MATLAB应用大全 书连载

lili456

程序员典藏大系

( s$ L. s6 x! Q& [- WMATLAB应用大全
3 O9 W2 C9 z+ ], }# H3 Q
赵海滨  等编著


! }* L, W6 Y- ]6 |! H





: l* u# T7 c  w1 @/ e) W$ r
4 l) E" C+ o" b$ R7 y3 @
9 s; ~! ?5 S( W! \* \
0 G6 [1 B) M7 x8 c9 b: f1 B
5 j: |$ n. \2 C6 M6 k2 f3 n% ^




" C( o3 F4 T0 ?/ U清 华 大 学 出 版 社
北  京
3 \; X, L8 A( i/ P内 容 简 介
9 D6 v+ Q# p4 n# N本书由浅入深，全面、系统地介绍了MATLAB编程和开发的方方面面。书中的每章都提供了大量有针对性的实例，供读者实战演练。另外，为了帮助读者更高效、直观地学习，本书每章重点内容都专门录制了对应的教学视频。这些视频和本书所有的实例文件一起收录于配书DVD光盘中。
2 g7 _3 z, `/ S  o6 F9 X# |全书共23章，分为7篇。基础篇介绍了MATLAB基础、数组和矩阵分析、字符串分析；科学运算篇介绍了MATLAB数据分析、积分和微分运算、概率和数理统计、符号计算；数据可视化篇介绍了二维和三维数据的可视化；编程篇介绍了MATLAB基本编程、程序调试和编程技巧；仿真篇介绍了Simulink基本知识、Simulink建模和S-函数；高级应用篇介绍了GUI编程开发、GUIDE工具建立GUI界面、文件夹管理和文件I/O操作、MATLAB编译器；工具箱与接口编程篇介绍了信号处理、小波分析、图像处理、神经网络4个工具箱，最后还介绍了MATLAB与Word和Excel的接口技术。
无论是对于MATLAB的初学者，还是有一定基础的高级用户，本书都是一本难得的参考书。本书非常适合使用MATLAB进行编程和开发的本科生、研究生及教师，也适合广大科研和工程技术人员研读。
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! e# G* }1 }7 H7 p0 H( I本书封面贴有清华大学出版社防伪标签，无标签者不得销售。
版权所有，侵权必究。侵权举报电话：010-62782989  13701121933
5 V# M* |2 Q+ P3 W/ T5 I1 i( N
5 l4 D4 b; W" o
图书在版编目（CIP）数据
: I! t0 D4 y. |% e/ F) E
# T) y% C' I6 q* O; X/ s" BMATLAB应用大全 / 赵海滨等编著. —北京：清华大学出版社，2012.3
. p- w* {, [( D" iISBN 978-7-302-27616-6
8 F+ n& n& X: H4 P$ C
: y( H; l% f" b. s& d* ]& ~4 `Ⅰ. ①M…  Ⅱ. ①赵…  Ⅲ. ①Matlab软件  Ⅳ.  ①TP317

# P% m3 m) v; s/ q. Z中国版本图书馆CIP数据核字（2011）第271712号

9 d! W, |/ x' {- l+ v7 ~责任编辑：夏兆彦
; t. y5 a1 |2 d0 c. ^1 {% ]/ R3 l! @责任校对：徐俊伟
责任印制：
1 a. X( g0 v9 w
: P' K3 ~6 c! p6 D1 I8 [出版发行：清华大学出版社       
网    址：http://www.tup.com.cn, http://www.wqbook.com
地    址：北京清华大学学研大厦A座                邮    编：100084
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' V) `% q; @* U( Y) m$ c质量反馈：010-62772015，zhiliang@tup.tsinghua.edu.cn
  j# R$ L; u9 D! ]% {6 b; X印 刷 者：
装 订 者：肖  米
经    销：全国新华书店
开    本：185mm×260mm        印    张：46.75              字    数：1170千字
          （附光盘1张）
版    次：2012年3月第1版                                                  印    次：2012年3月第1次印刷
印    数：1～5000
4 l( Z( R1 F2 X0 y; q9 d$ }9 s) b% j定    价：25.00元
产品编号：043740-01

8 k8 E, Q$ m# P( E当当地址：http://product.dangdang.com/product.aspx?product_id=22704305

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lili456

( R' J  M: |3 h. N( t% Y5.1.3  多项式乘法和除法
在MATLAB中，使用函数conv()对多项式进行乘法运算。其调用格式为c=conv(a, b)，a和b为多项式的系数向量，该函数实现向量a和b的卷积，在代数上相当于多项式a乘以多项式b，其中c为相乘所产生的多项式的系数向量。
【例5-6】 求多项式 和 的乘积。采用函数conv()实现，其MATLAB程序如下：
( v' S/ C: g! \' g9 \4 N' J
p1=[4 2 0 5];                        %缺少的幂次用0补齐
p2=[5 8 1];
y1=poly2sym(p1)
y2=poly2sym(p2)
8 U1 Q& `; B% P% L( e) zp3=conv(p1,p2);                        %多项式相乘
7 L! J4 C$ c- A, u' C. p3 I% ?6 c! jy=poly2sym(p3)
, Z; s$ T5 W* h; k
运行程序后，输出结果如下：
1 \' [( r9 O& w
8 k- l% z" P, ny1 =
4*x^3+2*x^2+5
/ i" P- ~7 |% S2 M8 b" H2 j& Wy2 =
8 `) T, I$ W- Y0 f5*x^2+8*x+1
y =
20*x^5+42*x^4+20*x^3+27*x^2+40*x+5

