张志涌《精通MATLAB R2011a》 - matlab文档资料

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标题：张志涌《精通MATLAB R2011a》
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内容：
张志涌《精通MATLAB R2011a》

第1章基础准备及入门1

1.1MATLAB的安装和工具包选择1

1.2Desktop操作桌面的启动2

1.2.1MATLAB的启动2

1.2.2Desktop操作桌面简介2

1.3Command Window运行入门3

1.3.1Command Window指令窗简介3

1.3.2最简单的计算器使用法3

1.3.3数值、变量和表达式5

1. 数值的记述5

2. 变量命名规则5

3. MATLAB默认的数学常数5

4. 运算符和表达式7

5. 面向复数设计的运算--MATLAB特点之一8

6. 面向数组设计的运算--MATLAB特点之二11

1.4Command Window操作要旨14

1.4.1指令窗的显示方式14

1. 默认的输入显示方式14

2. 运算结果显示14

3. 显示方式的永久设置15

1.4.2指令行中的标点符号15

1.4.3常用控制指令17

1.4.4指令窗中指令行的编辑17

1.5历史指令窗(Command History)18

1.5.1Command History历史指令窗简介18

1.5.2历史指令的再运行19

1.6当前目录浏览器(Current Directory)、路径设置器和文件管理19

1.6.1当前目录浏览器简介20

1.6.3MATLAB的搜索路径21

1.6.4MATLAB搜索路径的扩展22

1. 何时需要修改搜索路径22

2. 利用设置路径对话框修改搜索路径22

3. 利用指令path设置路径22

1.7工作空间浏览器和变量编辑器23

1.7.1工作空间浏览器和变量可视化23

1.7.2工作空间的管理指令25

1. 查询指令who及whos25

2. 从工作空间中删除变量和函数的指令clear25

3. 整理工作空间内存碎片的指令pack25

1.7.3Variable Editor变量编辑器26

1.7.4数据文件和变量的存取26

1. 借助工作空间浏览器产生保存变量的MAT文件26

2. 借助输入向导Import Wizard向工作空间装载变量26

3. 存取数据的操作指令save和load27

1.8Editor/Debugger和脚本编写初步28

1.8.1Editor/Debugger M文件编辑器简介28

1.8.2M脚本文件编写初步29

1.9帮助系统及其使用30

1.9.1帮助体系的三大系统30

1.9.2常用帮助指令30

1. 函数搜索指令30

2. 词条搜索指令31

1.9.3Help 帮助浏览器32

1. 帮助浏览器的导出32

2. 帮助浏览器界面简介32

3. 帮助浏览器默认显示的利用34

第2章数值数组及向量化运算39

2.1数值数组的创建和寻访39

2.1.1一维数组的创建39

1. 递增/减型一维数组的创建39

2. 其他类型一维数组的创建40

2.1.2二维数组的创建41

1. 小规模数组的直接输入法41

2. 中规模数组的数组编辑器创建法41

3. 中规模的M文件创建法42

4. 利用MATLAB函数创建数组43

2.1.3二维数组元素的标识和寻访45

1. 数组的维数和大小45

2. 数组的标识和寻访46

2.1.4数组的扩缩和特殊操作47

1. 数组的扩充和收缩47

2. 数组的特殊操作49

3. 数组操作函数51

2.2数组运算52

2.2.1数组运算的由来和规则52

1. 函数关系数值计算模型的分类52

2. 提高程序执行性能的三大措施52

3. 数组运算规则52

4. 数组运算符及数组运算函数53

2.2.2数组运算和向量化编程54

2.2.3数组特殊运算指令汇总57

2.3高维数组59

2.3.1高维数组的创建59

2.3.2高维数组的孤维删除61

2.3.3高维数组的维度重排62

2.4“非数”和“空”数组64

2.4.1非数NaN64

2.4.2“空”数组66

2.5关系操作和逻辑操作67

2.5.1关系操作67

2.5.2逻辑操作69

2.5.3常用逻辑函数71

第3章字符串、胞元和构架数组72

3.1MATLAB的数据类型72

3.2字符串数组73

3.2.1串数组的属性和标识73

3.2.2复杂串数组的创建75

1. 多行字符串数组的创建75

2. 利用胞元数组创建复杂字符串77

3.2.3串转换函数78

3.2.4串操作函数82

3.3胞元数组82

3.3.1胞元数组的创建和显示83

