本书内容紧扣“十四五”普通高等教育的教学改革要求，聚焦信息技术等学科最新发展动态，秉承“以能力培养为核心”的教学理念，注重基础性，突出实用性。全书基于 MATLAB R2019b 设计内容体系和实例。
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 图形用户界面设计技术、MATLAB 工具箱、MATLAB 仿真与应用、MATLAB 应用实例。为了方便读者学习，附录给出部分习题参考答案，同时提供配套课件、部分源程序代码等电子资源，读者可在 http://www.51eds.com 网站下载。
本书适合作为普通高等院校数学、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，也可作为广大工程应用和开发从业人员的参考用书。

第 1 章 MATLAB 概述..................................................................................................... 1
1.1 MATLAB 的影响及其发展历史 ............................................................................ 1
1.2 MATLAB R2019b 的主要功能 .............................................................................. 3
1.3 MATLAB R2019b 运行方法 .................................................................................. 4
1.3.1 运行环境 ..........................................................................................................4
1.3.2 MATLAB 系统的启动与退出.........................................................................4
1.4 MATLAB R2019b 工作界面 .................................................................................. 5
1.4.1 命令窗口 ..........................................................................................................5
1.4.2 工作区 ..............................................................................................................6
1.4.3 历史命令窗口 ..................................................................................................6
1.4.4 当前文件夹与搜索路径..................................................................................6
1.4.5 菜单区 ..............................................................................................................7
1.4.6 快捷方式区 ......................................................................................................8
1.5 MATLAB 的辅助部分 ........................................................................................... 9
1.6 初识 MATLAB 计算 ............................................................................................ 11
1.6.1 数值计算函数库 ............................................................................................ 11
1.6.2 MATLAB 计算实例....................................................................................... 11
小结 ............................................................................................................................. 13
习题 ............................................................................................................................. 13
第 2 章 MATLAB 矩阵分析与处理 .................................................................... 14
2.1 矩阵的建立......................................................................................................... 14
2.1.1 直接建立矩阵 ................................................................................................14
2.1.2 利用函数建立基本矩阵和用于专门学科的特殊矩阵................................15
2.1.3 用冒号表达式建立矩阵................................................................................20
2.1.4 创建复合矩阵 ................................................................................................21
2.2 矩阵元素的操作 ................................................................................................. 22
2.2.1 矩阵元素的提取 ............................................................................................22
2.2.2 矩阵元素的赋值 ............................................................................................23
2.2.3 矩阵元素的删除 ............................................................................................24
2.3 矩阵的算术运算 ................................................................................................. 25
2.3.1 加、减运算 ....................................................................................................25
2.3.2 乘法运算 ........................................................................................................25
2.3.3 矩阵相除运算 ................................................................................................26
2.4 矩阵关系与逻辑运算.......................................................................................... 26
2.4.1 关系运算 ........................................................................................................26
2.4.2 逻辑运算 ........................................................................................................27
2.4.3 逻辑函数与测试函数....................................................................................28
2.5 矩阵的集合运算 ................................................................................................. 29
2.5.1 两个集合的交集 ............................................................................................29
2.5.2 检测集合中的元素 ........................................................................................30
2.5.3 两集合的差 ....................................................................................................31
2.5.4 两个集合交集的非（异或）........................................................................32
2.5.5 两集合的并集 ................................................................................................32
2.5.6 取集合的单值元素 ........................................................................................33
2.6 空间解析几何运算 ............................................................................................. 33
2.6.1 向量运算 ........................................................................................................34
2.6.2 空间距离计算 ................................................................................................37
2.7 矩阵的特殊运算 ................................................................................................. 38
2.7.1 对角矩阵创建与矩阵对角元素抽取............................................................38
2.7.2 上三角矩阵和下三角矩阵的抽取................................................................40
2.7.3 矩阵的变维 ....................................................................................................41
2.8 矩阵的线性运算 ................................................................................................. 42
2.8.1 矩阵的特征值及特征向量............................................................................42
2.8.2 矩阵的二次型 ................................................................................................43
2.8.3 秩 ....................................................................................................................43
2.8.4 矩阵的线性变换 ............................................................................................44
2.9 矩阵分析............................................................................................................. 45
2.9.1 矩阵结构变换 ................................................................................................45
2.9.2 矩阵的逆矩阵与广义逆矩阵........................................................................46
2.9.3 方阵的行列式 ................................................................................................47
2.10 矩阵的分解 ....................................................................................................... 48
2.10.1 矩阵的三角分解 ..........................................................................................48
2.10.2 矩阵的正交分解 ..........................................................................................49
2.10.3 矩阵的平方根分解 ......................................................................................50
2.11 稀疏矩阵........................................................................................................... 51
2.11.1 稀疏矩阵的创建 ..........................................................................................51
2.11.2 稀疏矩阵的查看 ..........................................................................................52
2.12 MATLAB 的数组运算 ....................................................................................... 54
2.12.1 创建数组 ......................................................................................................54
2.12.2 数组的算术运算 ..........................................................................................54
2.12.3 MATLAB 中矩阵与数组的关系.................................................................56
小结 ............................................................................................................................. 56
习题 ............................................................................................................................. 57
第 3 章 MATLAB 数值计算 .............................................................................. 59
3.1 线性方程（组）的数值求解 .............................................................................. 59
3.2 非线性方程与非线性方程组的数值求解........................................................... 61
