MATLAB語言與工程應用

目  錄

第1章  初識MATLAB 1

1.1  MATLAB概述 1

1.1.1  MATLAB的發展歷程 1

1.1.2  MATLAB的基本功能 2

1.2  安裝與啟動MATLAB 3

1.2.1  安裝要求和版本選擇 3

1.2.2  安裝MATLAB 4

1.2.3  啟動與退出 8

1.3  MATLAB工作環境 9

1.3.1  主窗口 9

1.3.2  命令行窗口 10

1.3.3  工作區窗口 11

1.3.4  當前文件夾窗口 11

1.3.5  命令歷史記錄窗口 12

1.4  MATLAB幫助系統 13

1.4.1  幫助中心 13

1.4.2  命令行窗口幫助功能 13

1.4.3  演示幫助 16

1.5  課程思政 16

練習一 17

參考答案 18

第2章  MATLAB語言基礎 19

2.1  常量與變量 19

2.2  矩陣的基本操作 20

2.2.1  矩陣的創建 20

2.2.2  矩陣中元素的表示 23

2.2.3  矩陣結構的變換 25

2.3  運算符 27

2.3.1  算術運算符 28

2.3.2  關系運算符 29

2.3.3  邏輯運算符 31

2.3.4  運算符的優先級 31

2.4  矩陣運算函數 32

2.4.1  常用數學函數 32

2.4.2  矩陣分析函數 33

2.5  字符串處理 39

2.6  程序控制結構 42

2.6.1  順序結構 42

2.6.2  選擇結構 43

2.6.3  循環結構 46

2.7  M文件的結構與調試 49

2.7.1  M文件的結構 49

2.7.2  M文件的調試 51

2.8  實驗一：MATLAB程序流程控制設計 54

2.8.1  實驗目的 54

2.8.2  實驗內容 54

2.8.3  參考程序 55

2.9  實驗二：M文件的應用 56

2.9.1  實驗目的 56

2.9.2  實驗內容 56

2.9.3  參考程序 56

2.10  課程思政 57

練習二 58

參考答案 59

第3章  數據可視化 61

3.1  二維圖形繪制 61

3.1.1  基本繪圖命令 62

3.1.2  線型、數據點型和顏色 67

3.1.3  多條曲線的繪制 68

3.1.4  圖形標註與坐標控制 70

3.1.5  子圖繪制 73

3.2  三維圖形繪制 74

3.2.1  三維曲線的繪制 74

3.2.2  三維曲面的繪制 75

3.3  交互式繪圖工具 76

3.4  實驗三：MATLAB繪圖設計 77

3.4.1  實驗目的 77

3.4.2  實驗內容 77

3.4.3  參考程序 78

3.5  課程思政 79

練習三 80

參考答案 81

第4章  符號計算 82

4.1  符號對象與表達式 82

4.2  符號微積分 92

4.3  符號方程求解 96

4.4  實驗四：MATLAB符號運算 99

4.4.1  實驗目的 99

4.4.2  實驗內容 99

4.4.3  參考程序 99

4.5  課程思政 102

練習四 102

參考答案 103

第5章  數據分析 108

5.1  數據的特徵量 108

5.1.1  隨機變量的數字特徵 108

5.1.2  隨機變量的分佈 112

5.1.3  參數估計 115

5.2  數據統計處理 117

5.2.1  假設檢驗 117

5.2.2  方差分析 117

5.2.3  其他數據統計方法 118

5.3  多項式計算 118

5.3.1  多項式的表示 118

5.3.2  多項式的計算 119

5.3.3  多項式回歸分析 120

5.4  數據插值與擬合 121

5.4.1  一維數據插值 121

5.4.2  二維與多維數據插值 122

5.4.3  其他插值方法 123

5.4.4  多元線性回歸 124

5.4.5  最小二乘法擬合 124

5.4.6  其他擬合方法 125

5.5  最優化問題 126

5.5.1  無約束最優化 126

5.5.2  約束最優化 127

5.5.3  MATLAB常用最優化函數 127

5.6  實驗五：MATLAB最優化方法的應用 128

5.6.1  實驗目的 128

5.6.2  實驗內容 128

