薛定宇教授大講堂（捲Ⅰ）：MATLAB程序設計（第2版）
薛定宇
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目錄大綱
目 錄
CONTENTS
第1章電腦數學語言概述
1.1 數學問題電腦求解概述1
1.1.1 為什麽要學習電腦數學語言· 1
1.1.2 數學問題的解析解與數值解· 5
1.1.3 數學運算問題軟件包發展概述· 6
1.1.4 常規電腦語言的局限性 7
1.2 電腦數學語言簡介 9
1.2.1 電腦數學語言的出現 9
1.2.2 有代表性的電腦數學語言· 10
1.3 科學運算問題的三步求解方法 10
本章習題 13
第2章MATLAB語言程序設計基礎 15
2.1 MATLAB命令窗口與操作· 17
2.1.1 MATLAB的命令窗口· 17
2.1.2 MATLAB的工作路徑設置 18
2.1.3 註釋語句· 19
2.1.4 MATLAB的工作空間與管理 20
2.1.5 MATLAB的其他輔助工具 20
2.1.6 聯機幫助系統 21
2.2 MATLAB基本操作命令· 23
2.2.1 變量名命名規則 23
2.2.2 保留的常數· 23
2.2.3 顯示格式的設置 25
2.2.4 底層操作系統命令 25
2.2.5 MATLAB的人機交互函數 26
2.3 常用數據結構· 26
2.3.1 數值型數據· 26
2.3.2 符號型數據· 28
2.3.3 符號型函數· 30
2.3.4 任意符號型矩陣的生成 30
2.3.5 任意矩陣函數生成 31
2.3.6 整型變量與邏輯變量 32
2.3.7 數據結構類型的識別 32
2.3.8 矩陣的維數與長度 32
2.3.9 屬性驗證函數 33
2.4 字符串數據結構· 34
2.4.1 一般字符串的表示 34
2.4.2 字符串的處理方法 35
2.4.3 字符串的轉換與讀寫方法 36
2.4.4 字符串命令的執行 38
2.4.5 MuPAD 接口函數的編寫· 38
2.4.6 字符串的雙引號描述方法 39
2.5 其他常用數據結構 39
2.5.1 多維數組· 39
2.5.2 單元數組· 40
2.5.3 表格數據· 41
2.5.4 結構體· 43
2.5.5 其他數據結構 44
2.6 MATLAB 的基本語句結構· 44
2.6.1 直接賦值語句 45
2.6.2 函數調用語句 45
2.6.3 多樣的函數調用機制 46
2.6.4 冒號表達式· 46
2.6.5 子矩陣的提取 47
2.6.6 等間距行向量的生成 47
2.7 數據文件的讀取與存儲 48
2.7.1 數據文件的讀取與存儲命令· 48
2.7.2 文件讀寫的底層方法 49
2.7.3 Excel文件的讀取與存儲· 50
本章習題 52
第3章基本數學運算· 54
3.1 矩陣的算術運算· 55
3.1.1 矩陣的轉置、翻轉與旋轉· 55
3.1.2 矩陣的四則運算 56
3.1.3 復數矩陣及其變換 57
3.1.4 矩陣乘方與開方 58
3.1.5 矩陣的點運算 59
3.2 矩陣的邏輯運算與比較運算 60
3.2.1 矩陣的邏輯運算 60
3.2.2 矩陣的比較運算 61
3.2.3 矩陣元素的查詢命令 61
3.2.4 屬性判定語句 62
3.2.5 非零元素個數統計 63
3.3 超越函數的計算· 64
3.3.1 指數函數與對數函數的計算· 64
3.3.2 三角函數的計算 65
3.3.3 反三角函數的計算 66
3.3.4 矩陣的超越函數 67
3.4 符號表達式的化簡與變換 69
3.4.1 多項式的運算 69
3.4.2 多項式矩陣的計算 70
3.4.3 三角函數的變換與化簡 71
3.4.4 符號表達式的化簡 72
3.4.5 符號表達式的變量替換 73
3.4.6 符號運算結果的轉換 74
3.4.7 數學歸納法的實現 75
3.5 基本數據運算· 76
3.5.1 數據的取整與有理化運算 76
3.5.2 向量的排序、最大值與最小值 77
3.5.3 數據的均值、方差與標準差· 79
3.5.4 質因數與質因式 80
3.5.5 排列與組合· 81
3.5.6 網格數據的生成 83 本章習題 84
第4章MATLAB語言的流程結構 88
4.1 循環結構· 89
