編輯推薦
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內容簡介
《MATLAB R2013a 工具箱手冊大全》以MATLABR2013a為平颱,係統、全麵地介紹瞭MATLAB常用工具箱中各個函數的使用。在介紹每個函數中都配備相應的實例,讓讀者更易掌握,從而將函數應用到各個工程領域中。
《MATLAB R2013a 工具箱手冊大全》共13章,第1章介紹瞭MATLAB的基礎知識,其餘12章介紹瞭MATLAB的常用工具箱,主要包括MATLAB可視化工具箱、圖像處理工具箱、控製係統工具箱、神經網絡工具箱、模糊邏輯工具箱、數字信號工具箱、統計工具箱、小波變換工具箱、偏微分方程工具箱、樣條工具箱、優化工具箱和財政金融工具箱等。
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內頁插圖
目錄
第1章 MATLAB軟件簡述
1.1 MATLAB軟件概述
1.1.1 MATLAB曆史
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安裝與激活
1.3 MATLAB幫助係統
1.3.1 幫助命令
1.3.2 幫助窗口
1.3.3 Demo演示
1.4 演示MATLAB實例
1.5 MATLAB數組與矩陣
1.5.1 數據類型
1.5.2 數組及運算
1.5.3 矩陣的基本運算
1.5.4 矩陣的分解
1.5.5 稀疏矩陣
1.6 流程控製
1.6.1 順序結構
1.6.2 分支結構
1.6.3 循環控製語句
1.6.4 錯誤控製語句
1.6.5 程序終止語句
第2章 MATLAB可視化工具箱
2.1 基本二維繪圖
2.1.1 line函數
2.1.2 plot函數
2.1.3 polar函數
2.1.4 plotyy函數
2.1.5 loglog、semilogx、semilogy函數
2.1.6 subplot函數
2.1.7 hold函數
2.1.8 axis函數
2.1.9 grid函數
2.1.1 0box函數
2.2 圖形標注
2.2.1 title函數
2.2.2 xlabel函數
2.2.3 legend函數
2.2.4 colorbar函數
2.2.5 text/gtext函數
2.3 特殊二維繪圖
2.3.1 bar函數
2.3.2 hist函數
2.3.3 area函數
2.3.4 pie函數
2.3.5 scatter函數
2.3.6 plotmatrix函數
2.3.7 contour函數
2.3.8 errorbar函數
2.3.9 fill函數
2.3.10 stem函數
2.3.11 stairs函數
2.3.12 feather函數
2.3.13 quiver函數
2.3.14 compass函數
2.4 常用三維繪圖
2.4.1 plot3函數
2.4.2 meshgrid函數
2.4.3 mesh函數
2.4.4 surf函數
2.4.5 griddata函數
2.5 特殊三維繪圖
2.5.1 cylinder函數
2.5.2 sphere函數
2.5.3 bar3函數
……
第3章 MATLAB圖像處理工具箱
第4章 MATLAB控製係統工具箱
第5章 MATLAB神經網絡工具箱
第6章 MATLAB模糊邏輯工具箱
第7章 MATLAB數字信號工具箱
第8章 MATLAB統計工具箱
第9章 MATLAB小波變換工具箱
第10章 MATLAB偏微分方程工具箱
第11章 MATLAB樣條工具箱
第12章 MATLAB優化工具箱
第13章 MATLAB財政金融工具箱
參考文獻
前言/序言
MATLAB是美國MathWorks公司齣品的商業數學軟件,用於算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環境。由於MATLAB功能強大,簡單易學,並且對問題的描述和求解符閤人們的思維方式和數學錶達習慣,因此它得到瞭廣泛的應用,已成為高校教師、科研人員和工程技術人員的必學軟件。
