MATLAB程序設計與實戰(微課視頻版)（簡體書）

MATLAB軟件是最流行、應用最廣泛的科學計算軟件之一。它具有強大的矩陣計算功能、數值計算功能、符號運算功能、M語言編程功能、數據可視化功能、用戶界面設計功能、系統仿真分析功能以及眾多的工具箱。廣泛應用於科學計算、信號處理與通信、圖像處理與地理信息、信號測量測試、數學建模與分析、控制設計與分析、財經金融建模與分析等領域； 成為高等數學、線性代數、概率論與數理統計、信號與系統、數字信號處理、數字圖像處理、自動控制原理等課程的基本教學工具。同時，國內外眾多高校對本科生和研究生開設了MATLAB課程，MATLAB成為學生必須掌握的基本語言之一，成為教師、科研人員和工程師們進行教學、科學研究和生產設計分析的一個基本工具。

本書以MATLAB 2020a為藍本，結合作者20多年從事MATLAB語言課程教學、課程改革、畢業設計指導和利用MATLAB進行科學研究的經驗編著而成，對MATLAB的應用所涉及的基本內容及前沿技術由淺入深、由易到難進行介紹，注重實踐應用，以案例為驅動，激發學生的學習熱情，探索“新工科”建設的新理念、新模式、新方法，助力新工科建設。本書具有以下特點：

（1） 由淺入深，循序漸進。每章均給出學習要點和學習目標，以先基礎後應用、先理論後實踐、循序漸進的原則進行編排，便於讀者學習和掌握MATLAB語言及其編程方法。

（2） 內容豐富，例題新穎。本書結合作者多年的MATLAB語言課程教學和使用經驗，詳細介紹MATLAB的基本內容，列舉豐富的例題和應用實例，便於讀者更好地理解和掌握MATLAB的各種函數和命令。

（3） 理論簡潔，實例典型。介紹MATLAB基礎內容簡潔，分析使用方法和技巧詳盡，實際工程應用案例算法嚴謹，從而引導讀者更好地用MATLAB解決專業領域的實際應用問題。

（4） 精心編排，便於查閱。將相關內容和函數命令通過表格的形式歸納總結，便於讀者在學習的同時，翻閱查找相關部分的命令、函數。

（5） 資源豐富，實訓巧妙。本書提供配套的電子教案、教學大綱、所有例題和應用實例的源代碼、教材微視頻53個(通過掃描教材中所附的二維碼即可觀看)、6個工具箱(5G工具箱、計算機視覺工具箱、音頻工具箱、信號處理工具箱、通信工具箱、控制系統工具箱)功能簡介(通過掃描教材中所附的二維碼即可查看)等教學資料。為了便於讀者上機做實驗，每章提供了相應的實訓內容。

本書包括9章內容。

第1章： MATLAB概述，主要介紹MATLAB及其通用命令、工具箱及模塊、MATLAB的幫助系統、MATLAB的數據類型、MATLAB的運算符。

第2章： MATLAB矩陣運算及應用，主要介紹矩陣創建、矩陣的運算、矩陣的分析、稀疏矩陣、矩陣及其運算應用。

第3章： MATLAB數值計算及應用，主要介紹多項式計算、數據統計與分析、數據插值、數值微積分及應用。

第4章： MATLAB符號運算及應用，主要介紹符號運算、符號函數的導數、符號函數的積分、級數、符號方程求解、符號運算應用。

第5章： MATLAB程序設計及應用，主要介紹M文件、程序控制結構、函數文件、程序調試、程序設計應用。

第6章： MATLAB繪圖及應用，主要介紹二維繪圖、三維繪圖、隱函數繪圖、繪圖應用。

第7章： MATLAB GUI設計及應用，主要介紹句柄圖形物件、控件和屬性的基本原理及操作、用戶菜單的建立、GUI的設計原則及步驟、對話框的設計、回調函數的使用、可視化圖形用戶界面設計。

第8章： MATLAB工具箱及應用，主要介紹MATLAB工具箱、MATLAB信號處理工具箱及應用、MATLAB通信系統工具箱及應用、MATLAB控制系統工具箱及應用。

第9章： Simulink仿真及應用，主要介紹Simulink操作基礎、Simulink的建模與仿真、Simulink公共模塊庫、子系統及其封裝技術、用MATLAB命令創建和運行Simulink模型，以及應用實例。

本書適合作為高等院校理工科專業，尤其是新工科類(電子信息工程、電子科學技術、自動化、電氣工程、通信工程、電氣工程及其自動化、網絡工程等)專業的教學用書，也可以作為研究生、科研與工程技術人員的參考用書。建議授課學時為48學時，若為32學時，可以省略每章的應用案例講授，留給學生自學。同時，作者為本書精心配套了豐富的學習資源。便於讀者高效學習，快速掌握MATLAB程序設計與實踐。

