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第1篇 MATLAB基础知识2

第1章 MATLAB R2018b概述2

1.1 MATLAB R2018b简介2

1.1.1 MATLAB概述2

1.1.2 MATLAB的优势和特点3

1.1.3 MATLAB的版本更新4

1.1.4 MATLAB R2018b的新增功能5

1.2 MATLAB R2018b的安装激活与内容选择5

1.2.1 MATLAB R2018b的安装6

1.2.2 MATLAB R2018b的激活8

1.3 MATLAB R2018b的目录10

1.3.1 MATLAB R2018b的目录结构10

1.3.2 搜索路径及其设置10

1.3.3 MATLAB R2018b的工作目录设置12

1.4 MATLAB R2018b的工作环境13

1.5 MATLAB R2018b的帮助系统13

1.5.1 帮助命令14

1.5.2 演示（Demos）帮助15

1.5.3 帮助导航浏览器15

第2章 MATLAB使用初步17

2.1 MATLAB R2018b的通用命令17

2.2 MATLAB R2018b的常用数据类型18

2.2.1 数值类型19

2.2.2 逻辑类型22

2.2.3 字符串22

2.2.4 结构体类型24

2.2.5 单元数组类型26

2.2.6 函数句柄27

2.3 基本矩阵操作28

2.3.1 矩阵的创建28

2.3.2 矩阵大小的改变31

2.3.3 矩阵下标引用33

2.3.4 矩阵信息的获取34

2.3.5 矩阵结构的改变36

2.4 运算符37

2.4.1 算术运算符37

2.4.2 关系运算符38

2.4.3 逻辑运算符39

2.4.4 运算优先级39

2.5 字符串处理函数40

2.5.1 字符串的构造40

2.5.2 字符串比较函数41

2.5.3 字符串查找和替换函数42

2.5.4 字符串与数值的转换43

2.6 文件读取I/O43

2.6.1 文件的打开与关闭43

2.6.2 读取与写入二进制文件44

2.6.3 写入与读取文本文件46

2.6.4 文件位置47

第3章 MATLAB数值计算50

3.1 矩阵的基本运算50

3.1.1 矩阵的加减运算50

3.1.2 矩阵的乘法运算51

3.1.3 矩阵的除法运算52

3.1.4 矩阵的幂运算52

3.1.5 矩阵的其他运算53

3.2 矩阵分解57

3.2.1 Cholesky分解57

3.2.2 LU分解57

3.2.3 QR分解58

3.2.4 特征值分解59

3.2.5 奇异值分解60

3.3 线性方程组的求解60

3.3.1 求线性方程组的唯一解或特解61

3.3.2 求线性齐次方程组的通解63

3.3.3 求非齐次线性方程组的通解63

3.4 多项式65

3.4.1 多项式的求值65

3.4.2 多项式的根66

3.4.3 多项式的运算66

3.5 数据插值68

3.5.1 一维插值68

3.5.2 二维插值70

3.6 曲线拟合71

3.7 函数的极限和导数73

3.7.1 函数的极限73

3.7.2 函数的导数74

3.8 数值积分函数74

第4章 MATLAB符号计算77

4.1 符号对象的创建和使用77

4.1.1 创建符号对象和表达式77

4.1.2 符号对象的基本运算79

4.2 符号表达式的替换、精度计算及化简81

4.2.1 符号表达式的替换81

4.2.2 精度计算82

4.2.3 符号表达式的化简83

4.3 符号微分与积分及其变换85

4.3.1 符号表达式的微分运算85

4.3.2 符号表达式的级数87

4.3.3 符号表达式的积分运算88

4.3.4 符号积分变换89

4.4 符号方程求解91

4.4.1 代数方程的求解91

4.4.2 微分方程的求解92

第5章 MATLAB计算的可视化和GUI设计94

5.1 绘图的基本步骤94

5.2 二维图形的生成95

5.2.1 plot基本命令95

5.2.2 线型、颜色及数据点型的设置99

5.2.3 图形的标注、图例说明及网格100

5.2.4 多次叠图和多子图操作101

5.2.5 坐标轴的控制104

5.3 三维图形的生成105

5.3.1 plot3基本命令105

5.3.2 三维网线图和表面图的绘制106

5.3.3 立体图形与图轴的控制110

5.3.4 色彩的控制112

5.4 特殊图形的操作118

5.4.1 条形图118

5.4.2 饼形图120

5.4.3 统计直方图121

5.4.4 极坐标图121

5.4.5 离散数据绘图122

5.4.6 面积图和图形填充122

5.4.7 射线图和羽毛图123

5.4.8 等高线图124

5.5 句柄图形125

5.5.1 图形对象的创建125

5.5.2 图形对象句柄的获取127

5.5.3 图形对象属性的获取和设置130

5.6 图形用户界面（GUI）设计132

5.6.1 GUI开发环境（GUIDE）132

5.6.2 用户图形界面控件134

5.6.3 对话框对象136

