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第1单元MATLAB基本操作1

1.1启动MATLAB1

1.2 MATLAB操作界面2

1.3操作界面窗口的切换3

1.4关闭MATLAB4

1.5设置当前目录5

1.6操作Start菜单6

1.7 Command Window和相关菜单操作8

1.8 Editor编程窗口和操作13

1.9 Help系统的介绍与操作15

1.10用MATLAB读写Excel文件15

上机报告16

第2单元MATLAB矩阵运算17

2.1矩阵运算的操作步骤17

2.2创建矩阵19

2.2.1冒号法创建矩阵19

2.2.2方括弧法创建矩阵20

2.2.3下标法创建矩阵21

2.2.4函数法创建矩阵22

2.2.5混合法创建矩阵24

2.3矩阵变换25

2.3.1函数变换25

2.3.2几何变换25

2.4矩阵算术运算26

2.5阵列算术运算28

2.6阵列关系运算29

2.7阵列逻辑运算31

2.8测定矩阵大小32

2.9编程中的初始化命令33

上机报告34

第3单元MATLAB基本绘图35

3.1编程绘图步骤35

3.2二维绘图38

3.2.1用plot函数绘制散点图、点线图、曲线图和多重点线图38

3.2.2用fplot函数采样绘图41

3.2.3用figure函数开多个窗口分别绘图42

3.2.4用subplot函数开多个子窗口分别绘图43

3.2.5用loglog函数绘制双轴对数图44

3.2.6用semilogx函数绘制横轴对数图45

3.2.7用semilogy函数绘制纵轴对数图46

3.2.8用plotyy函数绘制双纵轴图46

3.2.9用polar函数绘制极坐标图48

3.2.10用bar函数绘制垂直柱形图48

3.2.11用hist函数绘制直方图50

3.2.12用stem函数绘制离散序列散点图51

3.2.13用errorbar函数绘制误差图53

3.2.14用pie函数绘制二维饼图54

3.2.15用contour函数绘制二维等高线图55

3.3三维绘图55

3.3.1用plot3函数绘制三维散点图、点线图和曲线图55

3.3.2用bar3函数绘制三维垂直柱形图56

3.3.3用stem3函数绘制三维离散序列图57

3.3.4用pie3函数绘制三维饼图58

3.3.5用mesh函数、meshc函数和meshz函数绘制三维网格图58

3.3.6用surf函数和surfc函数绘制三维表面图60

3.3.7用contour3函数绘制三维等高线图61

上机报告62

第4单元MATLAB典型应用63

4.1线性代数运算63

4.1.1矢量和矩阵的范数63

4.1.2解线性方程组64

4.1.3矩阵求逆66

4.1.4 Doolittle分解（LU分解）67

4.1.5 Cholesky分解67

4.1.6 QR分解68

4.1.7特征值和特征向量69

4.1.8奇异值分解71

4.2多项式运算72

4.2.1多项式表达72

4.2.2多项式算术运算与微分72

4.2.3多项式值计算73

4.3数据插值74

4.3.1插值方法75

4.3.2一元函数插值75

4.3.3二元函数插值76

4.3.4三元函数插值78

4.3.5 n元函数插值79

4.3.6一元周期函数的FFT法插值79

4.4数据拟合80

4.4.1多项式最小二乘拟合80

4.4.2一元函数最小二乘拟合81

4.5数据分析82

4.5.1数据概括83

4.5.2协差阵和相关阵85

4.5.3矩阵元素的求和与累加和85

4.5.4矩阵元素的乘积与累乘积86

4.5.5数据排序87

4.6数值积分与数值微分88

4.6.1数值积分88

4.6.2数值微分90

4.7解常微分方程和常微分方程组92

4.7.1解常微分方程93

4.7.2解常微分方程组94

4.7.3解矩阵常微分方程96

上机报告98

第5单元MATLAB程序设计99

5.1 MATLAB程序结构及其运行机制99

5.2 MATLAB程序的流程控制99

5.2.1 for循环100

5.2.2 while循环101

5.2.3 if-else-end结构101

5.2.4 switch-case-end结构102

5.3编写MATLAB函数103

5.3.1 MATLAB函数的结构及其调用机制103

5.3.2编写匿名函数104

5.3.3编写标准M-file函数105

5.3.4编写私人函数105

5.3.5编写形如“主函数+子函数”的M-file函数106

5.3.6编写形如“主函数+嵌套函数”的M-file函数106

5.3.7编写函数的函数108

5.3.8全局变量和局部变量108

5.3.9函数句柄109

5.4编程案例110

5.4.1分析图像的灰度分布110

5.4.2悬挂机组机具跟踪性分析111

上机报告114

第6单元Simulink系统仿真115

6.1 Simulink仿真及其运行机制115

6.1.1 Simulink仿真操作方法之一115

