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MATLAB基础及其应用教程(第2版) PDF下载

编辑推荐

全书分为基础篇、应用篇两篇。基础篇包括第1~10章。为了介绍MATLAB的总体情况和相关基本概念,第1章介绍入门基础,主要包括MATLAB概述、MATLAB安装方法、MATLAB环境介绍、仿真的基础知识等内容;第2章介绍基本计算,主要包括变量、基本数据类型、基本运算等内容;第3章介绍数组和矩阵,主要包括数组计算、矩阵计算、符号的作用等内容,重点将数组和矩阵加以区分。为了理解两种主要的计算方式,第4章介绍数值计算,主要包括数据插值、数据拟合、多项式运算、代数方程求解、微分方程求解等内容;第5章介绍符号计算,主要包括符号变量的创建、符号表达式运算、符号微积分、符号方程求解等内容。为了使读者更好地理解图形与图像之间的关系,第6章介绍图形绘制,主要包括可视化数据的分类、二维绘图、三维绘图、图形窗口的控制与操作、图形绘制的辅助操作等内容;第7章介绍图像处理,主要包括MATLAB数字图像处理等内容。在MATLAB编程方面,第8章介绍M程序设计,主要包括MATLAB编程特点、M文件形式、控制结构、M文件调试、M文件的编程规范等内容;第9章介绍GUI图形用户界面设计,以M程序设计为基础,主要包括GUI设计工具介绍、GUI设计方法、用户控件的制作、用户菜单的制作、M文件的函数构成等内容。为了实现扩展计算功能,第10章介绍MATLAB工具箱,主要包括工具箱分类、Simulink工具箱、信号处理工具箱、通信工具箱、神经网络工具箱、大数据处理工具箱等内容。应用篇包括第11~15章。结合实际问题,选择MATLAB工具,提供了问题解决框架,主要包括典型问题、主要思路、预备知识、MATLAB函数、MATLAB的实现方式等内容。第11章介绍图像处理方面的应用,利用Hough变换进行曲线的参数提取;第12章介绍GUI设计方面的应用,基于GUI进行经典的扫雷游戏的开发;第13章介绍神经网络方面的应用,利用BP神经网络模型进行交通预测;第14章介绍信号处理方面的应用,设计数字滤波器,对采集的语音信号进行滤波和分析;第15章介绍大数据处理方面的应用,设计基于MapReduce的大型数据集的分析处理。

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内容简介

本书从MATLAB入门的角度出发,系统介绍了MATLAB的基础知识及其应用。全书共分两篇15章,第1~10章为基础篇,介绍入门基础、基本计算、数组和矩阵、数值计算、符号计算、图形绘制、图像处理、M程序设计、GUI图形用户界面、MATLAB工具箱等基础知识;第11~15章为应用篇,介绍MATLAB在图像处理、GUI设计、神经网络、信号处理、大数据处理等方面的应用。

作者简介

尚涛,2006年博士毕业于日本高知工科大学系统工程专业,现为北京航空航天大学网络空间安全副教授,中国电子学会信息论分会 委员,中国人工智能学会 智能机器人专业委员会 委员;主持国家重点研发计划项目子课题、国家自然科学基金面上项目、国际合作、教育部留学回国人员科研启动基金项目、中国博士后科学基金项目、国防863计划项目、中央高校基本科研业务费专项资金项目等多项

