编辑推荐
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内容简介
《MATLAB R2013a 工具箱手册大全》以MATLABR2013a为平台,系统、全面地介绍了MATLAB常用工具箱中各个函数的使用。在介绍每个函数中都配备相应的实例,让读者更易掌握,从而将函数应用到各个工程领域中。
《MATLAB R2013a 工具箱手册大全》共13章,第1章介绍了MATLAB的基础知识,其余12章介绍了MATLAB的常用工具箱,主要包括MATLAB可视化工具箱、图像处理工具箱、控制系统工具箱、神经网络工具箱、模糊逻辑工具箱、数字信号工具箱、统计工具箱、小波变换工具箱、偏微分方程工具箱、样条工具箱、优化工具箱和财政金融工具箱等。
《MATLAB R2013a 工具箱手册大全》内容丰富、实例全面、应用性强,可作为零基础的MATLAB初学者学习阅读;可作为需要全面学习MATLAB人员的教材;可作为MATLAB技术爱好者的入门手册;可作为广大科研工作人员的参考必备丛书;也可作为一本全面涵盖MATLAB各项内容的查询手册。
内页插图
目录
第1章 MATLAB软件简述
1.1 MATLAB软件概述
1.1.1 MATLAB历史
1.1.2 MATLAB主要功能
1.1.3 MATLAB工具箱
1.1.4 MATLAB基本功能及特性
1.1.5 MATLAB R2013新特性
1.2 MATLAB R2013a安装与激活
1.3 MATLAB帮助系统
1.3.1 帮助命令
1.3.2 帮助窗口
1.3.3 Demo演示
1.4 演示MATLAB实例
1.5 MATLAB数组与矩阵
1.5.1 数据类型
1.5.2 数组及运算
1.5.3 矩阵的基本运算
1.5.4 矩阵的分解
1.5.5 稀疏矩阵
1.6 流程控制
1.6.1 顺序结构
1.6.2 分支结构
1.6.3 循环控制语句
1.6.4 错误控制语句
1.6.5 程序终止语句
第2章 MATLAB可视化工具箱
2.1 基本二维绘图
2.1.1 line函数
2.1.2 plot函数
2.1.3 polar函数
2.1.4 plotyy函数
2.1.5 loglog、semilogx、semilogy函数
2.1.6 subplot函数
2.1.7 hold函数
2.1.8 axis函数
2.1.9 grid函数
2.1.1 0box函数
2.2 图形标注
2.2.1 title函数
2.2.2 xlabel函数
2.2.3 legend函数
2.2.4 colorbar函数
2.2.5 text/gtext函数
2.3 特殊二维绘图
2.3.1 bar函数
2.3.2 hist函数
2.3.3 area函数
2.3.4 pie函数
2.3.5 scatter函数
2.3.6 plotmatrix函数
2.3.7 contour函数
2.3.8 errorbar函数
2.3.9 fill函数
2.3.10 stem函数
2.3.11 stairs函数
2.3.12 feather函数
2.3.13 quiver函数
2.3.14 compass函数
2.4 常用三维绘图
2.4.1 plot3函数
2.4.2 meshgrid函数
2.4.3 mesh函数
2.4.4 surf函数
2.4.5 griddata函数
2.5 特殊三维绘图
2.5.1 cylinder函数
2.5.2 sphere函数
2.5.3 bar3函数
……
第3章 MATLAB图像处理工具箱
第4章 MATLAB控制系统工具箱
第5章 MATLAB神经网络工具箱
第6章 MATLAB模糊逻辑工具箱
第7章 MATLAB数字信号工具箱
第8章 MATLAB统计工具箱
第9章 MATLAB小波变换工具箱
第10章 MATLAB偏微分方程工具箱
第11章 MATLAB样条工具箱
第12章 MATLAB优化工具箱
第13章 MATLAB财政金融工具箱
参考文献
前言/序言
MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。由于MATLAB功能强大,简单易学,并且对问题的描述和求解符合人们的思维方式和数学表达习惯,因此它得到了广泛的应用,已成为高校教师、科研人员和工程技术人员的必学软件。
MATLAB的基本数据单位是矩阵,因此使用MATLAB可极大地提高人们的工作效率和质量,大大简化了程序的复杂性、掌握软件的简易性等。
MATLAB和Mathematica、Maple、MathCAD并称为四大数学软件,代表了当今国际科学软件的先进水平。MATLAB软件提供三十多个工具箱,这些工具箱大致可分为两类:功能型工具箱和领域型工具箱。功能型工具箱主要用来扩充MATLAB的符号计算功能、图形建模仿真功能、文字处理功能以及与硬件实时交互功能,能用于多种学科; 而领域型工具箱专业性很强,如控制系统工具箱、信号处理工具箱、财政金融工具箱等。MATLAB的这些工具箱使MATLAB在各个领域得到了广泛的应用,越来越多用户迫切需要尽快掌握MATLAB解决基本的问题。而目前市场上专门详细介绍MATLAB工具箱使用的相关书籍很少,应市场需求,编写了该丛书。本书主要着眼点有:
�~ 内容全面。详细地介绍了MATLAB常用的工具箱,适用于各个领域的科学工作者。
�~ 易学易懂。对每个函数的使用进行了详细介绍,同时结合实例分析说明函数的应用,使读者简单、明了、快速地掌握工具箱中各函数的用法。
�~ 面向需求。对MATLAB常用工具箱进行详细的介绍,基本能满足解决各研究领域实际问题的需要。
本书特色主要表现在:
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本书为便于读者能最大程度地掌握MATLAB,先对MATLAB软件的各项基础知识,从最基础的发展史、安装、使用环境到常用的数值计算、程序控制等内容,全部系统地介绍给读者,使读者快速通俗地了解到MATLAB,为学习MATLAB在各领域中的应用打下坚实的基础。
�~ 详细介绍MATLAB工具箱
MATLAB工具箱的使用,可以为各个领域的用户带来诸多方便。MATLAB拥有强大的工具箱,可快速解决信号处理、神经网络、小波分析、金融财政等复杂问题。本书详细地介绍MATLAB常用工具箱中的各个函数,旨在使用户在最短时间内掌握并解决最复杂的问题。
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本书介绍每个函数都配备相应的实例进行总结说明,供读者演练,以使读者能快速较好地操作及应用相应的函数。
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对于程序的运行结果,书中给出了大量的图形,让读者更直观地分析问题、解决问题。
本书共包括13章,下面阐述每章的主要内容:
第1章介绍了MATLAB软件,主要包括MATLAB的发展史、特性、功能、程序设计等内容。
第2章介绍了MATLAB可视化工具箱,主要包括MATLAB基本二维绘图、特殊二维绘图、常用三维绘图、特殊三维绘图及四维绘图等内容。
第3章介绍了MATLAB图像处理工具箱,主要包括MATLAB图像的基本操作、图像类型及转换、图像的基本运算、图像的几何变换等内容。
第4章介绍了MATLAB控制系统工具箱,主要包括线性系统的表示、模型互联、模型间的转换、时频域分析等内容。
第5章介绍了MATLAB神经网络工具箱,主要包括感知器网络、线性神经网络、BP神经网络、径向基神经网络、自组织神经网络等内容。
第6章介绍了MATLAB模糊逻辑工具箱,主要包括模糊逻辑系统的管理、输入输出语言变量、隶属度函数、模糊推理基本运算等内容。
第7章介绍了MATLAB数字信号工具箱,主要包括产生信号、计算随机信号、信号采样率、模拟滤波器设计、FIR滤波器设计等内容。
第8章介绍了MATLAB统计工具箱,主要包括参数估计、区间估计、统计作图、假设检验、方差分析、回归分析等内容。
第9章介绍了MATLAB小波变换工具箱,主要包括一维小波分析、二维小波分析、离散平稳小波变换、小波包等内容。
