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全書(shū)以MATLAB 2022為基礎(chǔ)，結(jié)合高等學(xué)校學(xué)生的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和在計(jì)算科學(xué)中的應(yīng)用，講解數(shù)學(xué)計(jì)算和仿真分析的各種方法和技巧，完整的編寫(xiě)一套讓學(xué)生與零基礎(chǔ)讀者可以靈活掌握的教學(xué)指南。讓學(xué)生與零基礎(chǔ)*終脫離書(shū)本，應(yīng)用于工程實(shí)踐中。
本書(shū)主要內(nèi)容包括MATLAB 概述，MATLAB基礎(chǔ)知識(shí)， 數(shù)組，矩陣，二維圖形繪制，三維圖形繪制，圖像處理，數(shù)據(jù)分析，高等數(shù)學(xué)計(jì)算，微分方程，GUI設(shè)計(jì)與動(dòng)畫(huà)演示，優(yōu)化設(shè)計(jì)，概率統(tǒng)計(jì)分析等內(nèi)容。本書(shū)覆蓋數(shù)學(xué)計(jì)算與仿真分析的各個(gè)方面，既有MATLAB基本函數(shù)的介紹，也有用MATLAB編寫(xiě)的專(zhuān)門(mén)計(jì)算程序，利用函數(shù)解決不同數(shù)學(xué)應(yīng)用問(wèn)題，實(shí)例豐富而典型，包括兩章經(jīng)典實(shí)例，將重點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行融入應(yīng)用，指導(dǎo)讀者有的放矢地進(jìn)行學(xué)習(xí)。
本書(shū)既可作為初學(xué)者的入門(mén)用書(shū)，也可作為工程技術(shù)人員、本科生、研究生的教材用書(shū)。

前 言

MATLAB是美國(guó)MathWorks公司出品的一個(gè)優(yōu)秀的數(shù)學(xué)計(jì)算軟件，其強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算能力和數(shù)據(jù)可視化能力令人震撼。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，MATLAB已經(jīng)發(fā)展到了2022版本，功能日趨完善。MATLAB已經(jīng)發(fā)展成為多種學(xué)科必不可少的計(jì)算工具，成為自動(dòng)控制、應(yīng)用數(shù)學(xué)、信息與計(jì)算科學(xué)等專(zhuān)業(yè)大學(xué)生與研究生必須掌握的基本技能。
目前，MATLAB已經(jīng)得到了很大程度的普及，成為各大公司和科研機(jī)構(gòu)的專(zhuān)用軟件，在各高校中同樣也得到了普及。越來(lái)越多的學(xué)生借助MATLAB來(lái)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)分析、圖像處理、仿真分析。
為了幫助零基礎(chǔ)讀者快速掌握MATLAB的使用方法，本書(shū)從基礎(chǔ)著手，詳細(xì)對(duì)MATLAB的基本函數(shù)功能進(jìn)行介紹，同時(shí)根據(jù)不同學(xué)科讀者的需求，作者在數(shù)學(xué)計(jì)算、圖形繪制、仿真分析、最優(yōu)化設(shè)計(jì)和外部接口編程等不同的領(lǐng)域進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，讓讀者入寶山而滿(mǎn)載歸。
MATLAB本身是一個(gè)極為豐富的資源庫(kù)。因此，對(duì)大多數(shù)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，一定有部分MATLAB內(nèi)容看起來(lái)是透明的，也就是說(shuō)用戶(hù)能明白其全部細(xì)節(jié)；另有些內(nèi)容表現(xiàn)為灰色，即用戶(hù)雖明白其原理但是對(duì)于具體的執(zhí)行細(xì)節(jié)不能完全掌握；還有些內(nèi)容則全黑，也就是用戶(hù)對(duì)它們一無(wú)所知。本書(shū)雖僅涉及MATLAB在各方面應(yīng)用的一小部分，但就是這部分內(nèi)容就已經(jīng)構(gòu)成了對(duì)本書(shū)作者的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。作者在寫(xiě)稿過(guò)程中遇到過(guò)不少困惑，通過(guò)再學(xué)習(xí)和向?qū)＜艺?qǐng)教雖克服了它們的障礙，但仍難免錯(cuò)誤和偏見(jiàn)。本書(shū)所有算例均由作者在計(jì)算機(jī)上驗(yàn)證。在此，本書(shū)作者肯切期望得到各方面專(zhuān)家和廣大讀者的指教。
