本书基于MATLAB R2020a版本编写，书中讲述的内容是使用MATLAB进行科学研究、系统仿真、数据分析与处理的知识。全书分为5篇，共20章：基础知识部分包括MATLAB概述、MATLAB基础、数据输入输出基础、编程基础和可视化基础；数学基础部分包括数组与矩阵操作、数学函数运算和符号数学计算；数据分析部分包括多项式分析、数值运算、优化和概率统计；拓展知识部分包括句柄图形、GUI编程、Simulink基础、编译器和应用程序接口；MATLAB应用部分包括信号处理应用、图像处理应用、小波分析应用和偏微分方程应用等内容。通过全面学习本书，读者可以获得使用MATLAB进行数学计算、数据分析及处理的相关技能，并能快速掌握使用MATLAB进行工作的基本方法。 本书结构严谨、**突出、条理清晰，既可以作为大中专院校相关专业以及社会有关培训机构的教材，也适合广大MATLAB读者自学使用。

篇 基 础 知 识 第1章 MATLAB概述 2 1.1 工作环境 2 1.1.1 系统组成 2 1.1.2 工作窗口 3 1.1.3 应用简介 7 1.2 文件管理 7 1.2.1 目录结构 7 1.2.2 当前文件夹浏览器 8 1.2.3 路径搜索 8 1.3 帮助系统 10 1.3.1 文本帮助 10 1.3.2 演示帮助 11 1.3.3 帮助导航窗口 12 1.4 MATLAB使用初步 13 1.5 本章小结 14 第2章 MATLAB基础 15 2.1 数据类型 15 2.1.1 数值类型 15 2.1.2 字符与字符串 21 2.1.3 结构 21 2.1.4 单元数组 24 2.1.5 函数句柄 26 2.1.6 映射容器 28 2.1.7 数据类型识别与转换 32 2.2 运算符与运算 33 2.2.1 算术运算符 33 2.2.2 关系运算符 34 2.2.3 逻辑运算符 35 2.2.4 运算优先级 36 2.3 字符串处理 36 2.3.1 字符串构造 37 2.3.2 字符串比较 38 2.3.3 查找与替换 39 2.3.4 字符串类型转换 39 2.4 矩阵基础 40 2.4.1 有关概念 40 2.4.2 创建矩阵 40 2.4.3 改变矩阵结构 43 2.4.4 矩阵下标 44 2.4.5 矩阵信息 46 2.5 本章小结 49 第3章 数据输入输出基础 50 3.1 打开与关闭文件 50 3.1.1 打开文件 50 3.1.2 关闭文件 52 3.2 读写二进制文件 53 3.2.1 写二进制文件 53 3.2.2 读二进制文件 54 3.3 读写文本文件 55 3.3.1 写文本文件 55 3.3.2 读文本文件 56 3.4 读写位置控制 57 3.5 导入数据 59 3.5.1 使用向导导入数据 59 3.5.2 使用命令导入数据 59 3.6 本章小结 60 第4章 编程基础 61 4.1 变量与语句 61 4.1.1 变量命名 61 4.1.2 变量类型 62 4.1.3 特殊变量 62 4.1.4 关键字 63 4.1.5 语句构成 63 4.2 程序控制 64 4.2.1 顺序结构 64 4.2.2 分支结构 64 4.2.3 循环结构 68 4.2.4 其他常用控制命令 70 4.3 M文件与脚本 72 4.3.1 M文件 72 4.3.2 脚本 73 4.4 函数 74 4.4.1 M文件函数 74 4.4.2 匿名函数 76 4.4.3 子函数 77 4.4.4 私有函数 78 4.4.5 重载函数 78 4.4.6 内联函数 78 4.4.7 eval、feval函数 79 4.4.8 函数的函数 80 4.4.9 内嵌函数 80 4.4.10 函数编写建议 80 4.5 M文件变量检测 81 4.5.1 输入输出变量检测 81 4.5.2 可变数量输入输出 81 4.6 程序调试 82 4.6.1 直接调试 83 4.6.2 工具调试 83 4.7 本章小结 83 第5章 可视化基础 84 5.1 图形绘制对象 84 5.2 二维图形 84 5.2.1 plot命令 84 5.2.2 图形叠绘 88 5.2.3 子图绘制 89 5.2.4 交互绘图 91 5.2.5 双纵坐标图 92 5.2.6 特殊坐标绘图 93 5.2.7 函数绘图 95 5.3 三维图形 97 5.3.1 曲线图 97 5.3.2 网格图 98 5.3.3 曲面图 99 5.4 四维图形 100 5.4.1 第四维表达 100 5.4.2 四维图绘制 101 5.5 特殊图形 102 5.5.1 