3.2.1 非线性方程数值求解....................................................................................61
3.2.2 非线性方程组数值求解................................................................................61
3.3 多项式数值计算 ................................................................................................. 62
3.3.1 多项式的建立 ................................................................................................63
3.3.2 多项式求根 ....................................................................................................63
3.3.3 多项式求值 ....................................................................................................64
3.3.4 多项式的四则运算 ........................................................................................65
3.3.5 多项式的导函数 ............................................................................................66
3.4 数据的数值计算 ................................................................................................. 67
3.4.1 数据统计与分析 ............................................................................................67
3.4.2 数据分段插值 ................................................................................................70
3.4.3 曲线拟合 ........................................................................................................74
3.4.4 函数极值与最优化问题求解........................................................................76
3.5 数值微分与积分 ................................................................................................. 84
3.5.1 数值微分 ........................................................................................................84
3.5.2 数值积分 ........................................................................................................87
3.6 常微分方程的数值求解...................................................................................... 89
3.7 快速傅里叶变换 ................................................................................................. 91
小结 ............................................................................................................................. 93
习题 ............................................................................................................................. 94
第 4 章 MATLAB 符号计算 .............................................................................. 96
4.1 符号矩阵与符号函数的创建 .............................................................................. 96
4.1.1 建立符号矩阵 ................................................................................................96
4.1.2 建立符号函数 ................................................................................................98
4.2 符号矩阵与符号函数的基本运算 .................................................................... 100
4.2.1 符号矩阵的基本运算..................................................................................100
4.2.2 符号函数的基本运算..................................................................................102
4.3 符号微积分....................................................................................................... 104
4.3.1 函数的极限 ..................................................................................................104
4.3.2 符号函数的微分 ..........................................................................................105
4.3.3 符号函数的不定积分..................................................................................105
4.3.4 符号函数的定积分 ......................................................................................105
4.3.5 积分变换 ......................................................................................................106
4.3.6 级数的符号求和 ..........................................................................................107
4.3.7 符号函数的泰勒级数..................................................................................109
4.3.8 导数的应用 ..................................................................................................109
4.4 符号解方程....................................................................................................... 110
4.4.1 线性方程与线性方程组的符号求解.......................................................... 110
4.4.2 非线性方程与非线性方程组的符号求解.................................................. 111
4.4.3 常微分方程的符号求解.............................................................................. 112
4.4.4 常微分方程组求解 ...................................................................................... 113
4.5 符号函数的显示 ............................................................................................... 114
小结 ........................................................................................................................... 115
习题 ........................................................................................................................... 116
第 5 章 MATLAB 图形绘制 .............................................................................117
5.1 二维图形的绘制 ............................................................................................... 117
5.1.1 绘制二维曲线的基本函数.......................................................................... 119
5.1.2 绘制图形的辅助操作..................................................................................122
5.1.3 绘制二维图形的其他函数..........................................................................124
5.1.4 绘制特殊二维图形 ......................................................................................127
5.2 三维图形的绘制 ............................................................................................... 132
5.2.1 绘制三维曲线的基本函数..........................................................................133
5.2.2 绘制三维曲面 ..............................................................................................133
5.2.3 标准三维曲面 ..............................................................................................135
5.2.4 其他三维图形 ..............................................................................................136
5.2.5 非网格数据点绘图 ......................................................................................136
5.2.6 隐函数图形的绘制：MATLAB 符号绘图 ................................................137
5.3 三维图形的精细处理........................................................................................ 140
5.3.1 图形的裁剪处理 ..........................................................................................140
5.3.2 视点处理 ......................................................................................................140
5.3.3 色彩处理 ......................................................................................................141
5.3.4 光照处理 ......................................................................................................141
5.4 图像处理........................................................................................................... 142
5.5 底层绘图操作 ................................................................................................... 143
小结 ........................................................................................................................... 148
习题 ........................................................................................................................... 148
第 6 章 MATLAB 程序设计 ............................................................................ 150
6.1 M 文件............................................................................................................... 150
6.1.1 脚本文件 ......................................................................................................150
6.1.2 函数文件 ......................................................................................................151
6.2 程序设计中的变量与语句................................................................................ 153
6.2.1 变量类型 ......................................................................................................153
6.2.2 基本语句 ......................................................................................................155
6.3 数据类型........................................................................................................... 157
6.3.1 字符 ..............................................................................................................157
6.3.2 元胞数组 ......................................................................................................159
6.3.3 结构类型 ......................................................................................................161
6.3.4 函数句柄 ......................................................................................................162
6.3.5 Java 对象 ......................................................................................................163
6.3.6 逻辑类型 ......................................................................................................164
