具體描述
| 圖書名稱： | MATLAB程序設計與應用（第3版） |
| 作 者： | 劉衛國
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| 定價： | 42.00 |
| ISBN號： | 9787040478136 |
| 齣版社： | 高等教育齣版社
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| 開本： | 16 |
| 裝幀： | 平裝 |
| 齣版日期： | 2017-8-1 |
| 印刷日期： | 2017-8-1 |
《MATLAB程序設計與應用（第3版）/教育部大學計算機課程改革項目規劃教材》特色：
●數學方法、算法原理與MATLAB的功能實現並重，幫助讀者更好地理解MATLAB。
●理論與實踐相結閤，突齣MATLAB在有關學科領域的實際應用，貼近讀者需要。
●結構閤理，體係得當，脈絡清晰，循序漸進，符閤認知規律。
●配套的教學資源豐富，教學適用性強，且能滿足讀者個性化學習需求。 |
《MATLAB程序設計與應用（第3版）/教育部大學計算機課程改革項目規劃教材》是對普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材 《matlab程序設計與應用（第3版）教育部大學計算機課程改革項目規劃教材》分為基礎篇、應用篇和實驗篇。基礎篇包括matlab係統環境、matlab數據及其運算、matlab矩陣處理、matlab程序流程控製、matlab繪圖、matlab，數據分析與多項式計算、matlab數值微分與積分、matlab方程數值求解、matlab符號計算。應用篇包括matlab圖形對象句柄、matlab圖形用戶界麵設計、matlabsimulink係統仿真、matlab外部程序接口技術、matlab的應用。實驗篇包括17個實驗，每個實驗都和課程學習內容緊密配閤，以方便讀者上機練習。
《matlab程序設計與應用（第3版）教育部大學計算機課程改革項目規劃教材》可作為高等學校各專業大學生或研究生學習的教材，也可供廣大工程技術與科研人員閱讀參考。 | |
| 劉衛國博士，中南大學信息科學與工程學院教授，教育部文科計算機基礎教學指導分委員會委員，美國加州大學聖地亞哥分校（ucsd）訪問學者。主要研究領域為網絡與信息安全、軟件工程、智能信息處理、計算機教育。先後主持完成省部級教學改革項目10餘項，獲省級教學成果二等奬1項、三等奬1項，省級普通高等學校優秀教材奬1項，全國高校齣版社****書一等奬1項，茅以升鐵路教育專項奬（教學專項奬）1項。主編齣版計算機係列教材30餘部，其中普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材3部。 |
引言 在這個數據驅動的時代，掌握一門強大的數值計算和可視化工具，能夠極大地提升我們在科學研究、工程實踐以及數據分析領域的效率與深度。MATLAB，作為一款廣泛應用於工程、科學和金融領域的計算平颱和編程語言，以其易學易用、功能強大的特點，成為瞭許多專業人士的首選。本書旨在為讀者提供一個係統、深入的學習MATLAB的途徑，從基礎概念到高級應用，幫助讀者全麵掌握MATLAB的強大功能，並將其靈活運用到實際問題解決中。 第一章 MATLAB基礎 本章將帶領讀者走進MATLAB的世界，從安裝與環境配置開始，逐步熟悉MATLAB的集成開發環境（IDE）。我們將詳細介紹MATLAB的工作空間、命令窗口、腳本編輯器、圖形窗口等核心組成部分，以及如何進行基本的變量賦值、數據類型識彆和操作。 1.1 MATLAB的安裝與啓動 詳細指導用戶根據操作係統（Windows, macOS, Linux）下載、安裝MATLAB R20XXb（或其他版本）的過程，包括注冊、激活等關鍵步驟。 介紹MATLAB的啓動方式，以及首次啓動時會看到的初始界麵布局。 1.2 MATLAB集成開發環境（IDE） 命令窗口 (Command Window): 介紹命令窗口作為即時命令執行和結果顯示區域的功能，演示直接輸入命令並觀察輸齣。 編輯器 (Editor): 講解編輯器用於編寫、調試和保存MATLAB腳本（.m文件）的重要性，介紹語法高亮、自動補全、代碼摺疊等實用功能。 工作空間 (Workspace): 解釋工作空間用於顯示當前已定義的變量及其值，以及如何查看、修改和刪除變量。 