MATLAB R2015b產品族是MathWorks公司目前*新開發科學與工程計算軟件。本書以目前*新的MATLAB為平臺，比較系統地介紹了MATLAB環境、MATLAB數值計算、MATLAB符號計算、MATLAB計算可視化和GUI設計、MATLAB程序設計、線性控制系統分析與設計、Simulink仿真環境、MATLAB的高級應用等。 本書內容主要分實用教程、習題和實驗等幾個部分。各部分深入淺出，相互配合，層次清楚。先講解后實例；習題部分系統練習基本內容；實驗先引導操作后思考練習。附錄部分包含習題參考答案、模擬測試題及其參考答案、例題索引和程序的調試介紹。同時，本書配備了教學課件和實例文件，方便老師授課和學生自學。需要者可在電子工業出版社的http：//www.hxedu.com.cn平臺免費下載。 本書可作為大學本科和�？朴嘘P課程的教材或教學參考書，也適于MATLAB用戶學習和參考。
前 言
MATLAB（Matrix Laboratory）是MathWorks公司開發的，目前國際上最流行、應用最廣泛的科學與工程計算軟件。Simulink 基于 MATLAB 的框圖設計環境，可以用來對各種動態系統進行建模、分析和仿真。自推出MATLAB R2006版之后，在每年的上半年和下半年都會推出新版本，MathWorks公司在2015年下半年推出了MATLAB R2015b產品族。
2004年，我們結合MATLAB教學和應用開發的經驗，編寫了MATLAB實用教程。推出后，得到了高校教師、學生和廣大讀者的廣泛認同，重印7次。
2007年和2012年，我們分別在第1版和第2版的基礎上對版本進行了升級，對內容進行了調整和完善，又重印17次。目前仍在熱銷中，在此我們對大家的信任表示由衷的感謝！
MATLAB實用教程（第4版）以目前最先進的MATLAB R2015b作為平臺，在繼承第3版基本框架的前提下，根據最新平臺的功能和發展趨勢，刪除舊的，擴展新的，完善基本內容，使本書更實用。
本書分實用教程部分、習題部分和實驗等部分。各部分深入淺出，相互配合，層次清楚。先講解后實例，先引導操作后思考練習。附錄部分包含習題參考答案、模擬測試題及其參考答案、例題索引和程序的調試介紹。本書配備了教學課件和實例文件，方便老師授課和學生自學。需要者可在電子工業出版社的http://www.hxedu.com.cn平臺免費下載。
實際上，本書不僅適合于教學，也適合于MATLAB的各類培訓和用MATLAB編程開發的用戶學習和參考。只要閱讀本書，結合上機操作指導進行練習和實習，就能在較短的時間內基本掌握MATLAB及其應用技術。
本書由南京師范大學曹弋編寫，南京師范大學鄭阿奇統編、定稿。參加本系列書編寫的還有徐文勝、丁有和、殷紅先、陳瀚、陳冬霞、鄧拼搏、高茜、劉博宇、彭作民、錢曉軍、孫德榮、陶衛冬、吳明祥、王志瑞、徐斌、俞琰、嚴大牛、鄭進、張為民、周何駿、于金彬、馬駿、周怡明、姜乃松、梁敬東等。
由于作者水平有限，錯誤在所難免，敬請廣大師生、廣大讀者批評指正。
意見建議郵箱：easybooks@163.com
編 者
2016年3月
第1部分 實用教程
第1章 MATLAB R2015b環境 1
1．1 MATLAB簡介 1
1．1．1 MATLAB工具箱 2
1．1．2 MATLAB功能和特點 2
1．2 MATLAB R2015b的環境設置 3
1．2．1 MATLAB的集成開發
環境 3
1．2．2 工具欄 4
1．3 常用窗口 8
1．3．1 命令窗口
（Command Window） 8
1．3．2 當前目錄瀏覽器窗口
（Current Folder） 12
1．3．3 工作空間窗口
（Workspace） 14
1．3．4 歷史命令窗口
（Command History） 16
1．3．5 變量編輯器窗口
（Variable Editor） 17
1．3．6 M文件編輯/調試器窗口
（Editor/Debugger） 18
1．3．7 代碼分析報告窗口
（Code Analyzer Reporter）
19
1．3．8 程序運行時間窗口
（Profiler） 19
1．3．9 MATLAB R2015b幫助 20
1．4 MATLAB R2015b其他管理 22
1．4．1 MATLAB用戶文件
格式 22
1．4．2 設置搜索路徑 23
1．5 1個實例 26
第2章 MATLAB數值計算 30
2．1 變量和數據 30
2．1．1 數據類型 30
2．1．2 常數 32
2．1．3 變量 33
2．2 矩陣和數組 34
