MATLAB是美國(guó)Mathworks公司推出的用于科學(xué)計(jì)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(chǎng)以來，先后經(jīng)歷了DOS版和Windows版兩個(gè)發(fā)展階段，隨著其功能的不斷加強(qiáng)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(duì)已有的功能進(jìn)行了加強(qiáng)和擴(kuò)充，仍包括基本和專業(yè)擴(kuò)展兩部分。其中基本部分有28個(gè)函數(shù)庫(kù)，常用的函數(shù)約1200多個(gè)；專業(yè)擴(kuò)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(shí)踐教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)MATLAB程序設(shè)計(jì)的具體特點(diǎn)而編寫的。為了適應(yīng)教學(xué)的實(shí)際需要，對(duì)書中的內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了編排，突出了以下幾個(gè)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(diǎn)講述MATLAB編程的基本原理。

（2）突出計(jì)算功能和繪圖功能。MATLAB以其強(qiáng)大的計(jì)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(diǎn)介紹數(shù)值計(jì)算、符號(hào)計(jì)算和計(jì)算可視化的實(shí)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(gè)函數(shù)庫(kù)中的所有函數(shù)，因此為初學(xué)者有選擇、有針對(duì)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(kù)中的常用函數(shù)，所涉及的函數(shù)庫(kù)有20個(gè)左右，函數(shù)有800個(gè)左右，重點(diǎn)講授的函數(shù)有400個(gè)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(diǎn)，而有些函數(shù)看似簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到開闊思路、拓展思維的目的。

全書分為7個(gè)部分：概述部分主要簡(jiǎn)單介紹MATLAB的特點(diǎn)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(yùn)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(jì)部分介紹M文件的編寫語句和編寫、執(zhí)行過程；數(shù)值計(jì)算和符號(hào)計(jì)算部分采用對(duì)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(jì)算過程，真正做到數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室的作用，這一部分是全書的重點(diǎn)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(jì)，這一部分也是全書的重點(diǎn)之一；Simulink仿真環(huán)境部分簡(jiǎn)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(fèi)電子教案，讀者可從中國(guó)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(duì)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(cuò)誤之處在所難免，敬請(qǐng)讀者與編者聯(lián)系（jwwang2007@163.com）并批評(píng)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(diǎn) 1
1.1.1 MATLAB的發(fā)展歷程 1
1.1.2 MATLAB的特點(diǎn) 2
1.2 MATLAB的安裝與啟動(dòng) 2
1.2.1 MATLAB的安裝 2
1.2.2 啟動(dòng)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(yùn)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(shí) 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(chǔ) 31
2.4.2 稀疏數(shù)組的建立 32
2.5 矩陣和數(shù)組的運(yùn)算 34
2.5.1 矩陣和數(shù)組的算術(shù)運(yùn)算 34
2.5.2 矩陣和數(shù)組的乘方運(yùn)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(jì) 55
3.1 關(guān)系運(yùn)算 55
3.1.1 概述 55
3.1.2 關(guān)系運(yùn)算符 55
3.1.3 關(guān)系運(yùn)算規(guī)則 55
3.1.4 關(guān)系運(yùn)算的應(yīng)用 56
3.2 邏輯運(yùn)算 58
3.2.1 邏輯運(yùn)算符和運(yùn)算法則 58
3.2.2 邏輯函數(shù) 59
3.2.3 運(yùn)算符優(yōu)先級(jí) 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(jià)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(shí)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(jiǎn)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(jìn)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(jì)算 83
4.1 概述 83
4.2 數(shù)據(jù)分析 83
4.2.1 統(tǒng)計(jì)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(xiàng)式函數(shù) 111
4.4.1 多項(xiàng)式的表示 111
4.4.2 多項(xiàng)式的算術(shù)運(yùn)算 111
4.4.3 導(dǎo)函數(shù) 112
4.4.4 多項(xiàng)式求根 113
4.4.5 多項(xiàng)式估值 114
4.4.6 部分分式函數(shù) 116
4.4.7 多項(xiàng)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(hào)計(jì)算 125
5.1 符號(hào)計(jì)算基礎(chǔ) 125
5.1.1 概述 125
5.1.2 創(chuàng)建符號(hào)常量 125
5.1.3 創(chuàng)建符號(hào)變量 126
5.2 符號(hào)表達(dá)式的基本操作 127
5.2.1 符號(hào)表達(dá)式的基本運(yùn)算 127
5.2.2 符號(hào)數(shù)值精度控制 130
5.2.3 符號(hào)對(duì)象轉(zhuǎn)換為數(shù)值對(duì)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(hào)多項(xiàng)式函數(shù) 133
5.3.1 合并同類項(xiàng) 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(jiǎn) 137
5.3.5 展開 138
5.4 符號(hào)微積分 139
5.4.1 符號(hào)極限 139
5.4.2 符號(hào)微分 140
5.4.3 符號(hào)積分 145
5.5 積分變換 148
5.5.1 符號(hào)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(hào)代數(shù)方程的求解 151
5.6.2 符號(hào)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(jí)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(duì)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(dòng)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(duì)象的建立 192
6.4.3 對(duì)象句柄的獲取方法 196
6.4.4 對(duì)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(duì)象層次結(jié)構(gòu) 198
6.5.2 用戶菜單 198
6.5.3 對(duì)話框 200
6.5.4 用戶控件 203
6.6 圖形用戶界面設(shè)計(jì)工具 204
6.6.1 圖形用戶界面設(shè)計(jì)工具的啟動(dòng) 204
6.6.2 圖形用戶界面設(shè)計(jì)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(dòng)與退出 211
7.1.1 Simulink簡(jiǎn)介 211
7.1.2 Simulink的啟動(dòng)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(kù) 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(hào)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(dòng) 227
8.1.1 Notebook的安裝 227
8.1.2 Notebook的啟動(dòng) 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(dòng)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(jì)算區(qū) 235
8.2.6 運(yùn)行方法 236
習(xí)題 237
附錄A 實(shí)驗(yàn) 238
附錄B 函數(shù)庫(kù) 243
參考文獻(xiàn)