MATLAB程序設計與工程應用

本書面向高等學校理工科專業學生和行業工程技術人員，旨在幫助理工科專業低年級學生和相關行業還沒有編程基礎的工程技術人員瞭解電腦程序設計的基本思想和方法，熟練掌握MATLAB工具，引導讀者從電腦程序設計的基本概念逐漸過渡到工程實踐應用。 全書共分為三篇：第一篇MATLAB程序設計基礎（第1章~第5章），主要介紹電腦程序設計的基本概念、MATLAB R2022b的工作環境及基本操作、基本數據類型及運算、MATLAB基本結構程序設計、函數、排序索引與搜索；第二篇MATLAB高級程序設計（第6章~第8章），主要介紹MATLAB中的高級數據類型、文件及文件操作和數據的可視化；第三篇MATLAB程序設計的工程應用（第9章~第12章），主要介紹MATLAB在線性代數與矩陣、數值微積分與符號運算、復變函數與積分變換、隨機變量與噪聲分析及工程問題求解中的應用。 為便於讀者高效學習，快速掌握MATLAB程序設計的基本方法及其在工程中的典型應用，本書作者精心製作了完整的案例源碼和同步練習題代碼（12章共2萬+行），並對重難點內容錄制了詳細的講解視頻和實戰案例操作視頻（約1000分鐘）。 本書適用於高等院校理工科專業本科生和高職高專學生、各類培訓機構教材，也適用於其他專業和行業的工程技術人員作為電腦程序設計、工程數學、數學建模和系統模擬、電腦輔助設計等工程應用的自學入門參考讀物。

