《MATLAB中文版从入门到精通》全面讲解了MATLAB软件的基础知识和工程应用，包括MATLAB编程环境、MATLAB基础知识、矩阵分析、集合、二维图形绘制、三维图形绘制、数学统计图形、图像处理、字符串设计、微分方程、文件I/O、线性方程组求解、概率和数据统计分析、电影与动画、优化设计以及形态学图像处理。全书内容由浅入深，通过实例来介绍各函数的使用，步骤详细，便于读者掌握参数的设置方法。

为了便于读者学习，随书配送了电子资料包，其中包含全书实例操作过程录屏讲解的MP4文件和实例源文件。为了更进一步地方便读者的学习，作者亲自对实例动画进行了配音讲解，通过扫描二维码，下载本书实例操作视频的MP4文件，读者可以像看电影一样轻松愉悦地学习本书。

本书适合广大工程技术人员和相关专业的学生使用，也可以作为大、中专院校和职业培训机构的教材或教学参考书。

前  言

MATLAB是美国MathWorks公司出品的一款优秀的数学计算软件，其强大的数值计算和数据可视化能力令人震撼。目前，MATLAB已经成为多种学科必不可少的计算工具，熟练使用MATLAB是自动控制、应用数学、信息与计算科学等专业大学生与研究生必须掌握的基本技能。

MATLAB本身是一个极为丰富的资源库。对于大多数用户来说，MATLAB有部分内容看起来是“透明”的，即用户能明白其全部细节；另有部分内容表现为“灰色”，即用户虽明白其原理，但是对于具体的执行细节不能完全掌握；还有部分内容则“全黑”，即用户对它们一无所知。本书将对MATLAB的各个功能模块进行全面讲解，并对常用的操作技巧进行总结，可使读者快速掌握其应用技能。

一、编写目的

目前，MATLAB已经得到了很大程度的普及，它不仅成为各大公司和科研机构的专用软件，在各高校中同样也广受欢迎，越来越多的学生借助MATLAB来进行数学分析、图像处理、仿真分析。

为了帮助零基础读者快速掌握MATLAB的使用方法，本书从基础着手，详细对MATLAB基本函数的功能进行介绍，同时根据不同学科读者的需求，在数学计算、图形绘制、仿真分析、最优化设计和外部接口编程等方面进行了详细的介绍，可让读者入宝山而满载归。

二、本书特点

1．循序渐进

内容的讲解由浅入深、从易到难，以必要的基础知识作为铺垫，结合实例来逐步引导读者掌握软件的功能与操作技巧，让读者轻松地进入顺畅学习的轨道，逐步提高软件应用能力。

2．覆盖全面

本书在立足软件基本功能应用的基础上，全面介绍了软件的各个功能模块，可使读者全面掌握软件的强大功能，提高数学计算和工程应用能力。

3．画龙点睛

本书在讲解基础知识和相应实例的过程中，及时对某些技巧进行总结，对知识的关键点给出提示，这样能够使读者少走弯路，快速提高能力。

4．突出技能提升

本书中有很多实例本身就是工程分析项目案例，经过作者精心提炼和改编，不仅能保证读者学好知识点，更重要的是能帮助读者掌握实际的操作技能。全书结合实例详细讲解了MATLAB的知识要点，让读者在学习案例的过程中自然地掌握MATLAB软件的操作技巧，同时也有助于读者培养工程设计能力。

三、本书的配套资源

为了使读者朋友在最短的时间学会并精通这门技术。本书提供了极为丰富的学习配套资源，可通过扫描二维码下载。

1．397集大型高清多媒体教学视频（动画演示）

为了方便读者学习，本书针对大多数实例，专门制作了397集多媒体图像、语音视频录像（动画演示），读者可以通过视频像看电影一样轻松愉悦地学习本书内容。

2．全书实例的源文件

本书附带了很多实例，电子资料中包含实例的源文件和用到的个别素材，读者可以安装最新的MATLAB软件，打开并使用它们。

四、关于本书的服务

1．MATLAB安装软件的获取

按照本书中的实例进行操作练习，以及使用MATLAB进行计算和分析，需要事先在计算机上安装MATLAB软件。读者可以登录MATLAB官方网站联系购买正版软件，或者使用其试用版。

2．关于本书的技术问题或有关本书信息的发布

读者朋友遇到有关本书的技术问题，可以扫描封底“文泉云盘”二维码查看是否已发布相关勘误或解疑文档，如果没有，可在下方寻找作者联系方式，或单击“读者反馈”留下问题，我们会及时回复。

3．关于手机在线学习

扫描书中二维码，可在手机中观看对应的教学视频，充分利用碎片时间，随时随地学习MATLAB使用技能。需要强调的是，书中给出的只是实例的重点步骤，实例详细操作过程还需通过视频来仔细领会。

五、关于作者

本书由CAD/CAM/CAE技术联盟组织编写，王敏、刘昌丽、解江坤参与了具体的编写工作。CAD/CAM/CAE技术联盟是一个集CAD/CAM/CAE技术研讨、工程开发、培训咨询和图书创作为一体的工程技术人员协作联盟，包含30多位专职和众多兼职CAD/CAM/CAE工程技术专家。其创作的很多教材已成为国内具有引导性的旗帜作品，在国内相关专业方向图书创作领域具有举足轻重的地位。

