"MATLAB是适合多学科、多种工作平台的大型数学应用软件，界面友好且开放性强，
主要由MATLAB主程序、Simulink动态系统仿真和MATLAB工具箱三大部分组成。它
是一种直观高效的计算机语言，同时又是一个科学计算平台。
本书以目前流行的MATLABR2014a为蓝本，详细介绍了MATLAB矩阵分析和处理、
数值计算、符号计算、图形绘制、程序设计、仿真与应用、图形用户界面设计技术、工
具箱以及一些应用实例等内容。本书对每一条命令的使用格式都做了详细说明，同时列
举了大量实例，介绍如何运用MATLAB解决实际问题，对初学者很有帮助。
本书适合作为高等学校数学、电子工程、信息技术、机械工程等专业的教材，也可作为
课程设计或毕业设计的参考用书，还可作为广大工程技术人员和设计开发人员的参考资料。"

MATLAB 是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks 公司出品
的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析及数值计算的高级计算语言和
交互式环境，主要由MATLAB 主程序、Simulink 动态系统仿真和MATLAB 工具箱三大
部分组成。
随着信息技术的快速发展，MATLAB 已经成为高等院校理工科专业的一门重要
工具。为了培养学生在计算机软件辅助下，结合传统算法对实际应用问题求解的能
力，本书作者于2006 年在中国铁道出版社出版了《MATLAB 语言程序设计教程》。
该教材一经出版就得到了高校师生的广泛好评，于2009 年4 月荣获河南省第六届高
等教育优秀教学成果奖。为了满足广大师生的需求，2010 年该教材在中国铁道出版
社出版第二版。
为了适应高等教育转型发展的需要，进一步培养学生的实践能力和创新能力，作者
在前两本教材编写经验基础上，深入进行实践教学改革的探索，结合“十三五”时期高
等教育教学模式和教学方法改革创新的要求和MATLAB 版本升级的需要，本书以目前
最流行的MATLAB R2014a 为平台，组织编写。
全书共分为10章，内容包括MATLAB概述、MATLAB矩阵分析与处理、MATLAB
数值计算、MATLAB 符号计算、MATLAB 图形绘制、MATLAB 程序设计、MATLAB
仿真与应用、MATLAB 图形用户界面设计技术、MATLAB 工具箱、MATLAB 应用实
例。为了方便读者，在附录中给出MATLAB 函数命令库和图形句柄函数以及习题参
考答案。
本书主要使用MATLAB R2014a，同时兼顾了以前版本。全书最突出的特色就是通过
大量的实例讲解MATLAB 的常用命令，简单易懂，实用性非常强。实例设计涉及理工科各
个专业，具有很高的现实意义和参考价值，方便学生在最短的时间内掌握MATLAB 的数值
运算、图像绘制、程序设计和系统仿真等功能。本书尽量采用最简单的方法解决实际问题，
对读者具有很强的启示作用。另外，书中对每一条命令的使用格式都做了详细的说明，对
初学者很有帮助。
与其他同类图书相比，本书介绍了MATLAB 语言的基本语法，既便于自学，又有
PowerPoint 课件配合教学，适合作为理工科相关专业教学教材。书中大量实例涉及的课程
范围主要有高等数学、线性代数、大学物理、机械、电工电子和信号系统等。这些例题使
用了MATLAB 中的多种语句，有助于提高编程技巧，通过这些程序可以显著地提高学习效
率。本书较好地解决了目前国内的MATLAB 教材和参考书籍大多针对特定专业、通用性不
强的不足。
本书适合作为高等学校数学、电子工程、信息技术、计算机科学与技术、机械工程
等专业的教材或教学参考书，也可作为广大工程应用人员和开发人员的参考资料。
本书由张德喜任主编，曹玉松和赵秋雨任副主编。具体分工如下：张德喜负责第1章、第5 章、第6 章、第7 章和第9 章的编写，并负责全书的统稿工作。曹玉松负责第
3 章、第4 章和第10 章的编写工作。赵秋雨负责第2 章、第8 章的编写和附录A、B、
C 的整理工作。感谢司文建老师对本教材配套教学课件的制作付出的辛勤工作。感谢中
国铁道出版社各位编辑为本书的顺利出版付出的辛勤劳动。
由于编者知识和经验所限，书中疏漏和不妥之处在所难免，在此诚挚地期待读者
的指正，以使本书在教学实践中不断完善。

第1 章 MATLAB 概述....................................................... 1
本章要点................................................................. 1
1.1 MATLAB 的影响及其发展历史............................................ 1
1.2 MATLAB R2014a 的主要功能............................................. 3
1.3 MATLAB R2014a 的运行环境与安装过程................................... 4
1.3.1 运行环境........................................................... 4
1.3.2 安装过程........................................................... 5
1.4 MATLAB 系统的启动与退出.............................................. 8
1.5 MATLAB R2014a 工作界面............................................... 9
1.5.1 命令窗口........................................................... 9
1.5.2 工作区............................................................ 10
1.5.3 当前文件夹........................................................ 10
1.5.4 菜单区............................................................ 10
1.5.5 快捷方式区........................................................ 12
1.6 MATLAB 的辅助部..................................................... 12
1.7 MATLAB 的数学函数库................................................. 13
1.7.1 数值计算函数库.................................................... 13
1.7.2 MATLAB新增功能简介................................................ 14
1.8 MATLAB 应用实例..................................................... 14
小结.................................................................... 16
习题.................................................................... 16
第2 章 MATLAB 矩阵分析与处理............................................ 17
本章要点................................................................ 17
2.1 矩阵的建立.......................................................... 17
2.1.1 直接建立矩阵...................................................... 17
2.1.2 利用函数建立通用的特殊矩阵........................................ 18
2.1.3 用冒号表达式建立矩阵.............................................. 22
2.1.4 创建复合矩阵...................................................... 23
2.2 矩阵的算术运算...................................................... 23
2.2.1 加、减运算........................................................ 23
2.2.2 乘法.............................................................. 24
2.2.3 矩阵相除.......................................................... 25
2.3 矩阵的线性运算...................................................... 25
2.3.1 矩阵的特征值及特征向量............................................ 25
2.3.2 矩阵的正交基...................................................... 26
2.3.3 矩阵的二次型...................................................... 27
2.3.4 秩................................................................ 27
2.4 矩阵分析............................................................ 28
2.4.1 矩阵结构变换...................................................... 28