! P, z. ~7 w& O8 L在MATLAB中，采用poly2sym()函数将向量作为多项式的系数进行输出，和其相对应的函数是sym2poly()，该函数将输入多项式的系数提取出来，作为向量进行输出。对于例5-6程序也可以用poly2sym()函数实现（和例5-6的计算结果相同），其MATLAB程序如下：
6 O9 E7 e' g# K; w, j; c; M
5 s, c* M1 u" _2 Z) ~5 `>> syms x
p1=sym2poly(4*x^3+2*x^2+5)
, l" Y( ~: O5 j# X. B$ ]p2=sym2poly(5*x^2+8*x+1)
p3=conv(p1,p2);                                %多项式相乘
y=poly2sym(p3)

运行程序后，输出结果如下：

% a4 W7 n2 X7 {: h& ^- Sp1 =
     4     2     0     5
p2 =
. E6 f  [. F" y6 _( C# v     5     8     1
* K2 Q  B, P) s4 G, H5 ?y =
8 e, V1 Q" T* m. \0 J1 z20*x^5+42*x^4+20*x^3+27*x^2+40*x+5

在MATLAB中，使用函数deconv()对多项式进行除法运算。其调用格式为[q, r] = deconv(a, b)，实现解卷积运算。其中a和b为多项式的系数向量，在代数上相当于多项式a除以b，得到的商为q和余多项式r，它们之间的关系为a = conv(b, q) + r。
【例5-7】 求多项式 除以多项式 的商和余数，代码如下：
7 l8 c8 S: \! `8 M
) r8 F; f4 j# w' g>> p1=[4 3 8 1 4];
' i6 R' ~9 g& H9 j+ ^p2=[2 3 1];
" O/ @  m- i, P/ s& P[q,r]=deconv(p1,p2);                %多项式p1除以p2
y1=poly2sym(q)                                %商
3 W+ b, u. o1 _0 B' P3 _3 B2 M5 {y2=poly2sym(r)                                %余数

: U3 B8 R* ]# i& `3 @运行程序后，输出结果如下：

3 P4 ^7 ~2 e9 w8 m6 Ky1 =
6 Z5 Q! I3 b# r& U9 n8 P( q4 Q" U2*x^2-3/2*x+21/4
y2 =
-53/4*x-5/4
& @0 F* S4 P' y
5.1.4  多项式的导数和积分
在MATLAB中，通过函数polyder()和polyint()分别对多项式进行求导和积分。求导和积分互为逆运算，如果先对多项式进行积分，然后再求导，结果仍然为原来的多项式。下面对多项式的求导和积分分别进行讲解。
1．多项式的导数
- c$ M9 T2 q3 R* \在MATLAB中，采用函数polyder()进行多项式的求导，调用方式如下。
* X7 J' |' [8 w2 h% h" o% h4 b        y=polyder(p)：对以向量p为系数的多项式求导。
        y=polyder(a, b)：对以a和b为系数的多项式乘积进行求导。
  T) g' o: \' F7 d        [q,d]=polyder(b, a)：返回以b为系数的多项式除以以a为系数的多项式的商的导数，并以q/d格式表示。
【例5-8】 对多项式求导，其MATLAB程序如下：

* p5 l( ^$ p# o7 l( i: _; s>> p1=[4 3 2];
p2=[2 2 1];
y1=polyder(p1);                         %对多项式p1求导
4 T' i) a7 n0 Vy1=poly2sym(y1)
  S% P4 m9 ~' X# [2 Oy2=polyder(p1,p2);                        %对多项式p1和p2的乘积求导
2 [, W) T8 F9 v- O3 V) n: _y2=poly2sym(y2)
[q,d]=polyder(p1,p2);                 %对多项式p1除以p2的商求导
: i. {9 o4 C4 B. j3 }- h9 nq=poly2sym(q)
7 M6 g) U7 ~, W2 H# Ad=poly2sym(d)
  L& J- R" E" ~9 R5 \: m& Q
运行程序后，输出结果如下：

$ w$ i3 ~! m6 q: O9 @& P7 b' O) sy1 =
7 U+ d; l9 k& Y8*x + 3
9 j# n) L% b+ ]3 z( `- `y2 =
32*x^3 + 42*x^2 + 28*x + 7
$ [  ]! d" S: H( k% C, g* kq =
- K3 Q6 t6 x' V* c3 M! b5 C2*x^2 - 1
# g) K, X( Q$ }0 C2 Ud =
; R2 y6 p& s1 r4*x^4 + 8*x^3 + 8*x^2 + 4*x + 1
2 L6 U- Y+ v# _. ~4 R
% Y6 X; Y; p) T& f# q/ U! C. e; U在MATLAB中，通过函数polyder()对多项式进行求导，通过对输入参数和输出参数个数的不同，对相对应的多项式进行求导计算。对于函数[q,d]=polyder(b, a)，相当于对多项式 求导，结果为 。
2．多项式的积分
在MATLAB中，使用函数polyint()对多项式进行积分运算，其调用方式如下。
. e0 {8 ~- c5 }        polyint(p, k)：返回以向量p为系数的多项式的积分，积分的常数项为k。
        polyint(p)：返回以向量p为系数的多项式的积分，积分的常数项为默认值0。
: w( s5 _& i( h" X) E& N5 c【例5-9】 对多项式 进行积分运算，其常数项分别为3和0，其实现的MATLAB程序代码如下：

p1=[3 2 2];
( n0 t# I/ O  z/ B: L( e4 ^7 Sy1=polyint(p1,3);                %对多项式p1进行积分，常数项为3
* D1 I+ m0 I$ T7 L2 Hy1=poly2sym(y1)
; g/ Y; m# c& y" M. \y2=polyint(p1);                        %对多项式p1进行积分，常数项为0
! B6 }8 V" j. p* R; b8 hy2=poly2sym(y2)
- `9 ^, `2 N2 p4 E" K  S1 l0 ^6 z: T$ b
9 P5 m" [! c4 f% {( Q运行程序后，输出结果如下：
, J0 i+ U  d; R- K; E7 Y
1 j; V0 `7 ^% @2 W5 _2 f6 g0 W8 ]y1 =
0 a( d  s# F! L: n; v' k9 f9 q7 yx^3 + x^2 + 2*x + 3
& o  k( `& W1 d1 Yy2 =
- C& T+ H/ t7 s" Ix^3 + x^2 + 2*x