5.6.4 界面菜单141

5.6.5 GUI设计实例142

第6章 MATLAB程序设计152

6.1 M文件152

6.1.1 函数153

6.1.2 脚本158

6.2 MATLAB中的变量160

6.3 MATLAB程序控制结构161

6.3.1 顺序结构161

6.3.2 循环结构162

6.3.3 选择结构164

6.3.4 其他流程控制语句167

6.4 MATLAB程序调试169

6.4.1 直接调试法170

6.4.2 工具调试法170

第7章 Simulink仿真173

7.1 Simulink概论173

7.1.1 Simulink的概述173

7.1.2 Simulink的启动174

7.1.3 Simulink模型的特点175

7.1.4 Simulink Editor窗口菜单命令176

7.1.5 Simulink模块库179

7.1.6 Simulink实例185

7.2 Simulink模型创建188

7.2.1 Simulink模块简易操作188

7.2.2 创建模型的基本步骤198

7.3 仿真的运行及结果分析200

7.3.1 仿真参数的设置200

7.3.2 Simulink仿真过程需要注意的技巧204

7.3.3 观测输出Simulink的仿真结果205

7.3.4 仿真诊断212

7.4 模型的调试212

7.4.1 Simulink调试器212

7.4.2 调试模型及设置断点215

7.5 子系统创建与封装216

7.5.1 子系统介绍216

7.5.2 创建子系统217

7.5.3 封装子系统220

7.6 S函数223

7.6.1 S函数工作原理223

7.6.2 编写S函数224

7.7 Simulink与MATLAB结合建模的实例230

第8章 MATLAB应用程序接口234

8.1 MATLAB应用程序接口介绍234

8.1.1 MEX文件234

8.1.2 MAT文件235

8.1.3 计算引擎235

8.2 MATLAB编译器235

8.2.1 编译器概述235

8.2.2 编译器的安装和配置236

8.2.3 创建C语言MEX文件237

8.2.4 创建独立的应用程序239

8.3 MAT文件的使用240

8.3.1 在MATLAB中读写MAT文件241

8.3.2 在普通的C/C＋＋程序中读写MAT文件242

8.4 MATLAB实时编辑器242

8.5 MATLAB与Excel的联机使用245

8.5.1 Excel Link的设置246

8.5.2 Excel Link数据管理函数247

8.5.3 xlswrite与xlsread248

第2篇 MATLAB应用252

第9章 MATLAB工具箱概述252

9.1 工具箱的安装和卸载252

9.1.1 工具箱的安装252

9.1.2 工具箱的卸载252

9.2 数学、统计和优化工具箱252

9.2.1 优化工具箱252

9.2.2 神经网络工具箱253

9.3 控制系统253

9.3.1 控制系统工具箱253

9.3.2 模糊逻辑工具箱253

9.3.3 机器人系统工具箱254

9.3.4 系统识别工具箱254

9.3.5 鲁棒控制工具箱254

9.4 信号处理和通信254

9.4.1 DSP系统工具箱254

9.4.2 信号处理工具箱255

9.4.3 小波工具箱255

9.5 图像处理和计算机视觉255

9.5.1 图像获取工具箱255

9.5.2 图像处理工具箱255

9.6 测试和测量256

9.6.1 数据采集工具箱256

9.6.2 仪器控制工具箱256

9.7 计算金融学工具箱256

9.7.1 数据库工具箱256

9.7.2 计量经济学工具箱257

9.7.3 金融工具箱257

第10章 MATLAB在图形图像处理中的应用258

10.1 MATLAB系统中的图像类型258

10.2 图形图像的基本运算262

10.2.1 图像绝对差值262

10.2.2 图像相加262

10.2.3 图像颜色组合263

10.2.4 图像求补运算263

10.2.5 图像相除264

10.2.6 图像的线性运算264

10.2.7 图像相乘265

10.2.8 图像相减266

10.3 图形图像的二维傅里叶变换267

10.3.1 连续二维傅里叶变换267

10.3.2 二维离散傅里叶逆变换268

10.4 数字图像的离散余弦变换268

10.4.1 图像的离散余弦变换268

10.4.2 计算离散余弦变换矩阵269

10.5 图形图像对比度的调整270

10.5.1 调整图像对比度270

10.5.2 有限对比度自适应直方图均衡化（CLAHE）271

10.6 图形图像的分析271

10.6.1 跟踪二值图像中的对象271

10.6.2 霍夫变换272

10.7 图形图像边界的提取273

第11章 MATLAB在优化设计中的应用275

11.1 建立优化问题275

11.1.1 选择求解器275

11.1.2 参数设置276

11.2 非线性优化问题280

11.2.1 无约束最优化问题280

11.2.2 有约束最优化问题281

11.2.3 多目标优化问题282