MATLAB的基本數據單位是矩陣,因此使用MATLAB可極大地提高人們的工作效率和質量,大大簡化瞭程序的復雜性、掌握軟件的簡易性等。
MATLAB和Mathematica、Maple、MathCAD並稱為四大數學軟件,代錶瞭當今國際科學軟件的先進水平。MATLAB軟件提供三十多個工具箱,這些工具箱大緻可分為兩類:功能型工具箱和領域型工具箱。功能型工具箱主要用來擴充MATLAB的符號計算功能、圖形建模仿真功能、文字處理功能以及與硬件實時交互功能,能用於多種學科; 而領域型工具箱專業性很強,如控製係統工具箱、信號處理工具箱、財政金融工具箱等。MATLAB的這些工具箱使MATLAB在各個領域得到瞭廣泛的應用,越來越多用戶迫切需要盡快掌握MATLAB解決基本的問題。而目前市場上專門詳細介紹MATLAB工具箱使用的相關書籍很少,應市場需求,編寫瞭該叢書。本書主要著眼點有:
�~ 內容全麵。詳細地介紹瞭MATLAB常用的工具箱,適用於各個領域的科學工作者。
�~ 易學易懂。對每個函數的使用進行瞭詳細介紹,同時結閤實例分析說明函數的應用,使讀者簡單、明瞭、快速地掌握工具箱中各函數的用法。
�~ 麵嚮需求。對MATLAB常用工具箱進行詳細的介紹,基本能滿足解決各研究領域實際問題的需要。
本書特色主要錶現在:
�~ 內容由淺入深,係統、全麵
本書為便於讀者能最大程度地掌握MATLAB,先對MATLAB軟件的各項基礎知識,從最基礎的發展史、安裝、使用環境到常用的數值計算、程序控製等內容,全部係統地介紹給讀者,使讀者快速通俗地瞭解到MATLAB,為學習MATLAB在各領域中的應用打下堅實的基礎。
�~ 詳細介紹MATLAB工具箱
MATLAB工具箱的使用,可以為各個領域的用戶帶來諸多方便。MATLAB擁有強大的工具箱,可快速解決信號處理、神經網絡、小波分析、金融財政等復雜問題。本書詳細地介紹MATLAB常用工具箱中的各個函數,旨在使用戶在最短時間內掌握並解決最復雜的問題。
�~ 實例豐富,操作性強
本書介紹每個函數都配備相應的實例進行總結說明,供讀者演練,以使讀者能快速較好地操作及應用相應的函數。
�~ 語言通俗,圖文並茂
對於程序的運行結果,書中給齣瞭大量的圖形,讓讀者更直觀地分析問題、解決問題。
本書共包括13章,下麵闡述每章的主要內容:
第1章介紹瞭MATLAB軟件,主要包括MATLAB的發展史、特性、功能、程序設計等內容。
第2章介紹瞭MATLAB可視化工具箱,主要包括MATLAB基本二維繪圖、特殊二維繪圖、常用三維繪圖、特殊三維繪圖及四維繪圖等內容。
第3章介紹瞭MATLAB圖像處理工具箱,主要包括MATLAB圖像的基本操作、圖像類型及轉換、圖像的基本運算、圖像的幾何變換等內容。
第4章介紹瞭MATLAB控製係統工具箱,主要包括綫性係統的錶示、模型互聯、模型間的轉換、時頻域分析等內容。
第5章介紹瞭MATLAB神經網絡工具箱,主要包括感知器網絡、綫性神經網絡、BP神經網絡、徑嚮基神經網絡、自組織神經網絡等內容。
第6章介紹瞭MATLAB模糊邏輯工具箱,主要包括模糊邏輯係統的管理、輸入輸齣語言變量、隸屬度函數、模糊推理基本運算等內容。
第7章介紹瞭MATLAB數字信號工具箱,主要包括産生信號、計算隨機信號、信號采樣率、模擬濾波器設計、FIR濾波器設計等內容。
第8章介紹瞭MATLAB統計工具箱,主要包括參數估計、區間估計、統計作圖、假設檢驗、方差分析、迴歸分析等內容。
第9章介紹瞭MATLAB小波變換工具箱,主要包括一維小波分析、二維小波分析、離散平穩小波變換、小波包等內容。
第10章介紹瞭MATLAB偏微分方程工具箱,主要包括幾何處理函數、偏微分方程算法函數、圖形界麵等內容。
第11章介紹瞭MATLAB樣條工具箱,主要包括三次插值樣條、B樣條麯綫、樣條函數操作等內容。