目錄

第一篇MATLAB程序設計基礎

第1章MATLAB與程序設計

微課視頻33分鐘

1.1算法和程序

1.1.1算法

1.1.2程序設計語言

1.1.3程序的編譯和解釋

1.2MATLAB入門

1.2.1MATLAB的工作環境

1.2.2腳本和程序

1.3MATLAB的內置函數

1.4MATLAB的幫助系統

第2章基本數據類型及運算

微課視頻115分鐘

2.1基本數據類型

2.1.1整數

2.1.2浮點數

2.1.3常量

2.2變量及其屬性

2.2.1變量及其賦值

2.2.2變量的屬性

2.3數組

2.3.1數組的基本概念

2.3.2數組的創建

2.3.3數組元素的訪問

2.3.4數組大小的獲取

2.4數據的基本運算

2.4.1標量運算

2.4.2數組運算

2.5字符與字符串

2.5.1字符及其編碼

2.5.2字符串與字符串數組 

2.5.3文本與數值型數據之間的轉換

2.5.4字符向量和字符串的基本操作

2.6數據的輸入和輸出

2.6.1數據的輸入

2.6.2數據的輸出顯示

第3章MATLAB基本結構程序設計

微課視頻105分鐘

3.1面向過程程序設計簡介

3.2邏輯數據類型及其運算

3.2.1邏輯數據類型

3.2.2關系運算和邏輯運算

3.3分支結構程序設計 

3.3.1if語句

3.3.2switch語句

3.4循環結構程序設計

3.4.1基本的循環語句

3.4.2循環語句的嵌套

3.4.3break和continue語句

3.4.4循環語句的向量化

第4章函數

微課視頻80分鐘

4.1函數的基本概念

4.1.1函數文件

4.1.2函數的基本結構

4.2函數的創建與調用

4.3局部函數、嵌套函數和匿名函數

4.3.1局部函數

4.3.2嵌套函數

4.3.3匿名函數

4.4函數之間的數據共享

4.4.1函數的工作區與局部變量

4.4.2工作區之間的數據共享

4.5函數的參數驗證 

4.5.1參數的有效性聲明

4.5.2驗證函數

4.5.3參數的種類

第5章排序、索引與搜索

5.1排序

5.1.1排序的基本方法

5.1.2排序內置函數

5.2索引

5.3搜索

5.3.1搜索的基本方法

5.3.2搜索內置函數

第二篇MATLAB高級程序設計

第6章MATLAB中的高級數據類型

微課視頻46分鐘

6.1元胞數組

6.1.1元胞數組的創建

6.1.2元胞數組中數據的訪問

6.1.3字符向量元胞數組

6.1.4元胞數組與函數的可變個數參數

6.2結構體數組

6.2.1結構體數組的創建

6.2.2結構體數組的訪問和操作

6.2.3嵌套結構體

6.2.4函數的結構體參數

6.3表

6.3.1表的創建和查看

6.3.2表中數據的訪問

6.3.3表數據的統計和排序

第7章文件及文件操作

微課視頻44分鐘

7.1MATLAB中常用的文件格式

7.2MAT文件

7.2.1工作區變量的保存和加載

7.2.2MAT文件內容的查看

7.3文本文件和電子表格文件

7.3.1數據的導出

7.3.2數據的導入

7.4低級文件操作

7.4.1文件的打開和關閉

7.4.2文本格式文件的訪問

7.4.3二進制格式文件的訪問

第8章數據的可視化

微課視頻98分鐘

8.1圖形窗口

8.1.1圖形窗口的創建和關閉

8.1.2圖形窗口屬性設置

8.1.3圖形區的劃分

8.2二維線圖及屬性設置

8.2.1二維線圖的繪制

8.2.2圖形屬性設置

8.2.3坐標區屬性設置 

8.3圖形的交互

8.3.1圖形的縮放和平移

8.3.2數據提示和數據點的刷亮

8.4圖形的導出和保存

8.4.1FIG文件的導入和導出

8.4.2圖形保存為圖像文件

第三篇MATLAB程序設計的工程應用

第9章線性代數與矩陣

9.1矩陣的概念與創建

9.1.1矩陣的創建

9.1.2特殊矩陣的創建

9.2矩陣的基本運算

9.2.1矩陣的基本算術運算

9.2.2矩陣的轉置與旋轉

9.2.3方陣的行列式

9.2.4逆矩陣

9.3矩陣的變換與分解

9.3.1初等行變換

9.3.2矩陣的分解

9.4線性代數方程組的求解

9.4.1線性代數方程組的矩陣表示

9.4.2線性代數方程組的求解介紹 

9.4.3欠定方程組和超定方程組

9.5線性代數的應用

9.5.1電阻電路的分析

9.5.2數字圖像的處理和變換

第10章數值微積分與符號運算

10.1數值微積分

10.1.1歐拉法

10.1.2龍格庫塔法

10.1.3數值微積分的專用函數

10.2微分方程的數值求解

10.2.1一階微分方程

10.2.2高階微分方程

10.2.3常微分方程求解的專用函數

10.3符號運算及符號方程的求解

10.3.1符號對象

10.3.2符號運算

10.3.3符號方程的求解

10.4動態系統分析

10.4.1動態系統及其時域方程 

10.4.2動態系統響應的求解

10.4.3動態系統的狀態空間方程

第11章復變函數與積分變換

11.1復數與復變函數

11.1.1復數的表示

11.1.2復數的基本運算

11.1.3復變函數

11.2傅里葉變換

11.2.1周期信號的頻譜分析

11.2.2連續信號的傅里葉變換

11.2.3快速傅里葉變換

11.3拉普拉斯變換

11.3.1拉普拉斯變換和拉普拉斯反變換

11.3.2連續系統的復頻域分析

第12章隨機變量與噪聲

12.1隨機事件及其概率

12.1.1隨機事件

12.1.2概率

12.1.3MATLAB中隨機數的產生與概率計算

12.2隨機變量及其分佈

12.2.1隨機變量及其分佈函數

12.2.2離散型隨機變量的概率分佈

12.2.3連續型隨機變量的概率密度

12.2.4常用分佈的MATLAB實現

12.3隨機變量的數字特徵

12.3.1數學期望

12.3.2方差

12.3.3數字特徵的MATLAB求解

12.4隨機過程與噪聲

12.4.1隨機過程

12.4.2噪聲

參考文獻

實例目錄

實例11MATLAB內置函數的使用13

實例21數組的創建26

實例22數組的運算32

實例23字符串的編輯43

實例31基本的分支程序61

