MATLAB完全自学手册

作者简介

MATLAB 发展至今，其版本已经升级到MATLAB 2013a，软件如此快速地更新，说明MATLAB在各个应用领域不断扩展及深入，也充分说明MATLAB 的强大功能及开放性、可扩展性。MATLAB之所以如此流行，一方面是由于其强大的数值计算能力、图形功能和丰富的工具，另一方面是由于MATLAB 语言的简洁性更加符合工程应用的思维习惯。

本书在编写时兼顾了上述两方面的特点，内容主要针对MATLAB 2013a。全书分为6 篇，分别讲述MATLAB 基础、MATLAB 中的矩阵运算、MATLAB 数据分析、MATLAB 图形、MATLAB 程序设计和MATLAB 常见工具箱。本书对每个知识点都做到了逐点通过实例进行讲解，并在解决实际问题时融入了工程实践的经验。

本书可作为高等院校数学与统计专业，以及电子、信息类专业学生的教材，也可作为科学研究和工程技术人员的自学教材或使用手册。

书籍目录

第1 篇 MATLAB 基础

第1 章 MATLAB 2013a 概述.........................................................................................2

1.1 MATLAB 简介....................................................................................................2

1.1.1 MATLAB 的发展...........................................................................................................2

1.1.2 MATLAB 的主要功能...................................................................................................3

1.1.3 MATLAB 2013a 的新特性.............................................................................................3

1.2 MATLAB 2013a 安装与卸载................................................................................4

1.2.1 MATLAB 2013a 安装.....................................................................................................4

1.2.2 MATLAB 2013a 卸载............................................................................................7

1.3 MATLAB 2013a 用户界面....................................................................................8

1.3.1 菜单栏简介............................................................................................8

1.3.2 命令窗口........................................................................................................10

1.3.3 历史命令窗口...............................................................................................12

1.3.4 工作空间窗口...........................................................................12

1.3.5 当前目录窗口......................................................................................13

1.3.6 帮助系统简介........................................................................................14

1.4 MATLAB 2013a 基础知识.............................................................................16

1.4.1 MATLAB 2013a 基本数值计算...................................................................................16

1.4.2 MATLAB 2013a 矩阵处理...........................................................................................19

1.4.3 MATLAB 2013a 数据可视化.......................................................................................20

1.4.4 MATLAB 2013a 程序设计功能...................................................................................22

1.5 小结....................................................................................................................23

第2 篇 MATLAB 中的矩阵运算

第2 章 MATLAB 2013a 的矩阵操作............................................................................... 26

2.1 矩阵的生成.....................................................................................................26

2.1.1 简单矩阵的创建...........................................................................................................26

2.1.2 调用函数创建特殊矩阵...............................................................................................27

2.2 矩阵的拼接................................................................................................................29

2.2.1 基本拼接........................................................................................................29

2.2.2 拼接函数......................................................................................................30

2.3 改变矩阵尺寸...................................................................................................32

2.3.1 扩大矩阵的尺寸...........................................................................................................32

2.3.2 缩小矩阵的尺寸...........................................................................................................33

2.4 改变矩阵形状...............................................................................................33

2.5 向量、标量与空矩阵....................................................................................35

2.5.1 向量..........................................................................................35

2.5.2 标量...........................................................................................37

2.5.3 空矩阵............................................................................................37

2.6 矩阵寻访.............................................................................................39

2.6.1 下标转换..................................................................................................39

2.6.2 访问单元素.............................................................................40

2.6.3 访问多元素..........................................................................................41

2.7 获取矩阵信息...........................................................................................42

2.7.1 获取矩阵元素的数据类型...........................................................................................42

2.7.2 获取矩阵的数据结构...................................................................................................44

2.7.3 获取矩阵的尺寸信息...................................................................................................44

2.8 高维数组....................................................................................45

2.8.1 高维数组的创建...........................................................................................................46

2.8.2 访问高维数组的信息...................................................................................................48

2.8.3 高维数组操作函数.......................................................................................................49

2.9 小结..............................................................................................51

第3 章 MATLAB 2013a 的数据类型....................................................................... 52

3.1 MATLAB 中的数值类型............................................................................52

3.1.1 整数类型.................................................................................................52

