MATLAB是美國Mathworks公司推出的用于科學(xué)計算和圖形處理的可編程軟件系統(tǒng)。自1984年MATLAB 1.0版推向市場以來，先后經(jīng)歷了DOS版和Windows版兩個發(fā)展階段，隨著其功能的不斷加強而得到了廣泛的應(yīng)用，目前已成為理工科類學(xué)生及科技工作者必須掌握的重要基本技能之一。2004年Mathworks公司推出了全新的MATLAB 7.0版（Release 14），新版本在保持原有風(fēng)貌的基礎(chǔ)上對已有的功能進行了加強和擴充，仍包括基本和專業(yè)擴展兩部分。其中基本部分有28個函數(shù)庫，常用的函數(shù)約1200多個；專業(yè)擴展部分為用MATLAB基本語句編寫而成的各種子程序集，用于解決某一專業(yè)方面的問題。

本書是作者根據(jù)自己多年從事MATLAB課程的理論教學(xué)和實踐教學(xué)的經(jīng)驗，針對MATLAB程序設(shè)計的具體特點而編寫的。為了適應(yīng)教學(xué)的實際需要，對書中的內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)進行了編排，突出了以下幾個方面：

（1）掌握編程原理和提高應(yīng)用軟件能力并重。MATLAB既是一種編程語言，又是軟件環(huán)境，因此學(xué)習(xí)MATLAB既要培養(yǎng)編程能力，也要提高軟件應(yīng)用能力。本書以MATLAB 7.0版為基礎(chǔ)，本著提高應(yīng)用英文軟件能力、理解MATLAB編程思想的目的，重點講述MATLAB編程的基本原理。

（2）突出計算功能和繪圖功能。MATLAB以其強大的計算功能而著稱，因此書中的章節(jié)安排以MATLAB的功能為主線，在介紹了數(shù)據(jù)類型和基本編程語句后，重點介紹數(shù)值計算、符號計算和計算可視化的實現(xiàn)。

（3）講解必要的函數(shù)。由于MATLAB的函數(shù)眾多，本書不可能介紹各個函數(shù)庫中的所有函數(shù)，因此為初學(xué)者有選擇、有針對性地介紹哪些函數(shù)就成為必須首要考慮的問題。本書主要以高等數(shù)學(xué)和線性代數(shù)課程為基礎(chǔ)介紹相應(yīng)函數(shù)庫中的常用函數(shù)，所涉及的函數(shù)庫有20個左右，函數(shù)有800個左右，重點講授的函數(shù)有400個左右。

（4）提高函數(shù)的應(yīng)用能力。靈活應(yīng)用函數(shù)是編寫MATLAB程序的難點，而有些函數(shù)看似簡單，但應(yīng)用起來并非如此，這也是初學(xué)者的障礙。因此本書為啟發(fā)初學(xué)者的思路選取了一些典型數(shù)學(xué)問題，用不同的函數(shù)編寫不同思路的程序來實現(xiàn)，從而達到開闊思路、拓展思維的目的。

全書分為7個部分：概述部分主要簡單介紹MATLAB的特點及軟件環(huán)境；數(shù)據(jù)類型部分在介紹數(shù)組、子數(shù)組的概念基礎(chǔ)上，定義了數(shù)組和矩陣的運算，并介紹了稀疏數(shù)組、字符數(shù)組、元胞數(shù)組和構(gòu)架數(shù)組等特殊的數(shù)據(jù)類型，這一部分是全書的基礎(chǔ)；程序設(shè)計部分介紹M文件的編寫語句和編寫、執(zhí)行過程；數(shù)值計算和符號計算部分采用對照編寫的方法與高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)相聯(lián)系，介紹計算過程，真正做到數(shù)學(xué)實驗室的作用，這一部分是全書的重點之一；繪圖部分包括高層的二維、三維繪圖函數(shù)和圖形的輔助操作命令以及句柄圖形、圖形用戶界面的設(shè)計，這一部分也是全書的重點之一；Simulink仿真環(huán)境部分簡單介紹了常用模塊、模型建立和仿真過程；Notebook部分介紹在Word中使用MATLAB的方法。