饼状图 102 5.5.2 直方图 103 5.5.3 柱形图 104 5.5.4 离散数据点图 106 5.5.5 散点图 107 5.5.6 向量图 108 5.5.7 等值线图 109 5.6 图形处理 110 5.6.1 图形输出 110 5.6.2 图形细化 111 5.6.3 坐标轴控制 116 5.6.4 视角与透视 117 5.7 绘图窗口 118 5.7.1 创建绘图窗口 118 5.7.2 绘图窗口工具栏 119 5.8 本章小结 120 第二篇 数 学 基 础 第6章 数组与矩阵操作 122 6.1 数组运算 122 6.1.1 创建与访问数组 122 6.1.2 数组运算 125 6.2 矩阵操作 131 6.2.1 创建矩阵 131 6.2.2 改变矩阵结构 136 6.3 矩阵元素运算 138 6.3.1 矩阵四则运算 139 6.3.2 矩阵元素幂运算 141 6.3.3 矩阵元素查找与排序 141 6.3.4 矩阵元素求和、求积与 求差分 143 6.4 矩阵运算 146 6.4.1 矩阵分析 146 6.4.2 矩阵分解 150 6.4.3 特征值与特征向量 154 6.4.4 矩阵函数运算 154 6.5 稀疏矩阵 157 6.5.1 稀疏矩阵存储方式 157 6.5.2 创建稀疏矩阵 158 6.5.3 稀疏矩阵运算 159 6.6 本章小结 159 第7章 数学函数运算 160 7.1 初等函数运算 160 7.1.1 三角函数 160 7.1.2 指数与对数函数 162 7.1.3 复数函数 164 7.1.4 截断和求余函数 165 7.1.5 离散数学函数 166 7.1.6 基本数据分析函数 167 7.1.7 多项式函数 169 7.2 特殊函数运算 170 7.2.1 特殊函数 170 7.2.2 坐标变换函数 171 7.3 本章小结 172 第8章 符号计算 173 8.1 符号计算概述 173 8.2 符号变量与表达式 175 8.2.1 符号对象 175 8.2.2 符号计算运算符与函数 178 8.2.3 符号对象识别 182 8.2.4 符号变量 183 8.2.5 符号表达式显示 185 8.2.6 表达式项操作 185 8.2.7 符号数值和精度 190 8.3 符号函数 191 8.3.1 复合函数操作 191 8.3.2 反函数运算 192 8.4 符号微积分 193 8.4.1 符号表达式的极限 193 8.4.2 符号表达式的导数 193 8.4.3 符号表达式的积分 195 8.4.4 符号表达式的级数 求和/积 195 8.4.5 符号表达式的泰勒级数 196 8.5 符号积分变换 198 8.5.1 Fourier变换 198 8.5.2 Laplace变换 199 8.5.3 Z变换 200 8.6 符号矩阵计算 201 8.6.1 算术运算 201 8.6.2 线性代数运算 201 8.6.3 特征值分解 202 8.7 符号方程求解 203 8.7.1 代数方程求解 203 8.7.2 微分方程求解 206 8.8 符号计算界面 207 8.8.1 funtool分析界面 207 8.8.2 taylortool分析界面 209 8.9 本章小结 210 第三篇 数 据 分 析 第9章 多项式分析 212 9.1 多项式及函数 212 9.1.1 多项式及其函数 212 9.1.2 多项式计算 212 9.1.3 多项式方程求根 213 9.1.4 多项式四则运算 213 9.1.5 多项式微积分 215 9.1.6 有理多项式展开 216 9.2 极 限 217 9.3 本章小结 218 第10章 数 值 运 算 219 10.1 解线性方程组 219 10.1.1 线性法 219 10.1.2 迭代法 221 10.2 插值与拟合 223 10.2.1 插值 223 10.2.2 曲线拟合 229 10.3 数值微积分 230 10.3.1 一元数值积分 230 10.3.2 多重数值积分 231 10.3.3 数值微分 233 10.4 常微分方程 234 10.5 本章小结 235 第11章 优化 236 11.1 优化问题求解过程 236 11.1.1 选择求解器 236 11.1.2 设置变量 237 11.1.3 写目标函数 237 11.1.4 写约束条件 239 11.1.5 设置求解器参数 239 11.1.6 求解并检查结果 241 11.1.7 改善优化结果 241 11.2 线性规划 241 