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目录

基 础 篇

第1章 入门基础 3
1.1 MATLAB概述 3
1.1.1 MATLAB的优势特点 4
1.1.2 MATLAB的计算实例 5
1.2 MATLAB安装方法 8
1.3 MATLAB环境介绍 10
1.4 预备知识 11
1.4.1 仿真的分类 12
1.4.2 仿真的发展 13
1.4.3 常见的仿真软件 13
1.5 拓展知识 15
1.6 思考问题 16
1.7 常见问题 16
第2章 基本计算 17
2.1 入门实例 17
2.2 变量 18
2.2.1 预定义变量 18
2.2.2 用户自定义变量 18
2.2.3 表达式 19
2.2.4 逗号与分号的区别 19
2.3 基本数据类型 20
2.3.1 数值类型 20
2.3.2 逻辑类型 20
2.3.3 字符串类型 20
2.3.4 单元类型 21
2.3.5 结构类型 22
2.4 基本运算 23
2.4.1 算术运算 23
2.4.2 关系运算 24
2.4.3 逻辑运算 25
2.4.4 数学函数 25
2.5 拓展知识 27
2.6 思考问题 29
2.7 常见问题 29
附录A C语言中结构变量的定义及使用 30
A.1 C语言中结构变量的定义 30
A.2 C语言中结构变量的使用 31
第3章 数组和矩阵 32
3.1 入门实例 32
3.2 数组计算 34
3.2.1 数组的创建 34
3.2.2 数组的访问 36
3.2.3 数组的运算 37
3.3 矩阵计算 39
3.3.1 矩阵的创建 39
3.3.2 矩阵的访问 40
3.3.3 矩阵的运算 40
3.4 符号的作用 45
3.5 拓展知识 45
3.6 思考问题 46
3.7 常见问题 46
附录B 矩阵的对角化 48
B.1 对角化 48
B.2 实对称矩阵的对角化 49
第4章 数值计算 50
4.1 入门实例 50
4.2 数据分析 52
4.3 数据插值 53
4.4 数据拟合 54
4.5 多项式运算 55
4.5.1 多项式的创建 55
4.5.2 多项式的求根 56
4.5.3 多项式的乘运算 56
4.5.4 多项式的除运算 57
4.5.5 多项式的微积分 57
4.6 代数方程求解 58
4.7 微分方程求解 60
4.8 拓展知识 61
4.8.1 Lyapunov方程的计算求解 62
4.8.2 Sylvester方程的计算求解 64
4.8.3 Riccati方程的计算求解 67
4.9 思考问题 68
4.10 常见问题 68
附录C 最小二乘法和微积分基本概念 68
C.1 最小二乘法 69
C.2 微积分的基本概念 69
第5章 符号计算 72
5.1 入门实例 72
5.2 符号变量的创建 73
5.3 符号表达式运算 74
5.3.1 算术运算 74
5.3.2 函数运算 75
5.4 符号微积分 77
5.5 符号方程求解 81
5.6 拓展知识 84
5.6.1 基本指令 84
5.6.2 调用MAPLE函数 85
5.6.3 运行MAPLE程序 87
5.7 思考问题 88
5.8 常见问题 88
附录D 微分方程基础 89
D.1 微分方程的概念 89
D.2 初等积分法 89
D.3 一阶线性微分方程 89
D.4 常系数线性微分方程 90
D.5 初值问题数值解 90
第6章 图形绘制 92
6.1 入门实例 92
6.2 可视化数据的分类 93
6.3 二维绘图 94
6.3.1 基本绘图函数 94
6.3.2 绘图控制符 95
6.3.3 其他绘图函数 96
6.4 三维绘图 97
6.4.1 三维曲线图 98
6.4.2 三维网格图 98
6.4.3 三维曲面图 100
6.5 图形窗口的控制与操作 100
6.5.1 子窗口绘制 101
6.5.2 窗口的刷新 103
6.5.3 窗口的视点 104
6.6 图形绘制的辅助操作 105
6.7 拓展知识 107
6.8 思考问题 108
