MATLAB程序設計及應用

郭斯羽副教授

現為湖南大學專職教師，主要從事智能儀器、圖像處理與機器視覺、
視覺檢測等方面的研究與教學工作，出版過多本著作及教材。

目 錄 
1章 緒論 1 
1.1 MATLAB發展簡介 1 
1.2 MATLAB的優點和缺點 2 
1.2.1 優點 2 
1.2.2 缺點 4 
1.3 應用案例 5 
1.4 與MATLAB類似的軟件 6 

2章 MATLAB軟件的基本作 9 
2.1 MATLAB R2020a的安裝 9 
2.2 命令的輸入與執行 10 
2.2.1 手工輸入命令內容 10 
2.2.2 命令的快捷輸入方式 12 
2.3 MATLAB的幫助系統 13 
2.4 變量 14 
2.4.1 變量的命名 15 
2.4.2 工作空間 16 
2.4.3 變量的生成 18 
2.5 算術運算符與初等數學函數 19 
2.5.1 算術運算符 19 
2.5.2 三角函數 20 
2.5.3 雙曲函數 22 
2.5.4 複數相關的函數 23 
2.5.5 指數函數與對數函數 24 
2.5.6 圓整與求餘 25 
2.6 格式化文本輸出 26 
2.6.1 format命令 26 
2.6.2 disp函數 27 
2.6.3 fprintf函數 27 
2.7 數列 30 
2.7.1 數列的生成和下標 31 
2.7.2 數列的算術運算和常用函數 35 
2.8 基本繪圖 40 
練習 46 

3章 MATLAB程序設計 51 
3.1 M文件 51 
3.1.1 腳本M文件 53 
3.1.2 函數M文件 56 
3.2 程序流程控制結構 60 
3.2.1 程序流程圖簡介 60 
3.2.2 關係運算符和邏輯運算符 62 
3.2.3 if分支結構 63 
3.2.4 switch分支結構 67 
3.2.5 for循環結構 69 
3.2.6 while循環結構 75 
3.2.7 其他流程控制語句 82 
3.3 工作空間與變量的作用域 87 
3.3.1 局部變量 87 
3.3.2 函數的輸入/輸出參數 88 
3.3.3 在工作空間之間共享數據 89 
3.4 局部函數與嵌套函數 91 
3.4.1 局部函數 91 
3.4.2 嵌套函數 94 
3.5 函數優先級與路徑 95 
3.6 註釋 97 
3.7 調試 99 
練習 101 

4章 MATLAB中的矩陣與數組 108 
4.1 矩陣與數組的生成和基本作 108 
4.1.1 基本矩陣的生成 109 
4.1.2 獲取數組的基本信息 115 
4.1.3 數組的常見處理 116 
4.1.4 訪問數組中的單個元素 119 
4.2 數據類型 122 
4.2.1 MATLAB中的數據類型概述 122 
4.2.2 與數據類型有關的常用作 124 
4.3 數組運算 126 
4.4 矩陣運算 131 
4.4.1 矩陣的算術運算 131 
4.4.2 常用的矩陣運算函數 139 
4.5 數組下標 143 
4.5.1 多維下標 143 
4.5.2 一維下標 149 
4.5.3 邏輯數組下標 155 
4.6 異質數據容器 156 
4.6.1 元胞數組 157 
4.6.2 結構體數組 166 
4.6.3 表 167 
練習 169 

5章 MATLAB繪圖 176 
5.1 圖形窗口與坐標區 176 
5.1.1 圖形窗口 176 
5.1.2 坐標區 178 
5.2 繪製線圖的函數 183 
5.2.1 使用plot函數繪製二維線圖 183 
5.2.2 使用plot3函數繪製三維曲線 184 
5.2.3 使用stairs函數繪製階梯圖 185 
5.2.4 使用errorbar函數繪製帶誤差條的線圖 186 
5.2.5 使用area函數繪製區域圖 187 
5.2.6 使用stackedplot函數繪製共軸堆疊圖 188 
5.2.7 用於繪製對數圖的函數 189 
5.2.8 根據函數表達式繪圖 190 
5.3 曲面圖的繪製 191 
5.3.1 繪製三維曲面圖的方法 191 
5.3.2 瀑布圖和條帶圖的繪製 193 
5.3.3 使用pcolor函數繪製偽彩色圖 194 
5.3.4 等高線圖的繪製方法 195 
5.4 數據分佈圖的繪製 197 
5.4.1 直方圖的繪製方法 197 
5.4.2 箱形圖的繪製方法 199 
5.4.3 散點圖的繪製方法 199 
5.4.4 平行坐標圖的繪製方法 201 
5.4.5 餅圖的繪製方法 201 
5.5 離散數據圖的繪製 202 
5.5.1 條形圖的繪製方法 202 
5.5.2 針狀圖的繪製方法 205 
5.5.3 帕累托圖的繪製方法 206 
5.6 極坐標圖的繪製 206 
5.6.1 極坐標線圖的繪製方法 206 
5.6.2 極坐標散點圖的繪製方法 207 
5.6.3 玫瑰圖的繪製方法 208 
5.7 向量場相關圖形的繪製 208 
5.7.1 箭頭圖的繪製方法 208 
5.7.2 羽毛圖和羅盤圖的繪製方法 209 
練習 210 

6章 MATLAB中的符號計算 215 
6.1 符號計算概述 215 
6.2 創建符號數值、變量、表達式和函數 216 
6.2.1 創建符號數值 216 
6.2.2 創建符號變量 217 
6.2.3 創建符號表達式和函數 218 
6.3 表達式的變形與化簡 219 
6.4 基本的微積分運算 224 
6.5 求解普通方程與微分方程 230 
6.6 數值的求取與代碼生成 235 
6.6.1 數值的求取 235 
6.6.2 代碼生成 237 
6.7 符號計算的局限性 237 
練習 238 

7章 MATLAB中的數值計算 240 
7.1 求解非線性方程、多項式方程和方程組 240 
7.1.1 求解非線性方程 240 
7.1.2 求解多項式方程 246 
7.1.3 求解非線性方程組 247 
7.2 插值與擬合 248 
7.2.1 問題描述 248 
7.2.2 插值 249 
7.2.3 擬合 254 
7.3 數值積分 258 
7.4 解常微分方程 261 
練習 265 
參考文獻 268