視化界面 · 168
7.6.3三維動畫的製作與播放 169本章習題 171
第 8章 MATLAB語言與其他語言的接口· 173
8.1 C語言環境下提供的 MATLAB變量格式及函數概述 · 174
8.1.1編譯程序的環境設置 174
8.1.2 Mex下的數據結構 175
8.1.3 Mex文件的結構 176
8.1.4 Mex文件的編寫方法與步驟· 179
8.2不同數據結構的 Mex處理 180
8.2.1不同類型輸入輸出變元的處理· 181
8.2.2字符串變量的讀寫 181
8.2.3多維數組的處理 183
8.2.4單元數組的處理 184
8.2.5 MAT文件的讀寫方法 · 185 8.3 C程序中直接調用 MATLAB函數 187
8.4 MATLAB函數的獨立程序轉換 191本章習題 192
第 9章面向對象程序設計基礎 193
9.1面向對象編程的基本概念 193
9.1.1類與對象 · 193
9.1.2類與對象數據結構 194
9.2類的設計 · 195
9.2.1類的設計方法 195
9.2.2類的定義與輸入 196
9.2.3類的顯示 · 197
9.3重載函數的編寫 · 198
9.3.1加法的重載函數編寫 198
9.3.2合併同類項的化簡函數 199
9.3.3減法重載函數 200
9.3.4乘法重載函數 200
9.3.5乘方運算重載函數 202
9.3.6域的賦值與提取 203
9.4類的繼承與擴展 · 203
9.4.1擴展類的定義與顯示 204
9.4.2 ftf對象的連接重載函數 205
9.4.3分數階傳遞函數的頻域分析· 207本章習題 208
第 10章 MATLAB的圖形用戶界面設計技術 209
10.1 MATLAB語言圖形界面編程基礎 · 209
10.1.1 MATLAB圖形界面中各對象的關係· 209
10.1.2窗口對象及屬性設置 210
10.1.3窗口的常用屬性 211
10.1.4對象屬性的讀取與修改· 213
10.1.5簡易對話框 215
10.1.6標準對話框及其調用 216
10.2 MATLAB圖形界面設計基本控件 · 219
10.2.1 MATLAB支持的基本控件 219
10.2.2控件的常用屬性 221
10.2.3控件句柄的獲取 221
·x·薛定宇教授大講堂（卷 I）：MATLAB程序設計
10.3圖形用戶界面設計工具 Guide 222
10.4圖形用戶界面的高級技術 · 231
10.4.1菜單系統的設計 231
10.4.2工具欄設計 232
10.4.3 ActiveX控件的嵌入與編程 234
10.5工具箱的集成與發佈 · 235本章習題 235參考文獻· 237
MATLAB函數名索引 · 239術語索引· 245
CONTENTS
第 1章計算機數學語言概述 1
1.1數學問題計算機求解概述 1
1.1.1為什麼要學習計算機數學語言· 1
1.1.2數學問題的解析解與數值解· 4
1.1.3數學運算問題軟件包發展概述· 5
1.1.4常規計算機語言的局限性 7
1.2計算機數學語言簡介 8
1.2.1計算機數學語言的出現 8
1.2.2有代表性的計算機數學語言· 9
1.3科學運算問題的三步求解方法 10本章習題 12第 2章 MATLAB語言程序設計基礎 13
2.1 MATLAB命令窗口與基本命令 14
2.1.1變量名命名規則 14
2.1.2保留的常數 · 15
2.1.3顯示格式的設置 16
2.1.4底層操作系統命令 16
2.1.5 MATLAB的工作環境設置 17
2.1.6 MATLAB的工作空間與管理 18
2.1.7 MATLAB的其他輔助工具 18
2.2常用數據結構 · 19
2.2.1數值型數據 · 19
2.2.2符號型數據 · 20
2.2.3任意符號型矩陣的生成 22
2.2.4符號型函數 · 22
2.2.5整型變量與邏輯變量 22
2.2.6數據結構類型的識別 23
·iv·薛定宇教授大講堂（卷 I）：MATLAB程序設計
2.2.7矩陣的維數與長度 23
2.3字符串數據結構 · 24
2.3.1一般字符串的表示 24
2.3.2字符串的處理方法 24
2.3.3字符串的轉換與讀寫方法 26
2.3.4字符串命令的執行 27
2.3.5 MuPAD接口函數的編寫 · 27
2.4其他常用數據結構 28
2.4.1多維數組 · 28
2.4.2單元數組 · 29
2.4.3表格數據 · 30
2.4.4結構體 · 32
2.4.5其他數據結構 33