6.9 常见问题 108
附录E 计算机图形学基础 108
第7章 图像处理 110
7.1 入门实例 110
7.2 MATLAB数字图像处理 112
7.2.1 图像文件输入/输出 112
7.2.2 图像显示 113
7.2.3 图像几何运算 120
7.2.4 图像亮度调整 123
7.2.5 图像斑点去除 125
7.2.6 图像轮廓提取 127
7.2.7 图像边界提取 127
7.2.8 图像间的运算 128
7.2.9 特定区域处理 129
7.3 拓展知识 130
7.3.1 傅里叶变换 131
7.3.2 离散余弦变换 132
7.3.3 Radon变换 134
7.4 思考问题 136
7.5 常见问题 137
附录F 图像处理基础 137
F.1 图像数字化 138
F.2 图像的类型 139
F.3 数字图像的存储 139
第8章 M程序设计 143
8.1 入门实例 143
8.2 MATLAB编程特点 144
8.3 M文件形式 146
8.3.1 基本组成结构 146
8.3.2 脚本文件 147
8.3.3 函数文件 147
8.3.4 局部变量和全局变量 149
8.4 控制结构 150
8.4.1 顺序结构 150
8.4.2 分支结构 151
8.4.3 循环结构 153
8.4.4 其他流程控制语句 154
8.5 M文件调试 155
8.6 M文件的编程规范 158
8.7 拓展知识 159
8.7.1 MATLAB调用其他程序的方法 160
8.7.2 其他程序调用MATLAB内置函数
的方法 168
8.8 思考问题 172
8.9 常见问题 173
附录G 即时编译技术 173
第9章 GUI图形用户界面设计 174
9.1 入门实例 174
9.2 GUI设计工具介绍 175
9.2.1 GUIDE的启动方法 176
9.2.2 GUI文件的构成 177
9.2.3 GUIDE的构成 180
9.3 GUI设计方法 184
9.4 用户控件的制作 184
9.4.1 控件对象的描述 185
9.4.2 控件对象的属性 185
9.4.3 对话框设计 187
9.4.4 用户控件的设计实例 191
9.5 用户菜单的制作 193
9.5.1 用户菜单的制作方法 194
9.5.2 用户菜单的设计实例 194
9.6 M文件的函数构成 196
9.6.1 函数说明 196
9.6.2 参数说明 196
9.6.3 GUIDE数据传递机制 197
9.6.4 函数使用实例 197
9.7 拓展知识 199
9.8 思考问题 200
9.9 常见问题 200
附录H 可视化开发 201
第10章 MATLAB工具箱 203
10.1 入门实例 203
10.2 工具箱分类 205
10.3 Simulink工具箱 207
10.3.1 Simulink的启用方法 208
10.3.2 Simulink模块库简介 209
10.3.3 Simulink建模与仿真 213
10.3.4 Simulink建模实例 215
10.3.5 Simulink建模仿真命令 217
10.4 信号处理工具箱 218
10.4.1 工具箱简介 218
10.4.2 SPTool工具 219
10.4.3 信号处理实例 220
10.4.4 信号处理命令函数 225
10.5 通信工具箱 232
10.5.1 工具箱简介 232
10.5.2 通信命令函数 236
10.5.3 通信系统模块集 237
10.5.4 通信系统性能仿真 242
10.6 神经网络工具箱 245
10.6.1 工具箱简介 245
10.6.2 神经网络工具 250
10.6.3 神经网络应用实例 251
10.6.4 神经网络命令函数 258
10.7 大数据处理工具箱 262
10.7.1 工具箱简介 262
10.7.2 大数据存储 263
10.7.3 Tall数组 266
10.7.4 MapReduce 269
10.8 拓展知识 271
10.9 思考问题 273
10.10 常见问题 274