6.1.2 Simulink仿真操作方法之二118

6.2 PID控制器的参数整定119

6.2.1 PID控制器原理120

6.2.2 PID控制器仿真的试验设计120

6.2.3 PID控制器仿真的系统建模121

6.2.4 PID控制器仿真的结果与分析122

6.3机构运动学仿真123

6.3.1机构运动简图与闭环矢量方程124

6.3.2位移、速度、加速度的矩阵方程124

6.3.3机构运动学仿真的试验设计125

6.3.4确定系统输入和初始条件126

6.3.5 Simulink系统建模126

6.3.6自定义函数模块的M编程128

6.3.7仿真结果分析和系统评价128

6.3.8机构运动学仿真的相容性检验132

上机报告134

第7单元MATLAB统计分析135

7.1 MATLAB统计学函数135

7.2概率分布136

7.2.1二项分布（Binomial distribution）137

7.2.2 0-1分布138

7.2.3泊松分布（Poisson distribution）139

7.2.4正态分布（Normal distribution）141

7.2.5x2分布（Chi-square distribution）143

7.2.6 t分布（Student’s t distribution）144

7.2.7 F分布（F distribution）146

7.3描述统计147

7.4假设检验150

7.4.1单变量样本均值z检验151

7.4.2单变量样本均值t检验151

7.4.3单变量样本方差x2检验152

7.4.4成对数据均值差t检验153

7.4.5两独立样本方差比F检验154

7.4.6两独立样本均值差t检验155

7.4.7单变量频数样本分布拟合x2检验155

7.4.8单变量观测样本分布拟合x2检验156

7.4.9 n×m列联表分析（频数独立性x2检验）158

7.5单向分组数据方差分析158

7.6线性回归159

7.6.1多元线性回归159

7.6.2逐步回归161

7.7非线性回归162

7.7.1一元非线性回归162

7.7.2多元非线性回归163

上机报告165

第8单元MATLAB优化设计166

8.1解优化问题的MATLAB程序结构及其运行机制166

8.2线性规划（Linear Programming）167

8.3二次规划170

8.4无约束非线性规划（UnconstrainedNonlinear Minimization）172

8.4.1无约束非线性规划的单纯形解法172

8.4.2无约束非线性规划的梯度解法172

8.4.3无约束非线性规划的最速下降解法173

8.4.4无约束非线性规划的DFP变尺度解法174

8.4.5无约束非线性规划的BFGS变尺度解法175

8.5约束非线性规划175

8.5.1约束一元非线性规划175

8.5.2约束多元非线性规划176

8.5.3约束多元最大最小规划177

8.5.4约束多元多目标规划178

8.6最小二乘规划180

8.6.1非线性方程最小二乘规划180

8.6.2非线性方程组最小二乘规划182

8.6.3线性方程组约束最小二乘规划184

8.6.4线性方程组非负最小二乘规划185

8.7非线性方程求根186

8.7.1一元连续函数求根186

8.7.2非线性方程组求根187

上机报告188

第9单元MATLAB信号处理189

9.1信号与系统189

9.1.1信号类型及其数学描述189

9.1.2常见离散信号及其MATLAB实现191

9.1.3信号的能量与功率192

9.1.4信号变换192

9.2信号时域分析193

9.2.1 MATLAB时域分析原理193

9.2.2求已知系统的响应194

9.2.3时域分析自练题195

9.3信号频域分析195

9.3.1利用FFT辨识信号的频率成分196

9.3.2用FFT检测被噪声污染信号的原有频率196

9.4系统频响分析197

9.4.1系统频响分析原理197

9.4.2系统频响分析案例198

上机报告199

第10单元MATLAB图像处理200

10.1数字图像的数学描述200

10.1.1图像坐标系和像素坐标200

10.1.2图像的数学表达200

10.1.3图像读取、显示、存盘的MATLAB编程201

10.2图像变换201

10.2.1彩色图像变换为灰度图像201

10.2.2彩色或灰度图像变换为二值图像202

10.2.3灰度频数分布图203

10.2.4图像代数运算204

10.2.5图像几何变换205

10.2.6图像灰度变换207

10.2.7 DFT离散傅里叶变换208

10.2.8 DCT离散余弦变换209

10.3模板运算与图像滤波210

10.3.1低通模板运算实现图像平滑210

10.3.2低通模板运算实现Gauss白噪声滤除211

10.3.3高通模板运算实现图像边缘增强212

10.3.4高通模板运算实现图像边缘检测212

10.3.5进一步的试验213

10.4边缘检测213

10.5对象提取214

上机报告215