本書可作為高校理工科專業(yè)本科生、研究生學(xué)習(xí)的教材，也可供科研工作者閱讀使用。本書配有免費電子教案，讀者可從中國水利水電出版社網(wǎng)站（www.waterpub.com.cn/softdown）下載。

本書主要由王建衛(wèi)、曲中水和凌濱編著，參加本書編寫的還有韓勁松、高峻、曹樹佳、王松濤。其中王建衛(wèi)編寫了第3章（3.3、3.4、3.5、3.6、3.7）、第4章、第5章（5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6）和附錄A，以及全書內(nèi)容的規(guī)劃；曲中水編寫了第2章（2.1、2.2、2.3、2.4）、第6章和附錄B，以及全書內(nèi)容的規(guī)劃；韓勁松編寫了第2章（2.5、2.6、2.7、2.8）；凌濱編寫了第3章（3.1、3.2）和第7章；曹樹佳編寫了第1章、第5章（5.7）；高峻編寫了第8章。曹樹佳和王松濤還參與了編輯加工工作，并校對了全書。

在本書的編寫過程中，編者力求內(nèi)容準(zhǔn)確、舉例具體，但由于水平有限，書中不妥或錯誤之處在所難免，敬請讀者與編者聯(lián)系（jwwang2007@163.com）并批評指正。