一、本書(shū)特色
市面上的MATLAB學(xué)習(xí)書(shū)籍浩如煙海，讀者要挑選一本自己中意的書(shū)反而很困難，真是亂花漸欲迷人眼。那么，本書(shū)為什么能夠在您眾里尋她千百度之際時(shí)，于燈火闌珊中讓您驀然回首呢，那是因?yàn)楸緯?shū)有以下5大特色：
作者權(quán)威
本書(shū)由CAD/CAM/CAE圖書(shū)出版專(zhuān)家胡仁喜博士指導(dǎo)，大學(xué)資深專(zhuān)家教授團(tuán)隊(duì)執(zhí)筆編寫(xiě)。本書(shū)是編者總結(jié)多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及教學(xué)的心得體會(huì)，歷時(shí)多年精心編著，力求全面細(xì)致地展現(xiàn)出MATLAB在工程分析與數(shù)學(xué)計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域的各種功能和使用方法。
實(shí)例專(zhuān)業(yè)
本書(shū)中有很多實(shí)例本身就是工程分析與數(shù)學(xué)計(jì)算項(xiàng)目案例，經(jīng)過(guò)作者精心提煉和改編。不僅保證了讀者能夠?qū)W好知識(shí)點(diǎn)，更重要的是能幫助讀者掌握實(shí)際的操作技能。
提升技能
本書(shū)從全面提升MATLAB工程分析與數(shù)學(xué)計(jì)算能力的角度出發(fā)，結(jié)合大量的案例來(lái)講解如何利用MATLAB進(jìn)行工程分析與數(shù)學(xué)計(jì)算，真正讓讀者懂得計(jì)算機(jī)輔助工程分析與數(shù)學(xué)計(jì)算。
內(nèi)容全面
本書(shū)共13章，分別介紹了MATLAB 概述，MATLAB基礎(chǔ)知識(shí)， 數(shù)組，矩陣，二維圖形繪制，三維圖形繪制，圖像處理，數(shù)據(jù)分析，高等數(shù)學(xué)計(jì)算，微分方程，GUI設(shè)計(jì)與動(dòng)畫(huà)演示，優(yōu)化設(shè)計(jì)，概率統(tǒng)計(jì)分析等內(nèi)容。
知行合一
本書(shū)提供了使用MATLAB解決數(shù)學(xué)問(wèn)題的實(shí)踐性指導(dǎo)，它基于MATLAB 2020版，內(nèi)容由淺入深，特別是本書(shū)對(duì)每一條命令的使用格式都作了詳細(xì)而又簡(jiǎn)單明了的說(shuō)明，并為用戶(hù)提供了大量的例題加以說(shuō)明其用法，因此，對(duì)于初學(xué)者自學(xué)是很有幫助的；同時(shí)，又對(duì)數(shù)學(xué)中的一些深入問(wèn)題如優(yōu)化理論的算法介紹以及各種數(shù)學(xué)問(wèn)題如概率問(wèn)題、數(shù)理統(tǒng)計(jì)問(wèn)題等進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹，因此，本書(shū)也可作為科技工作者的科學(xué)計(jì)算工具書(shū)。
二、電子資料包使用說(shuō)明
本書(shū)除利用傳統(tǒng)的紙面講解外，隨書(shū)配送了電子資料包。包含全書(shū)講解實(shí)例和練習(xí)實(shí)例的源文件素材，并制作了全程實(shí)例動(dòng)畫(huà)同步AVI文件。為了增強(qiáng)教學(xué)的效果，更進(jìn)一步方便讀者的學(xué)習(xí)，作者親自對(duì)實(shí)例動(dòng)畫(huà)進(jìn)行了配音講解，通過(guò)掃描封四或者下面二維碼（提取碼swsw），下載本書(shū)實(shí)例操作過(guò)程視頻AVI文件，讀者可以隨心所欲，像看電影一樣輕松愉悅地學(xué)習(xí)本書(shū)。

