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内容简介
本书系统地介绍科学研究与工程应用领域使用广泛的 MATLAB语言,介绍其基本编程方法括数据结构、语句结构、流程控制、函数编写、图形绘制与面向对象编程技术等,并介绍 MATLAB语言在微积分、线代数、代数方程、微分方程、优化与数据处理领域的问题求解方法;本书还介绍基于 Simulink的系统建模与仿真方法. 本书适合理工科各专业本科生、研究生以及工程技术人员学习 MATLAB语言,并利用 MATLAB 语言解决科算、系统建模与仿真方法等问题。
目录
目 录第1 章MATLAB 语言简介11.1 科算与仿真问题演示11.1.1 科算问题求解11.1.2 常规计算机语言的局限21.2 MATLAB 语言41.2.1 MATLAB 的出现与发展41.2.2 MATLAB 语言的 51.3 科算问题的三步求解方法 61.4 本书的结构71.5 习 题 8第2 章MATLAB 的编程基础 102.1 MATLAB 的基本操作 102.1.1 MATLAB 主界面102.1.2 MATLAB 工作路径 112.1.3 MATLAB 联机帮助系统122.1.4 MATLAB 的显示格式 132.1.5 MATLAB 的工作空间与管理 142.1.6 MATLAB 的其他辅助工具 142.2 MATLAB 数据结构152.2.1 保留的常量 152.2.2 变量名与命名规则 162.2.3 双精度数据结构 162.2.4 符号型数据结构与符号函数 172.2.5 任意符号型矩阵的生成 192.2.6 其他数据结构 192.2.7 数据结构的识别 202.3 MATLAB 语句结构202.3.1 基本赋值语句 202.3.2 函数调用 212.3.3 冒号表达式 222.3.4 子矩阵的提取 222.3.5 MATLAB 的人机交互函数 232.4 MATLAB 基本运算232.4.1 代数运算 232.4.2 函数运算 252.4.3 逻辑运算 272.4.4 比较运算 272.4.5 字符串运算 272.4.6 符号表达式的处理 292.5 MATLAB 的文件操作 312.5.1 MATLAB 工作空间变量的存取312.5.2 文件读写函数 312.5.3 Microsoft Excel 文件的操作 322.6 习 题 33第3 章MATLAB 的流程结构 353.1 循环结构353.1.1 for 循环结构 353.1.2 while 循环结构 373.1.3 循环语句的嵌套 383.1.4 向量化编程与循环结构 393.2 转移结构403.2.1 简单的条件转移结构 403.2.2 条件转移结构的一般形式 413.2.3 其他流程控制命令 413.2.4 分段函数的向量化计算 413.3 开关结构433.4 试探结构443.5 习 题 45第4 章MATLAB 函数编程 484.1 MATLAB 脚本文件484.1.1 MATLAB 的程序编辑界面 494.1.2 MATLAB 实时编辑界面494.2 函数的基本结构514.2.1 为什么需要MATLAB 函数 514.2.2 函数的结构 514.2.3 函数名的命令规则 524.2.4 输入、输出变元的个数534.2.5 函数的递归调用 544.2.6 匿名函数 554.3 函数变量的传递564.3.1 输入、输出变元的传递与提取564.3.2 局部变量与全局变量 584.3.3 工作空间变量的存取 584.4 MATLAB 函数调试方法与处理 594.4.1 MATLAB 函数的跟踪调试 594.4.2 伪代码技术 604.5 习 题 61第5 章MATLAB 科学绘图 645.1 简单二维图形绘制 645.1.1 基于数据的绘图 645.1.2 基于函数表达式的绘图 685.1.3 参数方程曲线绘制 695.1.4 双y 轴曲线 705.1.5 图形修饰与编辑 705.1.6 图形数据的提取 725.2 特殊二维图形 725.2.1 极坐标 725.2.2 离散数据的图形表示 745.2.3 统计图形绘制 755.2.4 填充图 765.2.5 对数图绘制 