MATLAB程序設計——重新定義科學計算工具學習方法（第2版）

目錄

第1章初識MATLAB： 數學、圖形與編程

1.1探索MATLAB的世界

1.1.1MATLAB的演變： 從概念到市場領導者

1.1.2功能全景： 數學、圖形與編程的融合

1.1.3應用領域： 探索MATLAB的無限潛能

1.1.4行業巨頭： MATLAB的市場足跡

1.1.5工具箱概覽： 功能函數的寶庫

1.1.6應用（App）探秘： 內嵌的迷你軟件

1.2掌握MATLAB開發環境

1.2.1選擇版本： 新即是優

1.2.2環境搭建： 打造友好的編程空間

1.2.3命令行窗口： 實時的多功能交互界面

1.2.4編輯器窗口： 編程的核心舞臺

1.2.5工作區和變量編輯器： 數據的操控平臺

1.3MATLAB高效學習方法

1.3.1學習策略與路徑： 如何高效上手

1.3.2幫助文檔： 不可或缺的學習寶典

1.3.3AI輔助學習與編程： 時代之選

 常見問題解答

本章精華總結

第2章MATLAB極速入門

2.1零基礎快速入門

2.1.1變量的起點： 創建與賦值

2.1.2矩陣操作基礎

2.1.3矩陣計算基礎

2.1.4矩陣索引基礎

2.1.5字符矩陣： 文本處理入門

2.2圖形可視化

2.2.1圖形可視化原理

2.2.2多組數據的繪圖

2.2.3三維繪圖： 立體的藝術

2.2.4子圖技巧： 組織多個視角

2.3數學計算

2.3.1線性代數基礎操作

2.3.2微積分基礎操作

2.3.3微分方程的求解

2.3.4概率統計： 數據分析的工具

2.4程序設計

2.4.1if語句： 決策的關鍵

2.4.2for循環： 重復任務的簡化

2.4.3腳本編寫： 命令序列的集合

2.4.4函數定義： 封裝與復用

2.4.5矩陣編程： MATLAB的特色技巧

常見問題解答

本章精華總結

第3章矩陣： MATLAB的核心概念

3.1矩陣與數據類型

3.1.1數值矩陣： “數”的結構

3.1.2字符矩陣： “字”的結構

3.1.3符號矩陣： “符”的結構

3.2矩陣與數據結構

3.2.1元胞數組： 多元數據的集成

3.2.2結構體： 有序數據的框架

3.2.3表： 數據分析的利器

3.3矩陣操作

3.3.1索引操作： 矩陣的定位術

3.3.2邏輯操作： 決策與篩選的智慧

3.3.3函數操作： 矩陣處理的魔法

3.3.4實用技巧： 提升編程效率小妙招

3.4矩陣運算

3.4.1算術運算： 矩陣的計算法則

3.4.2邏輯運算： 矩陣的真與假

3.4.3關系運算： 比較與排序的邏輯

3.5矩陣編程

3.5.1矩陣編程舉例： 理論與實踐的結合

3.5.2矩陣編程要點： 編程效率的秘訣

常見問題解答

本章精華總結

第4章圖形： MATLAB的可視化技術

4.1繪圖技術探索

4.1.1線圖： 揭示趨勢與關系

4.1.2數據分佈圖： 探索數據的分佈特性

4.1.3離散數據圖： 展示離散數據點

4.1.4極坐標圖： 從不同角度看數據

4.1.5二維向量與標量場： 解析場的流動與變化

4.1.6三維向量與標量場： 深入三維空間的數據探索

4.2圖形設計

4.2.1文本和符號信息： 增加圖形的信息量

4.2.2坐標區外觀： 美化圖形界面

4.2.3顏色欄和配色方案： 豐富圖形色彩

4.2.4三維渲染： 讓三維圖形栩栩如生