本書由湯全武任主編，湯哲君、劉馨陽任副主編。第1、8、9章由湯全武(寧夏大學)編寫，第2、3、4章由湯哲君(浙江大學伊利諾伊大學厄巴納香檳校區聯合學院)編寫，第5章由張然(寧夏警官職業學院)編寫，第6章由史崇升(中國電信有限公司寧夏分公司)編寫，第7章由劉馨陽(寧夏大學新華學院)編寫。研究生何昊瀚同學為本書錄制了相應的微視頻，朱赫同學參與收集整理了部分資料。在本書的編寫過程中，作者參考和引用了相關教材和資料，在此一並向教材和資料的作者表示誠摯的謝意。同時，非常感謝本書的責任編輯曾珊以及清華大學出版社的同仁。

本書是寧夏回族自治區“十三五”電氣信息類重點專業群建設的研究成果之一，並得到了該項目的資助； 同時是2020年第一批教育部產學合作育人項目的研究成果； 也是寧夏大學西部一流專業計劃“電子信息工程(卓越工程師方向)”建設的成果之一，並得到了該項目的資助。

為了便於教師教學，本書提供配套的電子教案、教學大綱、所有例題和應用實例的源代碼、教材微視頻53個和6個工具箱功能簡介(掃描書中的二維碼即可查看)等教學資料，可到清華大學出版社網站本書頁面下載。歡迎選用本書作為教材的教師聯繫作者索取實訓內容源代碼。