第10章介绍了MATLAB偏微分方程工具箱,主要包括几何处理函数、偏微分方程算法函数、图形界面等内容。
第11章介绍了MATLAB样条工具箱,主要包括三次插值样条、B样条曲线、样条函数操作等内容。
第12章介绍了MATLAB优化工具箱,主要包括优化参数设置、最小二乘、线性规划与整数规划、非线性规划、二次规划等内容。
第13章介绍了MATLAB财政金融工具箱,主要包括日期和货币数据处理、金融数据可视化与获取、证券计算、证券数据管理等内容。
本书可作为零基础的MATLAB的学者学习阅读;可作为需要全面学习MATLAB人员的教材;可作为MATLAB技术爱好者的入门手册;可作为广大科研工作人员的参考必备丛书;也可作为一本全面涵盖MATLAB各项内容的查询手册。
本书主要由栾颖编写,参加编写的还有刘超、邓俊辉、梁朗星、李旭波、张棣华、刘泳、邓耀隆、何正风和周品。
由于时间仓促,加之作者水平有限,书中错误和疏漏之处在所难免,诚恳地期望得到各领域的专家和广大读者的批评指正。
编者2014年3月
MATLAB R2013a 工具箱手册大全 概述 MATLAB 是一款强大的交互式计算环境和编程语言,广泛应用于工程、科学、金融等众多领域。其核心优势在于提供了海量的高级计算、可视化和编程功能,能够极大地提高研究和开发人员的工作效率。而 MATLAB 的真正威力,则体现在其丰富多样的工具箱中。这些工具箱为特定应用场景提供了专业化的函数集和算法,使得用户能够轻松解决复杂问题,而无需从头开始编写底层代码。 本书《MATLAB R2013a 工具箱手册大全》旨在为广大 MATLAB 用户提供一份详尽、权威的工具箱使用指南。本书涵盖了 MATLAB R2013a 版本中推出的所有官方工具箱,从基础的数学计算到高端的信号处理、图像分析、机器学习、深度学习、控制系统设计、金融建模等,力求为用户提供一个全面、系统、易于查阅的参考资源。我们相信,通过本书的学习和实践,用户将能够更深入地理解和掌握 MATLAB 工具箱的强大功能,从而在各自的研究和工作领域取得更大的突破。 内容亮点 本书最大的亮点在于其内容的全面性和内容的深度。我们不仅收录了 MATLAB R2013a 版本中所有现有的官方工具箱,而且对每个工具箱都进行了深入的剖析。每一章都围绕一个特定的工具箱展开,详细介绍了该工具箱的架构、核心概念、主要函数及其参数、用法示例以及在实际问题中的应用。 1. 数值计算与优化 基础数学库 (Basic Matrix Library):虽然不直接称为一个独立的工具箱,但 MATLAB 的核心在于其强大的矩阵运算能力。本书将从矩阵的创建、操作、代数运算、线性方程组求解、特征值问题、奇异值分解等基础数学运算入手,为后续工具箱的学习打下坚实基础。 优化工具箱 (Optimization Toolbox):在科学计算和工程设计中,优化问题无处不在。本书将详细讲解如何利用优化工具箱解决单变量和多变量函数的最小值/最大值问题,包括无约束优化、约束优化、线性规划、二次规划、非线性规划以及全局优化等。我们将重点介绍 `fminunc`、`fmincon`、`linprog`、`quadprog` 等核心函数,并通过实际案例展示其在工程参数调整、资源分配等问题中的应用。 曲线拟合工具箱 (Curve Fitting Toolbox):对实验数据进行建模和拟合是科学研究的重要环节。本书将深入探讨如何使用曲线拟合工具箱进行多项式拟合、非参数拟合(如平滑样条)、自定义非线性模型拟合,以及如何进行拟合优度评估和置信区间计算。`fit`、`cfit`、`predint` 等函数的应用将得到详细阐述。 全局优化工具箱 (Global Optimization Toolbox):对于存在多个局部最优解的复杂优化问题,局部优化方法往往难以获得全局最优解。本书将介绍全局优化工具箱中的全局搜索算法,如遗传算法 (`ga`)、模拟退火算法 (`simulannealing`)、粒子群算法 (`particleswarm`) 等,并展示它们在复杂工程设计、参数优化等场景下的威力。 2. 