6 s  H. g" I* b通过polyint()函数对多项式进行积分运算，积分的常数项通过参数k进行设置。如果不对参数k进行设置，则k取默认值0。
5.1.5  多项式展开
% V' W1 R% t9 W5 D/ B  V- D4 @在MATLAB中，有理多项式用它们的分子多项式和分母多项式进行表示，函数residue()可以将多项式之比用部分分式展开，也可以将一个部分分式用多项式之比进行表示。函数residue()的调用方式如下。
( J  n8 i$ Y" o$ Z: @1 `        [r, p, k]=residue(b, a)：求多项式之比b/a的部分分式展开，函数的返回值r是余数，p是部分分式的极点，k是常数项。如果多项式a没有重根，部分分式展开的形式如下：
6 O* @. a  n/ _1 ~
& _8 C) l, c8 a! F其中向量r、p的长度和向量a、b的长度有如下关系：
1 W6 h& \& ]) K, d6 S0 d# |
当向量b的长度小于a时，向量k中没有元素，否则应满足：
  M+ V* d; x, ~" o! A9 O1 H4 G6 n
        [b, a]=residue(r, p, k)：通过部分分式得到多项式，该多项式的形式为b/a。
# j2 i  v) K, c1 D+ d/ a  V& {/ d) A【例5-10】 将多项式 和 展开成几个简单多项式的和。其实现的MATLAB代码如下：

>> clear all;
clear all;
b=[1 -1 -7 -1];                                        %分子多项式
a=poly([1;5;6]);                                %分母多项式
[r,p,k]=residue(b,a)                        %进行多项式b/a展开
. S2 l4 k% Z2 Q  h# `* p4 L[b1,a1]=residue(r,p,k);                        %通过余数、极点和常数项来求多项式b1/a1
b1=poly2sym(b1)
a1=poly2sym(a1)
b=[1 -1 -7 -1];                                        %多项式a有三重根
: w) |' N$ c1 g- u5 K5 ~- ma=poly([1;1;1]);                                %分母多项式
, _, [( S3 m1 n  }3 [- q[r,p,k]=residue(b,a)                        %展开多项式b/a
8 N8 o% X9 O5 J4 |  X* F
2 `* d7 U* }' N( ?. V8 {1 r. |运行程序后，输出结果如下：
/ E# _& g! ~8 [) X4 \% {+ @: T
6 [4 r3 q4 ^$ k  {3 X1 @: kr =
   27.4000
  -16.0000
   -0.4000
/ `" ?' f; `7 [2 kp =
    6.0000
7 A8 ^0 p( X: P' ^' b& i    5.0000
5 _0 v% ]- D  A: H4 l    1.0000
k =
     1
3 e( ?& K3 t- X$ t$ _0 Ab1 =
) h2 ?- W3 f2 q8 ax^3 - x^2 - 7*x - 1
* `5 \9 K, n2 w0 R; p, qa1 =
+ v1 M0 k3 T3 S' Y$ x) ^. m7 Ux^3 - 12*x^2 + 41*x - 30
r =
    2.0000
7 c; m* a7 K3 o) C  V: @+ ~$ q   -6.0000
   -8.0000
p =
    1.0000
    1.0000
    1.0000
k =
     1
/ X& y% ]3 z# f+ _- W0 p
) v# ]' b) S2 q5 ^6 I% m; g. x利用函数[r, p, k]=residue(b, a)将多项式b/a进行展开，结果为余数、极点和常数项。对该多项式进行展开后的结果如下：
2 K4 k- Y) |: O4 _% y* ? 将余数、极点和常数项带入函数[b, a]=residue(r, p, k)中，可以求得对应的多项式，并通过b/a的形式给出。
$ U9 J. S# F1 \) [* p8 }4 {# o; v0 S当多项式a有三重根1时，对多项式进行展开后的结果如下：
5 B) {7 z' M# h% s& N4 I
  h2 K, {0 O' a2 g. ^+ z) T, V: U
" l. b, z( `9 ?# P+ Z$ ?) E
9 Y3 a" ~2 B! c+ ~" `