2.5 MATLAB的基本語句結構 · 33
2.5.1直接賦值語句 33
2.5.2函數調用語句 34
2.5.3多樣的函數調用機制 34
2.5.4冒號表達式 · 34
2.5.5子矩陣的提取 35
2.5.6等間距行向量的生成 36
2.6數據文件的讀取與存儲 36
2.6.1數據文件的讀取與存儲命令· 36
2.6.2文件讀寫的底層方法 37
2.6.3 Excel文件的讀取與存儲 · 38本章習題 39
第 3章基本數學運算 · 42
3.1矩陣的代數運算 · 42
3.1.1矩陣的轉置、翻轉與旋轉 · 42
3.1.2矩陣的加減乘除運算 44
3.1.3複數矩陣及其變換 45
3.1.4矩陣的乘方與開方 45
3.1.5矩陣的點運算 47
3.2矩陣的邏輯運算與比較運算 47
3.2.1矩陣的邏輯運算 47
3.2.2矩陣的比較運算 48 3.2.3矩陣元素的查詢命令 48
3.2.4屬性判定語句 49
3.3超越函數的計算 · 49
3.3.1指數與對數函數的計算 50
3.3.2三角函數的計算 50
3.3.3反三角函數的計算 52
3.3.4矩陣的超越函數 52
3.4符號表達式的化簡與變換 54
3.4.1多項式的運算 54
3.4.2三角函數的變換與化簡 55
3.4.3符號表達式的化簡 55
3.4.4符號表達式的變量替換 56
3.4.5符號運算結果的轉換 56
3.5基本數據運算 · 57
3.5.1數據的取整與有理化運算 57
3.5.2向量的排序、最大值與最小值 58
3.5.3數據的均值、方差與標準差 · 59
3.5.4質因數與質因式 60
3.5.5排列與組合 · 61本章習題 62
第 4章 MATLAB語言的流程結構 64
4.1循環結構 · 64
4.1.1 for循環結構 · 64
4.1.2 while循環結構 · 66
4.1.3迭代方法的循環實現 67
4.1.4循環結構的輔助語句 69
4.1.5向量化編程實現 69
4.2條件轉移結構 · 71
4.2.1簡單的條件轉移結構 71
4.2.2條件轉移結構的一般形式 72
4.2.3分段函數的向量化表示 74
4.3開關結構 · 75
4.4試探結構 · 77本章習題 78
·vi·薛定宇教授大講堂（卷 I）：MATLAB程序設計
第 5章函數編寫與調試 80
5.1 MATLAB的腳本程序 · 80
5.2 MATLAB語言函數的基本結構 81
5.2.1函數的基本結構 81
5.2.2函數名的命令規則 83
5.2.3函數編寫舉例 83
5.3函數編寫的技巧 · 86
5.3.1遞歸調用 · 86
5.3.2可變輸入輸出個數的處理 87
5.3.3輸入變元的容錯處理 89
5.3.4全局變量 · 89
5.3.5存取 MATLAB工作空間中的變量 90
5.3.6匿名函數與 inline函數 · 91
5.3.7子函數與私有函數 93
5.4 MATLAB程序的調試 · 93
5.4.1 MATLAB程序的跟蹤調試 93
5.4.2偽代碼與代碼保密處理 96
5.5 MATLAB實時編輯器 · 96
5.5.1實時文檔編輯界面 97
5.5.2建立一個簡單的文檔 97
5.5.3嵌入代碼的運行 98
5.5.4在實時編輯器中嵌入其他對象· 99
5.5.5實時編輯文檔的輸出 101本章習題 101
第 6章二維圖形繪製 · 105
6.1二維曲線的繪製 · 105
6.1.1二元數據的曲線繪製 105
6.1.2數學函數的曲線繪製 108
6.1.3分段函數的曲線繪製 108
6.1.4二維圖形的標題處理 109
6.1.5多縱軸曲線的繪製 111
6.2圖形修飾 · 112
6.2.1利用界面工具的修飾 113
6.2.2 LATEX支持的修飾命令 · 115
6.2.3數學公式疊印與宏包設計 116 6.3其他二維圖形繪製語句 117
6.3.1極坐標曲線的繪製 117
6.3.2離散信號的圖形表示 118
6.3.3直方圖與餅圖 120
6.3.4填充圖 · 122
6.3.5對數坐標圖 · 123
6.3.6誤差限圖 · 124
6.3.7動態軌跡顯示 124
6.3.8二維動畫的顯示 124
6.4圖形窗口的分割 · 125
6.4.1規範分割 · 125
6.4.2任意分割 · 126
6.5隱函數繪製及應用 128
6.6圖像的顯示與簡單處理 130
6.6.1圖像的輸入 · 130
6.6.2圖像的編輯與顯示 131
6.6.3顏色空間轉換 132
6.6.4邊緣檢測 · 132