5.6.3  參考程序 129

5.7  課程思政 130

練習五 131

參考答案 131

第6章  圖形用戶界面設計 133

6.1  圖形用戶界面對象概述 133

6.1.1  圖形對象 133

6.1.2  圖形對象句柄 133

6.1.3  控件對象 136

6.1.4  控件對象的常用屬性 137

6.1.5  回調函數 140

6.1.6  控件對象創建函數 141

6.2  對話框設計 142

6.3  菜單設計 144

6.3.1  菜單的建立 144

6.3.2  常用菜單屬性 144

6.3.3  快捷菜單 146

6.4  使用GUIDE創建圖形用戶界面 147

6.4.1  GUIDE簡介 147

6.4.2  可視化界面設計工具 148

6.4.3  GUIDE設計實例 153

6.5  實驗六：使用命令行窗口創建對象控件 156

6.5.1  實驗目的 156

6.5.2  實驗內容 156

6.5.3  參考程序 156

6.6  實驗七：使用GUIDE設計一個簡單計算器 157

6.6.1  實驗目的 157

6.6.2  實驗內容 157

6.6.3  參考程序 157

6.7  課程思政 159

練習六 159

參考答案 161

第7章  Simulink建模與模擬 163

7.1  Simulink模塊庫 163

7.1.1  Simulink公共模塊庫 163

7.1.2  Simulink專業模塊庫 169

7.2  Simulink建模的基本操作 170

7.2.1  模塊的基本操作 171

7.2.2  模塊使用與參數設置 172

7.2.3  子系統封裝 174

7.3  Simulink的建模與模擬 176

7.3.1  線性系統的建模與模擬 176

7.3.2  非線性系統的建模與模擬 183

7.4  S-函數 184

7.4.1  S-函數的工作方式 184

7.4.2  S-函數設計舉例 184

7.5  電力系統建模與模擬 186

7.5.1  電路的模擬 186

7.5.2  電機系統模擬 189

7.6  實驗八：Simulink平臺系統建模與模擬 190

7.6.1  實驗目的 190

7.6.2  實驗內容 190

7.6.3  參考程序 191

7.7  課程思政 193

練習七 194

參考答案 195

第8章  MATLAB在控制系統分析中的應用 197

8.1  控制系統數學建模 197

8.1.1  控制系統模型 197

8.1.2  系統模型間的轉換 202

8.1.3  模型的連接化簡 203

8.2  控制系統穩定性分析 209

8.3  控制系統時域分析與應用舉例 214

8.4  控制系統根軌跡分析與應用舉例 220

8.4.1  一般根軌跡 221

8.4.2  廣義根軌跡 223

8.4.3  增加零極點對系統根軌跡的影響 225

8.4.4  基於根軌跡法的系統校正 227

8.5  控制系統頻域分析與應用舉例 229

8.5.1  系統頻域特性與穩定性分析 229

8.5.2  基於頻域法的系統校正 232

8.6  實驗九：線性系統時域與頻域響應模擬分析 237

8.6.1  實驗目的 237

8.6.2  實驗內容 237

8.6.3  參考程序 238

8.7  課程思政 242

練習八 243

參考答案 244

第9章  MATLAB在數字圖像處理中的應用 247

9.1  醫學圖像處理平臺的設計 247

9.1.1  平臺界面的搭建 247

9.1.2  組件回調函數的設計 249

9.2  霧霾場景下基於Retinex的圖像去霧 264

9.2.1  Retinex基本原理 264

9.2.2  單尺度Retinex去霧 264

9.2.3  多尺度Retinex去霧 267

9.3  結合語義特徵的人臉圖像去模糊 272

9.3.1  網絡結構 273

9.3.2  損失函數 274

9.3.3  訓練策略 275

9.3.4  MATLAB實現 276

9.4  課程思政 280

練習九 281

參考文獻 282

IV

MATLAB語言與工程應用

V

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