Matlab原理与应用（第5版）——工程问题求解与科学计算

作者简介

本书对MATLAB的功能进行了简洁而全面的概述，学生可以利用本书自主地学习基础知识和实践应用。该书通过大量示例来阐述MATLAB的基础知识，这些示例来自大家都比较熟悉的科学和工程领域，以及日常生活。本书是MATLAB入门课程或MATLAB工程应用课程的理想教材，还可以供希望学习和应用MATLAB的专业人士和学生作为自学指南使用。

书籍目录

第Ⅰ部分  基础知识

第1章  引言
3

1.1  使用MATLAB
4

1.1.1  算术
5

1.1.2  变量
6

1.1.3  数学函数
7

1.1.4  函数和命令
7

1.1.5  向量
7

1.1.6  线性方程组
9

1.1.7  教程和演示
10

1.2  Desktop
11

1.2.1  使用Editor和运行脚本
12

1.2.2  帮助、发布和视图
14

1.2.3  符号与MuPAD Notebook APP(记事本应用程序)
17

1.2.4  其他APP
20

1.2.5  附加特性
20

1.3  示例程序
22

1.3.1  剪切和粘贴
22

1.3.2  保存程序：脚本文件
23

1.3.3  程序实战
25

1.4  本章小结
26

1.5  本章练习
26

第2章  MATLAB基础
27

2.1  变量
27

2.2  工作空间
28

2.3  阵列：向量与矩阵
29

2.3.1  初始化向量：显式列表
29

2.3.2  初始化向量：冒号运算符
31

2.3.3  linspace和logspace函数
31

2.3.4  转置向量
32

2.3.5  下标
32

2.3.6  矩阵
32

2.3.7  捕获输出
33

2.3.8  结构规划
34

2.4  重力作用下的垂直运动
35

2.5  运算符、表达式和语句
36

2.5.1  数字
37

2.5.2  数据类型
37

2.5.3  算术运算符
37

2.5.4  运算符的优先级
38

2.5.5  冒号运算符
39

2.5.6  转置运算符
39

2.5.7  阵列算术运算
39

2.5.8  表达式
40

2.5.9  语句
41

2.5.10  语句、命令和函数
42

2.5.11  公式向量化
42

2.6  输出
45

2.6.1  disp语句
45

2.6.2  format命令
46

2.6.3  比例因子
47

2.7  for循环
48

2.7.1  用牛顿法计算平方根
48

2.7.2  阶乘!
49

2.7.3  数列的极限
49

2.7.4  基本for结构
50

2.7.5  单行中的for语句
51

2.7.6  更加一般化的for语句
51

2.7.7  通过向量化来避免使用for循环
52

2.8  判断
54

2.8.1  单行if语句
54

2.8.2  if-else结构
56

2.8.3  单行if-else语句
57

2.8.4  elseif
57

2.8.5  逻辑运算符
58

2.8.6  多个if与elseif的对比
59

2.8.7  嵌套if
60

2.8.8  将if向量化？
60

2.8.9  switch语句
60

2.9  复数
61

2.10  本章小结
63

2.11  本章练习
64

第3章  程序设计与算法开发
71

3.1  程序设计流程
72

3.2  MATLAB函数编程
79

3.2.1  内联对象：谐振子
79

3.2.2  MATLAB函数：y=f(x)
81

3.3  本章小结
82

3.4  本章练习
83

第4章  MATLAB函数与数据导入导出工具
85

4.1  常用函数
85

4.2  导入和导出数据
90

4.2.1  load和save命令
90

4.2.2  导出文本(ASCII)数据
90

4.2.3  导出文本(ASCII)数据
91

4.2.4  导出二进制数据
91

4.3  本章练习
92

第5章  逻辑向量
95

5.1  示例
96

5.1.1  不连续图
96

5.1.2  避免除零
97

5.1.3  避免无穷
97

5.1.4  对随机数进行计数
98

5.1.5  掷骰子
99

5.2  逻辑运算符
100

5.2.1  运算符的优先级
101

5.2.2  危险
101

5.2.3  逻辑运算符和向量
102

5.3  将逻辑向量作为下标
102

5.4  逻辑函数
104

5.5  用逻辑向量代替elseif阶梯
105

5.6  本章小结
107

5.7  本章练习
107

第6章  矩阵和阵列
