内容简介

本书以MATLAB 2024为基础，结合高等学校教师的教学经验以及MATLAB在计算科学中的应用案例，讲解数学计算和仿真分析的各种方法和技巧，是一本面向学生与零基础读者学习指南，帮助他们最终脱离书本，应用于工业生产实践中。
本书内容包括MATLAB 概述，MATLAB基础知识，数组，矩阵，二维图形绘制，三维图形绘制，图像处理，数据分析，高等数学计算，微分方程，App设计与动画演示，优化设计，概率统计分析。本书覆盖数学计算与仿真分析的各个方面，既有MATLAB基本函数的介绍，也有用MATLAB编写的专门计算程序，利用函数解决不同数学应用问题，实例丰富而典型，包括两章经典实例，将重点知识融入应用，指导读者有的放矢地进行学习。
本书既可作为初学者的入门用书，也可作为工程技术人员、本科生、研究生的教材。

目录

目　录
前言
第1章　MATLAB概述1
1．1　MATLAB简介1
1．2　MATLAB的特点2
1．3　MATLAB 2024的新功能4
1．4　MATLAB 2024的工作界面5
1．4．1　标题栏5
1．4．2　功能区6
1．4．3　工具栏11
1．4．4　命令行窗口11
1．4．5　命令历史记录窗口13
1．4．6　当前文件夹窗口14
1．4．7　工作区窗口15
1．4．8　图像窗口15
1．5　MATLAB的通用命令16
1．6　设置MATLAB搜索路径17
1．6．1　MATLAB的搜索路径17
1．6．2　扩展MATLAB的搜索路径18
1．7　MATLAB的帮助系统19
1．7．1　联机帮助系统19
1．7．2　帮助命令20
第2章　MATLAB基础知识24
2．1　数据类型基本概念 24
2．1．1　整数类型 25
2．1．2　浮点类型 26
2．1．3　复数 29
2．1．4　数值类型的显示格式 29
2．1．5　常量与变量 30
2．1．6　数据转换函数33
2．2　MATLAB命令的组成35
2．2．1　基本符号35
2．2．2　功能符号36
2．2．3　常用指令37
2．3　运算符数学函数38
2．3．1　三角函数 39
2．3．2　整数与小数转换函数 41
2．3．3　基本数学函数 43
2．4　复数运算44
2．4．1　复数的基本元素函数 44
2．4．2　复数的基本参数44
2．5　字符串45
2．5．1　创建字符串46
2．5．2　字符串操作函数48
2．6　字典51
2．6．1　创建字典52
2．6．2　字典操作函数53
2．7　MATLAB程序设计55
2．7．1　表达式、表达式语句与赋值语句55
2．7．2　程序结构55
2．7．3　程序流程控制指令60
2．7．4　人机交互语句61
2．7．5　MATLAB程序的调试命令63
第3章　数组66
3．1　MATLAB中的数组66
3．2　数组的创建66
3．2．1　一维数组66
3．2．2　二维数组68
3．2．3　多维数组68
3．3　特殊数值数组69
3．3．1　无穷数组和非数值量数组 69
3．3．2　全0数组70
3．3．3　测试数组71
3．3．4　随机数组73
3．3．5　单位数组75
3．4　特殊数组76
3．4．1　元胞数组76
3．4．2　结构体数组80
3．5　数组元素运算83
3．5．1　数组编辑器84
3．5．2　数组元素的引用84
3．5．3　数组元素的修改86
3．5．4　数组的变维87
3．5．5　数组元素状态88
3．6　操作数组88
3．6．1　基本运算88
3．6．2　向量的点积与叉积91
3．6．3　判断数组类型92
3．6．4　旋转与镜像93
3．6．5　抽取数组元素94
3．6．6　串联数组96
3．6．7　其他常用的操作命令98
第4章　矩阵102
4．1　基本的矩阵函数102
4．1．1　矩阵的基本参数102
4．1．2　矩阵的转置105
4．1．3　矩阵范数 108
4．1．4　特征值和特征向量的基本概念?112
4．2　矩阵分解116
4．2．1　奇异值分解116
4．2．2　楚列斯基（Cholesky）分解118
4．2．3　三角分解119
4．2．4　LDMT与LDLT分解122
4．2．5　QR分解125
4．3　变换矩阵130
4．3．1　常见的变换矩阵130
4．3．2　Vandermonde矩阵132
4．3．3　Hadamard矩阵132
4．3．4　豪斯霍尔德矩阵133
4．3．5　Jacobian矩阵134
4．3．6　吉文斯变换矩阵135
4．3．7　稀疏矩阵138
4．3．8　复数矩阵140
4．3．9　阶梯矩阵143
第5章　二维图形绘制145
5．1　二维曲线的绘制145
5．1．1　绘制二维图形145
5．1．2　多图形显示151
5．1．3　函数图形的绘制155
5．2　图形属性设置159
5．2．1　图形窗口的属性159
5．2．2　坐标系与坐标轴164
5．2．3　图形注释167
第6章　三维图形绘制174
6．1　三维绘图174
6．1．1　三维曲线绘图命令174
6．1．2　三维网格命令179
6．1．3　三维曲面命令182
6．1．4　柱面与球面185
6．1．5　三维图形等值线187
6．2　三维图形修饰处理193
6．2．1　视角处理193
6．2．2　颜色处理195
6．2．3　光照处理199
第7章　图像处理203
7．1　图像文件的读写203
7．1．1　图像的读入203
7．1．2　图像的写入208
7．1．3　图像信息查询211
7．1．4　像素及其统计特性216
7．1．5　像素值统计216
7．2　图像的几何运算219
7．2．1　剪切图像219
7．2．2　图像平移220
7．2．3　图像旋转221
7．2．4　图像镜像222
7．2．5　图像转置223
7．2．6　图像合成224
7．3　图像帧制作影片226
7．3．1　帧的基础知识226
7．3．2　多帧图像制作影片226
7．3．3　播放图像影片228
7．4　动