信号处理与通信 信号处理工具箱 (Signal Processing Toolbox):信号分析和处理是 MATLAB 最为擅长的领域之一。本书将全面介绍该工具箱的功能,包括时域和频域分析(FFT、功率谱密度)、滤波器设计(FIR、IIR、自适应滤波器)、信号变换(傅里叶变换、短时傅里叶变换、小波变换)、信号生成与操作(正弦波、噪声、卷积、相关)等。`fft`、`ifft`、`filter`、`firpm`、`designfilt`、`stft`、`wavedec` 等函数将贯穿始终。 通信工具箱 (Communications Toolbox):在现代通信系统中,信号的生成、调制、解调、编码、解码等是核心任务。本书将详细讲解通信工具箱的强大功能,涵盖调制解调技术(AM、FM、QAM、PSK)、信道编码(卷积码、BCH码、RS码)、误码率分析、眼图分析、星座图分析等。`comm.PSKModulator`、`comm.QAMDemodulator`、`comm.ConvolutionalEncoder`、`comm.AWGNChannel` 等对象导向的函数用法将得到深入阐述。 音频工具箱 (Audio Toolbox):对于处理和分析音频信号的用户,本书将介绍音频工具箱的功能,包括音频文件的读取和写入、音频信号的滤波、均衡、混响、频谱分析,以及音频信号的合成和播放。 3. 图像与视频处理 图像处理工具箱 (Image Processing Toolbox):图像处理是 MATLAB 最具代表性的应用领域之一。本书将涵盖图像的读取、显示、类型转换、增强(对比度调整、直方图均衡化)、滤波(平滑、锐化、去噪)、形态学操作(腐蚀、膨胀、开运算、闭运算)、分割(阈值分割、边缘检测、区域生长)、特征提取(角点检测、SIFT特征)等所有核心功能。`imread`、`imshow`、`imadjust`、`histeq`、`imfilter`、`imerode`、`imdilate`、`imsegkmeans`、`edge`、`detectSIFTFeatures` 等函数将是讲解的重点。 计算机视觉工具箱 (Computer Vision Toolbox):在图像处理的基础上,计算机视觉工具箱进一步提供了更高级的功能,如目标检测、跟踪、三维重建、立体视觉、相机标定、运动估计等。本书将介绍如何利用该工具箱实现人脸检测、对象跟踪、SLAM(同步定位与地图构建)等经典计算机视觉任务。`vision.CascadeObjectDetector`、`vision.OpticalFlow`、`estimateFundamentalMatrix`、`stereoCameraCalibrator` 等函数将深入讲解。 视频和摄像头接口 (Vision and Camera Interface):对于需要直接从摄像头或视频文件获取图像流的用户,本书将介绍如何使用相关接口进行视频采集、处理和保存。 4. 数据分析与统计 统计工具箱 (Statistics and Machine Learning Toolbox):数据分析和统计建模是科学研究和商业决策的基础。本书将详细介绍统计工具箱的各项功能,包括描述性统计、概率分布、假设检验、方差分析、回归分析(线性回归、逻辑回归)、分类(决策树、SVM、K近邻)、聚类分析、主成分分析(PCA)等。`mean`、`std`、`ttest`、`anova`、`fitlm`、`fitcknn`、`kmeans`、`pca` 等函数将得到详尽的阐述,并结合实际数据集进行演示。 探索性数据分析 (Exploratory Data Analysis):本书还将强调如何利用 MATLAB 的可视化功能进行探索性数据分析,包括散点图、箱线图、直方图、热力图等,以帮助用户发现数据中的模式和关联。 5. 控制系统设计与仿真 控制系统工具箱 (Control System Toolbox):控制理论是工程领域不可或缺的一部分。