薛定宇教授大讲堂：MATLAB程序设计（卷Ⅰ）

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CONTENTS

第 1章计算机数学语言概述  1 

1.1数学问题计算机求解概述  1 

1.1.1为什么要学习计算机数学语言· 1 

1.1.2数学问题的解析解与数值解· 4 

1.1.3数学运算问题软件包发展概述· 5 

1.1.4常规计算机语言的局限性  7 

1.2计算机数学语言简介  8 

1.2.1计算机数学语言的出现  8 

1.2.2有代表性的计算机数学语言· 9 

1.3科学运算问题的三步求解方法  10本章习题  12第 2章 MATLAB语言程序设计基础  13 

2.1 MATLAB命令窗口与基本命令  14 

2.1.1变量名命名规则 14 

2.1.2保留的常数 · 15 

2.1.3显示格式的设置 16 

2.1.4底层操作系统命令  16 

2.1.5 MATLAB的工作环境设置 17 

2.1.6 MATLAB的工作空间与管理  18 

2.1.7 MATLAB的其他辅助工具 18 

2.2常用数据结构 · 19 

2.2.1数值型数据 · 19 

2.2.2符号型数据 · 20 

2.2.3任意符号型矩阵的生成  22 

2.2.4符号型函数 · 22 

2.2.5整型变量与逻辑变量  22 

2.2.6数据结构类型的识别  23 

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2.2.7矩阵的维数与长度  23 

2.3字符串数据结构 · 24 

2.3.1一般字符串的表示  24 

2.3.2字符串的处理方法  24 

2.3.3字符串的转换与读写方法  26 

2.3.4字符串命令的执行  27 

2.3.5 MuPAD接口函数的编写 · 27 

2.4其他常用数据结构 28 

2.4.1多维数组 · 28 

2.4.2单元数组 · 29 

2.4.3表格数据 · 30 

2.4.4结构体 · 32 

2.4.5其他数据结构 33 

2.5 MATLAB的基本语句结构 · 33 

2.5.1直接赋值语句 33 

2.5.2函数调用语句 34 

2.5.3多样的函数调用机制  34 

2.5.4冒号表达式 · 34 

2.5.5子矩阵的提取 35 

2.5.6等间距行向量的生成  36 

2.6数据文件的读取与存储  36 

2.6.1数据文件的读取与存储命令· 36 

2.6.2文件读写的底层方法  37 

2.6.3 Excel文件的读取与存储 · 38本章习题  39

第 3章基本数学运算 · 42 

3.1矩阵的代数运算 · 42 

3.1.1矩阵的转置、翻转与旋转 · 42 

3.1.2矩阵的加减乘除运算  44 

3.1.3复数矩阵及其变换  45 

3.1.4矩阵的乘方与开方  45 

3.1.5矩阵的点运算 47 

3.2矩阵的逻辑运算与比较运算  47 

3.2.1矩阵的逻辑运算 47 

3.2.2矩阵的比较运算 48 3.2.3矩阵元素的查询命令  48 

3.2.4属性判定语句 49 

3.3超越函数的计算 · 49 

3.3.1指数与对数函数的计算  50 

3.3.2三角函数的计算 50 

3.3.3反三角函数的计算  52 

3.3.4矩阵的超越函数 52 

3.4符号表达式的化简与变换  54 

3.4.1多项式的运算 54 

3.4.2三角函数的变换与化简  55 

3.4.3符号表达式的化简  55 

3.4.4符号表达式的变量替换  56 

3.4.5符号运算结果的转换  56 

3.5基本数据运算 · 57 

3.5.1数据的取整与有理化运算  57 

3.5.2向量的排序、最大值与最小值 58 

3.5.3数据的均值、方差与标准差 · 59 

3.5.4质因数与质因式 60 

3.5.5排列与组合 · 61本章习题  62

第 4章 MATLAB语言的流程结构  64 

4.1循环结构 · 64 

4.1.1 for循环结构 · 64 

4.1.2 while循环结构 · 66 

4.1.3迭代方法的循环实现  67 

4.1.4循环结构的辅助语句  69 

4.1.5向量化编程实现 69 

4.2条件转移结构 · 71 

4.2.1简单的条件转移结构  71 

4.2.2条件转移结构的一般形式  72 

4.2.3分段函数的向量化表示  74 

4.3开关结构 · 75 

4.4试探结构 · 77本章习题  78 

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第 5章函数编写与调试 80 

5.1 MATLAB的脚本程序 · 80 

5.2 MATLAB语言函数的基本结构  81 

5.2.1函数的基本结构 81 

5.2.2函数名的命令规则  83 

5.2.3函数编写举例 83 

5.3函数编写的技巧 · 86 

5.3.1递归调用 · 86 

5.3.2可变输入输出个数的处理  87 

5.3.3输入变元的容错处理  89 

5.3.4全局变量 · 89 

5.3.5存取 MATLAB工作空间中的变量  90 

5.3.6匿名函数与 inline函数 · 91 

5.3.7子函数与私有函数  93 

5.4 MATLAB程序的调试 · 93 

5.4.1 MATLAB程序的跟踪调试 93 

5.4.2伪代码与代码保密处理  96 

5.5 MATLAB实时编辑器 · 96 

5.5.1实时文档编辑界面  97 

5.5.2建立一个简单的文档  97 

5.5.3嵌入代码的运行 98 

5.5.4在实时编辑器中嵌入其他对象· 99 

5.5.5实时编辑文档的输出  101本章习题  101

第 6章二维图形绘制 · 105 

6.1二维曲线的绘制 · 105 