第12章介紹瞭MATLAB優化工具箱,主要包括優化參數設置、最小二乘、綫性規劃與整數規劃、非綫性規劃、二次規劃等內容。
第13章介紹瞭MATLAB財政金融工具箱,主要包括日期和貨幣數據處理、金融數據可視化與獲取、證券計算、證券數據管理等內容。
本書可作為零基礎的MATLAB的學者學習閱讀;可作為需要全麵學習MATLAB人員的教材;可作為MATLAB技術愛好者的入門手冊;可作為廣大科研工作人員的參考必備叢書;也可作為一本全麵涵蓋MATLAB各項內容的查詢手冊。
本書主要由欒穎編寫,參加編寫的還有劉超、鄧俊輝、梁朗星、李旭波、張棣華、劉泳、鄧耀隆、何正風和周品。
由於時間倉促,加之作者水平有限,書中錯誤和疏漏之處在所難免,誠懇地期望得到各領域的專傢和廣大讀者的批評指正。
編者2014年3月
MATLAB R2013a 工具箱手冊大全 概述 MATLAB 是一款強大的交互式計算環境和編程語言,廣泛應用於工程、科學、金融等眾多領域。其核心優勢在於提供瞭海量的高級計算、可視化和編程功能,能夠極大地提高研究和開發人員的工作效率。而 MATLAB 的真正威力,則體現在其豐富多樣的工具箱中。這些工具箱為特定應用場景提供瞭專業化的函數集和算法,使得用戶能夠輕鬆解決復雜問題,而無需從頭開始編寫底層代碼。 本書《MATLAB R2013a 工具箱手冊大全》旨在為廣大 MATLAB 用戶提供一份詳盡、權威的工具箱使用指南。本書涵蓋瞭 MATLAB R2013a 版本中推齣的所有官方工具箱,從基礎的數學計算到高端的信號處理、圖像分析、機器學習、深度學習、控製係統設計、金融建模等,力求為用戶提供一個全麵、係統、易於查閱的參考資源。我們相信,通過本書的學習和實踐,用戶將能夠更深入地理解和掌握 MATLAB 工具箱的強大功能,從而在各自的研究和工作領域取得更大的突破。 內容亮點 本書最大的亮點在於其內容的全麵性和內容的深度。我們不僅收錄瞭 MATLAB R2013a 版本中所有現有的官方工具箱,而且對每個工具箱都進行瞭深入的剖析。每一章都圍繞一個特定的工具箱展開,詳細介紹瞭該工具箱的架構、核心概念、主要函數及其參數、用法示例以及在實際問題中的應用。 1. 數值計算與優化 基礎數學庫 (Basic Matrix Library):雖然不直接稱為一個獨立的工具箱,但 MATLAB 的核心在於其強大的矩陣運算能力。本書將從矩陣的創建、操作、代數運算、綫性方程組求解、特徵值問題、奇異值分解等基礎數學運算入手,為後續工具箱的學習打下堅實基礎。 優化工具箱 (Optimization Toolbox):在科學計算和工程設計中,優化問題無處不在。本書將詳細講解如何利用優化工具箱解決單變量和多變量函數的最小值/最大值問題,包括無約束優化、約束優化、綫性規劃、二次規劃、非綫性規劃以及全局優化等。我們將重點介紹 `fminunc`、`fmincon`、`linprog`、`quadprog` 等核心函數,並通過實際案例展示其在工程參數調整、資源分配等問題中的應用。 麯綫擬閤工具箱 (Curve Fitting Toolbox):對實驗數據進行建模和擬閤是科學研究的重要環節。本書將深入探討如何使用麯綫擬閤工具箱進行多項式擬閤、非參數擬閤(如平滑樣條)、自定義非綫性模型擬閤,以及如何進行擬閤優度評估和置信區間計算。`fit`、`cfit`、`predint` 等函數的應用將得到詳細闡述。 全局優化工具箱 (Global Optimization Toolbox):對於存在多個局部最優解的復雜優化問題,局部優化方法往往難以獲得全局最優解。本書將介紹全局優化工具箱中的全局搜索算法,如遺傳算法 (`ga`)、模擬退火算法 (`simulannealing`)、粒子群算法 (`particleswarm`) 等,並展示它們在復雜工程設計、參數優化等場景下的威力。 2. 信號處理與通信 信號處理工具箱 (Signal Processing Toolbox):信號分析和處理是 MATLAB 最為擅長的領域之一。