六、致谢

在本书的写作过程中，策划编辑贾小红和艾子琪女士给予了很大的帮助和支持，提出了很多中肯的建议，在此表示感谢。同时，还要感谢清华大学出版社的所有编审人员为本书的出版所付出的辛勤劳动。本书的成功出版是大家共同努力的结果，谢谢所有给予支持和帮助的人士。

编  者

2021年3月

第1章　MATLAB编程环境 1

（视频讲解：9分钟）

1.1　MATLAB概述 1

1.1.1　MATLAB系统的发展历程 1

1.1.2　MATLAB的特点 3

1.1.3　MATLAB的主要功能 3

1.1.4　MATLAB的应用领域 4

1.2　MATLAB系统 5

1.2.1　MATLAB的主要组成部分 5

1.2.2　MATLAB的重要部件 6

1.3　MATLAB开发环境 8

1.3.1　MATLAB软件开发环境 9

1.3.2　MATLAB搜索路径 13

1.3.3　MATLAB变量保存 13

1.4　M文件 15

1.4.1　M文件分类 15

1.4.2　文件编辑器 17

1.4.3　打开文件 18

1.4.4　文件删除与回收 21

1.5　MATLAB命令的组成 22

1.5.1　基本符号 22

1.5.2　功能符号 23

1.5.3　常用指令 25

第2章　MATLAB基础知识 27

（视频讲解：36分钟）

2.1　变量和数据操作 27

2.1.1　变量与赋值 27

2.1.2　预定义变量 28

2.1.3　常用数学函数 29

2.1.4　数据的输出格式 30

2.1.5　数据类型 31

2.2　运算符 33

2.2.1　算术运算符 33

2.2.2　关系运算符 34

2.2.3　逻辑运算符 34

2.2.4　运算优先级 36

2.3　日期和时间 36

2.3.1　日期和时间的表示形式 36

2.3.2　日期和时间的格式转换 42

2.3.3　计时函数 45

2.3.4　日期和时间函数的提取 46

2.4　复数及其运算 48

2.4.1　复数的表示 48

2.4.2　复数的基本元素函数 49

2.4.3　复数的操作函数 50

第3章　矩阵分析 52

（视频讲解：90分钟）

3.1　矩阵的基本操作 52

3.1.1　矩阵的创建 52

3.1.2　矩阵的扩展 55

3.1.3　矩阵的转置 56

3.1.4　矩阵的求逆 58

3.1.5　矩阵的旋转 60

3.1.6　矩阵的翻转 61

3.1.7　矩阵的变维 62

3.1.8　矩阵的信息 64

3.2　矩阵的基本数值运算 66

3.2.1　矩阵的加减运算 66

3.2.2　矩阵的乘法运算 68

3.2.3　矩阵的除法运算 70

3.3　矩阵元素的计算 71

3.3.1　矩阵元素的引用 71

3.3.2　矩阵元素的删除 72

3.3.3　矩阵元素的查找 73

3.3.4　矩阵元素的排序 74

3.4　特殊矩阵 74

3.4.1　空矩阵 74

3.4.2　全零矩阵 75

3.4.3　随机矩阵 76

3.4.4　全1矩阵 80

3.4.5　单位矩阵 81

3.4.6　伴随矩阵 82

3.4.7　测试矩阵 83

3.4.8　魔方矩阵 85

3.4.9　托普利兹矩阵 86

3.4.10　范德蒙矩阵 87

3.4.11　希尔伯特矩阵 88

3.4.12　阿达马矩阵 89

3.4.13　汉克尔矩阵 90

3.4.14　帕斯卡矩阵 90

3.4.15　Rosser矩阵 92

3.5　矩阵的特征和线性代数 92

3.5.1　矩阵的范数与条件数 92

3.5.2　特征值和特征向量 97

3.6　矩阵分解 101

3.6.1　楚列斯基（Cholesky）分解 101

3.6.2　LU分解 102

3.6.3　LDMT与LDLT分解 103

3.6.4　QR分解 106

3.6.5　SVD分解 109

3.6.6　舒尔（Schur）分解 110

3.6.7　海森伯格（Hessenberg）分解 111

第4章　集合 113

（视频讲解：15分钟）

4.1　集合分类 113

4.1.1　空集 113

4.1.2　子集 114

4.1.3　交集和并集 114

4.1.4　差集 115

4.2　集合操作函数 115

4.2.1　intersect函数 115

4.2.2　union函数 116

4.2.3　setdiff函数 117

4.2.4　setxor函数 118

4.3　集合元素函数 120

4.3.1　ismember函数 120

4.3.2　unique函数 121

4.3.3　issorted函数 122

第5章　二维图形绘制 125

（视频讲解：42分钟）

5.1　二维曲线的绘制 125

5.1.1　绘制二维图形 125

5.1.2　多图形显示 131

5.1.3　函数图形的绘制 133

5.2　图形属性设置 137

5.2.1　图形放大与缩小 137

5.2.2　颜色控制 138

5.3　坐标系与坐标轴 139

5.3.1　坐标系的调整 139

5.3.2　极坐标系下绘图 141

5.3.3　半对数坐标系下绘图 142

5.4　图形注释 143

