薛定宇教授大讲堂：MATLAB程序设计（卷Ⅰ）

目　录

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

·iv·薛定宇教授大讲堂（卷 I）：MATLAB程序设计

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

·vi·薛定宇教授大讲堂（卷 I）：MATLAB程序设计

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