2.4.2 矩阵的逆矩阵与广义逆矩阵.......................................... 30
2.4.3 方阵的行列式...................................................... 30
2.5 矩阵的分解.......................................................... 32
2.5.1 矩阵的三角分解.................................................... 32
2.5.2 矩阵的正交分解.................................................... 33
2.5.3 矩阵的平方根分解.................................................. 34
2.6 稀疏矩阵............................................................ 34
2.6.1 稀疏矩阵的创建.................................................... 35
2.6.2 查看稀疏矩阵...................................................... 36
2.6.3 稀疏矩阵的运算.................................................... 38
2.7 矩阵的初等变换...................................................... 41
2.8 MATLAB 的数组运算................................................... 41
2.8.1 创建数组.......................................................... 41
2.8.2 数组的算术运算.................................................... 42
小结.................................................................... 43
习题.................................................................... 44
第3 章 MATLAB 数值计算.................................................. 45
本章要点................................................................ 45
3.1 线性方程与线性方程组的数值求解...................................... 45
3.1.1 线性方程数值求解.................................................. 45
3.1.2 线性方程组数值求解................................................ 45
3.2 非线性方程与非线性方程组的数值求解.................................. 47
3.2.1 非线性方程数值求解................................................ 47
3.2.2 非线性方程组数值求解.............................................. 47
3.3 多项式数值计算...................................................... 48
3.3.1 多项式的建立...................................................... 49
3.3.2 多项式求根........................................................ 49
3.3.3 多项式求值........................................................ 50
3.3.4 多项式的四则运算.................................................. 50
3.3.5 多项式的导函数.................................................... 52
3.4 数据的数值计算...................................................... 52
3.4.1 数据统计与分析.................................................... 52
3.4.2 向量的内积和正交.................................................. 56
3.4.3 数据分段插值...................................................... 57
3.4.4 曲线拟合.......................................................... 61
3.4.5 函数的最大值与最小值.............................................. 63
3.5 数值微分与积分...................................................... 64
3.5.1 数值微分.......................................................... 64
3.5.2 数值积分.......................................................... 65
3.6 常微分方程的数值求解................................................ 66
3.7 级数的求和与收敛.................................................... 67
3.8 傅里叶展开...........................................................68
小结.................................................................... 69
习题.................................................................... 69
第4 章 MATLAB 符号计算.................................................. 71
本章要点................................................................ 71
4.1 符号矩阵与符号函数的创建............................................ 71
4.1.1 建立符号矩阵...................................................... 71
4.1.2 建立符号函数...................................................... 72
4.2 符号矩阵与符号函数的基本运算........................................ 75
4.2.1 符号矩阵的基本运算................................................ 75
4.2.2 符号函数的基本运算................................................ 77
4.3 符号微积分.......................................................... 79
4.3.1 函数的极限........................................................ 79
4.3.2 符号函数微分...................................................... 80
4.3.3 符号函数的不定积分................................................ 80
4.3.4 符号函数的定积分.................................................. 81
4.3.5 积分变换.......................................................... 81
4.3.6 级数的符号求和.................................................... 82
4.3.7 符号函数的泰勒级数................................................ 83
4.3.8 导数的应用........................................................ 83
4.4 符号解方程.......................................................... 84
4.4.1 线性方程与线性方程组的符号求解.................................... 84
4.4.2 非线性方程与非线性方程组的符号求解................................ 85
4.4.3 常微分方程的符号求解.............................................. 86
4.4.4 常微分方程组求解.................................................. 87
4.5 符号函数的显示...................................................... 87