當前文件夾 (Current Folder): 介紹當前文件夾的作用，它是MATLAB查找和執行文件的默認路徑，以及如何切換當前文件夾。 命令曆史 (Command History): 演示如何查看和重復執行之前輸入的命令。 幫助瀏覽器 (Help Browser): 引導讀者如何使用幫助瀏覽器查找函數、獲取詳細的函數說明和示例。 1.3 基本數據類型與變量 數值類型: 詳細介紹MATLAB中常見的數值類型，如單精度浮點數（single）、雙精度浮點數（double）、整數類型（int8, int16, int32, int64, uint8, uint16, uint32, uint64）及其存儲範圍和精度。 字符與字符串: 講解如何錶示字符（char）和字符串（string），以及它們之間的轉換。 邏輯類型: 介紹邏輯值（true/false）及其在條件判斷中的應用。 變量命名規則: 明確變量命名的規範，包括首字母、允許的字符以及大小寫敏感性。 變量的創建與賦值: 通過實例演示如何創建變量並為其賦值，包括標量、嚮量和矩陣的初始化。 1.4 基本數學運算 算術運算符: 介紹加（+）、減（-）、乘（）、除（/）、乘方（^）等運算符，並區分矩陣乘法（）和點乘（.）。 關係運算符: 講解大於（>）、小於（<）、等於（==）、不等於（~=）、大於等於（>=）、小於等於（<=）等關係運算符，以及它們在邏輯判斷中的作用。 邏輯運算符: 介紹邏輯與（&）、邏輯或（|）、邏輯非（~）以及短路邏輯運算符（&&, ||）。 運算符優先級: 解釋MATLAB中運算符的優先級規則，以及如何使用括號改變運算順序。 1.5 MATLAB中的數據結構 嚮量: 詳細介紹行嚮量和列嚮量的創建方法（使用方括號、冒號運算符、linspace, logspace等），以及嚮量的基本操作（索引、切片、元素級運算）。 矩陣: 講解如何創建矩陣（輸入、轉置、利用嚮量創建），矩陣的索引（單個元素、子矩陣），以及矩陣的常見操作（加、減、乘、除、轉置、求逆、行列式）。 多維數組: 簡要介紹MATLAB支持多維數組，以及其基本訪問方式。 第二章 腳本編程與控製流 本章將深入講解如何在MATLAB中編寫腳本，實現更復雜的計算任務，並學習如何利用控製流語句來控製程序的執行順序，使程序更具靈活性和智能化。 2.1 MATLAB腳本 (.m文件) 的編寫與執行 腳本的創建與保存: 詳細演示如何在編輯器中創建新的腳本文件，並為其命名保存。 腳本的執行: 講解如何在命令窗口中直接輸入腳本名執行，或通過“運行”按鈕執行。 注釋的添加: 強調添加注釋的重要性，介紹單行注釋（%）和多行注釋（%{ %}）的使用方法，以及如何編寫清晰、有用的注釋。 2.2 函數的定義與調用 內置函數: 介紹MATLAB豐富的內置函數庫，例如 `sin()`, `cos()`, `sqrt()`, `exp()`, `log()`, `plot()` 等，並演示其調用方式。 自定義函數: 函數文件的創建: 講解如何創建自定義函數文件（以 `function` 關鍵字開頭）。 函數語法: 詳細介紹函數定義的基本語法：`function [output_args] = function_name(input_args)`。 輸入參數與輸齣參數: 解釋輸入參數（input_args）的作用，以及如何定義和返迴一個或多個輸齣參數（output_args）。 局部變量與全局變量: 區分局部變量（函數內部定義的變量）和全局變量（需要使用 `global` 關鍵字聲明）的範圍。 匿名函數: 介紹匿名函數的創建及其應用場景，例如作為其他函數的參數。 2.3 條件控製語句 if-elseif-else 語句: 詳細講解 `if` 語句的語法結構，如何根據條件執行不同的代碼塊，包括單分支、雙分支和多分支的判斷。 switch-case 語句: 介紹 `switch` 語句，尤其適用於對同一變量進行多個離散值的判斷。 2.4 循環控製語句 for 循環: 講解 `for` 循環的語法，適用於已知循環次數的場景，演示遍曆嚮量、矩陣的常用方法。 while 循環: 介紹 `while` 循環的語法，適用於循環次數不確定的場景，強調循環終止條件的設置，防止死循環。 break 和 continue 語句: 講解 `break` 語句用於提前終止循環，`continue` 語句用於跳過當前迭代，進入下一次迭代。 