3.1.2 单精度浮点型............................................................................................54

3.1.3 双精度浮点类型..................................................................................56

3.1.4 复数................................................................................................57

3.1.5 无穷............................................................................................58

3.1.6 非数............................................................................................................59

3.2 MATLAB 中的逻辑类型........................................................................................60

3.2.1 逻辑类型.................................................................................................60

3.2.2 关系运算符..............................................................................................62

3.2.3 逻辑运算符.........................................................................................65

3.2.4 运算符的优先级...........................................................................................................67

3.3 MATLAB 中的字符与字符串..........................................................................69

3.3.1 字符数组的建立...........................................................................................................69

3.3.2 字符串的比较.........................................................................................71

3.3.3 字符串的查找与替换...................................................................................................72

3.3.4 字符串与数值类型的互相转换...................................................................................73

3.4 小结...........................................................................................................74

第4 章 元胞数组和构架数组....................................................................................... 75

4.1 元胞数组.................................................................................................75

4.1.1 直接创建元胞数组.......................................................................................................75

4.1.2 调用函数生成元胞数组...............................................................................................76

4.1.3 元胞数组的扩容、删减和重置...................................................................................77

4.1.4 访问元胞数组内容.......................................................................................................79

4.1.5 嵌套元胞数组.......................................................................................80

4.1.6 字符串元胞数组................................................................................................82

4.2 构架数组..............................................................................................................83

4.2.1 创建构架数组.......................................................................................83

4.2.2 访问构架数组元素............................................................................................85

4.3 小结.................................................................................................................85

第5 章 矩阵分析......................................................................................................... 87

5.1 数值计算中的矩阵....................................................................................87

5.1.1 MATLAB 中的矩阵应用.............................................................................................87

5.1.2 线性代数方程的矩阵求解法.......................................................................................87

5.1.3 最大（小）值...............................................................................................................88

5.2 矩阵基本运算........................................................................................................88

5.2.1 矩阵的加、减...................................................................................................88

5.2.2 矩阵乘法.....................................................................................................89

5.2.3 矩阵除法.....................................................................................................92

5.2.4 矩阵的幂........................................................................................................94

5.2.5 矩阵按位运算...............................................................................................95

5.2.6 关系运算........................................................................................................99

5.3 矩阵特征量.............................................................................................................102

5.3.1 矩阵的行列式...................................................................................102

5.3.2 矩阵的逆....................................................................................................103

5.3.3 矩阵的范数.........................................................................................105

5.3.4 矩阵的条件数...............................................................................................107

5.3.5 矩阵的秩................................................................................................ 110

5.4 矩阵分解....................................................................................................... 111

5.4.1 特征分解............................................................................................. 112

5.4.2 Schur 分解....................................................................................... 114

5.4.3 Cholesky 分解.................................................................................... 115

5.4.4 LU 分解.................................................................................................... 116

5.4.5 QR 分解.......................................................................................................... 119

5.4.6 SVD 分解.................................................................................................................... 119

5.5 矩阵函数..............................................................................................123

5.5.1 矩阵函数的概念.........................................................................................................123

5.5.2 常用矩阵函数.......................................................................................123

5.5.3 自定义矩阵函数.........................................................................................................125

5.6 稀疏矩阵.........................................................................................................126

5.6.1 稀疏矩阵与全矩阵.....................................................................................................127

5.6.2 创建稀疏矩阵..............................................................................128

5.6.3 稀疏矩阵的操作.........................................................................................................131

5.6.4 稀疏矩阵的运算.........................................................................................................135

5.7 小结.................................................................................................................140

第3 篇 MATLAB 数据分析

第6 章 函数分析..................................................................................................... 142

6.1 MATLAB 中函数的创建..............................................................................142

6.2 函数的零点..........................................................................................................144

6.3 函数微分.......................................................................................................147

6.4 函数积分....................................................................................................150

6.4.1 单重数值积分................................................................................151

6.4.2 多重数值积分....................................................................................153

6.5 函数最优化........................................................................................................154

6.6 函数可视化........................................................................................................158

6.7 小结......................................................................................................................162

第7 章 数据分析.............................................................................................................. 163

7.1 最大（小）值、中位数....................................................................................163

7.2 排序.............................................................................................................166