1. 胞元标识寻访和内容编址寻访的不同83

2. 胞元数组的创建和显示83

3.3.2胞元数组的扩充、收缩和重组84

3.3.3胞元数组内容的获取和配置85

3.3.4胞元与数值数组之间的转换87

3.3.5对胞元数组运算的cellfun指令88

3.3.6胞元数组的操作函数汇总90

3.4构架数组90

3.4.1构架数组的创建和显示91

1. 直接创建法及显示91

2. 利用构造函数创建构架数组92

3.4.2构架数组域中内容的调取和设置93

3.4.3构架数组的扩缩、域的增删和域名重排96

3.4.4构架数组和胞元数组之间的转换97

3.4.5对构架域运算的structfun和arrayfun指令100

3.4.6构架数组的操作函数汇总102

第4章数值计算103

4.1MATLAB的浮点数体系103

4.2数值微积分104

4.2.1数值极限104

4.2.2数值差分106

4.2.3数值积分(Numerical Integration)108

1. 一元函数积分(Quadrature)108

2. 样条法求一元数值积分112

3. 用SIMULINK求一元数值积分112

4.2.4多重数值积分113

1. 常限重积分113

2. 变限重积分114

4.3矩阵分析117

4.3.1矩阵运算和特征参数117

1. 矩阵运算117

2. 矩阵的标量特征参数118

4.3.2奇异值分解和矩阵结构119

1. 奇异值分解119

2. 与奇异值相关的矩阵结构119

4.4特征值分解和矩阵函数123

4.4.1特征值分解问题123

4.4.2矩阵的谱分解和矩阵函数125

4.5解线性方程126

4.5.1求解线性方程的相关指令127

4.5.2线性方程矩阵除解法127

4.5.3线性二乘问题的解129

4.5.4一般代数方程的解130

4.6随机数的产生及其特征描述133

4.6.1随机数的产生及重现控制133

1. 默认全局随机流的简明管理指令133

2. 三种基本随机数发生指令134

3. 用户随机流的创建和使用136

4. 随机流的重现控制140

5. 独立随机数序列和随机流的产生143

6. 随机数重现控制旧版指令的使用建议148

4.6.2数据样本分布可视化描述149

4.6.3随机分布的数字特征及其统计量150

1. 随机分布的中心位置统计量150

2. 随机分布的聚散度统计量151

3. 斜度和峭度高阶统计量152

4.7多项式运算和卷积157

4.7.1多项式的运算函数157

1. 多项式表达方式的约定157

2. 多项式运算函数157

4.7.2卷积161

1. 两有限长序列的卷积161

2. 有限长序列与无限长序列的卷积164

4.8多项式拟合和非线性最小二乘165

4.8.1线性拟合和最小二乘165

4.8.2多项式拟合166

4.8.3非线性最小二乘拟合172

1. 伪线性化处理172

2. 非线性最小二乘拟合172

4.9插值和样条176

4.9.1一维插值176

4.9.2高维函数的插值179

4.9.3样条插值181

4.9.4样条函数的应用183

1. 样条函数的微积分183

2. 样条函数的零点和最小值186

4.10 Fourier分析191

4.10.1快速Fourier变换和逆变换指令191

4.10.2连续时间函数的Fourier级数展开192

1. 展开系数的积分求取法192

2. Fourier级数与DFT之间的数学联系193

3. MATLAB算法实现193

4.10.3利用DFT计算连续函数Fourier变换CFT201

1. CFT与DFT之间的数学联系201

2. MATLAB算法实现202

4.11常微分方程205

4.11.1常微分方程初值问题的解算205

1. 求解初值问题的思路205

2. 解算指令的调用格式206

3. 解算指令的属性及其设置207

4. 嵌套函数法传递解算参数209

5. 匿名函数法传递解算参数213

6. 带事件设置的微分方程解算215

4.11.2常微分方程的边值问题解218

1. bvp4c求解边值问题的思路219

2. 求解边值问题的配套指令220

3. 求解含未知参数的边值问题222

4.12最小值优化问题227

4.12.1MATLAB最小值优化指令概述227

4.12.2单变量局域优化指令fminbnd228

4.12.3多变量无约束局域优化指令fminsearch232

4.12.4多变量约束局域优化指令fmincon236

4.12.5GlobalSearch实施的全域优化242

第5章符号计算250

5.1符号对象的产生和识别250

5.1.1基本符号对象的创建250

1. 定义符号数字和符号常数

2. 定义基本符号变量251

3. 定义元符号表达式251