4.2.5實用技術： 提升圖形的實用性與可讀性

4.3圖像處理

4.3.1讀寫處理： 圖像的基礎操作

4.3.2算術運算： 圖像數據的數學處理

4.3.3邏輯運算： 基於條件的圖像操作

4.3.4幾何運算： 改變圖像的形狀與位置

4.3.5灰度運算： 探索圖像的灰度世界

4.4動畫製作： 讓圖形動起來

4.4.1揭秘動畫原理

4.4.2視頻生成： 動畫的終極形態

4.5科研綜合繪圖實例

4.5.1條形圖+誤差線： 數據的直觀展示

4.5.2散點圖+模型擬合線： 洞悉數據背後的規律

4.5.3散點圖+誤差線： 精準表達數據的不確定性

4.6三維體圖像處理： 探索數據的深度

常見問題解答

本章精華總結

第5章數學： MATLAB數學計算

5.1初等數學

5.1.1離散數學

5.1.2多項式

5.2線性代數

5.2.1矩陣基礎運算

5.2.2矩陣分解

5.2.3線性方程及矩陣的逆

5.3微積分

5.3.1極限的藝術

5.3.2導數： 原函數的“因”

5.3.3積分： 原函數的“果”

5.3.4泰勒展開： 多項式模擬工具

5.3.5傅里葉展開： 頻域上的簡諧波模擬

5.4插值與擬合

5.4.1一維插值

5.4.2二維網格數據插值

5.4.3二維一般數據插值

5.4.4多項式擬合

5.4.5最小二乘擬合： 擬合的優化之路

5.5代數方程與優化

5.5.1代數方程的求解

5.5.2無約束優化

5.5.3線性規劃： 高效決策工具

5.5.4非線性規劃

5.5.5最大值最小化問題

5.6微分方程

5.6.1常微分方程解析解

5.6.2常微分方程數值解

5.6.3微分方程Simulink求解

5.6.4拋物橢圓型偏微分方程

5.6.5偏微分方程工具箱

5.7概率統計

5.7.1概率分佈

5.7.2偽隨機數的生成與應用

5.7.3統計量分析： 數據的解碼器

5.7.4參數估計： 統計的預言家

5.7.5假設檢驗： 驗證數據的真相

常見問題解答

本章精華總結

第6章編程： MATLAB程序設計

6.1數據結構

6.1.1數據類型： 多彩的數據世界

6.1.2數據結構： 組織數據的智慧

6.1.3應用技巧： 數據處理的巧手

6.2控制流結構

6.2.1分支結構： 選擇的藝術

6.2.2循環結構： 重復的力量

6.2.3試錯結構： 錯誤處理的護盾

6.3程序文件結構

6.3.1腳本： 編程的起點

6.3.2函數： 模塊化編程的核心

6.3.3類： 面向對象的精髓

6.4矩陣化編程

6.4.1基礎操作與運算

6.4.2矩陣化算法函數

6.5編程習慣

6.5.1命名習慣： 標識的智慧

6.5.2代碼習慣： 清晰的編程風格

6.5.3項目習慣： 管理的策略

6.5.4性能習慣： 追求代碼的極致

6.6程序交互設計

6.6.1命令行交互： 簡潔的指令互動

6.6.2文件交互： 數據的進出通道

6.6.3局部UI交互： 界面的精細操作

6.7調試與分發

6.7.1調試腳本： 錯誤的獵手

6.7.2程序調試： 追蹤程序缺陷（bug）的技巧

6.7.3加密分發： 保護智慧成果

常見問題解答

本章精華總結

第7章MATLAB軟件設計： App Designer

7.1App Designer介紹

7.1.1為何App Designer是GUIDE的“終結者”