前言/序言

MATLAB是美国MathWorks公司出品的一款优秀的数学计算软件，其强大的数值计算能力和数据可视化能力令人震撼。经过多年的发展，MATLAB已经发展到了2024版本，功能日趋完善。MATLAB已经发展成为多种学科必不可少的计算工具，成为自动控制、应用数学、信息与计算科学等专业大学生与研究生必须掌握的基本技能。

目前，MATLAB已经得到了很大程度的普及，成为各大公司和科研机构的专用软件，在各高校中同样也得到了普及。越来越多的学生借助MATLAB来学习数学分析、图像处理、仿真分析。

为了帮助零基础读者快速掌握MATLAB的使用方法，本书从基础着手，详细对MATLAB的基本函数功能进行介绍，同时根据不同学科读者的需求，在数学计算、图形绘制、仿真分析、优化设计和外部接口编程等不同的领域进行了详细的介绍。

MATLAB本身是一个极为丰富的资源库。因此，对大多数用户来说，一定有部分MATLAB内容看起来是“透明”的，也就是说用户能明白其全部细节；另有些内容表现为“灰色”，即用户虽明白其原理但是对于具体的执行细节不能掌握；还有些内容则“全黑”，也就是用户对它们一无所知。

一、本书特色

作者写作经验丰富

本书由大学资深专家教授团队执笔编写，是编者总结多年的设计经验以及教学的心得体会，历时多年精心编著，力求全面细致地展现出MATLAB在工程分析与数学计算应用领域的各种功能和使用方法。

实例专业

本书有很多实例本身就是工程分析与数学计算项目案例，经过作者精心提炼和改编。不仅保证了读者能够学好知识点，更重要的是能帮助读者掌握实际的操作技能。

提升技能

本书结合大量的案例来讲解如何利用MATLAB进行工程分析与数学计算，帮助读者了解并掌握计算机辅助工程分析与数学计算。

内容全面

本书共13章，分别介绍了MATLAB 概述，MATLAB基础知识，数组，矩阵，二维图形绘制，三维图形绘制，图像处理，数据分析，高等数学计算，微分方程，APP设计与动画演示，优化设计，概率统计分析。

知行合一

本书提供了使用MATLAB解决数学问题的实践性指导（基于MATLAB 2024版），内容由浅入深，特别是对每一条命令的使用格式都作了详细又简单明了的说明，并为用户提供了大量的例题加以说明其用法，对于初学者自学是很有帮助的；同时，又对数学中的一些深入问题，如优化理论的算法介绍以及各种数学问题（概率问题、数理统计等）进行了较为详细的介绍，因此，本书也可作为科技工作者的科学计算工具书。

二、电子资料包使用说明

本书随书配送了电子资料包。包含全书讲解实例和练习实例的源文件素材，并制作了全程实例动画同步AVI文件。为了增强教学的效果，进一步方便读者学习，编者对实例动画进行了配音讲解，通过扫描封四或者下面二维码（提取码swsw），下载本书实例操作过程视频AVI文件，读者可以通过看视频轻松愉悦地学习本书。

本书由河北工程技术学院胡仁喜博士和郑敏老师编写，其中郑敏执笔编写了第1 ~ 7章，胡仁喜执笔编写了第8 ~ 13章。

编　者