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第1篇 MATLAB的基础知识2

第1章 MATLAB集成环境2

1.1 MATLAB概述2

1.2 MATLAB的安装2

1.3 MATLAB集成环境简介5

1.3.1 MATLAB的运行5

1.3.2 MATLAB的界面6

1.3.3 MATLAB的通用命令10

1.3.4 MATLAB帮助系统11

1.3.5 如何学习MATLAB15

1.4 小结15

第2章 MATLAB的数据类型16

2.1 数值、变量和表达式16

2.1.1 数值型16

2.1.2 变量和表达式19

2.2 逻辑型20

2.2.1 逻辑型数据概述20

2.2.2 返回逻辑结果的函数21

2.2.3 运算符的优先级21

2.3 字符和字符串23

2.3.1 函数24

2.3.2 创建字符串函数24

2.3.3 字符串比较函数25

2.3.4 字符串查找与替换函数26

2.3.5 类型转换函数28

2.4 函数句柄32

2.4.1 函数句柄的创建32

2.4.2 函数句柄的基本用法33

2.5 构架数组33

2.5.1 构架数组的创建34

2.5.2 构架数组的寻访37

2.5.3 构架数组域的基本操作38

2.5.4 构架数组的操作40

2.6 元胞数组42

2.6.1 元胞数组的创建42

2.6.2 元胞数组的寻访44

2.6.3 元胞数组的基本操作45

2.6.4 元胞数组操作函数48

2.7 小结49

第3章 数学运算50

3.1 常用的数学函数50

3.1.1 三角函数50

3.1.2 双曲线函数51

3.1.3 复数函数52

3.1.4 求和、乘积和差分53

3.1.5 最大值和最小值55

3.1.6 简单统计命令56

3.1.7 排序57

3.2 关系和逻辑运算及多项式运算58

3.2.1 关系操作符58

3.2.2 逻辑操作符59

3.2.3 关系与逻辑函数60

3.2.4 多项式运算61

3.3 小结63

第4章 数组和矩阵64

4.1 MATLAB中数组和矩阵的关系64

4.2 一维数组的创建和寻访65

4.2.1 一维数组的创建65

4.2.2 一维数组子数组的寻访和赋值68

4.3 二维数组的创建和寻访70

4.3.1 直接输入法70

4.3.2 利用M文件创建和保存数组71

4.3.3 二维数组子数组的寻访和赋值71

4.4 执行数组运算的常用函数72

4.4.1 随机构建数组函数rand()72

4.4.2 获取数组长度函数size()73

4.4.3 获取数组元素总数函数numel()73

4.4.4 获取数组指定维度的长度的函数length()74

4.4.5 获取数组平均值函数mean()74

4.4.6 reshape()函数75

4.5 创建新矩阵75

4.5.1 建立新矩阵75

4.5.2 向量和子矩阵的生成76

4.5.3 MATLAB中的特殊矩阵77

4.5.4 构建高维数组80

4.5.5 高维数组的操作83

4.5.6 “非数”和“空”矩阵85

4.6 矩阵运算87

4.6.1 加法和减法87

4.6.2 乘法87

4.6.3 除法89

4.6.4 转置和共轭91

4.6.5 元素操作函数92

4.6.6 矩阵的乘方与函数93

4.7 小结95

第5章 数值计算96

5.1 数值计算概述96

5.2 函数极值点96

5.2.1 一元函数的极小值点96

5.2.2 多元函数的极小值点98

5.3 函数积分98

5.3.1 一元函数的数值积分98

5.3.2 多重数值积分100

5.4 函数微分101

5.5 常微分方程102

5.5.1 常微分方程介绍102

5.5.2 常微分方程求解103

5.5.3 常微分方程的边界问题104

5.6 曲线拟合105

5.7 函数插值107

5.7.1 一维插值108

5.7.2 二维插值110

5.8 多项式及其操作111

5.8.1 多项式的表达和创建112

5.8.2 多项式的根112

5.8.3 导数113

5.8.4 估值114

5.8.5 有理多项式114

5.9 小结115

第6章 符号计算116

6.1 符号常量和符号变量116

6.1.1 定义符号常量116

6.1.2 定义符号变量117

6.1.3 默认符号变量118

6.2 符号表达式119

6.3 符号表达式运算120

6.3.1 提取分子和分母120

6.3.2 标准代数运算120

6.3.3 高级运算121

6.3.4 变换函数123

6.3.5 变量替换125

6.3.6 符号微分和积分125

6.3.7 符号积分变换128

6.4 符号表达式简化和格式化131

6.5 方程求解134

6.5.1 求解代数方程组134

6.5.2 单个微分方程135

6.5.3 微分方程组136

6.6 线性代数和矩阵136

6.6.1 符号矩阵的创建136

6.6.2 符号矩阵相关函数138

6.6.3 线性代数运算139

6.7 符号工具箱函数141

6.8 小结143

第7章 MATLAB绘图基础144