7.3 分位数.............................................................................................................170

7.4 求和（积）、差分..............................................................................................170

7.4.1 求和....................................................................................................171

7.4.2 求积...............................................................................................172

7.4.3 求累计和、积和差分.................................................................................................172

7.5 均值和方差.........................................................................................................174

7.6 数据预处理................................................................................................177

7.6.1 处理缺失数据......................................................................................177

7.6.2 处理异常数据.............................................................................................................178

7.7 统计分析..................................................................................................179

7.7.1 关于数学符号的说明.................................................................................................179

7.7.2 几种重要的概率分布.................................................................................................180

7.7.3 生成随机数..................................................................................181

7.7.4 数据直方图分析.............................................................................................185

7.7.5 数据统计函数...........................................................................188

7.8 小结...................................................................................................190

第8 章 高级数值计算................................................................................... 191

8.1 多项式..........................................................................................................191

8.1.1 多项式表示.................................................................................191

8.1.2 矩阵的特征多项式.....................................................................................................191

8.1.3 求多项式的值.............................................................................................................192

8.1.4 求多项式的根...........................................................................194

8.1.5 多项式卷积和反卷积.................................................................................................195

8.1.6 多项式微积分........................................................................................195

8.1.7 有理式的部分展开.................................................................................197

8.2 插值.................................................................................................................199

8.2.1 一维插值.................................................................................................199

8.2.2 二维插值...................................................................................201

8.2.3 高维插值.........................................................................................203

8.2.4 样条插值.............................................................................................205

8.2.5 插值方法比较...................................................................................206

8.3 回归分析.......................................................................................210

8.3.1 线性回归分析......................................................................................210

8.3.2 多项式回归分析.........................................................................................................212

8.3.3 多分量回归分析...........................................................................................213

8.4 曲线拟合................................................................................................214

8.4.1 多项式拟合......................................................................................215

8.4.2 指数函数拟合....................................................................................216

8.4.3 交互式曲线拟合工具.................................................................................................216

8.5 傅里叶分析..............................................................................................219

8.5.1 快速傅里叶变换（FFT）、逆快速傅里叶变换（IFFT）........................................219

8.5.2 FFT 的幅度和相位.....................................................................................................220

8.5.3 傅里叶分析的应用例子.............................................................................................222

8.6 常微分方程..............................................................................................224

8.6.1 一阶常微分方程.........................................................................................................224

8.6.2 ODE 函数的选择........................................................................................................228

8.6.3 高阶常微分方程.........................................................................................................230

8.7 小结.......................................................................................................231

第9 章 符号计算................................................................................................ 232

9.1 符号类型与数值类型的区别................................................................................232

9.2 符号对象及其创建........................................................................................233

9.2.1 创建符号变量.....................................................................................233

9.2.2 创建符号表达式.........................................................................................................235

9.2.3 符号对象与数值的转换.............................................................................................236

9.3 符号函数..................................................................................................239

9.3.1 创建符号函数.................................................................................239

9.3.2 复合函数...............................................................................................240

9.3.3 反函数........................................................................................................242

9.3.4 特殊符号函数.............................................................................................243

9.4 符号表达式的复合和化简..............................................................................243

9.4.1 显示符号表达式.........................................................................................................243

9.4.2 展开、分解及化简符号表达式.................................................................................244

9.4.3 符号表达式替换.........................................................................................................247

9.5 符号矩阵...........................................................................................249

9.5.1 创建符号矩阵................................................................................249

9.5.2 符号矩阵的代数运算.................................................................................................250

9.5.3 符号矩阵的逻辑运算.................................................................................................252

9.5.4 符号矩阵的行列式.....................................................................................................253

9.5.5 符号矩阵的逆....................................................................................254

9.5.6 符号矩阵的秩...................................................................................255

9.5.7 符号矩阵的特征分解.................................................................................................256

9.5.8 符号矩阵的SVD 分解...............................................................................................258

9.6 符号微积分...........................................................................................................261

9.6.1 极限...........................................................................................264

9.6.3 积分...............................................................................................266

9.6.4 Taylor 展开..................................................................................................................268

9.6.5 级数求和.....................................................................................................................270

9.7 符号方程求解..........................................................................................271

9.7.1 一般代数方程...........................................................................271