775.2.6 动态轨迹绘制与动画制作 785.2.7 图形窗口的分割 795.3 MATLAB 三维绘图795.3.1 三维曲线绘制 805.3.2 三维参数方程的曲线绘制 805.3.3 三维曲面绘制 815.3.4 视角设置 825.3.5 二元参数方程的曲面绘制 835.3.6 三维动画的制作与播放 845.4 隐函数绘制845.4.1 二维隐函数曲线绘制 855.4.2 三维隐函数曲面绘制 865.5 习 题 87第6 章MATLAB 的面向对象编程 906.1 面向对象程序的基本概念906.2 类与对象的设计916.2.1 类的数据结构 916.2.2 类的输入与显示 926.2.3 加减法运算重载函数 946.2.4 乘法运算重载函数 946.2.5 乘方运算重载函数 966.2.6 合并同类项重载函数 966.3 应用程序的界面设计 976.3.1 图形用户界面的对象976.3.2 简易对话框 986.3.3 标准对话框的编程与使用 986.3.4 用App Designer 设计应用程序 996.4 习 题 103第7 章微积分与积分变换求解1057.1 微积分问题的解析求解 1057.1.1 单变量函数的极限 1057.1.2 多元函数的极限 1097.1.3 函数求导 1117.1.4 函数的积分 1167.2 函数的级数与效果评价 1197.2.1 Taylor 级数 1197.2.2 Fourier 级数1217.2.3 级数求和 1237.2.4 序列乘积 1257.2.5 无穷级数的收敛判定 1267.3 微积分问题的数值求解 1277.3.1 数值微分 1277.3.2 数值积分 1287.4 积分变换入门 1337.4.1 Laplace 变换1347.4.2 数值Laplace 变换 1357.4.3 Fourier 变换1377.4.4 z 变换 1387.5 习 题 138第8 章线代数与矩阵分析1448.1 特殊矩阵的输入1448.1.1 零矩阵、幺矩阵与单位矩阵1448.1.2 数矩阵 1468.1.3 对角矩阵 1468.1.4 特殊矩阵的表现形式 1478.2 矩阵分析1478.2.1 矩阵的简单分析1488.2.2 逆矩阵 1518.2.3 Moore–Penrose 广义逆矩阵 1538.2.4 矩阵的特征值 1548.3 矩阵的变换与分解 1558.3.1 矩阵的相似变换1558.3.2 相伴矩阵变换 1558.3.3 一般矩阵的对角变换与Jordan 变换1568.3.4 矩阵的三角分解 1578.3.5 对称矩阵的Cholesky 分解 1588.3.6 奇异值分解 1598.4 矩阵函数1608.4.1 矩阵的指数函数 1608.4.2 矩阵的三角函数 1618.4.3 任意矩阵函数 1618.5 习 题 162第9 章代数方程求解1659.1 线代数方程组的求解 1659.1.1 线方程的一般形式 1659.1.2 线方程解的数值与解析解法 1669.1.3 无穷解的构造 1679.1.4 矛盾方程的小二乘解 1689.1.5 XA = B方程求解1699.2 特殊线方程的方程求解 1699.2.1 线方程的Kronecker 变换 1699.2.2 AXB = C 方程求解 1709.2.3 Lyapunov 方程求解 1719.2.4 Sylvester 方程求解 1719.3 一般非线方程求解 1739.3.1 非线方程的图解法 1739.3.2 多项式类方程的准解析解方法 1769.3.3 二次型方程的准解析解方法 1779.3.4 非线方程的数值解 1789.3.5 方程求解的参数控制 1799.4 多解非线矩阵方程 1809.4.1 多解方程求解的思路与代码实现 1809.4.2 矩阵方程的求解 1829.4.3 伪多项式方程的求解 1839.5 习 题 183第10 章常微分方程求解 18710.1 常微分方程的解析解 18710.1.1 高阶线常系数微分方程 18710.1.2 高阶微分方程组 18910.1.3 时变微分方程 19010.1.4 非线微分方程 19110.2 微分方程的初值问题 19210.2.1 1 阶显式微分方程的标准型19210.2.2 