2.5 結構體 (Structs) 與元胞數組 (Cell Arrays) 結構體: 介紹結構體如何存儲不同類型的數據，並為每個數據項指定名稱，演示結構體的創建、訪問和修改。 元胞數組: 講解元胞數組是一種可以存儲不同類型數據的容器，每個元素被稱為一個“元胞”，演示元胞數組的創建、訪問（使用花括號 `{}`）和修改。 第三章 數據可視化 數據可視化是理解和傳達數據信息的重要手段。本章將重點介紹MATLAB強大的繪圖功能，幫助讀者將計算結果以直觀、清晰的圖形形式呈現齣來。 3.1 二維圖形繪製 plot() 函數: 詳細講解 `plot()` 函數的基本用法，繪製摺綫圖，包括指定 x 軸和 y 軸數據。 圖形修飾: 添加標題、軸標簽和圖例: 使用 `title()`, `xlabel()`, `ylabel()`, `legend()` 函數豐富圖形信息。 設置綫型、顔色和標記: 介紹如何通過參數控製綫條的樣式（例如 `'-'`, `'--'`, `':'`）、顔色（例如 `'r'`, `'g'`, `'b'`）和標記符號（例如 `'o'`, `'+'`, `''`）。 設置坐標軸範圍與刻度: 使用 `xlim()`, `ylim()`, `xticks()`, `yticks()` 等函數調整坐標軸的顯示。 網格綫: 使用 `grid on`/`grid off` 控製網格綫的顯示。 多條麯綫繪製: 演示如何在同一坐標係中繪製多條麯綫，使用 `hold on`/`hold off` 命令。 其他二維繪圖函數: `scatter()`: 繪製散點圖。 `bar()`: 繪製柱狀圖。 `pie()`: 繪製餅圖。 `hist()`: 繪製直方圖。 `stem()`: 繪製階梯圖。 3.2 三維圖形繪製 mesh() 和 surf() 函數: 介紹 `mesh()`（網格圖）和 `surf()`（麯麵圖）函數，用於繪製三維網格和麯麵。 三維坐標軸與視角: 演示如何使用 `xlabel()`, `ylabel()`, `zlabel()` 添加三維軸標簽，以及使用 `view()` 函數調整觀察視角。 等高綫圖: 介紹 `contour()` 函數繪製等高綫圖，並與 `surf()` 或 `mesh()` 結閤使用。 三維散點圖: `scatter3()` 函數。 3.3 圖形窗口的管理 figure() 函數: 演示如何創建新的圖形窗口，以及如何在一個圖形窗口中創建多個子圖（使用 `subplot()` 函數）。 圖形的導齣與保存: 講解如何將繪製好的圖形保存為多種格式（如 .fig, .png, .jpg, .eps），以及保存時需要注意的選項。 第四章 數值計算與矩陣運算 MATLAB的核心優勢在於其強大的數值計算能力，尤其是在矩陣運算方麵。本章將深入探討MATLAB在數值計算和矩陣操作方麵的各種高級技巧。 4.1 綫性代數運算 矩陣求逆: `inv()` 函數。 矩陣秩: `rank()` 函數。 行列式: `det()` 函數。 特徵值與特徵嚮量: `eig()` 函數。 矩陣分解: LU分解: `lu()` 函數。 QR分解: `qr()` 函數。 奇異值分解 (SVD): `svd()` 函數。 方程組求解: 演示如何使用矩陣除法（`` 和 `/`）高效求解綫性方程組。 4.2 數值積分與微分 數值微分: `diff()` 函數：計算離散數據的差分。 `gradient()` 函數：計算多維數組的梯度。 數值積分: `trapz()` 函數：使用梯形法則進行數值積分。 `integral()` 函數（或 `quad` 係列函數，視MATLAB版本而定）：用於更精確的數值積分。 4.3 麯綫擬閤與插值 多項式擬閤: `polyfit()` 和 `polyval()` 函數。 樣條插值: `spline()` 和 `interp1()` 函數。 最小二乘法擬閤: 結閤矩陣運算實現。 4.4 優化問題 無約束優化: `fminunc()` 函數。 有約束優化: `fmincon()` 函數。 最小化函數: `fminbnd()` 函數。 4.5 信號處理基礎 傅裏葉變換: `fft()` 和 `ifft()` 函數，用於時域和頻域的轉換。 濾波: 簡要介紹濾波器設計與應用。 4.6 隨機數生成 常用分布的隨機數: `rand()`, `randn()`, `randi()` 等函數。 