lili456

第5章  MATLAB数据分析
针对数据分析和处理，MATLAB提供了大量的函数，非常方便和灵活。本章将详细介绍如何利用MATLAB进行一些基本的数据分析，主要包括多项式及其函数，插值，以及函数的极限。MATLAB能够很好地解决多项式运算问题，这些函数用于多项式的建立、多项式求值、多项式乘法和除法、多项式求导和多项式展开和拟合等。插值函数，主要包括一维插值、二维插值、样条插值和高维插值等内容。MATLAB提供了非常强大的函数，可以非常方便和灵活地求得函数的极限。
) {6 O* k) i1 B  w- T8 I) D, V5.1  多项式及其函数
MATLAB提供了一些处理多项式的专用函数，用户可以很方便地进行多项式的建立、多项式求值、乘法和除法运算，以及求多项式的导数和微分、多项式的根、多项式的展开和拟合等。
1 j% _, W& e4 Z5.1.1  多项式的建立
. \. m( ~' G( }MATLAB语言中，对于多项式 ，用多项式的系数按照降幂次序存放在向量 中。顺序必须是从高到低进行排列。例如，多项式 可以用系数向量 来表示。对多项式的操作就转换为对多项式系数向量的操作问题， 次多项式用一个 维的行向量表示，在多项式中缺少的幂次要用“0”来补齐。在MATLAB中，可以采用直接输入多项式系数建立多项式，也可以采用多项式的根来建立多项式，下面分别进行介绍。
* `+ J! ?+ h0 x; w  W/ g1．直接输入多项式系数法
4 Y/ A0 b4 d, C+ T8 `+ AMATLAB中多项式是以向量的形式存储的，输入向量后，MATLAB将按照降幂顺序自动把向量的元素分配给多项式各项的系数。该向量可以是行向量，也可以是列向量。
3 c/ K+ F0 W0 _, |' e【例5-1】 使用向量来创建多项式 ，并进行显示。
首先创建系数向量，然后使用函数poly2sym()将该向量转换为多项式，直接进行输出，也可以采用函数disp()进行多项式的显示，代码如下：

2 N, n) o/ Y# ?>> clear all;
' {# F! Y1 y  ~3 L. Vp1=[4 3 2 1];
y=poly2sym(p1)        %由向量创建多项式
! y( J) r# P+ J0 H5 Y* `disp(y)                        %显示多项式

运行程序，输出结果如下：
3 A' d- m! D5 ?, y) }# G! Q& d0 |
0 L* S# r  ]$ \# H% s9 ky =
! D8 i! I, z/ Q1 ]# i; f4*x^3+3*x^2+2*x+1
: d& g" O- U+ i3 g9 R/ [& W4*x^3+3*x^2+2*x+1

* P/ B$ N, O/ x: q在MATLAB中，多项式的输出采用降幂形式。如果多项式的系数为0，则在输出的时候不显示，可采用函数disp()来显示多项式。
( \  w' S5 p2 F( S0 Z- I2．由多项式的根来建立多项式
如果多项式的根已知，可以采用函数poly()建立多项式。其调用格式为p=poly(r)，其中r为由多项式的根组成的向量，p为输出的多项式的系数向量。
3 b- e" n1 c& F' m& D4 W【例5-2】 已知某多项式的根为2、3、4，求该多项式。代码如下：
  J: ]& ~+ R9 p6 B& t( A
>> r=[2 3 4];
p=poly(r);                                %由多项式的根创建多项式
y=poly2sym(p)                        %显示多项式

3 I: ]$ L& u7 w% _  Z1 ]运行程序后，输出结果如下：

y =
x^3-9*x^2+26*x-24
+ h! y  L) E) Q' o4 S
在程序中，函数poly()通过多项式的根创建多项式，多项式的根向量为r。通过函数poly2sym()对创建的多项式进行显示。
. L, r: u. B) H: Y- }1 E5.1.2  多项式的求值与求根
* g0 q: J9 j  {0 c在MATLAB中，通过函数polyval()和polyvalm()可以对多项式进行求值，两者的区别为前者是代数多项式求值，后者是矩阵多项式求值。通过函数roots()对多项式进行求根，如果已经知道多项式的根，也可以通过函数poly()建立相对应的多项式。下面分别进行      介绍。
2 B6 M& q3 P# Y' q% \% _# y1．多项式求值
在MATLAB中，提供了两个函数对多项式进行求值，函数polyval()和polyvalm()。函数polyval()以数组或矩阵中的元素为计算单位，函数polyvalm()以矩阵为计算单位。
4 W, a, I: @- v函数polyval()的调用方式为y=polyval(p, x)，其中参数p为行向量形式的多项式，参数x为带入多项式的值。参数x可以是标量，也可以是向量和矩阵。如果参数x为向量或矩阵，则该函数对向量或矩阵中的每一个元素计算多项式的值，其返回值y也分别为向量或矩阵。
) R4 g, c8 y- c2 U【例5-3】 求多项式 在点2、3、4、5的值。代码如下：
' b- a; A; t. {- j+ `
  [! r5 }( P' \9 m! |8 I/ I- H: Y>> clear all;
& ^8 G2 ?. q9 V" Op=[1 -1 -6];                %多项式的系数向量
x=2:5;
y=polyval(p,x)                %求多项式在x处的值
: K* n/ z% J3 m
8 _, m, ?; M, u0 E运行程序后输出结果如下：
4 o. ~. d! D9 u% R4 C+ g& h
y =
-4     0     6    14

函数polyvalm()的调用方式为y=polyvalm(p, x)，其中参数p为行向量形式的多项式，参数x必须为方阵，输出结果仍然为方阵。
2 f2 f* S& e/ `  t' B5 q+ F4 X【例5-4】 求 时，多项式 的值。
利用函数polyvalm()时，输出结果计算公式为   ，常数值变为常数乘以相同阶次的单位矩阵。如果采用函数polyval()，计算矩阵中每个元素对应的多项式的值。下面分别采用函数polyvalm()和polyval()对该矩阵进行计算，代码如下：

% I* y$ U$ L, e, @: L$ u7 s4 R>> x=[1 2 ;3 4];
p=[2 3 4];
y1=polyvalm(p,x)                 %采用polyvalm()函数，以矩阵为计算单位
6 j. B. D6 G- {! |# ux=[1 2 ;3 4];
p=[2 3 4];
y2=polyval(p,x)                 %采用polyval()函数，以矩阵的元素为计算单位
* a9 c9 p) J3 N
( ?# o4 ?* h- C0 `/ E运行程序后，输出结果如下：

y1 =
            21    26
            39    60
y2 =
& J0 \0 T# `/ R8 K. G            9     18
  g; ^* G& f4 e            31    48