小结.................................................................... 89
习题.................................................................... 89
第5 章 MATLAB 图形绘制.................................................. 90
本章要点................................................................ 90
5.1 二维图形的绘制...................................................... 90
5.1.1 绘制二维曲线的基本函数............................................ 91
5.1.2 绘制图形的辅助操作................................................ 94
5.1.3 绘制二维图形的其他函数............................................ 97
5.1.4 特殊二维图形的绘制................................................ 100
5.2 三维图形的绘制...................................................... 106
5.2.1 绘制三维曲线的基本函数............................................ 106
5.2.2 三维曲面的绘制.................................................... 107
5.2.3 标准三维曲面...................................................... 109
5.2.4 其他三维图形...................................................... 109
5.2.5 非网格数据点绘图.................................................. 109
5.2.6 隐函数图形的绘制：MATLAB符号绘图.................................. 110
5.3 三维图形的精细处理.................................................. 113
5.3.1 图形的裁剪处理.................................................... 113
5.3.2 视点处理.......................................................... 113
5.3.3 色彩处理.......................................................... 114
5.3.4 光照处理.......................................................... 115
5.4 图像与动画.......................................................... 116
5.4.1 图像.............................................................. 116
5.4.2 动画.............................................................. 118
5.5 底层绘图操作........................................................ 119
小结.................................................................... 122
习题.................................................................... 123
第6 章 MATLAB 程序设计.................................................. 124
本章要点................................................................ 124
6.1 M 文件.............................................................. 124
6.1.1 脚本文件.......................................................... 124
6.1.2 函数式文件........................................................ 125
6.2 程序设计中的变量与语句.............................................. 127
6.2.1 变量类型.......................................................... 127
6.2.2 基本语句.......................................................... 129
6.3 数据类型............................................................ 131
6.3.1 字符.............................................................. 132
6.3.2 元胞数组.......................................................... 134
6.3.3 结构类型.......................................................... 134
6.3.4 函数句柄.......................................................... 135
6.3.5 Java对象.......................................................... 135
6.3.6 逻辑类型.......................................................... 136
6.4 程序控制语句结构.................................................... 136
6.4.1 顺序结构.......................................................... 136
6.4.2 选择结构.......................................................... 137
6.4.3 循环结构.......................................................... 139
6.4.4 交互语句.......................................................... 141
6.4.5 试探语句.......................................................... 145
6.4.6 可变输入/输出变量个数的处理....................................... 145
6.4.7 函数的递归调用.................................................... 146
6.5 程序的调试.......................................................... 146
6.6 养成良好的编程习惯.................................................. 149
小结.................................................................... 149
习题.................................................................... 150
第7 章 MATLAB 仿真与应用................................................ 151
本章要点................................................................ 151
7.1 Simulink 概述....................................................... 152
7.1.1 Simulink简介...................................................... 152
7.1.2 Simulink相关产品.................................................. 152
7.1.3 一个使用Simulink的例子............................................ 153
7.2 功能模块函数库介绍.................................................. 155
7.2.1 输入源模块库...................................................... 156
7.2.2 接收模块.......................................................... 157
7.2.3 连续系统模块...................................................... 158