6.6.5直方圖均衡化 133
6.7 MATLAB圖形的輸出方法 · 134
6.7.1圖形輸出菜單與應用 134
6.7.2圖形輸出命令 135本章習題 136
第 7章三維圖形表示 · 138
7.1三維曲線繪製 · 138
7.1.1三維曲線繪製命令 138
7.1.2已知數學函數的三維曲線繪製· 139
7.1.3三維填充圖 · 140
7.1.4三維直方圖與餅圖 140
7.1.5條帶圖 · 142
7.2三維曲面繪製 · 144
7.2.1網格圖與表面圖 144
7.2.2表面圖的陰影與光照 147
7.2.3圖像文件的三維表面圖 149
7.2.4已知函數的表面圖 150
·viii·薛定宇教授大講堂（卷 I）：MATLAB程序設計
7.2.5散點數據的表面圖繪製 151
7.3三維圖形視角設置 152
7.3.1視角的定義 · 152
7.3.2三視圖的設置 153
7.3.3任意視角的設置 153
7.4其他三維繪圖 · 154
7.4.1等高線 · 154
7.4.2矢量圖 · 155
7.4.3三元隱函數的繪圖 156
7.4.4參數方程的表面圖 158
7.4.5複變函數的三維表面圖 158
7.4.6球面與柱面 · 159
7.4.7 Voronoi圖與 Delaunay剖分 · 161
7.5三維圖形的特殊處理 163
7.5.1三維曲面的旋轉 163
7.5.2坐標軸變換的三維曲面 164
7.5.3三維圖形的剪切 165
7.5.4三維表面圖貼面處理 166
7.6四維圖形繪製 · 167
7.6.1切片圖 · 167
7.6.2體視化界面 · 168
7.6.3三維動畫的製作與播放 169本章習題 171
第 8章 MATLAB語言與其他語言的接口· 173
8.1 C語言環境下提供的 MATLAB變量格式及函數概述 · 174
8.1.1編譯程序的環境設置 174
8.1.2 Mex下的數據結構 175
8.1.3 Mex文件的結構 176
8.1.4 Mex文件的編寫方法與步驟· 179
8.2不同數據結構的 Mex處理 180
8.2.1不同類型輸入輸出變元的處理· 181
8.2.2字符串變量的讀寫 181
8.2.3多維數組的處理 183
8.2.4單元數組的處理 184
8.2.5 MAT文件的讀寫方法 · 185 8.3 C程序中直接調用 MATLAB函數 187
8.4 MATLAB函數的獨立程序轉換 191本章習題 192
第 9章面向對象程序設計基礎 193
9.1面向對象編程的基本概念 193
9.1.1類與對象 · 193
9.1.2類與對象數據結構 194
9.2類的設計 · 195
9.2.1類的設計方法 195
9.2.2類的定義與輸入 196
9.2.3類的顯示 · 197
9.3重載函數的編寫 · 198
9.3.1加法的重載函數編寫 198
9.3.2合併同類項的化簡函數 199
9.3.3減法重載函數 200
9.3.4乘法重載函數 200
9.3.5乘方運算重載函數 202
9.3.6域的賦值與提取 203
9.4類的繼承與擴展 · 203
9.4.1擴展類的定義與顯示 204
9.4.2 ftf對象的連接重載函數 205
9.4.3分數階傳遞函數的頻域分析· 207本章習題 208
第 10章 MATLAB的圖形用戶界面設計技術 209
10.1 MATLAB語言圖形界面編程基礎 · 209
10.1.1 MATLAB圖形界面中各對象的關係· 209
10.1.2窗口對象及屬性設置 210
10.1.3窗口的常用屬性 211
10.1.4對象屬性的讀取與修改· 213
10.1.5簡易對話框 215
10.1.6標準對話框及其調用 216
10.2 MATLAB圖形界面設計基本控件 · 219
10.2.1 MATLAB支持的基本控件 219
10.2.2控件的常用屬性 221
10.2.3控件句柄的獲取 221
·x·薛定宇教授大講堂（卷 I）：MATLAB程序設計
10.3圖形用戶界面設計工具 Guide 222
10.4圖形用戶界面的高級技術 · 231
10.4.1菜單系統的設計 231
10.4.2工具欄設計 232
10.4.3 ActiveX控件的嵌入與編程 234
10.5工具箱的集成與發佈 · 235本章習題 235參考文獻· 237
MATLAB函數名索引 · 239術語索引· 245
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