6.1.1二元数据的曲线绘制  105 

6.1.2数学函数的曲线绘制  108 

6.1.3分段函数的曲线绘制  108 

6.1.4二维图形的标题处理  109 

6.1.5多纵轴曲线的绘制  111 

6.2图形修饰 · 112 

6.2.1利用界面工具的修饰  113 

6.2.2 LATEX支持的修饰命令 · 115 

6.2.3数学公式叠印与宏包设计  116 6.3其他二维图形绘制语句  117 

6.3.1极坐标曲线的绘制  117 

6.3.2离散信号的图形表示  118 

6.3.3直方图与饼图 120 

6.3.4填充图 · 122 

6.3.5对数坐标图 · 123 

6.3.6误差限图 · 124 

6.3.7动态轨迹显示 124 

6.3.8二维动画的显示 124 

6.4图形窗口的分割 · 125 

6.4.1规范分割 · 125 

6.4.2任意分割 · 126 

6.5隐函数绘制及应用 128 

6.6图像的显示与简单处理  130 

6.6.1图像的输入 · 130 

6.6.2图像的编辑与显示  131 

6.6.3颜色空间转换 132 

6.6.4边缘检测 · 132 

6.6.5直方图均衡化 133 

6.7 MATLAB图形的输出方法 · 134 

6.7.1图形输出菜单与应用  134 

6.7.2图形输出命令 135本章习题  136

第 7章三维图形表示 · 138 

7.1三维曲线绘制 · 138 

7.1.1三维曲线绘制命令  138 

7.1.2已知数学函数的三维曲线绘制· 139 

7.1.3三维填充图 · 140 

7.1.4三维直方图与饼图  140 

7.1.5条带图 · 142 

7.2三维曲面绘制 · 144 

7.2.1网格图与表面图 144 

7.2.2表面图的阴影与光照  147 

7.2.3图像文件的三维表面图  149 

7.2.4已知函数的表面图  150 

·viii·薛定宇教授大讲堂（卷 I）：MATLAB程序设计 

7.2.5散点数据的表面图绘制  151 

7.3三维图形视角设置 152 

7.3.1视角的定义 · 152 

7.3.2三视图的设置 153 

7.3.3任意视角的设置 153 

7.4其他三维绘图 · 154 

7.4.1等高线 · 154 

7.4.2矢量图 · 155 

7.4.3三元隐函数的绘图  156 

7.4.4参数方程的表面图  158 

7.4.5复变函数的三维表面图  158 

7.4.6球面与柱面 · 159 

7.4.7 Voronoi图与 Delaunay剖分 · 161 

7.5三维图形的特殊处理  163 

7.5.1三维曲面的旋转 163 

7.5.2坐标轴变换的三维曲面  164 

7.5.3三维图形的剪切 165 

7.5.4三维表面图贴面处理  166 

7.6四维图形绘制 · 167 

7.6.1切片图 · 167 

7.6.2体视化界面 · 168 

7.6.3三维动画的制作与播放  169本章习题  171

第 8章 MATLAB语言与其他语言的接口· 173 

8.1 C语言环境下提供的 MATLAB变量格式及函数概述 · 174 

8.1.1编译程序的环境设置  174 

8.1.2 Mex下的数据结构  175 

8.1.3 Mex文件的结构  176 

8.1.4 Mex文件的编写方法与步骤· 179 

8.2不同数据结构的 Mex处理  180 

8.2.1不同类型输入输出变元的处理· 181 

8.2.2字符串变量的读写  181 

8.2.3多维数组的处理 183 

8.2.4单元数组的处理 184 

8.2.5 MAT文件的读写方法 · 185 8.3 C程序中直接调用 MATLAB函数  187 

8.4 MATLAB函数的独立程序转换  191本章习题  192

第 9章面向对象程序设计基础  193 

9.1面向对象编程的基本概念  193 

9.1.1类与对象 · 193 

9.1.2类与对象数据结构  194 

9.2类的设计 · 195 

9.2.1类的设计方法 195 

9.2.2类的定义与输入 196 

9.2.3类的显示 · 197 

9.3重载函数的编写 · 198 

9.3.1加法的重载函数编写  198 

9.3.2合并同类项的化简函数  199 

9.3.3减法重载函数 200 

9.3.4乘法重载函数 200 

9.3.5乘方运算重载函数  202 

9.3.6域的赋值与提取 203 

9.4类的继承与扩展 · 203 

9.4.1扩展类的定义与显示  204 

9.4.2 ftf对象的连接重载函数  205 

9.4.3分数阶传递函数的频域分析· 207本章习题  208

第 10章 MATLAB的图形用户界面设计技术  209 

10.1 MATLAB语言图形界面编程基础 · 209 

10.1.1 MATLAB图形界面中各对象的关系· 209 

10.1.2窗口对象及属性设置  210 

10.1.3窗口的常用属性  211 

10.1.4对象属性的读取与修改· 213 

10.1.5简易对话框  215 

10.1.6标准对话框及其调用  216 

10.2 MATLAB图形界面设计基本控件 · 219 

10.2.1 MATLAB支持的基本控件  219 

10.2.2控件的常用属性  221 

10.2.3控件句柄的获取  221 

·x·薛定宇教授大讲堂（卷 I）：MATLAB程序设计 

10.3图形用户界面设计工具 Guide  222 

10.4图形用户界面的高级技术 · 231 

10.4.1菜单系统的设计  231 

10.4.2工具栏设计  232 

10.4.3 ActiveX控件的嵌入与编程 234 

10.5工具箱的集成与发布 · 235本章习题  235参考文献· 237 

MATLAB函数名索引 · 239术语索引· 245