7.1 二维图形绘制144

7.1.1 plot()函数144

7.1.2 线型、标记和颜色147

7.1.3 多个图形叠绘及多个图形窗口148

7.1.4 子图绘制149

7.1.5 交互式绘图和屏幕刷新151

7.1.6 使用plotyy()函数绘制双坐标轴153

7.1.7 Easy绘图命令154

7.2 三维图形绘制156

7.2.1 曲线图绘制156

7.2.2 网格图绘制157

7.2.3 曲面图的绘制158

7.2.4 绘制等值线图160

7.3 特殊图形绘制160

7.3.1 区域图绘制161

7.3.2 饼图绘制161

7.3.3 直方图和梯形图162

7.3.4 矢量分布图绘制163

7.3.5 误差线图形绘制164

7.3.6 离散数据图绘制165

7.3.7 伪色彩图绘制165

7.3.8 极坐标图形绘制166

7.4 图形处理167

7.4.1 图形标注167

7.4.2 坐标轴的控制168

7.4.3 图形的打印和输出169

7.5 图形窗口170

7.5.1 图形窗口的创建与控制170

7.5.2 图形窗口的菜单操作171

7.5.3 图形窗口的工具栏171

7.6 小结172

第8章 MATLAB程序设计基础173

8.1 程序结构173

8.1.1 顺序结构173

8.1.2 选择结构175

8.1.3 循环结构178

8.2 控制命令180

8.2.1 continue命令180

8.2.2 break命令181

8.2.3 return命令181

8.2.4 keyboard命令182

8.2.5 error()函数和warning()函数183

8.3 程序的调试183

8.3.1 直接调试法183

8.3.2 工具调试法183

8.3.3 程序调试的常见错误186

8.4 小结186

第9章 M文件处理和输入输出操作187

9.1 M文件的编写187

9.1.1 M文件简介187

9.1.2 M文件的两种形式189

9.1.3 全局变量和局部变量193

9.1.4 子函数195

9.1.5 文件操作与基本的输入输出195

9.2 工作空间数据的读取201

9.2.1 局部工作空间201

9.2.2 基本工作空间201

9.3 小结201

第10章 图形用户界面GUI的设计制作202

10.1 创建图形界面GUI的目的202

10.2 GUI对象层次结构203

10.2.1 创建图形窗口203

10.2.2 其他相关操作函数205

10.3 菜单的设计制作205

10.3.1 菜单的布置205

10.3.2 建立菜单和子菜单206

10.3.3 菜单属性207

10.3.4 菜单快捷键208

10.3.5 菜单的外观与颜色控制209

10.3.6 综合实例209

10.4 控制框的设计和布局210

10.4.1 建立不同类型的控制框210

10.4.2 控制框属性214

10.4.3 控制框布置的考虑216

10.5 图形界面创建工具GUIDE218

10.5.1 使用GUIDE工具219

10.5.2 使用GUIDE进行GUI的设计220

10.6 小结223

第11章 Simulink仿真集成环境224

11.1 Simulink概述224

11.2 Simulink模型操作226

11.2.1 Simulink模型原理226

11.2.2 模块的操作227

11.2.3 信号线的操作229

11.3 Simulink模块库简介230

11.3.1 Source库中的信号源231

11.3.2 Sinks库中的信号源233

11.3.3 其他常用模块234

11.4 Simulink子系统的定义和应用235

11.4.1 子系统的创建235

11.4.2 封装子系统236

11.4.3 条件执行子系统240

11.5 Simulink仿真系统的环境设置242

11.5.1 解算器的设置242

11.5.2 仿真数据的输入与输出设置243

11.6 Simulink S-()函数的应用245

11.6.1 S-()函数的作用和原理245

11.6.2 用M文件创建S-()函数247

11.7 Simulink动态系统仿真251

11.7.1 使用积分器求解微分方程251

11.7.2 使用传递函数进行仿真252

11.7.3 使用状态空间方法进行系统仿真253

11.8 小结254

第2篇 MATLAB的应用256

第12章 MATLAB工具箱概述256

12.1 MATLAB工具箱分类256

12.1.1 功能型工具箱256

12.1.2 领域型工具箱257

12.2 MATLAB工具箱操作258

12.2.1 工具箱的加载258

12.2.2 工具箱的卸载260

12.3 MATLAB工具箱编写技巧260

12.4 小结261

第13章 机械系统设计分析262

13.1 MATLAB在机械系统设计分析中的作用262

13.2 连杆机构的运动设计262

13.2.1 给定极限位置和最小传动角的设计263

13.2.2 给定连架杆对应位置的设计265

13.2.3 优化设计267

13.3 齿轮传动零件的设计分析270