7.2.4 数学运算模块...................................................... 159
7.3 Simulink 模块的操作................................................. 160
7.3.1 添加和选取模块.................................................... 160
7.3.2 模块的复制和删除.................................................. 160
7.3.3 模块属性和参数的设置.............................................. 161
7.3.4 模块间连线........................................................ 163
7.4 自定义功能模块...................................................... 164
7.4.1 自定义功能模块的生成.............................................. 164
7.4.2 自定义功能模块选项卡的设置........................................ 166
7.5 Simulink 仿真的应用................................................. 166
小结.................................................................... 170
习题.................................................................... 170
第8 章 MATLAB 图形用户界面设计技术...................................... 171
本章要点................................................................ 171
8.1 图形用户界面简介.................................................... 171
8.2 图形对象和图形对象的句柄............................................ 172
8.2.1 图形对象与图形对象的结构.......................................... 172
8.2.2 句柄对象.......................................................... 173
8.3 图形用户界面设计工具GUIDE........................................... 175
8.3.1 图形用户界面的开发环境............................................ 175
8.3.2 位置调整工具...................................................... 178
8.3.3 对象属性查看器.................................................... 178
8.3.4 菜单编辑器........................................................ 182
8.3.5 对象浏览器........................................................ 185
8.4 对话框.............................................................. 185
8.4.1 公共对话框........................................................ 185
8.4.2 一般对话框........................................................ 189
小结.................................................................... 194
习题.................................................................... 194
第9 章 MATLAB 工具箱.................................................... 195
本章要点................................................................ 195
9.1 打开MATLAB 工具箱的方式............................................. 195
9.2 MATLAB 工具箱简要介绍............................................... 196
9.3 MATLAB 的Simulink 简要介绍.......................................... 199
9.4 MATLAB 常用工具箱的使用方法......................................... 202
9.4.1 曲线拟合工具箱（curve fitting toolbox）应用....................... 202
9.4.2 模糊逻辑工具箱（Fuzzy Logic Toolbox）应用......................... 205
小结.................................................................... 207
习题.................................................................... 207
第10 章 MATLAB 应用实例................................................. 208
本章要点................................................................ 208
10.1 曲线图的绘制....................................................... 208
10.2 MATLAB 信号的基本操作实例.......................................... 209
10.3 曲面方程........................................................... 210
10.4 散点拟合成曲面..................................................... 212
10.5 计算万年历......................................................... 213
10.6 牛顿环仿真......................................................... 214
10.7 弹簧震动系统模型................................................... 215
10.8 MATLAB 进行频谱分析................................................ 217
10.9 柱形图............................................................. 222
10.10 人脸识别.......................................................... 225
小结.................................................................... 227
习题.................................................................... 227
附录A MATLAB 函数及命令库............................................... 228
附录B 图形句柄函数...................................................... 235
附录C 习题参考答案...................................................... 253
参考文献................................................................ 277

主要著译者顺序姓名学历职称学科专长通讯地址1 张德喜 硕士教授 智能信息处理和量子信息处理 工作单位 许昌学院邮政编码 电话 139374999582 工作单位 邮政编码 电话 3 工作单位 邮政编码 电话 审校者（主审者） 学历 工作单位 邮政编码 电话 职称 工作单位 邮政编码 电话 张德喜，计算机教授，“全国五一劳动奖章”获得者，现任许昌学院实验室管理处处长，曾任计算机学院院长，兼任河南师范大学硕士生导师，许昌市计算机学会副会长。国家“863”计划专家，“河南省劳动模范”，许昌市 “首届杰出人才奖”。全国高等师范院校计算机教育研究会理事，河南省科技计划项目管理咨询专家。近年来，先后被河南省教育厅、科技厅等部门授予“河南省百名技术英杰”，“河南省文明教师”，“河南省高校青年骨干教师”，“许昌市专业技术拔尖人才”等荣誉称号。在教学上，承担多门计算机专业本科课程的讲授工作，指导河南师范大学硕士研究生，获河南省优秀教学成果奖，许昌学院优秀教学成果一等奖。主要研究领域为：智能信息处理和量子信息处理。主持和承担国家自然科学基金、河南省自然科学基金等国家和省部级以上科研项目8项，发表论文50余篇，被EI收录20余篇。申请国家发明专利2项，出版教材5部，获河南省科技进步奖及地厅级科研奖励12项。