由於編者的水平有限，書中難免存在不妥之處，歡迎使用本書的教師、學生和科技人員批評指正，殷切希望得到讀者使用本書的寶貴意見與建議，以便再版時改進和提高。

編者

2021年10月

第1章MATLAB概述

1.1MATLAB簡介

1.1.1MATLAB的發展

1.1.2MATLAB的基本功能

1.1.3MATLAB的特點

1.1.4MATLAB的安裝、退出及卸載

1.1.5MATLAB的工作界面

1.2MATLAB的常用命令簡介

1.3MATLAB的工具箱及模塊簡介

1.3.1MATLAB的常用工具箱

1.3.2MATLAB的常用模塊

1.4MATLAB的幫助系統

1.4.1命令窗口查詢幫助

1.4.2MATLAB 2020a聯機幫助系統

1.5MATLAB的數據類型

1.5.1常量與變量

1.5.2數值型數據

1.5.3字符型數據

1.5.4元胞數組

1.5.5結構體

1.6MATLAB的運算符

1.6.1算術運算符

1.6.2關係運算符

1.6.3邏輯運算符

實訓項目一

第2章MATLAB矩陣運算及應用

2.1創建矩陣

2.1.1矩陣的創建方法

2.1.2特殊矩陣的生成

2.2矩陣的運算

2.2.1矩陣的算術運算

2.2.2矩陣的關係運算

2.2.3矩陣的邏輯運算

2.3矩陣的分析

2.3.1對角陣與三角陣

2.3.2矩陣的轉置與旋轉

2.3.3矩陣的逆與偽逆

2.3.4方陣的行列式

2.3.5矩陣的秩與跡

2.3.6向量和矩陣的範數

2.3.7矩陣的條件數

2.3.8矩陣的特徵值與特徵向量

2.3.9矩陣的超越函數

2.4稀疏矩陣

2.4.1矩陣存儲方式

2.4.2稀疏矩陣的產生

2.4.3稀疏矩陣應用

2.5矩陣及其運算應用

2.5.1秩與線性相關性

2.5.2線性方程組的求解

2.5.3電阻電路的求解

實訓項目二

第3章MATLAB數值計算及應用

3.1多項式計算

3.1.1多項式的創建

3.1.2多項式的四則運算

3.1.3多項式的值和根

3.1.4多項式的微積分運算

3.1.5多項式的部分方式展開

3.2數據統計與分析

3.2.1矩陣的最大元素和最小元素

3.2.2求矩陣的平均值和中值

3.2.3矩陣元素求和與求積

3.2.4矩陣元素累加和與累乘積

3.2.5標準方差和相關係數

3.2.6矩陣的排序

3.3數據插值

3.3.1一維插值

3.3.2二維插值

3.3.3多維插值

3.4數值微積分

3.4.1數值微分

3.4.2函數極值與零點

3.4.3常微分方程的數值求解

3.4.4數值積分

3.5應用實例

3.5.1Van Der Pol方程

3.5.2電荷在磁場中的運動

3.5.3小球在空氣中豎直上拋運動的規律

實訓項目三

第4章MATLAB符號運算及應用

4.1符號運算基礎

4.1.1符號物件

4.1.2基本的符號運算

4.1.3符號表達式中變量的確定

4.1.4符號矩陣

4.1.5符號與數值間的轉換

4.1.6復數的運算

4.2符號函數的導數

4.2.1函數的極限

4.2.2符號函數求導及應用

4.3符號函數的積分

4.3.1符號函數的不定積分

4.3.2符號函數的定積分

4.3.3積分變換

4.3.4留數運算

4.4級數

4.4.1級數的符號求和

4.4.2函數的泰勒級數

4.5符號方程求解

4.5.1符號代數方程求解

4.5.2符號常微分方程求解

4.6符號運算應用實例

4.6.1符號運算在極限中的應用

4.6.2符號運算在導數中的應用

4.6.3符號運算在不定積分中的應用

4.6.4符號運算在多重積分中的應用

4.6.5符號運算在傅裡葉級數中的應用

實訓項目四

第5章MATLAB程序設計及應用

5.1M文件

5.1.1M文件的分類

5.1.2M文件的建立與打開

5.2程序控制結構

5.2.1順序結構

5.2.2選擇結構

5.2.3循環結構

5.3函數文件

5.3.1函數文件的基本結構

5.3.2函數調用

5.3.3函數參數

5.3.4函數變量

5.4程序調試

5.4.1程序調試概述

5.4.2MATLAB調試菜單

5.4.3調試命令

5.5程序設計應用

5.5.1等級與閏年

5.5.2程序運行時間測量

5.5.3M文件與函數的區別

實訓項目五

第6章MATLAB繪圖及應用

6.1二維繪圖

6.1.1繪製圖形的基本步驟

6.1.2繪製二維圖形的函數

6.1.3線性圖形格式設置

6.1.4圖形的輔助操作

6.2三維繪圖

6.2.1繪製三維圖形的函數

6.2.2三維圖形的精細處理

6.3隱函數繪圖

6.3.1隱函數繪圖函數

6.3.2隱函數繪圖實例

6.4繪圖應用

6.4.1直角坐標和極坐標畫曲面的比較

6.4.2二維和三維等值線的畫法

6.4.3光學中的應用

6.4.4動畫的應用

實訓項目六

第7章MATLAB GUI設計及應用

7.1GUI 的常見設計技術

7.1.1圖形物件及其句柄

7.1.2圖形物件屬性

7.1.3GUI設計原則及步驟

7.2菜單設計

7.2.1建立用戶菜單

7.2.2快捷菜單

7.3對話框設計

7.3.1對話框的控件

7.3.2對話框的設計

7.4可視化圖形用戶界面設計

7.4.1圖形用戶界面設計窗口

7.4.2可視化設計工具

7.5基於MATLAB GUI的日歷設計

7.5.1控件繪製與屬性設置

7.5.2存儲GUI程序

7.5.3編寫M文件

7.5.4運行與調試

實訓項目七

第8章MATLAB工具箱及應用

8.1MATLAB工具箱

8.1.1MATLAB工具箱概述

8.1.2MATLAB R2020a新增主要功能

8.1.3MATLAB工具箱簡介

8.2MATLAB信號處理工具箱及應用

8.2.1MATLAB信號處理工具箱簡介

8.2.2MATLAB信號處理工具箱應用實例

8.2.3語音信號處理

8.3MATLAB通信工具箱及應用

8.3.1MATLAB通信工具箱簡介

8.3.2MATLAB通信系統工具箱應用實例

8.4MATLAB控制系統工具箱及應用

8.4.1MATLAB控制系統工具箱簡介

8.4.2MATLAB控制系統工具箱應用實例

實訓項目八

第9章Simulink仿真及應用

9.1Simulink操作基礎

9.1.1Simulink簡介

9.1.2Simulink的基本概念

9.1.3Simulink模塊的組成

9.1.4Simulink的啟動與退出

9.1.5創建一個新模型

9.2Simulink的建模與仿真

9.2.1Simulink模塊的操作

9.2.2Simulink建模原理

9.2.3Simulink的建模和仿真過程

9.2.4Simulink仿真參數設置

9.2.5Simulink仿真實例

9.3Simulink公共模塊庫

9.3.1Commonly Used Blocks子模塊庫

9.3.2Continuous子模塊庫

9.3.3Dashboard子模塊庫

9.3.4Discontinuous子模塊庫

9.3.5Discrete子模塊庫

9.3.6Logic and Bit Operations子模塊庫

9.3.7Lookup Tables子模塊庫

9.3.8Math Operations子模塊庫

9.3.9Model Verification子模塊庫

9.3.10ModelWide Utilities子模塊庫

9.3.11Ports and Subsystems子模塊庫

9.3.12Signals Attributes子模塊庫

9.3.13Signals Routing子模塊庫

9.3.14Sinks子模塊庫

9.3.15Sources子模塊庫

9.3.16String子模塊庫

9.3.17Userdefined Functions子模塊庫

9.4子系統及其封裝技術

9.4.1子系統的建立

9.4.2子系統的條件執行

9.4.3子系統的封裝

9.5用MATLAB命令創建和運行Simulink模型

9.5.1創建Simulink模型與文件

9.5.2添加模塊和信號線

9.5.3設置模型和模塊屬性

9.5.4仿真

9.6應用實例

9.6.1組合邏輯電路設計和仿真

9.6.2時序邏輯電路設計和仿真

實訓項目九

參考文獻