本書是一本介紹MATLAB語言程序設計與應用的基礎教材。本書從理論上依次介紹了MATLAB基本數據類型、函數、數組、結構化程序設計、繪圖等。同時,為了將MATLAB與主要理工科專業相結合,本書從應用角度重點介紹MATLAB在數學建模、概率論、運籌優化、數值分析以及信息安全、通信工程中的應用。 本書結構清晰,基本理論闡述淺顯易懂,豐富實例展現詳盡可循,可作為大學本科、研究生相關專業的教材或參考書,也可作為理工工程技術人員的參考書。
MATLAB是由美國MathWorks公司用C語言開發的軟件,是一款目前在國際上被廣泛應用的工程計算和仿真軟件。它將數據結構、數據可視化與圖形界面設計、編程與仿真等多種功能同時集于一體,具有功能強大、易于學習、應用廣泛等特點。MATLAB的核心是矩陣和數組。在MATLAB中,所有的數據都是以數組的形式來表示和存儲的。MATLAB還提供了常用的矩陣代數運算功能。該軟件已成為應用代數、自動控制理論、數理統計、數字信號處理、動態系統仿真和金融等專業的基本數學工具。
本書主要介紹MATLAB語言的特點與應用實例。全書分為理論篇和應用篇,共計13章。其中,第1~7章為理論篇,第8~13章為應用篇,各章主要內容如下。
第1章MATLAB概述: 本章主要介紹MATLAB 7.0的一些基礎知識,包括MATLAB 7.0的簡介、安裝、工作環境和幫助系統等。
第2章基本數據類型: 本章首先介紹MATLAB的基本數據類型,包括數值類型、邏輯類型、字符和字符串類型、函數句柄等,詳細介紹各種數據類型的特點、存儲及轉換函數等。通過這一章的學習,可以更熟練地掌握MATLAB基本數據對象的使用。
第3章常用數學函數: 本章主要介紹MATLAB中常用函數的用法,包括內置函數、初等數學函數、三角函數、數據分析函數、隨機數函數、復數函數、計算極限函數及特殊值計算函數等。
第4章數組: 數組是MATLAB中較簡單的一種數據組織形式。本章主要講解一維數組、多維數組、字符數組、元胞數組與結構數組的創建與使用。
第5章結構化程序設計: 本章首先介紹M文件的特點及功能,接著講述編寫腳本式M文件和函數式M文件的基本方法及步驟,以及調用腳本式M文件和函數式M文件的方法,并對這兩種形式的M文件進行對比。
第6章繪圖: 強大的繪圖功能是MATLAB的特點之一。本章主要講解MATLAB圖形處理的基本技術和高級技術。
第7章MATLAB圖形用戶界面設計: 本章主要介紹MATLAB中圖形用戶接口的編程方法,重點介紹編程環境以及圖形用戶界面基本元素,包括按鈕、單選按鈕、復選按鈕、下拉列表、組合框等。
第8章MATLAB 在數學建模中的應用: 本章通過實例闡述如何利用MATLAB進行數學建模。
第9章MATLAB在概率論中的應用: 本章首先講述概率密度函數和概率分布函數,并講解在概率密度函數已知的條件下的概率計算方法,然后討論概率論中用到的不同分布密度函數及其統計方法。在數理統計學中,首先從樣本的概念入手,介紹均值和矩的概念,并講解隨機變量的產生方法、數據分析方法,如柱狀圖、散布圖等。
第10章MATLAB在運籌優化中的應用: 本章首先講述線性規劃的圖形解及相關的MATLAB最優化工具箱函數,然后講解非線性規劃中的求解方法和MATLAB圖形化方法,最后討論解析解問題和相關的最優化函數使用方法。
第11章MATLAB在數值分析中的應用: 本章首先介紹求根問題,在MATLAB中,既可以使用其固有函數求解,也可由用戶自定義函數,使用常見的求解方法(如切線法)求解; 然后介紹使用牛頓-拉夫森方法求解非線性方程組的問題,并討論常用的解題步驟,插值是數據分析中最常見的信息處理技術,本章將介紹MATLAB中常見的一維和二維插值函數; 最后介紹MATLAB在微積分和微分方程中的應用。
第12章MATLAB 在信息隱藏中的應用: 本章介紹一種新的彩色圖像盲水印技術,即在空域中完成DCT域DC系數的計算,并將數字水印嵌入在DC系數中。本章所提算法能夠在空域中達到盲提取的目的。通過利用MATLAB可實現算法的仿真,本章將介紹相關的圖像處理技術、數字水印技術,應從中重點掌握MATLAB在信息隱藏中的應用。
第13章MATLAB在通信工程中的應用: 本章介紹MATLAB在通信原理基礎課學習中的應用,重點講述模擬調制和數字調制技術的仿真方法。通過實際編程,可使讀者對通信原理課程中的概念得到更深層次的理解和知識點的強化。
全書策劃和大綱編寫工作由蘇慶堂負責,魯東大學的鞏艷華老師、白艷梅老師、呂高煥老師、棲霞市中等職業學校的王環英老師、崔永艷老師負責編寫、初審工作。同時,本書得到了山東省自然科學基金項目(ZR2014FM005)、山東省科技廳項目(2014GGX101036、2015GSF116001)、山東省教育廳項目(J05G16)項目組成員的支持,在此向他們表示感謝!
限于作者學識水平,書中在具體內容的選擇取舍、專業術語的翻譯等方面肯定存在缺點和錯誤,懇請專家和讀者批評指正。
作者2015年12月