11.3 线性规划和混合整数线性规划285

11.3.1 基于问题的最优化285

11.3.2 基于求解器的最优化289

11.4 二次规划问题291

11.5 最小二乘法292

11.5.1 线性最小二乘法292

11.5.2 非线性最小二乘法295

11.6 非线性方程组296

第12章 MATLAB在数字信号处理中的应用298

12.1 离散信号与系统298

12.1.1 常用离散信号299

12.1.2 信号的基本运算302

12.1.3 线性时不变系统的响应305

12.2 数字信号的处理310

12.2.1 离散傅里叶变换310

12.2.2 快速傅里叶变换315

12.3 数字滤波器的设计317

12.3.1 IIR滤波器的设计317

12.3.2 FIR滤波器的设计321

第13章 MATLAB在控制系统中的应用324

13.1 控制系统的模型描述324

13.2 控制系统的时域分析与MATLAB实现328

13.2.1 单位阶跃响应329

13.2.2 脉冲响应329

13.2.3 零输入响应330

13.2.4 任意输入响应331

13.2.5 阶跃响应特性332

13.2.6 线性系统响应特性334

13.3 控制系统的频域分析与MATLAB实现335

13.3.1 伯德图336

13.3.2 奈奎斯特图337

13.3.3 尼克尔斯频率响应图337

13.3.4 奇异值图338

13.3.5 频率响应339

13.3.6 计算频率响应340

13.4 控制系统的根轨迹分析341

13.4.1 零极点图341

13.4.2 根轨迹342

13.4.3 零极点和根轨迹图343

13.4.4 zgrid函数344

13.5 控制系统的状态空间分析345

13.5.1 系统的能控性345

13.5.2 系统能观测性346

第14章 MATLAB在电力系统中的应用346

14.1 Specialized PowerSystems模型库概述349

14.2 电源库350

14.2.1 直流电压源350

14.2.2 交流电压源350

14.2.3 三相可编程电压源352

14.3 元器件库355

14.3.1 断路器355

14.3.2 串联RLC支路358

14.3.3 变压器359

14.4 电机库366

14.5 电力电子库374

14.5.1 二极管375

14.5.2 晶闸管378

14.5.3 绝缘栅双极型晶体管381

14.5.4 通用桥式电路385

14.6 控制和测量模块库387

14.6.1 Pulse ＆SignalGenerators模块388

14.6.2 测量模块396

14.7 其他模块库396

14.8 电力图形用户界面397

14.8.1 调用方法397

14.8.2 属性参数对话框397

14.9 应用举例405

14.9.1 有源功率因数校正APEC电路405

14.9.2 电力系统输电线路的单相、三相重合闸409

第15章 MATLAB在深度学习中的应用413

15.1 深度学习基础413

15.1.1 AIexNet卷积神经网络413

15.1.2 VGG-16卷积神经网络414

15.1.3 VGG-19卷积神经网络415

15.1.4 GoogLeNet卷积神经网络416

15.1.5 从Caffe导入预先训练的卷积神经网络模型416

15.1.6 神经网络训练的选项416

15.1.7 深度学习的神经网络训练417

15.2 深度学习图像分类420

15.2.1 图像数据增强420

15.2.2 增强图像源421

15.3 从零开始深度学习训练424

15.3.1 从Caffe导入卷积神经网络层425

15.3.2 图像输入层426

15.3.3 序列输入层427

15.3.4 二维卷积层428

15.3.5 二维反卷积层429

15.3.6 全连接层430

15.3.7 长短期记忆（LSTM）层431

15.3.8 激活函数层434

15.3.9 渗泄整流线性单元层434

15.3.10 剪切整流线性单元层435

15.3.11 批量归一化层436

15.3.12 信道局部响应归一化层438

15.3.13 dropout层439

15.3.14 平均池化层440

15.3.15 最大池化层441

15.3.16 最大脱空层442

15.3.17 深度拼接层442

15.3.18 softmax层442

15.3.19 分类输出层443

15.3.20 回归输出层444

15.3.21 建立层学习参数的学习速率因子445

15.3.22 L2正则化因子445

15.3.23 获取层可学习参数的学习率因子446

15.3.24 获取层可学习参数的L2正则化因子447

15.3.25 神经网络训练的选项448

15.3.26 深度学习的神经网络训练449

15.3.27 深度学习系列网络452

15.3.28 图像数据增强454

15.3.29 增强图像源455

15.3.30 深度学习网络结构图457

15.3.31 在图层中连接层458

15.3.32 删除图层458

15.3.33 断开图层459