当采用函数polyval()时，虽然输入参数是矩阵，但在计算时将矩阵的每个元素分别输入多项式，计算对应的输出。
2．多项式求根
% e$ o' `3 ~; f3 F5 x2 W  r* N在MATLAB中，利用roots()函数来求多项式的根，其调用格式为x=roots(p)，其中参数p为多项式系数，输出参数x为多项式的根。对于n次多项式具有n个根，这些根可能是实根，也可能是共轭复根。在MATLAB中，如果已经知道多项式的根，可以利用函数poly()求多项式的系数，其调用格式为y=poly(x)，输入参数x为根，输出参数y为得到的多项式系数向量。
* K1 `, n2 a, x8 e$ x【例5-5】 求多项式 的根，以及以4和5为根的多项式。代码如下：
" `, p2 }8 L$ Z8 _, {0 O& g& P
% z( a/ \: E& I: n>> clear all;
p=[1 0 0 -1 -6];
x1=roots(p)                 %对多项式p求根
x2=[4 5];
& P$ g' p. H" _+ ?y=poly(x2);                 %求以x2为根的多项式
( N4 G& A; X) |! e+ vy=poly2sym(y)

# f" {$ [) d3 H+ w运行程序后，输出结果如下：

# D/ o" N9 Z5 o7 E. ?7 ]9 j0 Xx1 =
2 y3 T3 u- {( S% o* ]   1.6638         
  -0.1021 + 1.5684i
* ~7 W/ X: [  ?/ \2 X! ^- g3 Q  -0.1021 - 1.5684i
7 e% U, M# \+ y3 g) q2 Q5 s  -1.4597         
  S6 }1 a% I$ i3 d  [, p' ?& W' n. q. Py =
" b( p" [/ M( h1 l6 O) B; \" T" Ex^2 - 9*x + 20

6 a+ O6 C% g$ N- \利用函数roots()计算多项式的根，非常方便，函数的返回值x是一个向量，其长度等于多项式的根的个数。
: a3 x9 M1 S( e, a$ k3 f5 v

lili456

前    言
2 o* ]. H( ~: D  c- U% @MATLAB软件是由美国Mathworks公司发布的主要面向科学计算、数据可视化、系统仿真及交互式程序设计的高科技计算环境。由于MATLAB功能强大，简单易学，并且对问题的描述和求解符合人们的思维方式和数学表达习惯，所以它已经成为高校教师、科研人员和工程技术人员的必学软件。使用MATLAB，可极大地提高人们的工作效率和质量。
MATLAB软件代表了当今国际科学计算软件的先进水平，应用领域非常广泛。很多人都希望将MATLAB强大的数值计算和分析功能应用于自己的项目和实践中，从而可以直观、方便地进行分析、计算和设计工作。编写这本书的目的，就是为了向读者全方位介绍MATLAB编程和开发技术。
4 n+ z) G- \0 g+ [本书由浅入深，全面、系统地介绍了MATLAB基础、科学计算、数据可视化、编程、Simulink仿真技术、高级应用及常用的工具箱等内容。书中的每一章都提供了大量的实例程序，以方便读者进行练习和学习，每个例程都经过精挑细选，具有很强的针对性，适合各个阶段的读者学习。本书既注重基础知识，又非常注重实践，读者可以快速上手并迅速提高。通过本书的学习，读者不仅可以全面掌握MATLAB编程和开发技术，还可以提高快速分析和解决实际问题的能力，从而能够在最短的时间内，以最好的效果解决实际的工程和科学问题，提升工作效率。
. v/ Y5 M) o; S- {本书的特点
. Q; c. o) j* M' p' u1．每章都提供对应的教学视频，学习高效、直观
: b" K: s! P, L8 h$ F3 h' c为了便于读者高效、直观地学习本书中的内容，作者对每章的重点内容都特意制作了教学视频，这些视频和本书的实例文件一起收录于配书DVD光盘中。