11.2.1 线性规划linprog函数 241 11.2.2 整数线性规划intlinprog 函数 245 11.3 二次规划 246 11.4 非线性规划 247 11.4.1 无约束优化 247 11.4.2 约束优化 250 11.5 多目标规划 253 11.5.1 多目标规划函数 254 11.5.2 小化问题 255 11.6 小二乘问题 256 11.6.1 线性小二乘问题 256 11.6.2 非线性小二乘问题 259 11.7 Optimization Tool图窗 260 11.8 本章小结 261 第12章 概率统计 262 12.1 统计量操作 262 12.1.1 产生随机数 262 12.1.2 抽样 266 12.2 数据统计分析 268 12.2.1 特征统计量 268 12.2.2 统计图表 271 12.3 概率分布与计算 277 12.3.1 概率密度计算 277 12.3.2 概率分布计算 280 12.4 本章小结 282 第四篇 拓 展 知 识 第13章 句柄图形 284 13.1 句柄图形对象系统 284 13.1.1 句柄图形对象组织 284 13.1.2 句柄图形对象简介 285 13.2 句柄图形对象操作 286 13.2.1 创建与保存 286 13.2.2 访问、复制和删除 287 13.2.3 图形输出控制 289 13.3 属性设置 294 13.3.1 通用对象属性 294 13.3.2 属性设置函数 295 13.3.3 默认属性设置 296 13.4 Figure对象 298 13.4.1 Figure对象简介 298 13.4.2 Figure对象操作 299 13.5 Axes对象 300 13.5.1 Axes对象简介 300 13.5.2 Axes对象操作 300 13.6 Core对象 307 13.7 Plot对象 309 13.7.1 创建Plot对象 309 13.7.2 连接变量 309 13.8 Group对象 310 13.8.1 创建Group对象 310 13.8.2 对象变换 311 13.9 Annotation对象 312 13.10 本章小结 313 第14章 GUI编程 314 14.1 GUI基础 314 14.1.1 GUI介绍 314 14.1.2 创建GUI 315 14.1.3 回调函数 317 14.2 GUI控件 318 14.2.1 GUI控件类型 318 14.2.2 创建GUI控件 319 14.3 GUI菜单和工具栏 321 14.3.1 GUI菜单 322 14.3.2 GUI工具栏 324 14.4 对话框 325 14.4.1 创建函数 325 14.4.2 创建方法 326 14.5 布局 329 14.5.1 布局函数 329 14.5.2 布局方式 329 14.6 GUI行为控制编程 333 14.6.1 回调与中断 334 14.6.2 数据管理 335 14.7 GUI实例 335 14.8 GUI设计 341 14.9 本章小结 344 第15章 Simulink基础 345 15.1 概述 345 15.1.1 基本概念 345 15.1.2 工作环境 346 15.1.3 Simulink数据类型 348 15.1.4 模块和模块库 349 15.1.5 Simulink常用工具 354 15.2 Simulink模型 354 15.2.1 模块基本操作 355 15.2.2 信号线操作 357 15.2.3 对模型的注释 359 15.2.4 设置模块特定参数 359 15.2.5 模型和模型文件 361 15.2.6 保存系统模型 364 15.2.7 打印模型框图及生成 报告 365 15.3 子系统 367 15.3.1 子系统介绍 367 15.3.2 **子系统技术 369 15.4 运行仿真 380 15.4.1 启动仿真过程 380 15.4.2 仿真过程诊断 381 15.4.3 仿真配置 381 15.4.4 仿真的设置 383 15.5 调试 386 15.5.1 模型调试 386 15.5.2 调试器控制 389 15.5.3 设置断点 392 15.6 S函数 395 15.6.1 S函数概述 396 15.6.2 M文件S函数 399 15.7 PID控制的Simulink系统仿真 实例 402 15.8 本章小结 405 第16章 MATLAB编译器与接口 406 16.1 编译器安装与配置 406 16.1.1 编译器介绍与安装 