編 者

2007年3月

前言
第1章 MATLAB概述 1
1.1 MATLAB的發(fā)展歷程和特點 1
1.1.1 MATLAB的發(fā)展歷程 1
1.1.2 MATLAB的特點 2
1.2 MATLAB的安裝與啟動 2
1.2.1 MATLAB的安裝 2
1.2.2 啟動與退出MATLAB系統(tǒng) 4
1.3 MATLAB的工作環(huán)境 5
1.3.1 命令窗口 5
1.3.2 M文件編輯/調(diào)試窗口 5
1.3.3 圖形窗口 6
1.3.4 工作空間窗口 7
1.3.5 歷史命令窗口 7
1.3.6 MATLAB幫助系統(tǒng) 8
1.3.7 MATLAB搜索路徑 10
習(xí)題 12
第2章 MATLAB運算基礎(chǔ) 13
2.1 概述 13
2.1.1 數(shù)據(jù)術(shù)語 13
2.1.2 數(shù)據(jù)類型 13
2.2 變量 14
2.2.1 變量的命名 14
2.2.2 變量的賦值 14
2.2.3 特殊變量 15
2.2.4 內(nèi)存變量的管理 15
2.3 數(shù)值數(shù)組 17
2.3.1 數(shù)值數(shù)組的建立 17
2.3.2 數(shù)組元素的標(biāo)識 24
2.3.3 子數(shù)組 25
2.3.4 數(shù)組的賦值 27
2.3.5 數(shù)組元素的刪除 28
2.3.6 多維數(shù)組 28
2.4 稀疏數(shù)組 31
2.4.1 數(shù)組元素的存儲 31
2.4.2 稀疏數(shù)組的建立 32
2.5 矩陣和數(shù)組的運算 34
2.5.1 矩陣和數(shù)組的算術(shù)運算 34
2.5.2 矩陣和數(shù)組的乘方運算 37
2.5.3 矩陣和數(shù)組的數(shù)學(xué)函數(shù) 37
2.6 字符串 40
2.6.1 字符串的定義 40
2.6.2 字符串的連接和替換 40
2.6.3 字符串比較函數(shù) 41
2.6.4 字符串轉(zhuǎn)換函數(shù) 42
2.7 元胞數(shù)組 43
2.7.1 元胞數(shù)組的建立 43
2.7.2 轉(zhuǎn)換函數(shù) 45
2.7.3 元胞數(shù)組的使用 46
2.8 構(gòu)架數(shù)組 47
2.8.1 構(gòu)架數(shù)組的建立 47
2.8.2 域的增加和刪除 49
2.8.3 構(gòu)架數(shù)組元素的引用 50
2.8.4 域值操作函數(shù) 51
2.8.5 構(gòu)架數(shù)組的嵌套 52
習(xí)題 53
第3章 MATLAB程序設(shè)計 55
3.1 關(guān)系運算 55
3.1.1 概述 55
3.1.2 關(guān)系運算符 55
3.1.3 關(guān)系運算規(guī)則 55
3.1.4 關(guān)系運算的應(yīng)用 56
3.2 邏輯運算 58
3.2.1 邏輯運算符和運算法則 58
3.2.2 邏輯函數(shù) 59
3.2.3 運算符優(yōu)先級 61
3.3 M文件 62
3.3.1 M文件概述 62
3.3.2 M文件的建立 62
3.4 分支語句 63
3.4.1 If結(jié)構(gòu) 63
3.4.2 switch-case結(jié)構(gòu) 64
3.4.3 try-catch結(jié)構(gòu) 66
3.5 循環(huán)語句 67
3.5.1 while循環(huán) 67
3.5.2 for循環(huán) 68
3.5.3 循環(huán)程序的等價形式 71
3.6 函數(shù)文件 73
3.6.1 函數(shù)文件的格式 73
3.6.2 全局變量和臨時變量 75
3.6.3 函數(shù)文件的應(yīng)用 76
3.7 MATLAB 文件處理 77
3.7.1 MATLAB 文件處理簡介 77
3.7.2 數(shù)據(jù)文件的分類 77
3.7.3 文件打開和關(guān)閉 77
3.7.4 二進制I/O函數(shù) 78
3.7.5 格式化I/O函數(shù) 79
3.7.6 文件位置和狀態(tài)函數(shù) 80
習(xí)題 81
第4章 數(shù)值計算 83
4.1 概述 83
4.2 數(shù)據(jù)分析 83
4.2.1 統(tǒng)計分析 83
4.2.2 協(xié)方差和相關(guān)系數(shù) 90
4.2.3 傅里葉變換 91
4.3 矩陣操作 91
4.3.1 矩陣的結(jié)構(gòu)變換 91
4.3.2 矩陣分析 96
4.3.3 矩陣的特征值分析 106
4.3.4 矩陣的分解 107
4.4 多項式函數(shù) 111
4.4.1 多項式的表示 111
4.4.2 多項式的算術(shù)運算 111
4.4.3 導(dǎo)函數(shù) 112
4.4.4 多項式求根 113
4.4.5 多項式估值 114
4.4.6 部分分式函數(shù) 116
4.4.7 多項式積分 116
4.5 插值和擬合 117