9.7.2 线性代数方程组.........................................................................................................274

9.7.3 符号常微分方程.........................................................................................................275

9.8 小结........................................................................................................279

第4 篇 MATLAB 图形

第10 章 二维图形............................................................................................. 282

10.1 二维图形的绘制........................................................................................282

10.1.1 二维图形绘图步骤..............................................................................282

10.1.2 绘制二维图形.................................................................................284

10.1.3 快速绘图函数.................................................................................286

10.1.4 绘制子图...........................................................................................288

10.1.5 图形叠绘............................................................................................292

10.1.6 绘制双Y 轴图形......................................................................................................294

10.1.7 交互式绘图函数...........................................................................296

10.2 编辑二维图形.........................................................................................300

10.2.1 设置图形线型、数据点型和颜色...........................................................................300

10.2.2 设置坐标轴区间.............................................................................303

10.2.3 设置图形网格和坐标轴外框.......................................................................305

10.2.4 注释图形.....................................................................................306

10.3 绘制和编辑特殊图形...........................................................................309

10.3.1 绘制和编辑条形图...................................................................................................309

10.3.2 绘制和编辑区域图...................................................................................................312

10.3.3 绘制和编辑饼状图...................................................................................................313

10.3.4 绘制和编辑柱状图...................................................................................................315

10.3.5 绘制和编辑离散数据点图形...................................................................................317

10.3.6 绘制和编辑罗盘图...................................................................................................318

10.3.7 绘制和编辑羽毛图...................................................................................................319

10.3.8 绘制和编辑轮廓图...................................................................................................320

10.3.9 绘制和编辑箭头图...................................................................................................323

10.4 小结...............................................................................................................324

第11 章 三维图形........................................................................................ 325

11.1 绘制三维图形..................................................................................................325

11.1.1 基本绘制函数——plot3 函数............................................................325

11.1.2 绘制三维网格——mesh 函数.................................................................326

11.1.3 绘制三维曲面——surf 函数..................................................................328

11.2 三维图形编辑...............................................................................................330

11.2.1 色彩处理........................................................................................330

11.2.2 光源设置.................................................................................333

11.2.3 视角控制............................................................................................334

11.3 高维可视化...................................................................................335

11.4 小结.................................................................................................................336

第12 章 图形对象和句柄.............................................................................................. 337

12.1 图形对象..........................................................................................................337

12.1.1 图形对象的体系结构...............................................................................................337

12.1.2 图形对象的类型.........................................................................338

12.1.3 MATLAB 中对象的属性.........................................................................................339

12.2 访问对象句柄...................................................................................................340

12.2.1 获取当前对象的句柄...............................................................................................341

12.2.2 调用findobj 函数通过属性值查询对象.................................................................342

12.2.3 使用句柄操作对象...................................................................................................342

12.3 设置和访问MATLAB 对象属性..............................................................344

12.3.1 设置属性值..........................................................................................344

12.3.2 查询属性值...................................................................................345

12.3.3 默认属性..............................................................................................346

12.4 图形窗口对象...................................................................................................350

12.4.1 设置图形窗口的位置属性.......................................................................................350

12.4.2 设置图形窗口的色彩属性.......................................................................................351

12.4.3 图像窗口的绘制模式...............................................................................................351

12.4.4 定制图形窗口的光标...............................................................................................351

12.5 轴对象...............................................................................................352

12.5.1 设置轴对象的位置属性...........................................................................................352

12.5.2 设置轴对象的刻度、刻度标记及坐标轴方向属性...............................................353

12.5.3 轴对象的多轴重叠...................................................................................................355

12.5.4 轴对象的自动模式属性...........................................................................................357

12.6 控制图形输出.........................................................................................357

12.6.1 定制图形输出的窗口...............................................................................................357

12.6.2 定制图形输出的轴......................................................................................357

12.6.3 利用newPlot 属性定制图形输出的重叠属性.............................358

12.7 M 文件内对句柄的操作.......................................................................359

12.8 小结.................................................................................................360

第5 篇 MATLAB 程序设计

第13 章 MATLAB 2013a 程序设计........................................................................ 362

13.1 M 文件.............................................................................................362

13.1.1 M 文件的结构..........................................................................................................362