5.1.2符号计算中的算符和函数指令252

1. 符号计算中的算符252

2. 符号计算中的函数指令252

5.1.3符号对象、变量、自由变量的识别253

1. 符号对象的识别253

2. 符号变量及自由变量的认定254

5.1.4符号运算机理和变量假设259

1. 符号运算的工作机理259

2. 对符号变量的限定性假设259

3. 清除变量和撤销假设260

5.1.5符号帮助及其他常用指令263

1. 符号运作的帮助体系263

2. 服务于符号运算的其他指令267

5.2数字类型转换及符号表达式操作268

5.2.1数字类型及转换268

1. 三种数字类型及转换指令268

2. 双精度数字向符号数字转换269

3. 符号数字向双精度数字转换274

4. 符号数字的任意精度表达形式275

5.2.2符号表达式的简化操作277

5.2.3表达式中的置换操作280

1. 公因子法简化表达280

2. 通用置换指令282

5.3符号微积分285

5.3.1极限和导数的符号计算285

5.3.2序列/级数的符号求和290

5.3.3符号积分291

5.4微分方程的符号解法295

5.4.1符号解法和数值解法的互补作用295

5.4.2求微分方程符号解的一般指令295

5.4.3微分方程符号解示例296

5.5符号变换和符号卷积299

5.5.1Fourier变换及其反变换299

5.5.2Laplace变换及其反变换303

5.5.3Z变换及其反变换305

5.5.4符号卷积308

5.6符号矩阵分析和代数方程解309

5.6.1符号矩阵分析309

5.6.2线性方程组的符号解310

5.6.3一般代数方程组的解311

5.7符号算法的综合应用313

5.7.1三维根轨迹和数据探索313

5.7.2代数状态方程求符号传递函数319

1. 结构框图的代数状态方程解法320

2. 信号流图的代数状态方程解法322

3. 多输入、多输出系统传递矩阵的求取324

5.8符号计算结果的可视化326

5.8.1直接可视化符号表达式326

1. 单独立变量符号函数的可视化327

2. 双独立变量符号函数的可视化329

5.8.2符号计算结果的数值化绘图330

5.8.3可视化与数据探索332

5.9符号计算资源的数值环境应用335

5.9.1符号表达式、串操作及数值计算M码间的转换335

5.9.2符号工具包资源表达式转换成M码函数337

1. 转换指令matlabFunction337

2. 把符号包资源转换成M码函数的示例338

3. 把MuPAD资源转换为M码函数的示例344

5.9.3用符号表达式创建Simulink用户模块345

1. 转换指令emlBlock345

2. 把符号包资源转换为Simulink模块的示例346

5.10MuPAD资源的深层利用349

5.10.1借助mfun调用MuPAD特殊函数349

5.10.2直接调用MuPAD的函数352

1. 非mfunlist列表MuPAD函数的调用步骤353

2. 借助evalin运行MuPAD函数353

3. 借助feval运行MuPAD函数356

第6章数据可视及探索359

6.1引导359

6.1.1离散数据和离散函数的可视化359

6.1.2连续函数的可视化360

6.1.3可视化的一般步骤362

1. 绘制二维图形的一般步骤362

2. 绘制三维图形的一般步骤363

6.2二维线图及修饰操作364

6.2.1基本指令plot的调用格式365

1. 基本调用格式365

2. 衍生调用格式366

3. 带属性设置的调用格式367

6.2.2坐标控制和图形标识369

1. 坐标轴的控制369

2. 分格线和坐标框371

3. 图形标识指令371

4. 标识字符的精细控制372

6.2.3多次迭绘、双纵坐标和多子图375

1. 多次迭绘375

2. 双纵坐标图376

3. 多子图377

6.3三维绘图及修饰操作378

6.3.1三维线图指令plot3378

6.3.2三维曲面/网线图指令379

1. 基本调用格式379

2. 衍生调用格式380

3. 色图colormap381

4. 浓淡处理shading381

6.3.3视点控制和图形的旋动382

1. 视点控制view382

2. 图形旋动rotate383

6.3.4光照、材质和透视384

1. 光照light384

2. 材质处理material384

3. 透明处理386

6.3.5消隐、镂空和裁切390

1. 网线的消隐390

2. 图形的镂空390

3. 图形的裁切391

6.4高维可视化392

6.4.1二维半图线392

6.4.2准四维表现393

6.4.3四维切片及等位线394

6.5动态图形396

6.5.1高层指令生成动态图形396

1. 彗星状轨迹图396