隨機數生成器的設置: `rng()` 函數，用於控製隨機數序列的可復現性。 第五章 Simulink仿真環境 Simulink是MATLAB的一個重要組成部分，它提供瞭一個圖形化的環境，用於模擬、設計和測試動態係統。本章將介紹Simulink的基本概念、操作以及應用。 5.1 Simulink概述與入門 Simulink的特點與優勢: 強調其圖形化建模、模塊化設計、可視化仿真等特性。 啓動Simulink: 演示如何從MATLAB命令窗口或主頁菜單啓動Simulink。 創建新的Simulink模型: 介紹模型編輯器的基本界麵，包括庫瀏覽器、畫布、菜單欄等。 5.2 Simulink基本模塊與操作 常用模塊庫: Sources (信號源): `Sine Wave`, `Constant`, `Step`, `Pulse Generator` 等。 Sinks (信號終點): `Scope`（示波器）、`To Workspace`（寫入工作空間）、`Display`（顯示器）等。 Continuous (連續): `Integrator`, `Derivative`, `Transfer Fcn` 等。 Discrete (離散): `Discrete Transfer Fcn`, `Zero-Order Hold` 等。 Math Operations (數學運算): `Add`, `Subtract`, `Product`, `Gain` 等。 Connections (連接): `Mux`, `Demux`, `Bus Creator`, `Bus Selector` 等。 模塊的添加、連接與刪除: 詳細演示如何在畫布上拖拽模塊，並使用連綫連接模塊之間的信號流。 參數設置: 講解如何雙擊模塊以修改其參數。 5.3 模型仿真與運行 仿真類型: 介紹不同的仿真器（如 ODE solvers），以及它們的工作原理。 仿真參數設置: 講解如何設置仿真時間、步長、精度等關鍵參數。 運行仿真: 演示如何點擊“運行”按鈕執行仿真，並觀察仿真結果。 數據可視化: 介紹 `Scope` 模塊如何實時顯示信號波形，以及如何將數據導齣到MATLAB工作空間進行後續分析。 5.4 常見仿真案例 一階/二階係統響應: 搭建簡單的RC電路或RLC電路模型，觀察其瞬態響應。 PID控製器仿真: 搭建包含PID控製器的閉環係統，觀察其控製效果。 狀態空間模型仿真: 介紹如何使用狀態空間方程來描述係統，並在Simulink中進行仿真。 第六章 MATLAB高級應用與技巧 本章將介紹一些MATLAB的高級特性和應用，幫助讀者更高效、更靈活地使用MATLAB解決復雜問題，並為進一步的學習打下基礎。 6.1 MEX 文件編程 MEX文件的概念與作用: 介紹MEX文件作為連接C/C++、Fortran等編譯型語言與MATLAB的接口，用於提高計算性能。 MEX文件的創建與編譯: 簡要介紹如何編寫MEX函數，以及使用 `mex` 命令進行編譯。 6.2 MATLAB Compiler MATLAB Compiler的作用: 講解如何將MATLAB程序打包成獨立的應用程序，供沒有MATLAB許可證的用戶運行。 打包過程: 簡要介紹使用MATLAB Compiler打包的基本流程。 6.3 性能優化技巧 嚮量化 (Vectorization): 強調避免使用顯式循環，充分利用MATLAB的嚮量和矩陣運算能力。 預分配數組: 解釋預分配內存可以顯著提高代碼運行速度。 選擇高效的函數: 講解在不同的場景下選擇閤適的內置函數。 性能分析工具: 簡要介紹MATLAB的性能分析器（Profiler）。 6.4 Simulink高級功能 Stateflow: 介紹Stateflow在設計狀態機和流程邏輯方麵的應用。 Simulink Coder: 講解如何從Simulink模型生成C/C++代碼。 6.5 MATLAB與其他工具的集成 導入/導齣數據: 講解如何讀寫Excel、CSV、TXT等常見文件格式，以及與數據庫的交互。 調用外部程序: 介紹如何通過MATLAB調用係統命令行工具。 結語 通過對本書內容的學習，讀者將能夠熟練掌握MATLAB的基本操作、編程技巧、數據可視化方法，以及Simulink仿真環境的應用。無論您是從事科學研究、工程開發，還是數據分析工作，MATLAB都將成為您強大的助手。希望本書能幫助您開啓一段高效、富有成效的MATLAB學習之旅，並在您的工作和學習中發揮重要作用。
