MATLAB应用教程

第1章 MATLAB概述 1

1.1 MATLAB简介 1

1.1.1 什么是MATLAB 1

1.1.2 MATLAB的特点 2

1.1.3 MATLAB系统 5

1.2 MATLAB的安装和卸载 6

1.3 MATLAB用户操作 8

1.3.1 命令窗口 8

1.3.2 M文件 10

1.3.3 帮助窗口 12

1.3.4 工作窗口 12

1.3.5 图形窗口 13

1.3.6 搜索路径 13

1.4 查询帮助命令 14

1.4.1 help命令 14

1.4.2 lookfor函数的使用 15

1.4.3 模糊寻找 16

1.5 本章小结 16

第2章 数值计算 17

2.1 数组运算 17

2.1.1 数组的创建与操作 17

2.1.2 数组运算 21

2.2 矩阵及其操作 26

2.2.1 矩阵的创建 26

2.2.2 矩阵的扩展 36

2.2.3 矩阵的重构 39

2.3 MATLAB矩阵元素的运算 40

2.3.1 矩阵加减运算 40

2.3.2 矩阵乘运算 41

2.3.3 矩阵除运算 41

2.3.4 矩阵幂运算 42

2.3.5 矩阵元素的查找 43

2.3.6 矩阵元素的排序 45

2.3.7 矩阵元素的求和 46

2.3.8 矩阵元素的求积 46

2.3.9 矩阵元素的差分 48

2.4 矩阵分析 49

2.4.1 向量和矩阵的范数 49

2.4.2 矩阵的秩 50

2.4.3 矩阵的行列式 50

2.4.4 矩阵的迹 51

2.4.5 矩阵的化零矩阵 51

2.4.6 矩阵的求逆 52

2.4.7 矩阵的分解 53

2.4.8 矩阵特征值和特征向量 57

2.4.9 矩阵的超越函数 58

2.5 稀疏矩阵 61

2.5.1 稀疏矩阵的存储方式 61

2.5.2 稀疏矩阵的生成 61

2.5.3 稀疏矩阵的运算 68

2.6 本章小结 70

第3章 结构体和单元数组 71

3.1 结构体 71

3.1.1 结构体的创建 71

3.1.2 获取结构体内部数据 74

3.1.3 结构体操作函数 75

3.1.4 结构体嵌套 76

3.1.5 结构体函数 77

3.2 单元数组 78

3.2.1 单元数组的创建 78

3.2.2 单元数组的显示 80

3.2.3 单元数组的图形显示 80

3.2.4 单元数组的访问 81

3.2.5 单元数组的删除和重新定义 82

3.2.6 单元数组的操作函数 83

3.3 本章小结 84

第4章 字符串 85

4.1 创建字符串 85

4.1.1 创建单行字符串 85

4.1.2 创建多行字符串 86

4.2 字符串操作 87

4.2.1 字符串的比较 87

4.2.2 字符串的替换和查找 89

4.2.3 其他操作 90

4.3 字符数组与数值数组间的相互转换 92

4.4 本章小结 94

第5章 MATLAB程序设计 95

5.1 MATLAB分支控制语句 95

5.1.1 顺序结构 95

5.1.2 if-else-end分支结构 96

5.1.3 switch-case和otherwise 99

5.1.4 for循环结构 100

5.1.5 while循环结构 103

5.2 交互式程序控制命令 104

5.2.1 input和disp命令 104

5.2.2 pause命令 106

5.2.3 continue命令 106

5.2.4 break命令 106

5.2.5 echo命令 108

5.3 程序终止的return语句 108

5.4 错误控制的try-catch结构 109

5.5 本章小结 110

第6章 M文件 111

6.1 变量 111

6.1.1 变量的命名 111

6.1.2 变量的类型 111

6.1.3 MATLAB默认的特殊变量 113

6.1.4 流程控制变量 113

6.2 M文件和MATLAB编程概述 114

6.2.1 M文件概述 114

6.2.2 MATLAB的工作模式 117

6.3 M文件结构实例 118

6.3.1 M文件的一般结构 118

6.3.2 脚本文件实例 119

6.3.3 函数文件实例 119