2. 色图的变幻397

3. 影片动画397

6.5.2低层指令生成实时动画398

6.6特殊图形指令401

6.6.1彩色份额图401

1. 面域图area401

2. 直方图bar， barh， bar3， bar3h402

3. 饼图pie， pie3402

6.6.2有向线图402

6.6.3多面体异形图403

1. 德洛奈三角剖分和Voronoi图403

2. 填色图fill，fill3404

3. 不规则数据的网线图和曲面图405

4. 彩带图ribbon406

6.6.4散点图scatter和plotmatrix407

6.6.5泛函绘图指令fplot408

6.7图像409

6.7.1图像的类别和显示410

6.7.2图像的读写411

6.8图形窗的编辑探索功能414

6.8.1图形窗的结构414

1. 图形窗的功能分区414

2. 图形窗工具条415

3. 主要构件与对应菜单416

6.8.2指令鼠标混合操作生成绘图文件418

6.8.3数据探针422

6.8.4数据刷424

6.8.5数据链和数据联动427

第7章M文件和函数句柄432

7.1M码编程的基本构件432

7.2MATLAB的数据流控制434

7.2.1for循环和while循环控制434

1. 循环结构的基本形式434

2. 辅助控制指令continue和break438

7.2.2if?elseif?else条件分支控制440

7.2.3switch?case切换多分支控制442

7.2.4try?catch容错控制443

7.2.5编程用的其他指令446

1. return返回和pause暂定446

2. error出错信息和warning警告447

3. 与键盘交互指令input和keyboard447

7.3M文件和P文件448

7.3.1M文件448

1. M脚本文件448

2. M函数文件449

7.3.2P码文件的创建、查询和清除452

7.4MATLAB的函数类别453

7.4.1主函数和子函数454

7.4.2匿名函数456

7.4.3嵌套函数456

7.5函数句柄458

7.5.1函数作用域和优先等级458

7.5.2函数句柄的创建459

1. 直接函数句柄的创建法459

2. 匿名函数句柄的创建法459

7.5.3函数句柄的调用格式460

1. 直接函数句柄调用格式460

2. 匿名函数句柄调用格式460

7.5.4观察函数句柄的内涵461

7.6泛函演算指令462

7.6.1eval462

7.6.2feval464

7.6.3内联对象465

7.7变量的使用域和跨内存交换466

7.7.1输入输出检测指令466

7.7.2“变长度”输入输出量467

7.7.3局域变量、全域变量和持存变量471

7.7.4跨内存计算及赋值472

1. 跨内存计算串表达式472

2. 跨内存赋值474

7.8编辑调试器的应用深入475

7.8.1词串彩化和定界符匹配提示475

1. 词串彩化475

2. 定界符匹配提示475

7.8.2M?Lint代码分析器477

1. 检测信息的界面静态标识477

2. 详细检测信息的鼠标动态获取478

7.8.3M文件调试器479

1. 直接调试法480

2. 交互式调试器的界面480

3. 调试器应用示例482

第8章Simulink交互式仿真486

8.1引导486

8.1.1Simulink模型本质和一般结构486

8.1.2创建块图模型的方法和基本环境487

8.2连续系统建模490

8.2.1微分方程建模和积分模块490

1. 微分方程块图模型的创建和操作细节490

2. 创建微分方程的向量化块图模型498

3. 积分模块501

8.2.2状态空间建模503

1. 状态空间模块及其建模应用503

2. 模型内存和模型浏览器506

8.2.3传递函数建模及模型内存的操控510

1. 单位脉冲信号的近似实现510

2. 传递函数模块和非零初始系统建模510

8.3子系统和分层模型513

8.3.1创建简装子系统的套装法514

8.3.2创建简装子系统的容器法521

8.3.3精装子系统和装帧编辑器523

8.4使能触发子系统531

8.4.1使能子系统531

1. 子系统结构和工作原理531

2. 子系统非状态输出的两种形态533

3. 子系统状态输出的四种形态537

8.4.2触发子系统539

1. 子系统的结构和工作原理539

2. 子系统的三种触发方式541

8.5Simulink的控制流544

8.5.1For环544

8.5.2While环548

8.5.3If?else条件转向和信号合成551

8.6离散时间系统和混合系统554

8.6.1单位延迟模块和差分方程建模555

1. 单位延迟模块555