微分方程的直接求解 19210.2.3 微分方程解的检验 19410.2.4 微分方程的变换方法 19510.2.5 刚微分方程 19910.3 特殊微分方程 20010.3.1 微分代数方程 20110.3.2 隐式微分方程 20110.3.3 延迟微分方程 20310.4 微分方程的边值问题 20610.4.1 边值问题的数学形式 20710.4.2 一般边值问题求解 20710.4.3 含有参数的边值问题求解 20810.5 习 题 210第11 章优化问题求解 21511.1 无约束优化 21511.1.1 无约束优化问题的数学形式 21511.1.2 无约束优化问题的求解 21611.1.3 无约束优化问题的求解精度控制 21711.2 线规划与二次型规划 21711.2.1 线规划 21711.2.2 二次型规划21911.2.3 基于问题的描述方法与求解 22011.3 一般非线规划22211.3.1 非线规划的数学形式 22211.3.2 非线规划的直接求解 22211.3.3 局部优解与全局优解22411.4 全局优解的探讨 22511.4.1 MATLAB 全局优化工具箱简介22511.4.2 无约束全局优解的程序实现22711.4.3 有约束全局优解的程序实现22911.5 习 题 231第12 章数据处理与数理统计23512.1 数据插值23512.1.1 一维数据插值 23512.1.2 二维与多维插值 23612.1.3 样条插值求解方法23812.1.4 基于样条插值的数值微积分运算 23912.2 由数据拟合函数模型 24112.2.1 多项式拟合 24112.2.2 小二乘拟合曲线拟合 24212.2.3 基于神经网络的数据拟合24312.3 数据的统计分析24512.3.1 概率密度与分布函数 24512.3.2 伪数生成 24612.3.3 均值与方差 24712.3.4 离群值检测 24812.4 假设检验与方差分析 25012.4.1 数据的假设检验 25012.4.2 方差分析 25212.5 习 题 254第13 章Simulink 建模与仿真 25713.1 Simulink 的界面25713.1.1 Simulink 的模块库与模型窗口 25813.1.2 Simulink 的工具栏 25813.2 Simulink 的常用模块组 25913.2.1 输入、输出模块 26013.2.2 连续与离散系统 26013.2.3 运算模块 26213.2.4 Simulink 模型的建模与仿真举例 26313.3 Simulink 参数设置 26413.3.1 求解器参数设置 26513.3.2 输入、输出参数设置26513.3.3 模型参数预设置 26613.4 基于Simulink 的微分方程建模与求解 26613.4.1 Simulink 建模规则 26713.4.2 底层建模方法 26813.4.3 向量化建模方法 26913.4.4 标准微分方程建模的统一框架 27013.4.5 微分方程组建模 27113.4.6 隐式微分方程建模27213.4.7 延迟微分方程建模27313.5 习 题 274第14 章Simulink 建模与仿真进阶27714.1 基于命令的仿真方法 27714.1.1 仿真参数设置 27714.1.2 用MATLAB 启动仿真过程 27814.1.3 Simulink 仿真的输入与输出数据结构 27914.1.4 并行仿真 28014.2 仿真与快速仿真 28014.2.1 过零点检测 28014.2.2 代数环处理 28114.2.3 仿真过程的快速重启 28314.3 子系统与模块封装 28514.3.1 子系统 28514.3.2 封装模块的图标设计 28614.3.3 模块封装 28814.4 S-函数的编程与应用 29014.4.1 系统的状态方程描述 29014.4.2 S-函数的基本结构 29014.4.3 S-函数的运行机制 29114.4.4 S-函数的响应函数 29214.4.5 S-函数举例 29214.4.6 S-函数模块的封装 29714.5 习 题 298参考文献300MATLAB 函数名索引 304