4.1.1 for 循環結構 89
4.1.2 while 循環結構 91
4.1.3 迭代方法的循環實現 92
4.1.4 遞推方法與實現 93
4.1.5 循環結構的輔助語句 95
4.1.6 冗長符號表達式的完全顯示· 97
4.2 條件轉移結構· 98
4.2.1 簡單的條件轉移結構 98
4.2.2 條件轉移結構的一般形式 98
4.2.3 流程控制的應用——方程的整數解· 100
4.3 向量化編程· 101
4.3.1 向量化編程實現 101
4.3.2 方程整數解的向量化方法 103
4.3.3 分段函數的向量化表示 104
4.4 開關結構· 107
4.5 試探結構· 109 本章習題 111
第5章函數編寫與調試 114
5.1 MATLAB 的腳本程序· 115
5.2 MATLAB 語言函數的基本結構 116
5.2.1 函數的基本結構 116
5.2.2 函數名的命令規則 118
5.2.3 函數編寫舉例 118
5.2.4 變元的檢測段落 122
5.3 函數編寫的技巧· 124
5.3.1 遞歸調用· 124
5.3.2 可變輸入輸出個數的處理 126
5.3.3 輸入變元的容錯處理 128
5.3.4 全局變量· 129
5.3.5 存取MATLAB工作空間中的變量 130
5.3.6匿名函數與inline函數· 131
5.3.7 子函數與私有函數 133
5.3.8 駐留變量與鎖定函數 134
5.4 MATLAB 程序的調試· 134
5.4.1 MATLAB 程序的跟蹤調試 134
5.4.2 偽代碼與代碼保密處理 137
5.4.3 MATLAB 函數的排錯· 138
5.5 MATLAB 實時編輯器· 138
5.5.1 實時文檔編輯界面 139
5.5.2 建立一個簡單的文檔 139
5.5.3 嵌入代碼的運行 140
5.5.4 在實時編輯器中嵌入對象 141
5.5.5 由LATEX描述數學公式· 143
5.5.6 實時編輯文檔的輸出 146 本章習題 146
第6章二維圖形繪制· 149
6.1 二維曲線的繪制· 150
6.1.1 二元數據的曲線繪制 150
6.1.2 數學函數的曲線繪制 153
6.1.3 分段函數的曲線繪制 155
6.1.4 參數方程的曲線繪制 156
6.1.5 二維圖形的標題處理 158
6.1.6 多縱軸曲線的繪制 159
6.2 圖形修飾· 161
6.2.1 基於命令的修飾方法 161
6.2.2 利用界面的修飾方法 164
6.2.3LATEX支持的修飾命令· 165
6.2.4 數學公式疊印與宏包設計 165
6.3 其他二維圖形繪制語句 166
6.3.1 極坐標曲線的繪制 166
6.3.2 離散信號的圖形表示 169
6.3.3 直方圖與餅圖 170
6.3.4 填充圖· 172
6.3.5 箱線圖· 173
6.3.6 對數坐標圖· 174
6.3.7 誤差限圖· 175
6.3.8 動態軌跡顯示 175
6.3.9 二維動畫的顯示 176
6.4 圖形窗口的操作與分割 177
6.4.1 圖形窗口的操作 177
6.4.2 圖形窗口的規範分割 178
6.4.3 圖形窗口的任意分割 179
6.5 隱函數繪制及應用 180
6.5.1 二元隱函數的曲線繪制 181
6.5.2 曲線的光滑處理 183
6.5.3 二元聯立方程的圖解法 183
6.6 圖像的顯示與簡單處理 185
6.6.1 圖像的輸入· 185
6.6.2 圖像的編輯與顯示 186
6.6.3 顏色空間轉換 187
6.6.4 邊緣檢測· 187
6.6.5 直方圖均衡化 187
6.7 MATLAB 圖形的輸出方法· 189
6.7.1 圖形輸出菜單與應用 189
6.7.2 打印預覽對話框 190
6.7.3 圖形輸出命令 190
本章習題 191
第7章三維圖形表示· 194
7.1 三維曲線繪制· 195
7.1.1 三維曲線繪制命令 195
7.1.2 已知數學函數的三維曲線繪制· 196
7.1.3 三維填充圖· 197
7.1.4 三維直方圖與餅圖 198
7.1.5 條帶圖· 200
7.2 三維曲面繪制· 202
7.2.1 網格圖與錶面圖 202
7.2.2 錶面圖的陰影與光照 206
7.2.3 其他錶面圖繪制 207