2．结构合理，内容全面、系统
' d/ _5 x, |8 r2 v& B) X本书详细介绍了MATLAB编程、数据分析和处理、数据可视化、Simulin仿真、GUI编程开发及常用的工具箱，将实际项目开发经验贯穿于全书，思想和内容都非常丰富。在内容的安排上，则根据读者的学习习惯和内容的梯度合理安排，更加适合读者学习。
3．叙述详实，例程丰富
本书有详细的例程，每个例子都经过作者的精挑细选，有很强的针对性。书中的程序都有完整的代码，而且代码非常简洁和高效，便于读者学习和调试。读者也可以直接重用这些代码来解决自己的问题。
; _9 S! I7 x2 ~+ B2 a! d4．结合实际，编程技巧贯穿其中
MATLAB编程非常灵活，所以本书写作时特意给出了大量的实用编程技巧，这些技巧的灵活使用，将会让你事半功倍。
5．语言通俗，图文并茂
对于程序的运行结果，本书给出了大量的图片。本书不仅注重基础知识，而且非常注重实践，让读者快速上手，迅速掌握MATALB知识。
本书内容体系
本书共23章，分为7篇，各篇对应的章节和具体内容介绍如下。
9 x+ I4 r; W) d& B* x+ O第1篇包括第1～4章，主要介绍MATLAB的基础知识，讲解MATLAB 2010a的安装和基本操作，MATLAB的数据类型和运算符，数组和矩阵及字符串等操作。
第2篇包括第5～8章，主要介绍利用MATLAB进行科学计算，包括多项式、插值、极限等基本数据分析，微积分运算、概率论和数理统计，以及MATLAB的符号计算功能。
第3篇包括第9章和第10章，主要介绍MATLAB的数据可视化，包括二维数据可视化和三维数据可视化，同时讲解了图形的标注、特殊图形的绘制，以及三维图形的视角、色彩和光照效果等。
第4篇包括第11章和第12章，主要介绍MATLAB编程，包括脚本M文件和函数M文件，以及程序的流程控制，最后介绍了程序的调试、程序的性能分析和常用的编程技巧等。
第5篇包括第13章和第14章，主要介绍利用Simulink进行系统的仿真，包括Simulink建模的原理、常用操作、基本模块库、子系统的封装技术、Simulink调试器和S-函数等。
, `, ?$ O1 }. F! t) r( b. |第6篇包括第15～18章，主要介绍MATLAB的一些高级应用，例如图形句柄、利用GUIDE建立图形用户界面、文件I/O操作及MATLAB的编译器等。
; |( G1 i; ]5 P4 s9 r2 e/ s第7篇包括第19～23章，主要介绍MATLAB的常用工具箱和与Word和Excel的接口，包括信号处理工具箱、小波分析工具箱、图像处理工具箱、神经网络工具箱。
本书读者对象
        MATLAB初学者；
        想全面、系统地学习MATLAB的人员；
. N7 q% r. R/ r; l( l8 n" g- a        MATLAB技术爱好者；
        利用MATLAB进行编程和开发的技术人员；
7 ~# ~' g# t( n# C1 s2 S2 V        大中专院校的学生和老师；
5 G( T  E% C+ I! s2 ~& s; l        相关培训学校的学员。
本书作者
本书由东北大学机械电子工程研究所的赵海滨主笔编写。其他参与编写的人员有武冬、郅晓娜、孙美芹、卫丽行、尹翠翠、蔡继文、陈晓宇、迟剑、邓薇、郭利魁、金贞姬、李敬才、李萍、刘敬、陈慧、刘艳飞、吕博、全哲、佘勇、宋学江、王浩、王康、王楠、杨宗芳、张严虎、周玉、张平、张靖波、周芳、杨罡、于海滨、张晶杰、张利峰、杨景凤、陈锴、郑剑锋、叶佩思、张涛、赵东彪、王双。在此表示感谢！
$ n+ b6 S( P8 A4 w在此感谢我的父母、家人、研究所的老师，以及所有帮助过我的人。由于时间仓促，笔者水平有限，书中难免存在遗漏和不足之处，恳请广大读者提出宝贵意见。
! |. j1 C5 T* r8 K, j
编著者
# }6 d; O) N+ _# O6 E