111

6.1  矩阵
111

6.1.1  具体示例
111

6.1.2  创建矩阵
113

6.1.3  下标
113

6.1.4  转置
113

6.1.5  冒号运算符
114

6.1.6  复制行和列
116

6.1.7  删除行和列
117

6.1.8  初等矩阵
118

6.1.9  特殊矩阵
119

6.1.10  对矩阵使用MATLAB函数
119

6.1.11  操纵矩阵
120

6.1.12  对矩阵进行阵列(元素对元素)运算
120

6.1.13  矩阵和for循环
121

6.1.14  矩阵的可视化
121

6.1.15  将嵌套for循环向量化：贷款偿还表格
121

6.1.16  多维阵列
124

6.2  矩阵运算
124

6.2.1  矩阵乘法
124

6.2.2  矩阵求幂运算
126

6.3  其他矩阵函数
126

6.4  种群增长：莱斯利矩阵
126

6.5  马尔可夫过程
129

6.6  线性方程
131

6.6.1  MATLAB中的解法
132

6.6.2  残量
133

6.6.3  超定方程组
133

6.6.4  欠定方程组
134

6.6.5  病态
134

6.6.6  矩阵除法
135

6.7  稀疏矩阵
136

6.8  本章小结
138

6.9  本章练习
138

第7章  函数M-文件
141

7.1  示例：再看牛顿法
141

7.2  基本规则
143

7.2.1  子函数
147

7.2.2  私有函数
147

7.2.3  P-code文件
147

7.2.4  使用分析工具提高M-文件的性能
147

7.3  函数句柄
148

7.4  命令/函数对偶性
149

7.5  函数名解析
150

7.6  调试M-文件
150

7.6.1  调试脚本文件
150

7.6.2  调试函数
152

7.7  递归
152

7.8  本章小结
153

7.9  本章练习
154

第8章  循环
157

8.1  使用连续for语句的确定循环
157

8.1.1  二项式系数
157

8.1.2  更新过程
158

8.1.3  嵌套for语句
159

8.2  使用连续while语句的不确定循环
160

8.2.1  猜谜游戏
160

8.2.2  while语句
161

8.2.3  投资翻倍的时间
161

8.2.4  质数
162

8.2.5  抛射体轨迹
163

8.2.6  break和continue语句
165

8.2.7  目录
165

8.3  本章小结
166

8.4  本章练习
166

第9章  MATLAB图形
171

9.1  基本二维图形
171

9.1.1  标签
172

9.1.2  在相同的坐标轴上绘制多个图形
173

9.1.3  线型、标记和颜色
173

9.1.4  坐标轴限制
174

9.1.5  在一幅图中绘制多个图形：subplot
175

9.1.6  figure、clf和cla函数
176

9.1.7  图形输入
176

9.1.8  对数作图
176

9.1.9  极坐标作图
177

9.1.10  绘制快速变化的数学函数：

fplot
178

9.1.11  属性编辑器
179

9.2  三维作图
179

9.2.1  plot3
179

9.2.2  使用comet3绘制三维动画
180

9.2.3  网面
180

9.2.4  等高线图
182

9.2.5  使用NaN剪切曲面
183

9.2.6  可视化向量场
183

9.2.7  矩阵的可视化
184

9.2.8  三维图形的旋转
185

9.3  句柄图形
186

9.3.1  获得句柄
186

9.3.2  图形对象的属性和修改方法
187

9.3.3  句柄向量
188

9.3.4  图形对象创建函数
189

9.3.5  指定父对象
189

9.3.6  定位图形
190

9.4  编辑绘图
191

9.4.1  绘图编辑模式
191

9.4.2  属性编辑器
191

9.5  动画
192

9.6  颜色等属性
195

9.6.1  色图
195

9.6.2  曲面绘图的颜色
196

9.6.3  Truecolor(真彩)
197

9.7  光照和镜头
198

9.8  保存、打印和导出图形
198

9.8.1  保存和打开图像文件
198

9.8.2  打印图形
199

9.8.3  导出图形
199

9.9  本章小结
199

9.10  本章练习
200

第10章  作为阵列的向量以及其他数据结构
203

10.1  更新过程