7.2.4 圖像文件的三維錶面圖 209
7.2.5 已知函數的錶面圖 210
7.2.6 散點數據的錶面圖繪制 211
7.3 三維圖形視角設置 212
7.3.1 視角的定義· 213
7.3.2 三視圖的設置 214
7.3.3 任意視角的設置 214
7.4 其他三維繪圖· 215
7.4.1 等高線· 215
7.4.2 曲面的交線· 216
7.4.3 矢量圖· 219
7.4.4 三元隱函數的繪圖 220
7.4.5 隱函數曲面的交線 221
7.4.6 參數方程的錶面圖 223
7.4.7 復變函數的三維錶面圖 224
7.4.8 球面與柱面· 225
7.4.9 Voronoi圖與Delaunay剖分· 228
7.5 三維圖形的特殊處理 230
7.5.1 三維曲面的旋轉 230
7.5.2 坐標軸變換的三維曲面 232
7.5.3 三維圖形的剪切 232
7.5.4 三維錶面圖貼面處理 233
7.6 四維圖形繪制· 234
7.6.1 三維動畫的製作與播放 234
7.6.2 切片圖· 235
7.6.3 體視化界面· 236 本章習題 238
第8章MATLAB語言與其他語言的接口· 240
8.1 C語言環境下提供的MATLAB變量格式及函數概述· 241
8.1.1 編譯程序的環境設置 241
8.1.2 Mex下的數據結構 242
8.1.3 Mex文件的結構 243
8.1.4 Mex文件的編寫方法與步驟· 246
8.2 不同數據結構的Mex處理 248
8.2.1 不同類型輸入輸出變元的處理· 248
8.2.2 字符串變量的讀寫 249
8.2.3 多維數組的處理 250
8.2.4 單元數組的處理 251
8.2.5 MAT 文件的讀寫方法· 252
8.3 C程序中直接調用MATLAB函數 255
8.4 MATLAB 函數的獨立程序轉換 259
8.5 並行計算簡介· 260 本章習題 263
第9章面向對象程序設計基礎 264
9.1 面向對象編程的基本概念 265
9.1.1 類與對象的概念 265
9.1.2 類與對象數據結構 266
9.2 類的設計· 267
9.2.1 類的設計方法 268
9.2.2 類的定義與輸入 268
9.2.3 類的顯示· 270
9.3 重載函數的編寫· 271
9.3.1 加法的重載函數編寫 272
9.3.2 合並同類項的化簡函數 273
9.3.3 減法重載函數 274
9.3.4 乘法重載函數 274
9.3.5 乘方運算重載函數 277
9.3.6 其他響應函數 278
9.3.7 域的賦值與提取 279
9.4 類的繼承與擴展· 279
9.4.1 擴展類的定義與顯示 280
9.4.2 ftf對象的連接重載函數 282
9.4.3 分數階傳遞函數的頻域分析· 285
本章習題 287
第10章圖形用戶界面設計技術· 289
10.1 MATLAB 語言圖形界面編程基礎· 290
10.1.1 MATLAB 圖形界面中各對象的關系· 290
10.1.2 窗口對象及屬性設置· 291
10.1.3 窗口的常用屬性· 291
10.1.4 對象屬性的讀取與修改· 291
10.1.5 簡易對話框 294
10.1.6 標準對話框及其調用· 296
10.2 MATLAB 圖形界面設計基本組件
10.2.1 MATLAB 支持的基本組件· 300
10.2.2 組件的常用屬性 · 301
10.2.3 組件句柄的獲取 · 302
10.2.4 組件的另一種描述方法 303
10.3 App設計工具——AppDesigner303
10.3.1 App Designer 簡介 303
10.3.2 界面設計方法簡介· 305
10.3.3App的輸入變元· 309
10.3.4多窗口App設計· 312
10.4 圖形用戶界面的高級技術· 314
10.4.1 選項卡組的使用· 314
10.4.2 菜單與工具欄的設計· 316
10.4.3 ActiveX 組件的嵌入與編程 317
10.5 程序打包與發布· 319
10.5.1 App轉換為可執行文件· 319
10.5.2 工具箱的打包處理· 321
本章習題 322
參考文獻· 324
MATLAB 函數名索引· 326
術語索引· 333