应 用 篇

第11章 图像处理方面的应用 277
11.1 典型问题 277
11.2 主要思路 277
11.3 图像处理预备知识 277
11.4 MATLAB函数 278
11.5 MATLAB的实现方式 278
11.6 思考 287
第12章 GUI设计方面的应用 288
12.1 典型问题 288
12.2 主要思路 288
12.3 游戏设计预备知识 289
12.4 MATLAB函数 289
12.5 MATLAB的实现方式 290
12.6 思考 298
第13章 神经网络方面的应用 299
13.1 典型问题 299
13.2 主要思路 299
13.3 神经网络预备知识 300
13.4 MATLAB函数 301
13.5 MATLAB的实现方式 301
13.6 思考 305
第14章 信号处理方面的应用 306
14.1 典型问题 306
14.2 主要思路 306
14.3 信号处理预备知识 307
14.4 MATLAB函数 307
14.5 MATLAB的实现方式 308
14.5.1 设计过程 308
14.5.2 调试分析 311
14.6 思考 317
第15章 大数据处理方面的应用 318
15.1 典型问题 318
15.2 主要思路 318
15.3 MapReduce预备知识 319
15.4 MATLAB函数 320
15.5 MATLAB的实现方式 320
15.6 思考 328
参考文献 329

前沿

作为科学研究与工程计算的利器,MATLAB计算软件已经得到广大科研人员和工程师的广泛采用。
目前,有关MATLAB的书籍很多,总体上分为两类:一类介绍MATLAB的实际操作,另一类则介绍某个专业方向的MATLAB应用。第一类图书侧重实际使用,缺少基础知识;第二类图书方向较窄,仅适合专业性较强的研究生学习。为了便于具备高等数学和计算机基础知识的本科生学习,作者编写了这本教材,由浅入深地介绍MATLAB的基础知识及其应用。
本书特色主要体现在以下四个方面:
特色一:基础和应用紧密结合。首先介绍MATLAB的基础知识,然后结合应用需求介绍MATLAB的实际应用。
特色二:利用入门实例形成基本印象,利用层次化实例详细说明。第2~10章均从入门实例入手,然后围绕知识点生动展示MATLAB的功能,逐步提升读者的学习兴趣。
特色三:预备知识和拓展知识承上启下。在介绍MATLAB基本内容时,在章后以附录的形式补充相关的预备知识,同时扩展MATLAB中较为复杂的知识,为深入学习提供自由空间。
特色四:融合最新的软件和应用领域。采用最新版本介绍MATLAB的基本内容和扩展功能,尤其是涉及数据处理部分,增加了对大数据处理功能的介绍。
全书分为基础篇、应用篇两篇。
基础篇包括第1~10章。为了介绍MATLAB的总体情况和相关基本概念,第1章介绍入门基础,主要包括MATLAB概述、MATLAB安装方法、MATLAB环境介绍、仿真的基础知识等内容;第2章介绍基本计算,主要包括变量、基本数据类型、基本运算等内容;第3章介绍数组和矩阵,主要包括数组计算、矩阵计算、符号的作用等内容,重点将数组和矩阵加以区分。为了理解两种主要的计算方式,第4章介绍数值计算,主要包括数据插值、数据拟合、多项式运算、代数方程求解、微分方程求解等内容;第5章介绍符号计算,主要包括符号变量的创建、符号表达式运算、符号微积分、符号方程求解等内容。为了使读者更好地理解图形与图像之间的关系,第6章介绍图形绘制,主要包括可视化数据的分类、二维绘图、三维绘图、图形窗口的控制与操作、图形绘制的辅助操作等内容;第7章介绍图像处理,主要包括MATLAB数字图像处理等内容。在MATLAB编程方面,第8章介绍M程序设计,主要包括MATLAB编程特点、M文件形式、控制结构、M文件调试、M文件的编程规范等内容;第9章介绍GUI图形用户界面设计,以M程序设计为基础,主要包括GUI设计工具介绍、GUI设计方法、用户控件的制作、用户菜单的制作、M文件的函数构成等内容。为了实现扩展计算功能,第10章介绍MATLAB工具箱,主要包括工具箱分类、Simulink工具箱、信号处理工具箱、通信工具箱、神经网络工具箱、大数据处理工具箱等内容。
应用篇包括第11~15章。结合实际问题,选择MATLAB工具,提供了问题解决框架,主要包括典型问题、主要思路、预备知识、MATLAB函数、MATLAB的实现方式等内容。第11章介绍图像处理方面的应用,利用Hough变换进行曲线的参数提取;第12章介绍GUI设计方面的应用,基于GUI进行经典的扫雷游戏的开发;第13章介绍神经网络方面的应用,利用BP神经网络模型进行交通预测;第14章介绍信号处理方面的应用,设计数字滤波器,对采集的语音信号进行滤波和分析;第15章介绍大数据处理方面的应用,设计基于MapReduce的大型数据集的分析处理。
本书由尚涛博士编著,在2014年第1版(ISBN 978-7-121-23516-0)的基础上进行修订,采用MATLAB R2018b更新实例及相关内容。北京航空航天大学的硕士研究生赵铮、陈然一鎏、张锋、姜亚彤、刘然等对本书做了大量的校正工作,北京航空航天大学刘建伟教授对本书的编写提出了很多建设性意见,伍前红、修春娣、毛剑、关振宇等老师为本书的顺利出版做了大量工作,在此一并表示感谢。同时,特别感谢国家卫生健康委科学技术研究所的马旭研究员和杨英副研究员,他们提供了本书实验用大数据样本,并在编写过程中给予了大力支持。
本书参考、引用了国内外相关书籍、文献及有关网站的内容,在此表示衷心的感谢。在编写过程中得到了电子工业出版社和北京航空航天大学的大力支持、鼓励和帮助;本书还得到了国家自然科学基金资助项目(No. 61571024)和国家重点研发计划项目(No. 2016YFC1000307)的资助,在此表示深深的谢意。
为了方便教学,本书配有电子课件和应用实例源程序,任课教师可登录华信教育资源网(www.hxedu.com.cn)免费注册下载。
由于作者水平有限,书中难免存在疏漏与不妥之处,恳请广大读者和同行专家批评指正。

编著者

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