4.5.1 數(shù)值插值 117
4.5.2 數(shù)據(jù)擬合 118
4.6 數(shù)值微分與積分 119
4.6.1 差分 119
4.6.2 數(shù)值積分 120
習(xí)題 122
第5章 符號計算 125
5.1 符號計算基礎(chǔ) 125
5.1.1 概述 125
5.1.2 創(chuàng)建符號常量 125
5.1.3 創(chuàng)建符號變量 126
5.2 符號表達式的基本操作 127
5.2.1 符號表達式的基本運算 127
5.2.2 符號數(shù)值精度控制 130
5.2.3 符號對象轉(zhuǎn)換為數(shù)值對象 130
5.2.4 自由變量的確定 131
5.2.5 變量置換 131
5.2.6 反函數(shù)和復(fù)合函數(shù) 132
5.3 符號多項式函數(shù) 133
5.3.1 合并同類項 133
5.3.2 因式分解 135
5.3.3 分子、分母的提取 136
5.3.4 化簡 137
5.3.5 展開 138
5.4 符號微積分 139
5.4.1 符號極限 139
5.4.2 符號微分 140
5.4.3 符號積分 145
5.5 積分變換 148
5.5.1 符號卷積 148
5.5.2 傅里葉變換及其反變換 149
5.5.3 拉普拉斯變換及其反變換 149
5.5.4 Z變換及其反變換 150
5.6 解方程 151
5.6.1 符號代數(shù)方程的求解 151
5.6.2 符號微分方程的求解 153
5.7 可視化數(shù)學(xué)分析界面 155
5.7.1 單變量函數(shù)分析工具 155
5.7.2 泰勒級數(shù) 156
習(xí)題 157
第6章 MATLAB繪圖 160
6.1 二維繪圖 160
6.1.1 直角坐標(biāo)系的二維圖形 160
6.1.2 繪制圖形的輔助操作 162
6.1.3 plotyy函數(shù) 166
6.1.4 極坐標(biāo)系繪圖 167
6.1.5 對數(shù)坐標(biāo)繪圖 169
6.1.6 隱函數(shù)繪圖 171
6.2 特殊二維圖形的繪制 175
6.2.1 直方圖 175
6.2.2 餅圖 175
6.2.3 離散桿狀圖 176
6.2.4 階梯狀圖 176
6.2.5 射線圖 177
6.2.6 誤差條形圖 178
6.2.7 彗星圖 179
6.2.8 圓形圖 179
6.3 三維繪圖 180
6.3.1 三維曲線 180
6.3.2 三維曲面 182
6.3.3 色彩處理 186
6.3.4 圖像的讀寫和動畫處理 188
6.3.5 特殊三維圖形的繪制 189
6.4 句柄圖形 192
6.4.1 句柄圖形體系 192
6.4.2 圖形對象的建立 192
6.4.3 對象句柄的獲取方法 196
6.4.4 對象屬性的獲取和設(shè)置 197
6.5 圖形用戶界面 198
6.5.1 圖形用戶界面對象層次結(jié)構(gòu) 198
6.5.2 用戶菜單 198
6.5.3 對話框 200
6.5.4 用戶控件 203
6.6 圖形用戶界面設(shè)計工具 204
6.6.1 圖形用戶界面設(shè)計工具的啟動 204
6.6.2 圖形用戶界面設(shè)計窗口的組成 205
習(xí)題 209
第7章 Simulink仿真環(huán)境 211
7.1 Simulink的啟動與退出 211
7.1.1 Simulink簡介 211
7.1.2 Simulink的啟動和模型編輯窗口 211
7.1.3 Simulink的文件操作 213
7.1.4 Simulink的退出 213
7.2 Simulink的基本模塊 214
7.2.1 基本模塊庫 214
7.2.2 常用模塊的參數(shù)設(shè)置 216
7.3 模型文件的創(chuàng)建 217
7.3.1 模塊的操作 217
7.3.2 信號線的操作 218
7.3.3 創(chuàng)建模型文件 219
7.4 子系統(tǒng) 221
7.4.1 子系統(tǒng)建立的方法 221
7.4.2 子系統(tǒng)的封裝 221
7.4.3 條件執(zhí)行子系統(tǒng) 224
7.5 通過命令窗口創(chuàng)建Simulink模型 224
7.5.1 Simulink模型文件操作命令 224
7.5.2 Simulink模型文件編輯命令 225
習(xí)題 225
第8章 Notebook 227
8.1 Notebook的安裝與啟動 227
8.1.1 Notebook的安裝 227
8.1.2 Notebook的啟動 228
8.1.3 M-book模板的界面 229
8.1.4 Notebook的單元樣式 229
8.2 Notebook的使用 230
8.2.1 輸入單元 230
8.2.2 自動初始化單元 231
8.2.3 單元組 232
8.2.4 輸出單元的設(shè)置 233
8.2.5 計算區(qū) 235
8.2.6 運行方法 236
習(xí)題 237
附錄A 實驗 238
附錄B 函數(shù)庫 243
參考文獻