本書(shū)由陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū)的楊婧、彭舒、孟明強(qiáng)三位老師主要編寫(xiě)，其中楊婧執(zhí)筆編寫(xiě)了第1~5章，彭舒執(zhí)筆編寫(xiě)了第6~9章，孟明強(qiáng)執(zhí)筆編寫(xiě)了第10~13章。石家莊三維書(shū)屋文化傳播有限公司的胡仁喜博士對(duì)全書(shū)進(jìn)行了修改和審校，石家莊三維書(shū)屋文化傳播有限公司的楊雪靜、閆聰聰也為此書(shū)的出版提供了大量的幫助，在此一并表示感謝。
讀者在學(xué)習(xí)過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，請(qǐng)聯(lián)系714491436@qq.com，編者將不勝感激。歡迎加入三維書(shū)屋MATLAB圖書(shū)學(xué)習(xí)交流群QQ：656116380 交流探討。
編 者

目 錄
前言
第1章 MATLAB概述 1
1.1 MATLAB簡(jiǎn)介1
1.2 MATLAB的特點(diǎn)2
1.3 MATLAB 2022的新功能4
1.4 MATLAB 2022的工作界面7
1.4.1 標(biāo)題欄7
1.4.2 功能區(qū)8
1.4.3 工具欄14
1.4.4 命令行窗口14
1.4.5 命令歷史記錄窗口16
1.4.6 當(dāng)前文件夾窗口17
1.4.7 工作區(qū)窗口17
1.4.8 圖像窗口18
1.5 MATLAB的通用命令18
1.6 設(shè)置MATLAB搜索路徑19
1.6.1 MATLAB的搜索路徑19
1.6.2 擴(kuò)展MATLAB的搜索路徑21
1.7 MATLAB的幫助系統(tǒng)22
1.7.1 聯(lián)機(jī)幫助系統(tǒng)22
1.7.2 幫助命令23
第2章 MATLAB基礎(chǔ)知識(shí)27
2.1 數(shù)據(jù)類(lèi)型基本概念27
2.1.1 整數(shù)類(lèi)型28
2.1.2 浮點(diǎn)類(lèi)型29
2.1.3 復(fù)數(shù)32
2.1.4 數(shù)值類(lèi)型的顯示格式32
2.1.5 常量與變量33
2.1.6 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換函數(shù)36
2.2 MATLAB命令的組成38
2.2.1 基本符號(hào)38
2.2.2 功能符號(hào)39
2.2.3 常用指令40
2.3 運(yùn)算符數(shù)學(xué)函數(shù)41
2.3.1 三角函數(shù)42
2.3.2 整數(shù)與小數(shù)轉(zhuǎn)換函數(shù)44
2.3.3 基本數(shù)學(xué)函數(shù)46
2.4 復(fù)數(shù)運(yùn)算47
2.4.1 復(fù)數(shù)的基本元素函數(shù)47
2.4.2 復(fù)數(shù)的基本參數(shù)47
2.5 字符串49
2.5.1 創(chuàng)建字符串49
2.5.2 字符串操作函數(shù)51
2.6 MATLAB程序設(shè)計(jì)55
2.6.1 表達(dá)式、表達(dá)式語(yǔ)句與賦值語(yǔ)句55
2.6.2 程序結(jié)構(gòu)55
2.6.3 程序流程控制指令60
2.6.4 人機(jī)交互語(yǔ)句61
2.6.5 MATLAB程序的調(diào)試命令63
第3章 數(shù)組67
3.1 MATLAB中的數(shù)組67
3.2 數(shù)組的創(chuàng)建67
3.2.1 一維數(shù)組67
3.2.2 二維數(shù)組69
3.2.3 多維數(shù)組69
3.3 特殊數(shù)值數(shù)組70
3.3.1 無(wú)窮數(shù)組和非數(shù)值量數(shù)組70
3.3.2 全0數(shù)組71
3.3.3 測(cè)試數(shù)組73
3.3.4 隨機(jī)數(shù)組74
3.3.5 單位數(shù)組76
3.4 特殊數(shù)組77
3.4.1 元胞數(shù)組78
3.4.2 結(jié)構(gòu)體數(shù)組81
3.5 數(shù)組元素運(yùn)算84
3.6 操作數(shù)組89
3.6.1 基本運(yùn)算89
3.6.2 向量的點(diǎn)積與叉積91
3.6.3 判斷數(shù)組類(lèi)型92
3.6.4 旋轉(zhuǎn)與鏡像93
3.6.5 抽取數(shù)組元素95