406 16.1.2 编译器配置 407 16.2 编译过程 407 16.2.1 MCR安装 407 16.2.2 MCR编译过程 408 16.3 编译生成独立程序 408 16.3.1 编译命令mcc 408 16.3.2 编译独立程序 409 16.4 接口概述 412 16.4.1 MEX文件 412 16.4.2 MAT文件 413 16.4.3 计算引擎 413 16.5 基于C/C 的MEX文件 413 16.5.1 MEX文件结构 413 16.5.2 创建C/C MEX文件 414 16.5.3 调试C/C MEX文件 419 16.6 本章小结 419 第五篇 MATLAB应用 第17章 信号处理应用 421 17.1 信号处理基础 421 17.1.1 连续信号 421 17.1.2 离散信号 422 17.1.3 波形发生函数 424 17.1.4 信号基本运算 430 17.2 统计信号处理 433 17.2.1 相关性与协方差 433 17.2.2 频谱分析 434 17.2.3 窗函数 435 17.2.4 经典谱估计 439 17.2.5 现代谱估计 441 17.2.6 时频分析 442 17.2.7 特殊变换 443 17.2.8 重采样 447 17.3 IIR滤波器 448 17.3.1 经典法IIR滤波器设计 448 17.3.2 直接法IIR滤波器设计 454 17.4 FIR滤波器 455 17.4.1 窗函数法 455 17.4.2 约束小二乘法 456 17.4.3 其他FIR滤波器设计 方法 457 17.5 参数建模 458 17.5.1 时域建模 458 17.5.2 频域建模 460 17.6 信号处理可视化工具 461 17.6.1 信号综合处理工具 462 17.6.2 信号浏览器 462 17.6.3 频谱查看器 462 17.6.4 滤波器可视化工具 463 17.6.5 滤波器设计与分析工具 464 17.6.6 滤波处理工具 464 17.7 本章小结 465 第18章 图像处理应用 466 18.1 图像处理基础 466 18.1.1 图像表达 466 18.1.2 图像类型与文件 467 18.1.3 图像数据读写 474 18.2 图像显示 475 18.2.1 标准图像显示技术 475 18.2.2 特殊图像显示技术 476 18.3 图像运算 479 18.3.1 代数运算 479 18.3.2 空间变换 481 18.4 图像变换 484 18.4.1 二维傅里叶变换 484 18.4.2 离散余弦变换 485 18.4.3 其他变换 486 18.5 图像分析与增强 487 18.5.1 像素分析 487 18.5.2 图像分析 491 18.5.3 图像调整 495 18.5.4 图像平滑 498 18.6 图像区域处理 500 18.6.1 区域设置 500 18.6.2 区域滤波 501 18.6.3 区域填充 502 18.7 图像颜色处理 503 18.7.1 显示颜色位数 503 18.7.2 减少颜色 503 18.7.3 转换颜色 504 18.8 图像的数学形态学运算 505 18.8.1 膨胀处理 505 18.8.2 腐蚀处理 506 18.8.3 图像的开运算 507 18.8.4 图像的闭运算 507 18.9 本章小结 508 第19章 小波分析应用 509 19.1 小波分析基础 509 19.1.1 小波变换 509 19.1.2 常用小波基函数 510 19.2 连续小波分析 513 19.2.1 连续小波变换 513 19.2.2 GUI连续小波变换 514 19.3 一维离散小波分析 516 19.3.1 一维离散小波变换与 重构 516 19.3.2 GUI一维离散小波 分析 520 19.4 二维离散小波分析 520 19.4.1 二维离散小波变换与 重构 520 19.4.2 GUI二维离散小波 分析 523 19.5 去噪与压缩 524 19.5.1 小波去噪与压缩 524 19.5.2 GUI小波去噪与压缩 527 19.6 本章小结 529 第20章 偏微分方程应用 530 20.1 PDE应用 530 20.2 PDE求解设置 531 20.2.1 PDE求解过程 531 20.2.2 2D几何构型 532 20.2.3 划分网格 533 20.3 PDE求解 534 20.3.1 方程类型介绍 534 20.3.2 PDE求解示例 536 20.4 本章小结 540