13.3.1 齿轮传动设计计算方法270

13.3.2 M文件的编写和处理流程271

13.3.3 运算结果分析272

13.4 轴系设计计算279

13.4.1 齿轮传动设计280

13.4.2 转轴的设计计算282

13.4.3 轴承的寿命计算285

13.4.4 M文件的编写和运算结果分析288

13.5 小结297

第14章 最优化设计298

14.1 MATLAB优化工具箱298

14.1.1 工具箱概述及功能298

14.1.2 工具箱结构298

14.1.3 工具箱函数299

14.2 无约束极值问题302

14.2.1 进退法302

14.2.2 牛顿法304

14.2.3 抛物线法307

14.2.4 三次插值法309

14.3 约束优化问题311

14.3.1 罚函数法311

14.3.2 坐标轮换法314

14.3.3 复合形法317

14.3.4 MATLAB工具箱应用实例321

14.4 模拟退火算法323

14.4.1 模拟退火算法简介323

14.4.2 模拟退火算法应用实例325

14.5 遗传算法326

14.5.1 遗传算法概述326

14.5.2 基本遗传算法327

14.5.3 适值函数标定的遗传算法329

14.5.4 遗传算法应用实例331

14.6 粒子群优化算法332

14.6.1 粒子群算法概述332

14.6.2 基本粒子群算法333

14.6.3 带压缩因子的粒子群算法335

14.6.4 粒子群算法应用实例336

14.7 小结337

第15章 控制系统设计338

15.1 系统时间响应及其仿真338

15.1.1 系统时间响应基本概念338

15.1.2 仿真算法338

15.1.3 系统仿真的MATLAB函数340

15.2 系统频率响应及其仿真346

15.2.1 频率特性和响应的基本概念346

15.2.2 频率响应的MATLAB函数347

15.2.3 系统分析图形用户界面352

15.3 控制系统的综合与校正355

15.3.1 系统性能指标的计算355

15.3.2 系统综合与校正的概念356

15.3.3 系统综合与校正实例357

15.4 小结358

第16章 信号处理359

16.1 数字信号处理基本理论359

16.1.1 信号的生成359

16.1.2 离散信号与系统363

16.1.3 Z变换364

16.1.4 离散傅立叶变换364

16.1.5 数字滤波器结构365

16.2 信号处理工具箱函数366

16.2.1 波形产生366

16.2.2 滤波器分析和实现与线性系统变换369

16.2.3 变换370

16.3 信号处理系统分析与设计372

16.3.1 Z变换的MATLAB实现372

16.3.2 IIR滤波器的MATLAB实现373

16.3.3 FIR滤波器的MATLAB实现377

16.4 小结380

第17章 神经网络应用381

17.1 神经网络概述381

17.1.1 神经网络的发展和应用381

17.1.2 神经网络模型383

17.1.3 神经网络工具箱概述384

17.2 感知器385

17.2.1 感知器神经网络模型结构386

17.2.2 感知器神经网络的构建388

17.2.3 感知器网络设计实例389

17.3 线性神经网络390

17.3.1 线性神经网络模型结构390

17.3.2 线性神经网络的构建391

17.3.3 线性神经网络应用实例分析392

17.4 BP网络395

17.4.1 BP网络模型结构395

17.4.2 BP神经网络的构建395

17.4.3 BP网络应用实例分析396

17.5 反馈型神经网络400

17.5.1 Hopfield网络400

17.5.2 Elman神经网络400

17.5.3 反馈网络应用实例分析401

17.6 应用实例403

17.7 小结408

第18章 MATLAB图像处理409

18.1 图像处理工具箱概述409

18.1.1 常用图像格式409

18.1.2 MATLAB 7.10图像类型和转换410

18.1.3 图像处理和分析系统414

18.2 图像文件的操作415

18.2.1 图像文件显示416

18.2.2 图像文件读写419

18.2.3 图像格式转换419

18.3 MATLAB图像增强420

18.3.1 对比度增强420

18.3.2 直方图均衡化424

18.3.3 空域滤波增强425

18.3.4 频域增强427

18.4 小结427

第3篇 MATLAB案例429

第19章 曲柄滑块机构的计算机仿真429

19.1 运动学仿真和动力学仿真429

19.1.1 运动学仿真429

19.1.2 动力学仿真430

19.2 曲柄滑块机构运动方程的建立432

19.2.1 曲柄滑块机构的基本概念432

19.2.2 曲柄滑块机构的闭环矢量方程的建立432

19.3 曲柄滑块机构运动过程仿真433

19.3.1 通过运动学仿真求解速度433

19.3.2 通过运动学仿真求解加速度435

19.3.3 结果分析437

19.4 小结437

参考文献438