3.6.6 串聯(lián)數(shù)組96
3.6.7 其他常用的操作命令99
第4章 矩陣103
4.1 基本的矩陣函數(shù)103
4.1.1 矩陣的基本參數(shù) 103
4.1.2 矩陣的轉(zhuǎn)置106
4.1.3 矩陣范數(shù)109
4.1.4 特征值和特征向量的基本概念 114
4.2 矩陣分解117
4.2.1 奇異值分解118
4.2.2 楚列斯基(Cholesky)分解120
4.2.3 三角分解121
4.2.4 LDMT與LDLT分解124
4.2.5 QR分解127
4.3 變換矩陣132
4.3.1 常見(jiàn)的變換矩陣132
4.3.2 Vandermonde矩陣134
4.3.3 Hadamard矩陣135
4.3.4 豪斯霍爾德矩陣136
4.3.5 Jacobian矩陣137
4.3.6 吉文斯變換矩陣138
4.3.7 稀疏矩陣141
4.3.8 復(fù)數(shù)矩陣143
4.3.9 階梯矩陣146
第5章 二維圖形繪制148
5.1 二維曲線的繪制148
5.1.1 繪制二維圖形148
5.1.2 多圖形顯示154
5.1.3 函數(shù)圖形的繪制158
5.2 圖形屬性設(shè)置162
5.2.1 圖形窗口的屬性162
5.2.2 坐標(biāo)系與坐標(biāo)軸167
5.2.3 圖形注釋170
第6章 三維圖形繪制178
6.1 三維繪圖178
6.1.1 三維曲線繪圖命令178
6.1.2 三維網(wǎng)格命令182
6.1.3 三維曲面命令186
6.1.4 柱面與球面189
6.1.5 三維圖形等值線191
6.2 三維圖形修飾處理197
6.2.1 視角處理197
6.2.2 顏色處理200
6.2.3 光照處理204
第7章 圖像處理208
7.1 圖像文件的讀寫(xiě)208
7.1.1 圖像的讀入208
7.1.2 圖像的寫(xiě)入213
7.1.3 圖像信息查詢(xún)215
7.1.4 像素及其統(tǒng)計(jì)特性220
7.1.5 像素值統(tǒng)計(jì)221
7.2 圖像的幾何運(yùn)算223
7.2.1 剪切圖像224
7.2.2 圖像平移225
7.2.3 圖像旋轉(zhuǎn)226
7.2.4 圖像鏡像227
7.2.5 圖像轉(zhuǎn)置228
7.2.6 圖像合成228
第8章 數(shù)據(jù)分析 231
8.1 數(shù)值插值231
8.1.1 拉格朗日（Lagrange）插值231
8.1.2 埃爾米特（Hermite）插值233
8.1.3 分段線性插值235
8.1.4 三次樣條插值237
8.1.5 多維插值240
8.2 曲線擬合242
8.2.1 直線的小二乘擬合242
8.2.2 多項(xiàng)式擬和245
8.2.3 穩(wěn)健小二乘擬合247
8.3 傅里葉分析 250
8.3.1 傅里葉變換的定義250
8.3.2 傅里葉變換濾波251
8.3.3 傅里葉變換在圖像變換中的應(yīng)用253
第9章 高等數(shù)學(xué)計(jì)算258
9.1 極限、導(dǎo)數(shù)258
9.1.1 極限258
9.1.2 導(dǎo)數(shù)259
9.2 積分260
9.2.1 定積分與廣義積分260
9.2.2 不定積分262
9.2.3 多重積分263
9.3 積分變換265
9.3.1 傅里葉(Fourier)積分變換265
9.3.2 傅里葉(Fourier)逆變換266
9.3.3 快速傅里葉(Fourier)變換267
9.3.4 拉普拉斯(Laplace)變換268
9.3.5 拉普拉斯(Laplace)逆變換270
9.4 復(fù)雜函數(shù)271
9.4.1 泰勒(Taylor)展開(kāi)271
9.4.2 傅里葉(Fourier)展開(kāi)273
第10章 微分方程275
10.1 常微分方程的數(shù)值解法275
10.1.1 歐拉(Euler)方法275
10.1.2 龍格-庫(kù)塔(Runge-Kutta)方法277
10.1.3 龍格-庫(kù)塔(Runge-Kutta)方法解剛性問(wèn)題283
10.2 時(shí)滯微分方程的數(shù)值解法284
10.3 PDE模型方法286
10.3.1 PDE模型函數(shù)286
10.3.2 幾何圖形288
10.3.3 網(wǎng)格圖292
10.4 求解偏微分方程295
10.4.1 偏微分方程介紹295
10.4.2 區(qū)域設(shè)置及網(wǎng)格化296
10.4.3 設(shè)置邊界條件2