lili456

前    言
MATLAB软件是由美国Mathworks公司发布的主要面向科学计算、数据可视化、系统仿真及交互式程序设计的高科技计算环境。由于MATLAB功能强大，简单易学，并且对问题的描述和求解符合人们的思维方式和数学表达习惯，所以它已经成为高校教师、科研人员和工程技术人员的必学软件。使用MATLAB，可极大地提高人们的工作效率和质量。
" X$ Q- N  r9 C- gMATLAB软件代表了当今国际科学计算软件的先进水平，应用领域非常广泛。很多人都希望将MATLAB强大的数值计算和分析功能应用于自己的项目和实践中，从而可以直观、方便地进行分析、计算和设计工作。编写这本书的目的，就是为了向读者全方位介绍MATLAB编程和开发技术。
4 d; z1 V/ F5 e2 U9 R0 o. y本书由浅入深，全面、系统地介绍了MATLAB基础、科学计算、数据可视化、编程、Simulink仿真技术、高级应用及常用的工具箱等内容。书中的每一章都提供了大量的实例程序，以方便读者进行练习和学习，每个例程都经过精挑细选，具有很强的针对性，适合各个阶段的读者学习。本书既注重基础知识，又非常注重实践，读者可以快速上手并迅速提高。通过本书的学习，读者不仅可以全面掌握MATLAB编程和开发技术，还可以提高快速分析和解决实际问题的能力，从而能够在最短的时间内，以最好的效果解决实际的工程和科学问题，提升工作效率。
本书的特点
" R: O+ V+ _) S+ b6 h1．每章都提供对应的教学视频，学习高效、直观
为了便于读者高效、直观地学习本书中的内容，作者对每章的重点内容都特意制作了教学视频，这些视频和本书的实例文件一起收录于配书DVD光盘中。
; `* z6 S* ?, b- r2．结构合理，内容全面、系统
本书详细介绍了MATLAB编程、数据分析和处理、数据可视化、Simulin仿真、GUI编程开发及常用的工具箱，将实际项目开发经验贯穿于全书，思想和内容都非常丰富。在内容的安排上，则根据读者的学习习惯和内容的梯度合理安排，更加适合读者学习。
$ L/ S- F! w% D7 k0 P2 r3．叙述详实，例程丰富
9 v  @# z% b1 K$ }' l本书有详细的例程，每个例子都经过作者的精挑细选，有很强的针对性。书中的程序都有完整的代码，而且代码非常简洁和高效，便于读者学习和调试。读者也可以直接重用这些代码来解决自己的问题。
( Q7 F+ |/ B0 ]3 Y; \4．结合实际，编程技巧贯穿其中
# h/ I' s, U% k9 \MATLAB编程非常灵活，所以本书写作时特意给出了大量的实用编程技巧，这些技巧的灵活使用，将会让你事半功倍。
5．语言通俗，图文并茂
$ s0 ^7 P! {* e  ]7 e9 K- s- X对于程序的运行结果，本书给出了大量的图片。本书不仅注重基础知识，而且非常注重实践，让读者快速上手，迅速掌握MATALB知识。
2 J* U0 W& E: A3 P* p8 B- O9 q0 \本书内容体系
, v0 \, q9 o' V* Q/ R) J# \8 f( U本书共23章，分为7篇，各篇对应的章节和具体内容介绍如下。
第1篇包括第1～4章，主要介绍MATLAB的基础知识，讲解MATLAB 2010a的安装和基本操作，MATLAB的数据类型和运算符，数组和矩阵及字符串等操作。
$ a) y% y4 L" m+ H/ G3 R+ \第2篇包括第5～8章，主要介绍利用MATLAB进行科学计算，包括多项式、插值、极限等基本数据分析，微积分运算、概率论和数理统计，以及MATLAB的符号计算功能。
第3篇包括第9章和第10章，主要介绍MATLAB的数据可视化，包括二维数据可视化和三维数据可视化，同时讲解了图形的标注、特殊图形的绘制，以及三维图形的视角、色彩和光照效果等。
第4篇包括第11章和第12章，主要介绍MATLAB编程，包括脚本M文件和函数M文件，以及程序的流程控制，最后介绍了程序的调试、程序的性能分析和常用的编程技巧等。
) X% q' l* A( H/ x! ~+ D第5篇包括第13章和第14章，主要介绍利用Simulink进行系统的仿真，包括Simulink建模的原理、常用操作、基本模块库、子系统的封装技术、Simulink调试器和S-函数等。
+ O) Y% z2 z7 r8 n5 ]第6篇包括第15～18章，主要介绍MATLAB的一些高级应用，例如图形句柄、利用GUIDE建立图形用户界面、文件I/O操作及MATLAB的编译器等。
第7篇包括第19～23章，主要介绍MATLAB的常用工具箱和与Word和Excel的接口，包括信号处理工具箱、小波分析工具箱、图像处理工具箱、神经网络工具箱。
; F$ F8 s0 b( N! }+ O. \本书读者对象
* b0 ~7 g+ j! _, u        MATLAB初学者；
        想全面、系统地学习MATLAB的人员；
6 {/ @: I7 j$ ^# E. ?: m        MATLAB技术爱好者；
$ a+ S" H1 j$ a! T; f3 m3 N# C( n        利用MATLAB进行编程和开发的技术人员；
        大中专院校的学生和老师；
        相关培训学校的学员。
7 m4 C2 H( T6 w+ c% ]本书作者
本书由东北大学机械电子工程研究所的赵海滨主笔编写。其他参与编写的人员有武冬、郅晓娜、孙美芹、卫丽行、尹翠翠、蔡继文、陈晓宇、迟剑、邓薇、郭利魁、金贞姬、李敬才、李萍、刘敬、陈慧、刘艳飞、吕博、全哲、佘勇、宋学江、王浩、王康、王楠、杨宗芳、张严虎、周玉、张平、张靖波、周芳、杨罡、于海滨、张晶杰、张利峰、杨景凤、陈锴、郑剑锋、叶佩思、张涛、赵东彪、王双。在此表示感谢！
5 G6 j, x7 M" }# x6 z在此感谢我的父母、家人、研究所的老师，以及所有帮助过我的人。由于时间仓促，笔者水平有限，书中难免存在遗漏和不足之处，恳请广大读者提出宝贵意见。
8 {$ F! J3 P6 d2 R
编著者