2．2．1 矩陣輸入 34
2．2．2 矩陣元素 37
2．2．3 字符串 41
2．2．4 矩陣和數組運算 44
2．2．5 多維數組 55
2．3 日期和時間 58
2．3．1 日期和時間的表示格式 58
2．3．2 日期和時間函數 59
2．4 稀疏矩陣 60
2．4．1 稀疏矩陣的建立 60
2．4．2 稀疏矩陣的存儲空間 62
2．4．3 稀疏矩陣的運算 63
2．5 多項式 63
2．5．1 多項式的求值、求根
和部分分式展開 63
2．5．2 多項式的乘除法
和微積分 66
2．5．3 多項式擬合和插值 67
2．6 元胞數組和結構數組 70
2．6．1 元胞數組 70
2．6．2 結構數組 73
2．7 數據分析 76
2．7．1 數據統計和相關分析 76
2．7．2 差分和積分 77
2．7．3 卷積和快速傅里葉變換 79
2．7．4 向量函數 81
第3章 MATLAB符號計算 83
3．1 符號表達式的建立 83
3．1．1 創建符號常量 84
3．1．2 創建符號變量和符號
表達式 85
3．1．3 符號矩陣 86
3．2 符號表達式的代數運算 87
3．2．1 符號表達式的代數運算 87
3．2．2 符號數值任意精度控制
和運算 88
3．2．3 符號對象與數值對象
的轉換 90
3．3 符號表達式的操作和轉換 91
3．3．1 符號表達式中自由變量
的確定 91
3．3．2 符號表達式的化簡 92
3．3．3 符號表達式的替換 94
3．3．4 求反函數和復合函數 95
3．3．5 符號表達式的轉換 96
3．4 符號極限、微積分和級數
求和 97
3．4．1 符號極限 97
3．4．2 符號微分 98
3．4．3 符號積分 100
3．4．4 符號級數 101
3．5 符號積分變換 102
3．5．1 傅里葉變換及其反
變換 102
3．5．2 拉普拉斯變換及其反
變換 103
3．5．3 Z變換及其反變換 105
3．6 符號方程的求解 106
3．6．1 代數方程 106
3．6．2 符號常微分方程 107
3．7 符號函數的可視化 108
3．7．1 符號函數的繪圖命令 108
3．7．2 圖形化的符號函數
計算器 110
第4章 MATLAB計算的可視化
和GUI設計 112
4．1 二維曲線的繪制 112
4．1．1 基本繪圖命令 113
4．1．2 繪制曲線的一般步驟 117
4．1．3 多個圖形繪制的方法 118
4．1．4 曲線的線形、顏色和數據
點形 120
4．1．5 設置坐標軸和文字
標注 121
4．1．6 交互式圖形命令 125
4．2 MATLAB的特殊圖形繪制 126
4．2．1 條形圖 127
4．2．2 面積圖和實心圖 128
4．2．3 直方圖 129
4．2．4 餅形圖 130
4．2．5 離散數據圖 131
4．2．6 對數坐標和極坐標圖 131
4．2．7 等高線圖 133
4．2．8 復向量圖 133
4．3 MATLAB的三維圖形繪制 134
4．3．1 繪制三維線圖命令 134
4．3．2 繪制三維網線圖
和曲面圖 135
4．3．3 立體圖形與圖軸
的控制 137
4．3．4 色彩的控制 139
4．4 圖形繪制工具 142
4．5 對話框 143
4．6 句柄圖形 146
4．6．1 句柄圖形體系 146
4．6．2 圖形對象的操作 147
4．7 用戶圖形界面設計 151
4．7．1 可視化的界面環境 151
4．7．2 菜單 152
4．7．3 控件 154
4．7．4 對象對齊工具、屬性編輯器
和對象瀏覽器 156
4．7．5 回調函數 157
4．8 圖形文件轉儲 159
第5章 MATLAB程序設計 160
5．1 程序流程控制 160
5．1．1 for…end循環結構 160
5．1．2 while…end循環結構 161
5．1．3 if…else…end條件轉移
結構 162
5．1．4 switch…case開關結構 163
5．1．5 try…catch…end試探
結構 164
5．1．6 流程控制語句 165
5．1．7 循環結構與動畫 167
5．2 M文件 169
5．2．1 M文件編輯器 169
5．2．2 M腳本文件 170
5．2．3 M函數文件 171
5．3 函數調用和參數傳遞 173
5．3．1 子函數和私有函數 173
5．3．2 局部變量和全局變量 174
5．3．3 函數的參數 175
5．3．4 程序舉例 178
5．4 利用函數句柄執行函數 182
5．4．1 函數句柄的創建 182