6.4 函数类型 123

6.4.1 匿名函数 123

6.4.2 M文件主函数 124

6.4.3 子函数 124

6.4.4 嵌套函数 125

6.4.5 私有函数 125

6.4.6 重载函数 125

6.5 本章小结 125

第7章 数据分析 127

7.1 数据插值 127

7.1.1 一维插值 127

7.1.2 二维插值 128

7.2 曲线拟合 129

7.3 函数极限 131

7.4 函数求导 131

7.5 数值积分 132

7.5.1 一元函数的数值积分 132

7.5.2 多重数值积分 134

7.6 本章小结 135

第8章 绘制二维图形 137

8.1 MATLAB图形窗口概述 137

8.2 二维绘图 139

8.2.1 基本绘图流程 139

8.2.2 plot命令 139

8.2.3 设置曲线格式和标记点格式 141

8.2.4 子图绘制 142

8.2.5 叠加绘制 143

8.2.6 坐标轴设置 144

8.2.7 对数坐标系绘图 146

8.2.8 绘制双纵坐标曲线图 147

8.2.9 极坐标绘图 147

8.3 二维特殊绘图 148

8.3.1 条形图和面域图 148

8.3.2 饼形图 150

8.3.3 直方图 151

8.3.4 等高线图 151

8.3.5 向量图 152

8.3.6 网格图绘制 153

8.3.7 曲面图绘制 155

8.3.8 其他特殊绘图指令 156

8.3.9 函数绘制 158

8.4 本章小结 159

第9章 绘制三维图形 161

9.1 创建三维图形 161

9.1.1 三维图形概述 161

9.1.2 三维曲线图 162

9.1.3 三维曲面图 164

9.2 特殊的三维图形 167

9.2.1 三维柱状图示例 167

9.2.2 散点图 168

9.2.3 火柴杆图 169

9.2.4 等高线图 170

9.2.5 瀑布图 171

9.2.6 简易绘图函数 171

9.3 显示与控制三维图形 173

9.3.1 颜色控制 173

9.3.2 坐标控制 175

9.3.3 视角控制 176

9.4 绘制动画图形 177

9.5 四维图形可视化 180

9.5.1 用颜色描述第四维 180

9.5.2 其他函数 182

9.6 本章小结 183

第10章 信号与系统应用 185

10.1 MATLAB信号处理基础介绍 185

10.1.1 连续时间系统的时域信号处理 185

10.1.2 离散时间系统及其实现 189

10.1.3 离散时间信号的基本运算 201

10.2 MATLAB信号积分变换 211

10.2.1 傅里叶变换及其反变换 211

10.2.2 Z变换定义与性质 220

10.2.3 离散余弦变换 221

10.3 MATLAB统计信号处理 223

10.3.1 相关性 223

10.3.2 重新采样 224

10.3.3 窗函数 230

10.3.4 功率谱估计 233

10.3.5 现代谱分析 241

10.3.6 时频分析 244

10.3.7 特殊变换方法 245

10.4 本章小结 249

第11章 数字信号处理 251

11.1 IIR滤波器的设计 251

11.1.1 IIR滤波器优势 251

11.1.2 IIR滤波器设计过程 251

11.1.3 经典法IIR滤波器设计 252

11.1.4 双线性变换法IIR滤波器设计 271

11.2 FIR滤波器设计 275

11.2.1 窗函数FIR滤波器设计 276

11.2.2 最小二乘法FIR滤波器设计 291

11.2.3 其他设计方法 293

11.3 本章小结 299

第12章 参数建模 301

12.1 时域建模 301

12.1.1 AR模型 301

12.1.2 MA模型 306

12.1.3 ARMA模型 309

12.2 频域建模 315

12.2.1 非参量类方法 316

12.2.2 参数法 323

12.2.3 Subspace Methods子空间法 326

12.2.4 谱分析综合应用 327

12.3 信号处理GUI工具 337

12.3.1 信号处理综合工具 337