lili456

11.1.1  M文件的创建        388
3 Y! ?! [2 |  d+ C11.1.2  脚本M文件        388
11.1.3  函数M文件        390
9 k1 c& E3 S% x6 g% v3 Y& S- |11.1.4  函数的参数传递        393
11.2  流程控制        397
11.2.1  变量        397
% k) {/ s$ z& D" {, P" B11.2.2  顺序结构        399
11.2.3  分支结构        399
& O; f; ^9 i1 F% W11.2.4  循环结构        401
11.2.5  try…catch语句        404
- f3 E; M# ~9 Q% L  t11.2.6  人机交互函数        405
0 m# v% g+ I. g11.3  函数类型        408
11.3.1  主函数        409
& D6 u+ |8 n- o. R7 e: A" `, c11.3.2  子函数        409
11.3.3  嵌套函数        410
8 @2 Z! I8 F; P$ W11.3.4  私有函数        411
11.3.5  重载函数        412
; T/ t* a$ u" b11.3.6  匿名函数        414
11.3.7  函数句柄        419
4 |2 n! a' m1 |. R11.4  P码文件和ASV文件        420
; V5 q0 c! r& ~11.4.1  P码文件        420
: d; F( z  D$ j" H1 u$ J. K$ K! x. Z, w11.4.2  ASV文件        422
11.5  本章小结        423
0 r& j9 T1 b, s( K/ Z$ d第12章  程序调试和编程技巧（  教学视频：33分钟）        424
12.1  M文件调试        424
7 [* C- z7 l- D12.1.1  出错信息        424
, v. A* e9 O) l  g- d$ Y1 ^8 y" E12.1.2  直接调试法        424
4 C( P9 h; ?% _8 }! o1 @* ~* }12.1.3  工具调试法        425
12.1.4  错误处理        430
12.2  M文件性能分析        434
6 s* W) h  f, Y( A# V4 A12.2.1  Code Analyzer工具        434
& g- N$ x) B, B' {9 c5 S6 ?. t12.2.2  Profiler分析工具        436
- P9 z+ Y$ S" K; k12.3  编程技巧        438
, ~2 J) U/ l- ^- C! q9 c12.3.1  程序执行时间        438
12.3.2  编程技巧        438
0 S: P) _3 b" z6 k1 Y! }12.3.3  小技巧        442
; L( k/ F. c; S: N( G: e8 \12.4  本章小结        443
第5篇  MATLAB仿真
5 z: j$ p0 {8 \4 q# J0 |$ e- f/ f; m( M: k第13章  Simulink基本知识（  教学视频：61分钟）        446
1 I* x* v0 A' V( ]# K13.1  Simulink概述        446
13.1.1  Simulink的概念        446
13.1.2  Simulink的应用和特点        446
13.2  Simulink的基本操作        447
13.2.1  启动Simulink        447
13.2.2  选择模块        448
- M. t( y( `/ i+ E13.2.3  模块的连接        449
13.2.4  模块的基本操作        449
13.2.5  模块参数设置        450
13.2.6  仿真器设置        450
- i  H  P5 x1 f4 d  g" ?8 S# t13.2.7  运行仿真        451
6 Y6 J' o" ~& P+ i  J0 o, F13.3  常用的模块库        452
13.3.1  Simulink常用模块子集        452
13.3.2  连续时间模块子集        453
1 |; z& y' n6 ~* G13.3.3  非连续时间模块子集        454
2 K8 _7 P3 R: a4 O/ u13.3.4  离散时间模块子集        455
6 i" l5 i9 I  n% n1 g13.3.5  逻辑和位操作模块子集        456
13.3.6  查表模块子集        457
- X7 l1 F: S3 k2 P! Z4 Q  m/ a13.3.7  数学运算模块子集        459
13.3.8  端口和子系统模块子集        459
13.3.9  信号特征模块子集        460
13.3.10  信号路径模块子集        462
# o9 B  `4 t/ t) l* Y- w; K" g8 |13.3.11  Sinks模块子集        463
, g) i4 ^0 O/ e13.3.12  信号源模块子集        464
# S) f* [7 E8 \6 q% K' n, o13.3.13  用户定义模块子集        465
6 S+ Y3 u) Q, [" g9 Z13.4  子系统及其封装        466
5 X# s( e/ N$ j/ T4 ~$ H13.4.1  子系统        466
13.4.2  子系统的封装        467
13.5  Simulink模型工作空间        469
; x3 m, ]  l0 H, U13.6  本章小结        470
% N5 r: J# ?' l. w7 U# J# @第14章  Simulink建模和S-函数（  教学视频：32分钟）        471
% [3 n1 s9 v$ @9 f* I14.1  回调函数        471
14.1.1  模型回调函数        471
7 p9 W+ W' V  h& {4 ]# v14.1.2  模块回调函数        472
14.2  运行仿真        474
; X+ O; m% Q: m9 }7 u6 f14.2.1  仿真参数的设置        474
( M5 p; n1 G" P& _14.2.2  仿真的出错信息        476
8 o8 h; d2 a" H% B- @6 K14.2.3  使用MATLAB命令运行仿真        476
1 p2 w1 B8 _, {: c- N% c$ a14.3  模型的调试        478
14.3.1  Simulink调试器        478
14.3.2  命令行调试        479
14.4  S-函数建模        479
; D6 u7 H0 \. q! G+ b1 T  q14.4.1  S-函数介绍        480
14.4.2  S-函数工作原理        480
14.4.3  M文件的S-函数        480
3 Z# Z3 p! ^7 T8 Y14.4.4  S-函数实例分析        481
4 P8 }" K1 W6 I8 H14.5  本章小结        484
第6篇  MATLAB高级应用
1 y2 p* S# d; n' y, g* G第15章  GUI编程开发（  教学视频：70分钟）        486
15.1  图形句柄        486
15.1.1  MATLAB图形系统        486
6 }, e- l- w0 P) ~4 R# w15.1.2  图形句柄        487
15.1.3  图形对象的属性        487
1 u0 ~& c% I2 \  Y: @* l& Q  y( @) ^15.2  图形对象        487
15.2.1  创建图形对象        487
- S. d3 y. D! q4 u7 A15.2.2  获取对象的属性        488
1 r& I! P3 }& b) Q2 A15.2.3  设置对象的属性        489
15.2.4  对象的基本操作        491
15.2.5  root根对象        494
15.2.6  figure对象        495
3 {3 E. e. {* v4 C; u! _; V8 g) K15.2.7  axes坐标轴对象        495
- A. J- N2 p/ h. h; j15.2.8  核心图形对象        496
6 b0 S8 J5 x5 i9 \7 }15.3  用户接口对象        499
15.3.1  uicontrol对象        499
15.3.2  uimenu对象        500
15.3.3  uicontextmenu对象        502
3 {1 \& M* a6 [3 p" U) v. m% ^15.3.4  uitoolbar对象        503
15.3.5  uibuttongroup对象        506
! G( \' X6 X" S6 ]% h+ ^# ?$ @15.3.6  uipanel对象        506
15.3.7  uitable对象        506
15.4  常用的对话框        507
15.4.1  消息对话框        508
, l* F, l$ {1 z( @9 C) h& [0 V15.4.2  错误对话框        508
1 Q3 c9 e' e5 |, V( q15.4.3  警告对话框        509
15.4.4  帮助对话框        509
15.4.5  输入对话框        510
15.4.6  列表对话框        511
( N1 }) x" u# R, ^7 t/ x15.4.7  问题对话框        512
  g$ c# K- G8 R$ T6 [5 ]# X9 m15.4.8  进度条设置对话框        513
15.4.9  路径选择对话框        514