本書將全麵介紹該工具箱的功能,包括時域和頻域分析(FFT、功率譜密度)、濾波器設計(FIR、IIR、自適應濾波器)、信號變換(傅裏葉變換、短時傅裏葉變換、小波變換)、信號生成與操作(正弦波、噪聲、捲積、相關)等。`fft`、`ifft`、`filter`、`firpm`、`designfilt`、`stft`、`wavedec` 等函數將貫穿始終。 通信工具箱 (Communications Toolbox):在現代通信係統中,信號的生成、調製、解調、編碼、解碼等是核心任務。本書將詳細講解通信工具箱的強大功能,涵蓋調製解調技術(AM、FM、QAM、PSK)、信道編碼(捲積碼、BCH碼、RS碼)、誤碼率分析、眼圖分析、星座圖分析等。`comm.PSKModulator`、`comm.QAMDemodulator`、`comm.ConvolutionalEncoder`、`comm.AWGNChannel` 等對象導嚮的函數用法將得到深入闡述。 音頻工具箱 (Audio Toolbox):對於處理和分析音頻信號的用戶,本書將介紹音頻工具箱的功能,包括音頻文件的讀取和寫入、音頻信號的濾波、均衡、混響、頻譜分析,以及音頻信號的閤成和播放。 3. 圖像與視頻處理 圖像處理工具箱 (Image Processing Toolbox):圖像處理是 MATLAB 最具代錶性的應用領域之一。本書將涵蓋圖像的讀取、顯示、類型轉換、增強(對比度調整、直方圖均衡化)、濾波(平滑、銳化、去噪)、形態學操作(腐蝕、膨脹、開運算、閉運算)、分割(閾值分割、邊緣檢測、區域生長)、特徵提取(角點檢測、SIFT特徵)等所有核心功能。`imread`、`imshow`、`imadjust`、`histeq`、`imfilter`、`imerode`、`imdilate`、`imsegkmeans`、`edge`、`detectSIFTFeatures` 等函數將是講解的重點。 計算機視覺工具箱 (Computer Vision Toolbox):在圖像處理的基礎上,計算機視覺工具箱進一步提供瞭更高級的功能,如目標檢測、跟蹤、三維重建、立體視覺、相機標定、運動估計等。本書將介紹如何利用該工具箱實現人臉檢測、對象跟蹤、SLAM(同步定位與地圖構建)等經典計算機視覺任務。`vision.CascadeObjectDetector`、`vision.OpticalFlow`、`estimateFundamentalMatrix`、`stereoCameraCalibrator` 等函數將深入講解。 視頻和攝像頭接口 (Vision and Camera Interface):對於需要直接從攝像頭或視頻文件獲取圖像流的用戶,本書將介紹如何使用相關接口進行視頻采集、處理和保存。 4. 數據分析與統計 統計工具箱 (Statistics and Machine Learning Toolbox):數據分析和統計建模是科學研究和商業決策的基礎。本書將詳細介紹統計工具箱的各項功能,包括描述性統計、概率分布、假設檢驗、方差分析、迴歸分析(綫性迴歸、邏輯迴歸)、分類(決策樹、SVM、K近鄰)、聚類分析、主成分分析(PCA)等。`mean`、`std`、`ttest`、`anova`、`fitlm`、`fitcknn`、`kmeans`、`pca` 等函數將得到詳盡的闡述,並結閤實際數據集進行演示。 探索性數據分析 (Exploratory Data Analysis):本書還將強調如何利用 MATLAB 的可視化功能進行探索性數據分析,包括散點圖、箱綫圖、直方圖、熱力圖等,以幫助用戶發現數據中的模式和關聯。 5. 控製係統設計與仿真 控製係統工具箱 (Control System Toolbox):控製理論是工程領域不可或缺的一部分。本書將全麵介紹控製係統工具箱,包括係統錶示(傳遞函數、零極點模型、狀態空間模型)、時域分析(瞬態響應、穩態響應)、頻域分析(Bode圖、Nyquist圖、Nichols圖)、根軌跡分析、PID控製器設計、狀態反饋控製、可觀測性和可控性分析、綫性二次調節器(LQR)等。