12.3.2 波形查看器 338

12.3.3 谱分析查看器 338

12.3.4 滤波可视化工具 339

12.3.5 滤波器设计与分析工具 340

12.3.6 滤波器处理工具 341

12.4 本章小结 343

第13章 图像处理工具箱 345

13.1 MATLAB图像处理基础知识 345

13.1.1 MATLAB图像表达方式 345

13.1.2 MATLAB支持的图像文件格式 346

13.1.3 MATLAB图像的类型 346

13.1.4 MATLAB图像类型转换 349

13.1.5 MATLAB图像数据的读写 355

13.2 图像显示 357

13.2.1 标准图像显示技术 357

13.2.2 特殊图像显示技术 360

13.3 图像运算 363

13.3.1 代数运算 363

13.3.2 几何运算 365

13.4 图像数据变换 368

13.4.1 二维傅里叶变换 368

13.4.2 离散余弦变换 369

13.4.3 其他变换 371

13.5 图像分析 374

13.5.1 像素值及统计 374

13.5.2 灰度图边缘检测 377

13.5.3 四叉树分解 379

13.6 图像调整 380

13.6.1 灰度的调整 380

13.6.2 增强图像色彩 381

13.7 图像平滑 382

13.7.1 线性滤波 382

13.7.2 中值滤波 383

13.7.3 自适应滤波 383

13.8 图像区域处理 384

13.8.1 区域滤波 384

13.8.2 区域填充 385

13.8.3 移除小对象 386

13.9 形态学操作 387

13.9.1 图像膨胀 387

13.9.2 图像腐蚀 388

13.9.3 形态学重建 388

13.10 本章小结 389

第14章 句柄图形对象 391

14.1 句柄图形对象概述 391

14.2 get和set函数 391

14.3 根对象 393

14.4 图形窗口对象 394

14.5 核心图形对象 394

14.6 本章小结 400

第15章 图形用户界面(GUI) 401

15.1 图形用户界面(GUI)简介 401

15.1.1 GUI程序概述 401

15.1.2 打开GUIDE开发环境 401

15.2 使用GUIDE创建GUI界面 403

15.2.1 设置组件属性 403

15.2.2 几何排列工具 403

15.2.3 设计菜单 404

15.2.4 对象浏览器 405

15.3 对话框对象 405

15.3.1 公共对话框 406

15.3.2 一般对话框 407

15.4 建立菜单 412

15.5 本章小结 413

第16章 外部接口操作 415

16.1 数据基本操作 415

16.2 底层文件基本I/O操作 416

16.3 文件的读写 418

16.3.1 读写二进制文件 418

16.3.2 读写记事本数据 420

16.3.3 读写电子表格数据 421

16.3.4 读写声音文件 424

16.3.5 读写视频文件 425

16.4 本章小结 426

本书由浅入深地全面讲解了MATLAB软件的基础知识及MATLAB的相关应用。全书以MATLAB 2014a版本的基本功能叙述为主，内容涉及面广，涵盖了一般用户需要使用的各种功能。本书按逻辑结构编排，自始至终采用实例描述，内容编排上循序渐进；每章内容完整并相对独立，且相辅相成，是一本简明的MATLAB参考书。本书共分为16个章节，内容包括MATLAB概述、数值计算、结构体和单元数组、字符串、MATLAB程序设计、M文件、数据分析、绘制二维图形、绘制三维图形、MATLAB在信号与系统中的应用、MATLAB在数字信号处理中的应用、参数建模、MATLAB图形处理工具箱、句柄图形对象、图形用户界面、外部接口操作等，其中重点介绍了数字信号处理工具、图像处理工具箱的原理及其运用。本书以实用为目标，叙述深入浅出，采用实例引导，讲解详实，适合作为理工科高等院校本科生、研究生教学用书，也可作为广大科研工程技术人员的参考用书。

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