7.1.2探索基礎功能

7.1.3快速上手指南

7.2App Designer組件

7.2.1常用組件

7.2.2組織界面的容器組件

7.2.3打造互動體驗的儀表組件

7.3App Designer編程

7.3.1代碼視圖

7.3.2編寫回調

7.3.3啟動任務

7.3.4構建多窗口應用

7.3.5應用的封裝與打包

7.4軟件設計實戰

7.4.1設計的藝術： 功能篇

7.4.2數據的準備與管理

7.4.3界面設計的思考

7.4.4自建準備

7.4.5動態互動的回調邏輯

7.4.6填寫函數

7.4.7分析與優化： 效果篇

7.5App編程構建方法

7.5.1面向對象程序設計

7.5.2App類應用

7.5.3App編程構建解析

7.6科研一線軟件設計案例： BiopDesigner 

7.6.1架構篇： 界面佈局與邏輯框架

7.6.2功能篇： 探索軟件的心臟

7.6.3實現篇： 編譯與運行環境

常見問題解答

本章精華總結

第8章MATLAB數學建模

8.1圖論與網絡分析： 揭示事物間的隱藏聯系

8.1.1圖論： 構建與分析抽象網絡的基礎

8.1.2社交網絡圖： 描繪人際關系的圖形結構

8.1.3交通網絡分析： 加權圖的應用與優化

8.1.4動態規劃與最短路徑問題： 高效路徑的探索

8.2博弈論與策略分析： 理解競爭與合作的智慧

8.2.1博弈論： 戰略互動的數學框架

8.2.2囚徒困境與納什均衡： 博弈的經典難題

8.2.3Cournot競爭模型： 企業博弈的經濟解析

8.3決策評價模型： 精準打分的藝術

8.3.1TOPSIS法： 接近理想解的評價方法

8.3.2主成分分析法： 數據降維與信息提取

8.3.3因子分析法： 深挖變量背後的因子

8.4模糊數學與決策： 模糊環境下的準確判斷

8.4.1模糊數學基礎： 隸屬度與不確定性的處理

8.4.2模糊聚類分析： 基於隸屬度的分類技術 

8.4.3模糊綜合評價： 綜合評定的模糊邏輯

8.5啟發式算法： 復雜問題的智能求解

8.5.1啟發式算法概覽： 計算的力量解放思考

8.5.2模擬退火算法： 熱力學啟發的優化策略

8.5.3遺傳算法： 生物進化原理啟發下的優化策略

常見問題解答

本章精華總結

第9章Simulink模擬

9.1Simulink入門指南

9.1.1模塊庫揭秘： 模擬的“心臟”

9.1.2基本操作技巧

9.1.3系統建模方法

9.2PID控制系統

9.2.1深入理解PID控制

9.2.2構建PID控制系統模型

9.2.3PID控制系統調試與分析

9.3通信系統

9.3.1掌握通信系統基礎

9.3.2通信工具箱： 通信設計利器

9.3.3通信系統調制與解調建模

9.4信號處理系統

9.4.1理解信號處理系統

9.4.2信號處理工具箱： 處理信號的利器

9.4.3信號處理系統建模調試案例

常見問題解答

本章精華總結

第10章電腦視覺

10.1電腦視覺基礎

10.1.1概念揭秘： 視覺領域的術語解析

10.1.2現狀透視： 電腦視覺的進化之路

10.1.3原理剖析： 視覺技術的核心機制

10.1.4實用工具： MATLAB視覺工具箱

10.2基於小波變換的圖像融合

10.2.1圖像融合的奧秘

10.2.2小波變換基本原理與在圖像融合中的應用

10.2.3動手實踐： 玩轉小波變換圖像融合

10.3圖像全景拼接

10.3.1全景拼接： 技術原理解讀

10.3.2案例實操： 打造全景世界

10.3.3效果分析： 拼接藝術的品鑒

10.4光流法運動檢測

10.4.1解析光流法： 原理與獨特優勢

10.4.2案例分析： 光流法詳解與應用

常見問題解答

本章精華總結

第11章人工智能

11.1人工智能的概念、技術與分類

11.1.1人工智能的發展與現狀

11.1.2普通人在人工智能浪潮中的角色

11.1.3人工智能學科的子領域簡介

11.1.4機器學習的奧秘

11.2監督學習

11.2.1回歸： 連續的標簽分佈

11.2.2分類： 離散的標簽分佈

11.3無監督學習

11.3.1無監督學習技術全景

11.3.2聚類： 以K均值聚類為例

11.3.3降維： 以主成分分析法為例

11.4強化學習

11.4.1強化學習： 結構與原理

11.4.2強化學習方法介紹： Q學習算法 

11.4.3基於Q學習算法的強化學習實例 

常見問題解答

本章精華總結

附錄A工具箱分類及簡介

附錄B常用核心函數

B.1語言基礎

B.2數據導入和分析

B.3數學

B.4圖形

B.5編程

B.6App構建