2. 差分方程的标量法建模555

3. 差分方程组的向量建模法558

8.6.2离散积分模块和混合系统559

1. 离散时间积分模块559

2. 混合系统的s变量替换法560

8.6.3多速率系统的色彩标识562

8.7Simulink的分析工具563

8.7.1模型和模块信息的获取563

1. 模型状态及输入输出特征的获取563

2. 模型/模块参数的指令获知和设置566

8.7.2用Sim指令运行Simulink模型568

1. 运行块图模型的sim指令568

2. sim指令的参数名/值设置法569

3. sim指令的参数构架设置法 570

8.7.3模型的线性化问题572

1. 线性化的数学描述572

2. 模型线性化573

8.7.4系统平衡点和普通状态轨线图577

8.7.5M码和Simulink模型的综合运用580

1. 单步仿真和精良状态轨线图580

2. 仿真模型和优化指令的协调583

8.8数值计算方面的考虑586

8.8.1微分方程解算器Solver586

1. ode45和ode23运作机理简要586

2. ode113运作机理简要587

3. ode15s和ode23s运作机理简要587

4. 不同解算器解Stiff方程的表现587

8.8.2积分步长和容差589

1. 积分步长的选择589

1. 计算容差的选择590

8.8.3代数环问题590

8.9S函数模块的创建和应用594

8.9.1S函数概述594

8.9.2S函数模块及其运作机理595

8.9.3M码S函数596

1. 两个级别的M码S函数596

2. 对二级M码S函数模版的注释596

3. 二级M码S函数模块设计示例599

第9章图形用户界面(GUI)605

9.1设计原则和一般步骤605

9.1.1设计原则605

9.1.2一般制作步骤606

9.2借助GUIDE创建GUI606

9.2.1GUIDE607

1. GUIDE的启动607

2. Preferences设置对版面编辑器的影响607

3. GUIDE的功能分区608

4. 待设计用户界面的性状预设609

5. 设计区的坐标参照和位置编排器610

6. 控件组件属性值的初始设置612

7. 创建界面的文件保存和重命名614

9.2.2控件的运作机理及创建615

1. 各控件的运作机理615

2. 常需设置的控件通用属性622

9.2.3GUI的创建示例623

1. 二阶系统阶跃响应演示界面623

2. 多指令输入的演示界面634

9.2.4界面菜单和工具图标的创建639

1. 标准菜单条和工具条的配置639

2. 定制菜单的创建和变量handles的观察642

3. 现场菜单创建和Tag属性应用646

9.3全手工编程创建GUI650

9.3.1采用M脚本文件创建用户界面651

9.3.2采用嵌套函数创建用户界面655

附录ANotebook658

A.1Notebook的配置和启动658

A.1.1Notebook的配置658

A.1.2Notebook的启动658

1. 创建新的Mbook文件658

2. 打开已有的Mbook文件660

A.2Mbook模板的使用660

A.2.1输入细胞(群)的创建和运行660

1. 细胞(群)660

2. 基本操作661

3. 输入细胞(群)操作示例661

A.2.2Notebook菜单的其他选项663

2. 整个Mbook文件的运行663

3. 删去Mbook 文件所有输出细胞664

A.2.3输出细胞的格式控制664

1. 数据输出的表示形式控制664

2. 图形的嵌入控制665

3. 嵌入图形大小的控制665

4. 嵌入图形的背景色问题665

A.3使用Mbook模板的若干注意事项666

附录B光盘使用说明667

B.1光盘文件的结构667

B.2关于光盘第一级目录和文件的说明667

B.3光盘对软件环境的要求668

B.4光盘文件的操作准备668

B.5mbook目录上DOC文件的使用668

B.6mfile目录上的M、MDL文件的使用669

附录C索引670

C.1MATLAB的标点及符号670

1. 算术运算符Arithmetic operators670

2. 关系运算符 Relational operators670

3. 逻辑运算符 Logical operators670

4. 特殊符号Special characters 671

C.2MATLAB的函数及指令Functions and Commands671

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关键词：张志涌《精通MATLAB R2011a》

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