`tf`、`ss`、`step`、`bode`、`rlocus`、`pid`、`lqr` 等函數是講解的核心。 模型預測控製工具箱 (Model Predictive Control Toolbox):對於需要實現高級控製策略的用戶,本書將介紹模型預測控製(MPC)的基本原理和工具箱的使用方法,包括模型構建、優化問題求解、控製器設計等。 6. 機器學習與深度學習 機器學習工具箱 (Statistics and Machine Learning Toolbox - 擴展部分):本書將更深入地探討機器學習工具箱在監督學習(分類、迴歸)和無監督學習(聚類、降維)方麵的應用。重點將放在更復雜的算法,如支持嚮量機 (`fitcsvm`)、集成學習 (`fitensemble`,如 Bagging、Boosting) 以及各種模型的性能評估和調優。 深度學習工具箱 (Deep Learning Toolbox):隨著深度學習的興起,MATLAB 提供瞭強大的深度學習工具箱。本書將介紹神經網絡的基本結構(全連接網絡、捲積神經網絡CNN、循環神經網絡RNN)、層類型、激活函數、損失函數、優化器,以及如何構建、訓練和部署深度學習模型。`layerGraph`、`trainingOptions`、`trainNetwork`、`predict` 等函數將是核心講解內容。我們將通過圖像識彆、文本分類等經典應用來展示深度學習的威力。 7. 其他重要工具箱 金融工具箱 (Financial Toolbox):為金融領域的專業人士提供量化分析、投資組閤優化、風險管理、期權定價等功能。 經濟學工具箱 (Econometrics Toolbox):用於時間序列分析、計量經濟學模型估計、預測等。 並行計算工具箱 (Parallel Computing Toolbox):講解如何利用多核處理器和 GPU 加速 MATLAB 計算,提高處理大規模數據的效率。 數據庫連接工具箱 (Database Toolbox):介紹如何連接和操作各種數據庫,實現數據導入導齣。 Simulink (簡要介紹):雖然 Simulink 是一個獨立的圖形化建模和仿真環境,但它與 MATLAB 工具箱緊密集成。本書將簡要介紹 Simulink 的基本概念以及其與 MATLAB 工具箱的協同工作方式,尤其是在控製係統和信號處理領域。 本書特點 循序漸進,結構清晰:本書按照工具箱的領域和功能進行劃分,從基礎到高級,逐步深入,確保讀者能夠輕鬆理解。 內容詳實,覆蓋全麵:盡可能收錄瞭 MATLAB R2013a 版本中的所有重要工具箱,並對其核心功能進行詳細介紹。 理論與實踐相結閤:每項功能都配有豐富的代碼示例,直觀易懂,讀者可以復製代碼並進行修改實驗,快速掌握。 注重應用場景:不僅講解函數用法,更強調在實際工程和科學問題中的應用,幫助讀者解決實際問題。 專業術語準確:力求使用專業、準確的術語,並對關鍵概念進行解釋。 目標讀者 本書適閤以下人群: MATLAB 初學者:想要係統學習 MATLAB 工具箱功能,快速入門科研或工程應用。 MATLAB 進階用戶:希望深入瞭解特定工具箱的高級功能,解決更復雜的問題。 工程師和研究人員:在電子工程、通信工程、機械工程、航空航天、生物醫學、金融、物理、化學等領域需要利用 MATLAB 進行數據分析、建模、仿真和算法開發。 計算機科學和數據科學專業的學生:學習和掌握 MATLAB 在數值計算、機器學習、深度學習等領域的應用。 結語 MATLAB R2013a 版本憑藉其強大的功能和不斷完善的工具箱,持續為科學研究和工程實踐提供強大的支持。本書《MATLAB R2013a 工具箱手冊大全》將是您在 MATLAB 學習和應用道路上不可或缺的良師益友。我們希望通過本書,能夠激發您對 MATLAB 工具箱更深入的探索,並幫助您在各自的專業領域取得卓越的成就。