6.4 程序控制语句结构 ........................................................................................... 164
6.4.1 顺序结构 ......................................................................................................164
6.4.2 选择结构 ......................................................................................................168
6.4.3 循环结构 ......................................................................................................172
6.4.4 程序代码优化 ..............................................................................................175
6.4.5 程序中断命令和交互语句..........................................................................179
6.4.6 试探语句 ......................................................................................................182
6.4.7 可变输入/输出变量个数的处理.................................................................183
6.4.8 函数的递归调用 ..........................................................................................183
6.5 程序的调试....................................................................................................... 184
小结 ........................................................................................................................... 186
习题 ........................................................................................................................... 187
第 7 章 MATLAB 图形用户界面设计技术........................................................ 188
7.1 图形用户界面简介 ........................................................................................... 188
7.2 图形对象和图形对象的句柄 ............................................................................ 189
7.2.1 图形对象与图形对象的结构......................................................................189
7.2.2 句柄对象 ......................................................................................................190
7.3 图形用户界面设计工具 GUIDE........................................................................ 192
7.3.1 图形用户界面的开发环境..........................................................................192
7.3.2 位置调整工具 ..............................................................................................194
7.3.3 对象属性查看器 ..........................................................................................195
7.3.4 菜单编辑器 ..................................................................................................198
7.3.5 对象浏览器 ..................................................................................................200
7.4 对话框............................................................................................................... 200
7.4.1 公共对话框 ..................................................................................................200
7.4.2 一般对话框 ..................................................................................................204
小结 ........................................................................................................................... 208
习题 ........................................................................................................................... 209
第 8 章 MATLAB 工具箱................................................................................ 210
8.1 打开 MATLAB 工具箱的方式 ........................................................................... 210
8.2 MATLAB 工具箱简要介绍................................................................................ 211
8.3 MATLAB 常用工具箱的使用方法 .................................................................... 217
8.3.1 曲线拟合工具箱应用..................................................................................217
8.3.2 模糊逻辑工具箱应用..................................................................................221
小结 ........................................................................................................................... 223
习题 ........................................................................................................................... 223
第 9 章 MATLAB 仿真与应用......................................................................... 224
9.1 Simulink 概述.................................................................................................... 225
9.1.1 Simulink 简介...............................................................................................225
9.1.2 Simulink 相关产品.......................................................................................225
9.1.3 一个使用 Simulink 的例子..........................................................................227
9.2 功能模块函数库介绍........................................................................................ 229
9.2.1 Commonly Used Blocks 模块库（常用模块库）......................................230
9.2.2 Continuous 模块库（连续系统模块库）...................................................232
9.2.3 Dashboard 模块库（仪表盘模块库）........................................................233
9.2.4 Discontinuities 模块库（非连续系统模块库）.........................................235
9.2.5 Discrete 模块库（离散系统模块库）........................................................236
9.2.6 Logic and Bit Operations 模块库（逻辑和位操作模块库） ....................238
9.2.7 Lookup Tables 模块库（查表模块库） .....................................................239
9.2.8 Math Operation 模块库（数学运算模块库）............................................240
9.2.9 Messages & Events 模块库（消息与事件模块库） .................................242
9.2.10 Model Verification 模块库（模块声明库）.............................................243
9.2.11 Model-Wide Utilities 模块库（模块扩充功能库）.................................244
9.2.12 Ports & Subsystems 模块库（端口和子系统模块库）...........................245
9.2.13 Signal Attributes 模块库（信号属性模块库）........................................247
9.2.14 Signal Routing 模块库（信号数据流模块库）.......................................248
9.2.15 Sinks 模块库（接收器模块库）..............................................................251
9.2.16 Sources 模块库（信号源模块库） ..........................................................252
9.2.17 String 模块库（字符串函数库） .............................................................255
9.2.18 User-Defined Functions 模块库（用户自定义函数库） ........................257
9.3 Simulink 模块的操作 ........................................................................................ 259
9.3.1 添加和选取模块 ..........................................................................................259
9.3.2 模块的复制和删除 ......................................................................................259
9.3.3 模块属性和参数的设置..............................................................................260
9.3.4 模块间连线 ..................................................................................................261
9.4 自定义功能模块 ............................................................................................... 262
9.4.1 自定义功能模块的生成..............................................................................262
9.4.2 自定义功能模块选项卡的设置..................................................................264
9.5 Simulink 仿真的应用 ........................................................................................ 265
小结 ........................................................................................................................... 271
习题 ........................................................................................................................... 271
第 10 章 MATLAB 应用实例 .......................................................................... 273
10.1 曲线图的绘制 ................................................................................................. 273
10.2 MATLAB 信号的基本操作实例 ...................................................................... 274
10.3 简易计算器 ..................................................................................................... 275
10.4 万年历日期查询 ............................................................................................. 276
10.5 弹簧振动系统模型 ......................................................................................... 279
10.6 图像加密与解密 ............................................................................................. 281
10.7 线性随机迭代 ................................................................................................. 284
小结 ........................................................................................................................... 286
习题 ........................................................................................................................... 286
附录 部分习题参考答案 ................................................................................ 287
参考文献......................................................................................................... 322
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