本书将全面介绍控制系统工具箱,包括系统表示(传递函数、零极点模型、状态空间模型)、时域分析(瞬态响应、稳态响应)、频域分析(Bode图、Nyquist图、Nichols图)、根轨迹分析、PID控制器设计、状态反馈控制、可观测性和可控性分析、线性二次调节器(LQR)等。`tf`、`ss`、`step`、`bode`、`rlocus`、`pid`、`lqr` 等函数是讲解的核心。 模型预测控制工具箱 (Model Predictive Control Toolbox):对于需要实现高级控制策略的用户,本书将介绍模型预测控制(MPC)的基本原理和工具箱的使用方法,包括模型构建、优化问题求解、控制器设计等。 6. 机器学习与深度学习 机器学习工具箱 (Statistics and Machine Learning Toolbox - 扩展部分):本书将更深入地探讨机器学习工具箱在监督学习(分类、回归)和无监督学习(聚类、降维)方面的应用。重点将放在更复杂的算法,如支持向量机 (`fitcsvm`)、集成学习 (`fitensemble`,如 Bagging、Boosting) 以及各种模型的性能评估和调优。 深度学习工具箱 (Deep Learning Toolbox):随着深度学习的兴起,MATLAB 提供了强大的深度学习工具箱。本书将介绍神经网络的基本结构(全连接网络、卷积神经网络CNN、循环神经网络RNN)、层类型、激活函数、损失函数、优化器,以及如何构建、训练和部署深度学习模型。`layerGraph`、`trainingOptions`、`trainNetwork`、`predict` 等函数将是核心讲解内容。我们将通过图像识别、文本分类等经典应用来展示深度学习的威力。 7. 其他重要工具箱 金融工具箱 (Financial Toolbox):为金融领域的专业人士提供量化分析、投资组合优化、风险管理、期权定价等功能。 经济学工具箱 (Econometrics Toolbox):用于时间序列分析、计量经济学模型估计、预测等。 并行计算工具箱 (Parallel Computing Toolbox):讲解如何利用多核处理器和 GPU 加速 MATLAB 计算,提高处理大规模数据的效率。 数据库连接工具箱 (Database Toolbox):介绍如何连接和操作各种数据库,实现数据导入导出。 Simulink (简要介绍):虽然 Simulink 是一个独立的图形化建模和仿真环境,但它与 MATLAB 工具箱紧密集成。本书将简要介绍 Simulink 的基本概念以及其与 MATLAB 工具箱的协同工作方式,尤其是在控制系统和信号处理领域。 本书特点 循序渐进,结构清晰:本书按照工具箱的领域和功能进行划分,从基础到高级,逐步深入,确保读者能够轻松理解。 内容详实,覆盖全面:尽可能收录了 MATLAB R2013a 版本中的所有重要工具箱,并对其核心功能进行详细介绍。 理论与实践相结合:每项功能都配有丰富的代码示例,直观易懂,读者可以复制代码并进行修改实验,快速掌握。 注重应用场景:不仅讲解函数用法,更强调在实际工程和科学问题中的应用,帮助读者解决实际问题。 专业术语准确:力求使用专业、准确的术语,并对关键概念进行解释。 目标读者 本书适合以下人群: MATLAB 初学者:想要系统学习 MATLAB 工具箱功能,快速入门科研或工程应用。 MATLAB 进阶用户:希望深入了解特定工具箱的高级功能,解决更复杂的问题。 工程师和研究人员:在电子工程、通信工程、机械工程、航空航天、生物医学、金融、物理、化学等领域需要利用 MATLAB 进行数据分析、建模、仿真和算法开发。 计算机科学和数据科学专业的学生:学习和掌握 MATLAB 在数值计算、机器学习、深度学习等领域的应用。 结语 MATLAB R2013a 版本凭借其强大的功能和不断完善的工具箱,持续为科学研究和工程实践提供强大的支持。本书《MATLAB R2013a 工具箱手册大全》将是您在 MATLAB 学习和应用道路上不可或缺的良师益友。我们希望通过本书,能够激发您对 MATLAB 工具箱更深入的探索,并帮助您在各自的专业领域取得卓越的成就。