13.1.2 M 文件分类..............................................................................................................364

13.1.3 脚本文件..................................................................................365

13.1.4 函数文件...................................................................................367

13.1.5 P 码文件......................................................................................................370

13.2 变量............................................................................................372

13.2.2 MATLAB 特殊变量.................................................................................................372

13.2.3 MATLAB 中的关键字.............................................................................................374

13.2.4 不同类型的变量.......................................................................................................375

13.2.5 变量检测函数...........................................................................................................376

13.3 函数........................................................................................................377

13.3.1 匿名函数...................................................................................................................378

13.3.2 主函数与子函数.......................................................................................................378

13.3.3 嵌套函数................................................................................380

13.4 程序结构及流控制语句.......................................................................................381

13.4.1 顺序结构....................................................................................................382

13.4.2 循环结构——for 语句..........................................................................383

13.4.3 循环结构——while 语句......................................................................384

13.4.4 分支结构——if 语句...............................................................................385

13.4.5 分支结构——switch 语句..............................................................389

13.4.6 纠错结构——try-catch 语句.........................................................391

13.4.7 跳出循环——continue 语句.....................................................394

13.4.8 结束循环——break 语句..................................................................395

13.5 交互控制指令...........................................................................................396

13.5.1 输入控制——input 指令.................................................................396

13.5.2 键盘控制——keyboard 指令...........................................................397

13.5.3 暂停执行——pause 指令......................................................................397

13.5.4 终止操作——return 指令....................................................................399

13.5.5 错误警告——warning 指令...................................................................400

13.5.6 警告中止——error 指令........................................................401

13.5.7 指令查询——echo 指令........................................................401

13.6 小结.............................................................................................402

第14 章 程序调试、优化和出错处理..................................................................... 403

14.1 程序调试........................................................................................................403

14.1.1 调试的基本任务................................................................................403

14.1.2 调试函数.....................................................................................406

14.1.3 MATLAB 调试器.............................................................................................407

14.1.4 警告和错误......................................................................................412

14.2 性能优化........................................................................................413

14.2.1 性能分析......................................................................................413

14.2.2 效率优化技术..................................................................................416

14.2.3 内存优化技术.................................................................................416

14.3 出错处理................................................................................417

14.3.1 Try-catch 错误查询..................................................................................................417

14.3.2 错误处理...............................................................................417

14.4 小结........................................................................................420

第15 章 图形用户界面（GUI）................................................................................. 421

15.1 GUI 设计方式.........................................................................................421

15.1.1 GUI 对象及层次结构................................................................................421

15.1.2 回调函数................................................................................422

15.1.3 手工代码式GUI 程序..............................................................................................423

15.1.4 GUIDE 式GUI 程序................................................................................................425

15.1.5 GUIDE 界面环境.....................................................................................................428

15.2 GUI 界面设计.................................................................................................431

15.2.1 界面设计原则..................................................................................431

15.2.2 窗口和轴......................................................................................432

15.2.3 菜单..........................................................................................432

15.2.4 控件...............................................................................................436

15.3 GUI 程序设计............................................................................................436

15.3.1 GUI M 文件结构......................................................................................................436

15.3.2 GUIDE 的数据组织.................................................................................................437

15.3.3 设计回调函数.............................................................................438

15.4 GUI 应用实例............................................................................................439

15.4.1 分析用户需求............................................................................440

15.4.2 设计GUI 界面..........................................................................................................440

15.4.3 设计GUI 程序..........................................................................................................443

15.4.4 GUI 程序发布...........................................................................................................444

15.5 小结.................................................................................................445

第16 章 MATLAB 文件I/O 操作.......................................................................... 446

16.1 MATLAB 可读取文件格式...................................................................446

16.2 高级文件I/O 程序..........................................................................................447

16.2.1 LOAD/SAVE 函数....................................................................................................447

16.2.2 UIGETFILE/UIPUTFILE 函数................................................................................448

16.2.3 UIIMPORT/IMPORTDATA 函数............................................................................449

16.2.4 TEXTREAD/STRREAD 函数.................................................................................451

16.3 低级文件I/O 程序............................................................................452

16.3.1 FOPEN 函数.............................................................................................................452

16.3.2 FCLOSE 函数...........................................................................................................453