實例32多分支結構程序設計62

實例33if語句的嵌套162

實例34if語句的嵌套263

實例35switch語句的使用65

實例36for語句的使用167

實例37for語句的使用268

實例38while語句的應用169

實例39while語句的應用270

實例310循環語句的嵌套70

實例311continue語句的用法71

實例312break語句的用法72

實例313循環語句的向量化73

實例41函數的創建與調用79

實例42函數中的數組參數81

實例43局部函數的使用83

實例44嵌套函數的使用83

實例45函數參數的有效性聲明93

實例46函數參數的自動匹配94

實例51冒泡法排序99

實例52順序搜索103

實例53對分搜索104

實例61函數的可變個數參數1119

實例62函數的可變個數參數2119

實例63參數個數的檢查121

實例64輸出參數個數的獲取121

實例65結構體數組的創建126

實例66結構體數組的創建與訪問131

實例67嵌套結構體的使用134

實例68結構體作為函數參數135

實例69表數據的統計146

實例610表數據的排序148

實例71數值型數組數據的導出155

實例72元胞數組數據的導出156

實例73表數據的導出157

實例74數據從文本文件導入表中160

實例75數據從電子表格文件導入表中161

實例76簡單的格式化文本文件寫入操作167

實例77數組數據的寫入168

實例78多種類型數據的寫入169

實例79格式化文本文件的讀取170

實例710文本文件的按行讀取1173

實例711文本文件的按行讀取2173

實例712文件的隨機讀取175

實例713二進制文件的讀寫178

實例81對數坐標圖的繪制190

實例82圖形屬性設置1192

實例83圖形屬性設置2192

實例84圖形屬性的名值對參數193

實例85圖形標題和坐標軸標簽的添加195

實例86坐標軸刻度及網格線196

實例87圖例的添加198

實例88數據點的標註199

實例89用saveas函數實現圖形的保存206

實例810用exportgraphics函數實現圖形的保存208

實例91用矩陣的初等變換求逆221

實例92矩陣的三角分解224

實例93消元法求解線性代數方程組228

實例94圖像文件的導入239

實例95圖像的裁剪241

實例96圖像的翻轉243

實例97圖像的裁剪、旋轉和縮放245

實例101歐拉法求數值微積分249

實例102二階龍格庫塔法求數值積分250

實例103四階龍格庫塔法求數值積分252

實例104用內置函數求數值微分254

實例105用內置函數實現數值積分255

實例106用歐拉法求解一階微分方程257

實例107用RK2法求解一階微分方程258

實例108用四階龍格庫塔法求解高階微分方程259

實例109用內置函數求解微分方程262

實例1010符號函數波形的繪制266

實例1011符號微積分1268

實例1012符號微積分2268

實例1013利用solve函數求解代數方程269

實例1014利用solve函數求解代數方程組270

實例1015符號微分方程的求解271

實例1016動態電路零輸入響應的求解274

實例1017動態電路零狀態響應的求解274

實例1018動態系統單位沖激響應的求解275

實例1019狀態空間方程的求解278

實例111周期信號的頻譜分析284

實例112連續信號的傅里葉變換287

實例113離散傅里葉變換289

實例114快速傅里葉變換292

實例115單邊拉普拉斯變換的MATLAB程序求解294

實例116單邊拉普拉斯反變換的MATLAB程序求解295

實例117部分分式展開法求拉普拉斯反變換1297

實例118部分分式展開法求拉普拉斯反變換2298

實例119連續系統零狀態響應的求解300

實例1110連續系統傳遞函數的零極點圖301

實例1111連續系統的穩定性分析302

實例121拋擲硬幣隨機試驗的模擬307

實例122拋擲骰子隨機試驗的模擬307

實例123概率密度函數曲線的繪制312

實例124概率分佈曲線的繪制312

實例125概率的求解1313

實例126概率的求解2314

實例127隨機數據的產生與直方圖的繪制315

實例128隨機變量數字特徵的求解318

實例129離散隨機變量數字特徵的求解319

實例1210連續隨機變量數字特徵的求解319

實例1211隨機過程的模擬321

實例1212隨機過程統計特性分析323

實例1213平穩隨機過程的各態歷經性324

實例1214高斯噪聲分析326

視頻目錄

序號視 頻 名 稱時長/分鐘視頻二維碼插入書的位置

1MATLAB的工作環境161.2.1節首

2腳本和程序171.2.2節首

3基本數據類型202.1節首

4變量及其屬性112.2節首

5數組的創建方法172.3.2節首

6數組元素的訪問152.3.3節首

7數組大小的獲取92.3.4節首

8數據的基本運算142.4節首

9數據的輸出顯示92.6.2節首

10數據的格式化輸出202.6.2節中“3. 數據的格式化輸出”

11邏輯數據類型與關系運算163.2.1節首

12邏輯運算符與邏輯表達式143.2.2節中“2. 邏輯運算符與邏輯表達式”

13分支結構程序設計93.3.1節首

14分支結構程序設計舉例11實例31

15if語句的嵌套13實例33

16for循環183.4.1節首

17while循環143.4.1節中“2. while語句”

18break和continue語句103.4.3節首

19函數的基本概念274.1節首

20函數的創建與調用304.2節首

21局部函數、嵌套函數和匿名函數234.3節首

22元胞數組256.1節首

23結構體數組216.2節首

24文本文件的寫操作247.4.2節中“1. 文本文件的寫操作”

25二進制模式文件的訪問207.4.3節首

26圖形窗口的創建和關閉178.1.1節首

27圖形區的劃分298.1.3節首

28二維線圖的繪制208.2.1節首

29圖形屬性設置138.2.2節首

30坐標區屬性設置198.2.3節首