5．4．2 用feval命令執行函數 183
5．5 利用泛函命令進行數值分析 184
5．5．1 求極小值 184
5．5．2 求過零點 185
5．5．3 數值積分 187
5．5．4 微分方程的數值解 187
5．6 內聯函數 189
5．7 M文件性能的優化和加速 190
5．7．1 M文件性能優化 190
5．7．2 P碼文件 191
第6章 線性控制系統分析與設計 193
6．1 線性系統的描述 193
6．1．1 狀態空間描述法 193
6．1．2 傳遞函數描述法 195
6．1．3 零極點描述法 195
6．1．4 離散系統的數學描述 196
6．2 線性系統模型之間的轉換 198
6．2．1 連續系統模型之間
的轉換 198
6．2．2 連續系統與離散系統之間
的轉換 201
6．2．3 模型對象的屬性 203
6．3 結構框圖的模型表示 205
6．4 線性系統的時域分析 209
6．4．1 零輸入響應分析 209
6．4．2 脈沖響應分析 210
6．4．3 階躍響應分析 212
6．4．4 任意輸入的響應 213
6．4．5 系統的結構參數 215
6．5 線性系統的頻域分析 218
6．5．1 頻域特性 218
6．5．2 連續系統頻域特性 219
6．5．3 幅值裕度和相角裕度 223
6．5．4 閉環頻率特性的性能
指標 223
6．6 頻率特性校正 225
6．6．1 超前校正 225
6．6．2 滯后校正 226
6．7 線性系統的根軌跡分析 227
6．7．1 繪制根軌跡 228
6．7．2 根軌跡的其他工具 229
6．8 線性系統的圖形工具界面 232
6．8．1 LTI Viewer界面 232
6．8．2 SISO設計工具
sisotool 234
第7章 Simulink仿真環境 237
7．1 演示1個Simulink的簡單
程序 237
7．2 Simulink文件操作和模型
窗口 240
7．2．1 Simulink文件操作 240
7．2．2 Simulink模型窗口 240
7．3 模型創建 241
7．3．1 模塊操作 241
7．3．2 信號線操作 241
7．4 Simulink基本模塊 243
7．5 復雜系統仿真與分析 248
7．5．1 仿真設置 248
7．5．2 系統仿真舉例 251
7．5．3 仿真結構參數化 259
7．6 子系統與封裝 260
7．6．1 建立子系統 260
7．6．2 條件執行子系統 262
7．6．3 子系統的封裝 265
7．7 用MATLAB命令創建
和運行Simulink模型 268
7．8 S函數 270
7．8．1 S函數的介紹 270
7．8．2 S函數的編寫 271
7．8．3 S函數模塊的使用 273
第8章 MATLAB高級應用 276
8．1 Notebook 276
8．1．1 Notebook安裝 276
8．1．2 Notebook啟動 276
8．1．3 Notebook使用 278
8．1．4 Notebook中的MATLAB
使用 282
8．2 MuPAD notebook的使用 284
8．2．1 MuPAD Notebook 284
8．2．2 MuPAD 函數的使用 286
8．3 低級文件輸入/輸出 287
8．3．1 打開和關閉文件 287
8．3．2 讀/寫格式化文件 289
8．3．3 讀/寫二進制數據 290
8．3．4 文件定位 292
第2部分 習題
第1章 MATLAB R2015a環境 294
第2章 MATLAB數值計算 294
第3章 MATLAB符號計算 296
第4章 MATLAB計算的可視化
和GUI設計 297
第5章 MATLAB程序設計 299
第6章 線性控制系統分析
與設計 300
第7章 Simulink仿真環境 302
第8章 MATLAB高級應用 303
第3部分 實驗
實驗1 MATLAB環境及命令
窗口 304
實驗2 MATLAB數值計算 315
實驗3 MATLAB的符號計算 324
實驗4 MATLAB的計算可視化
和GUI設計 332
實驗5 MATLAB程序設計 340
實驗6 線性控制系統分析
與設計 347
實驗7 Simulink仿真環境 357
第4部分 附錄
附錄A 習題答案 367
附錄B 模擬測試題 388
附錄C 模擬測試題答案 390
附錄D 例題索引 393
附錄E 程序的調試 399
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