16.3.3 FWRITE 函数...........................................................................................................454

16.3.4 FREAD 函数.............................................................................................................454

16.3.5 FSCANF 函数...........................................................................................................455

16.3.6 FPRINTF 函数..........................................................................................................455

16.4 小结........................................................................................456

第17 章 MATLAB 2013a 编译器............................................................................... 457

17.1 MATLAB 编译器简介....................................................................457

17.1.1 MATLAB Compiler 4 ...............................................................................................457

17.1.2 MATLAB Compiler 4 的功能和局限性..................................................................458

17.1.3 脚本文件与函数文件的转换...................................................................................459

17.2 编译器的安装和设置.........................................................................461

17.2.1 安装编译器.......................................................................461

17.2.2 设置编译器...............................................................................461

17.2.3 安装MCR.................................................................................................................463

17.3 编译器使用入门..............................................................................464

17.3.1 mcc 编译指令...........................................................................................................464

17.3.2 M 文件编译..............................................................................................................466

17.3.3 编译含绘图指令的M 文件..............................................................................470

17.4 由M 文件创建独立可执行的应用程序.........................................................471

17.5 由M 文件创建函数库（DLL）............................................................472

17.6 小结.....................................................................................................477

第18 章 应用程序接口......................................................................................... 479

18.1 mxArray 数据结构.........................................................................................479

18.1.1 MATLAB 和C/FORTRAN 中的数组.....................................................................479

18.1.2 mxArray.....................................................................................................................480

18.1.3 mx 函数.....................................................................................................................482

18.2 C/FORTRAN MEX ................................................................................486

18.2.1 MEX 文件简介.........................................................................................................486

18.2.2 配置MEX.................................................................................................................489

18.2.3 C MEX ......................................................................................................................490

18.2.4 FORTRAN MEX.......................................................................................................492

18.3 MATLAB 引擎...........................................................................................494

18.3.1 MATLAB 引擎简介.................................................................................................494

18.3.2 MATLAB 引擎函数.................................................................................................495

18.3.3 MATLAB 引擎应用示例.........................................................................................497

18.4 C 读写MAT 文件.................................................................................500

18.4.1 MAT 文件..................................................................................................................501

18.4.2 MAT 函数..................................................................................................................501

18.4.3 C 读写MAT 文件.....................................................................................................502

18.5 小结.....................................................................................................504

第19 章 Notebook 的运用................................................................................ 505

19.1 Notebook 安装和启动.........................................................................505

19.1.1 Notebook 的安装......................................................................................................505

19.1.2 Notebook 的启动......................................................................................................506

19.1.3 Notebook 的初始化..................................................................................................508

19.2 细胞....................................................................................................508

19.2.1 输入细胞和输出细胞...............................................................................................508

19.2.2 自初始化细胞...............................................................................510

19.3 Notebook 菜单.........................................................................................512

19.3.1 Define Calc Zone——定义“计算区” ..................................................................513

19.3.2 Group Cells——定义“细胞群” ...........................................................................514

19.3.3 Toggle Graph Output for Cell——细胞图形输出拨动控制开关...........................515

19.3.4 Evaluate Loop——细胞的循环运行.......................................................................517

19.3.5 Notebook Options——输出细胞格式控制.............................................................517

19.4 Notebook 使用注意问题............................................................................518

19.5 小结..................................................................................................519

第6 篇 MATLAB 常见工具箱

第20 章 图像处理工具箱............................................................................................ 522

20.1 数字图像基础知识............................................................................522

20.1.1 数字图像的生成.......................................................................................................522

20.1.2 图像的类型.....................................................................................524

20.1.3 读写图像数据...........................................................................................................525

20.1.4 显示图像数据...........................................................................................................527

20.1.5 转换图像格式........................................................................................529

20.2 图像的灰度变换.................................................................................534

20.2.1 图像的直方图.....................................................................534

20.2.2 灰度变换.........................................................................536

20.2.3 直方图均衡.............................................................................539

20.3 图像的代数运算..................................................................................540

20.3.1 图像加法........................................................................................541

20.3.2 图像乘法........................................................................542

20.3.3 图像减法................................................................................542

20.3.4 图像除法...........................................................................................543

20.4 图像的几何运算.....................................................................................543