203

10.1.1  单位时间步长
204

10.1.2  非单位时间步长
206

10.1.3  使用函数
207

10.1.4  精确解
208

10.2  频率、柱状图和直方图
209

10.2.1  随机漫步
209

10.2.2  直方图
210

10.3  排序
211

10.3.1  冒泡排序
211

10.3.2  MATLAB中的sort函数
212

10.4  结构体
213

10.5  元胞阵列
215

10.5.1  将数据赋给元胞阵列
215

10.5.2  访问元胞阵列中的数据
216

10.5.3  使用元胞阵列
217

10.5.4  显示和可视化元胞阵列
218

10.6  类和对象
218

10.7  本章小结
218

第11章  错误和陷阱
221

11.1  语法错误
221

11.1.1  向量的大小不匹配
222

11.1.2  名称屏蔽
222

11.2  逻辑错误
222

11.3  舍入误差
223

11.4  本章小结
224

11.5  本章练习
224

第Ⅱ部分  实践应用

第12章  动力系统
227

12.1  悬臂梁
228

12.2  电流
230

12.3  自由落体
232

12.4  摩擦力作用下的投射体问题
239

12.5  本章小结
241

12.6  本章练习
242

第13章  仿真
243

13.1  随机数的生成
243

13.2  旋转硬币
244

13.3  投掷骰子
245

13.4  细菌分裂
245

13.5  随机游走
246

13.6  交通流量
247

13.7  正态(高斯)随机数
250

13.8  总结
250

13.9  本章练习
250

第14章  数值方法入门
253

14.1  方程组
253

14.1.1  牛顿法
253

14.1.2  二分法
255

14.1.3  fzero函数
257

14.1.4  roots函数
257

14.2  积分
257

14.2.1  梯形法则
257

14.2.2  辛普森法则
258

14.2.3  quad函数
259

14.3  数值微分
259

14.4  一阶微分方程
260

14.4.1  欧拉方法
261

14.4.2  示例：细菌生长
261

14.4.3  另一种下标表示法
263

14.4.4  预估-校正法
264

14.5  线性常微分方程(LODE)
264

14.6  龙格-库塔法
264

14.6.1  单独的微分方程
265

14.6.2  差分方程组：混沌
265

14.6.3  将额外参数传递给ODE求解程序
268

14.7  偏微分方程
269

14.8  其他数值方法
271

14.9  本章小结
273

14.10  本章练习
273

第15章  信号处理
277

15.1  谐波分析
278

15.2  快速傅里叶变换(FFT)
281

第16章  Simulink工具箱
285

16.1  弹簧-质块-阻尼器动力系统
290

16.2  弹跳球动力系统
291

16.3  范德波尔振子
293

16.4  杜芬振子
294

16.5  本章练习
295

第17章  Symbolic工具箱
297

17.1  代数
298

17.1.1  多项式
298

17.1.2  向量
300

17.1.3  矩阵
301

17.2  微积分
304

17.3  拉普拉斯变换和Z变换
305

17.4  广义函数*
307

17.5  微分方程
308

17.6  funtool、MuPAD和帮助文档的使用
309

17.6.1  funtool
309

17.6.2  MuPAD记事本和帮助文档
309

17.7  本章练习
311

附录A  语法快速参考
313

附录B  命令与函数快速参考
317

附录C  ASCII字符编码表
327

附录D  部分练习的答案
329

内容概要

Brian H. Hahn是开普敦大学数学与应用数学系的一名教授，他拥有剑桥大学博士学位，在自己的职业生涯内已撰写10余本面向初学者的编程语言书籍。

Daniel T. Valentine是美国克拉克森大学机械和航空工程系的一名副教授。他是克拉克森空间助学计划的分部主任，该计划隶属于纽约美国宇航局太空助学协会。他还与人合著了Aerodynamics for Enginerring Students 6e (Butterworth Heinemann ，2012 )一书。

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