20.4.1 缩放图像..........................................................................543

20.4.2 旋转图像.................................................................................545

20.4.3 裁剪图像..............................................................................546

20.5 线性滤波.....................................................................................................547

20.5.1 卷积和相关..................................................................................................547

20.5.2 线性滤波................................................................................................548

20.6 排序滤波........................................................................................................551

20.6.1 中值滤波.....................................................................................551

20.6.2 最大（小）值滤波.........................................................................................553

20.7 小结...................................................................................................................554

第21 章 信号处理工具箱................................................................................ 555

21.1 MATLAB 中信号的描述........................................................................555

21.2 典型信号的生成.........................................................................................556

21.2.1 正弦波和余弦波.......................................................................................................556

21.2.2 周期方波和锯齿波...................................................................................................558

21.2.3 周期sinc 函数..........................................................................................................558

21.2.4 高斯调整正弦脉冲...................................................................................................559

21.2.5 扫频信号...................................................................................559

21.2.6 单位脉冲信号................................................................................560

21.2.7 单位序列.....................................................................................561

21.2.8 均匀分布的随机序列...............................................................................................562

21.2.9 高斯分布的随机序列...............................................................................................562

21.3 随机信号处理和谱分析.................................................................................563

21.3.1 随机信号互相关函数估计.......................................................................................563

21.3.2 互协方差函数估计...................................................................................................564

21.3.3 谱分析函数psd ........................................................................565

21.3.4 谱分析函数pwelch ..................................................................................................566

21.4 模拟滤波器设计............................................................................................568

21.4.1 滤波器的设计参数...................................................................................................568

21.4.2 巴特沃思滤波器..............................................................................................568

21.4.3 切比雪夫Ｉ型滤波器...............................................................................................569

21.4.4 切比雪夫Ⅱ型滤波器...............................................................................................570

21.4.5 模拟滤波器的频域变换...........................................................................................571

21.5 IIR 数字滤波器设计.............................................................................572

21.5.1 巴特沃思数字滤波器设计（butter 函数） ............................................................573

21.5.2 切比雪夫I 型数字滤波器设计（cheby1 函数）...................................................574

21.5.3 切比雪夫II 型数字滤波器设计（cheby2 函数） .................................................576

21.5.4 椭圆数字滤波器设计（ellip 函数）.......................................................................577

21.5.5 数字滤波器阶数选择...............................................................................................579

21.6 窗函数................................................................................................................580

21.6.1 矩形窗......................................................................................................580

21.6.2 海宁窗........................................................................................581

21.6.3 汉明窗....................................................................................582

21.6.4 布莱克曼窗.................................................................................582

21.6.5 凯瑟窗............................................................................................583

21.7 FIR 数字滤波器的窗函数设计.......................................................................584

21.7.1 窗函数设计法设计步骤...........................................................................................584

21.7.2 基于窗函数法的FIR 滤波器设计...........................................................................588

21.7.3 基于频率采样法的FIR 滤波器设计.......................................................................589

21.8 模拟-数字滤波器变换....................................................................................589

21.8.1 冲激响应不变法.......................................................................................................590

21.8.2 双线性变换法............................................................................................591

21.9 小结.....................................................................................................................593

第22 章 小波分析工具箱....................................................................................... 594

22.1 小波变换............................................................................................................594

22.1.1 基本原理.................................................................................................594

22.1.2 基小波函数..........................................................................................594

22.1.3 小波变换、反变换......................................................................................600

22.2 小波分析应用...................................................................................................603

22.3 交互式小波分析工具........................................................................................605

22.4 小结................................................................................................606

内容概要

张志美

东北大学检测技术及其自动化装置专业在读博士。从事信号处理与分析及人工智能机器人等研究。擅长数字信号处理、图像处理、人工智能和基于MATLAB的乐高机器人应用开发。具有多年的MATLAB编程经验。

程立英

博士，多年来一直从事图像处理和智能机器人控制的研究。参与国家自然科学基金项目2项；参与省级基金项目3项；编写教材2部。

齐维毅

教授。从事电子信息工程专业教学和科研20多年，熟悉C、MATLAB、JAVA等多种编程语言。主持和参与省部级基金项目10项；编写教材3部。

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