5.4.1　注释图形标题及轴名称 144

5.4.2　图形标注 145

5.4.3　图例标注 148

5.5　操作实例—编写一个普通话等级

考试评定函数 150

第6章　三维图形绘制 154

（视频讲解：64分钟）

6.1　三维绘图 154

6.1.1　三维曲线绘图函数 154

6.1.2　三维网格函数 158

6.1.3　三维曲面函数 162

6.1.4　柱面与球面 167

6.1.5　散点图函数 169

6.2　三维图形修饰处理 171

6.2.1　视角处理 171

6.2.2　颜色处理 173

6.2.3　光照处理 178

6.3　操作实例—绘制函数的三维视图 182

第7章　数学统计图形 185

（视频讲解：84分钟）

7.1　特殊图形 185

7.1.1　统计图形 185

7.1.2　离散数据图形 193

7.1.3　向量图形 198

7.2　三维统计图形 202

7.2.1　三维条形图 202

7.2.2　三维饼图 203

7.2.3　三维火柴杆图 205

7.2.4　三维箭头图 207

7.2.5　三维图形等值线 209

7.3　流场图 221

7.3.1流锥图? 221

7.3.2流线图? 223

7.3.3流管图 225

7.3.4流带图 226

第8章　图像处理 228

（视频讲解：69分钟）

8.1　图像处理基本操作 228

8.1.1　图像的显示 228

8.1.2　图像的读写 232

8.1.3　图像格式的转换 239

8.1.4　图像信息查询 242

8.2　图像的显示函数 243

8.2.1　图像色轴显示 244

8.2.2　颜色图设置 245

8.2.3　预览图片 253

8.2.4　图像的缩放 254

8.2.5　图像亮度显示 257

8.2.6　图像边界设置 259

8.2.7　纹理映射 260

8.2.8　显示多幅图像 261

第9章　字符串设计 267

（视频讲解：51分钟）

9.1　符号与多项式 267

9.1.1　字符串 267

9.1.2　单元型变量 270

9.1.3　结构型变量 273

9.1.4　多项式的构造及运算 274

9.2　符号运算 278

9.2.1　符号表达式的生成 278

9.2.2　符号表达式的运算 279

9.2.3　符号与数值间的转换 282

9.3　符号矩阵 283

9.3.1　创建符号矩阵 283

9.3.2　符号矩阵的其他运算 286

9.3.3　符号多项式的简化 288

9.4　多元函数分析 290

9.4.1　雅可比矩阵 290

9.4.2　实数矩阵的梯度 291

9.5　综合实例—电路问题 292

第10章　微分方程 294

（视频讲解：52分钟）

10.1　微分方程基本求解函数 294

10.2　常微分方程的数值解法 296

10.2.1　欧拉（Euler）方法 297

10.2.2　龙格-库塔（Runge-Kutta）方法 300

10.3　PDE模型方法 307

10.3.1　PDE模型创建 308

10.3.2　网格图 309

10.3.3　几何图形 313

10.3.4　边界条件 317

10.4　操作实例—带雅克比矩阵的非

线性方程组求解 318

第11章　文件I/O 322

（视频讲解：58分钟）

11.1　文件路径 322

11.1.1　显示搜索路径 323

11.1.2　搜索路径文件夹 325

11.2　文件夹的管理 328

11.2.1　当前文件夹管理 328

11.2.2　创建文件夹 329

11.2.3　删除文件夹 330

11.2.4　移动或复制文件夹 331

11.3　打开和关闭文件 332

11.3.1　打开文件 332

11.3.2　关闭文件 334

11.3.3　文件属性 335

11.4　文件内的位置控制 336

11.4.1　读取行 336

11.4.2　位置移动 337

11.5　读/写二进制文件 340

11.5.1　读二进制文件 340

11.5.2　写二进制文件 340

11.6　读/写文本文件 341

11.6.1　读文本文件 342

11.6.2　写文本文件 343

11.7　导入数据 345

11.8　读/写视频文件 346

11.8.1　读视频文件 346

11.8.2　写视频文件 349

11.8.3　视频信息查询 353

11.9　读/写音频文件 354

11.9.1　读音频文件 355

11.9.2　写音频文件 355

11.9.3　音频信息管理 356

第12章　线性方程组求解 357

（视频讲解：16分钟）

12.1　方程组简介 357

12.1.1　一元方程的求解 357

12.1.2　二元一次方程组的代入消元法 358

12.2　线性方程组求解 358

12.2.1　利用矩阵除法 358

12.2.2　判定线性方程组的解 359

12.2.3　利用矩阵的逆（伪逆）与除法求解 361

12.2.4　利用行阶梯形矩阵求解 363

12.2.5　利用矩阵分解法求解 364

12.2.6　非负最小二乘解 370

第13章　概率和数据统计分析 372

（视频讲解：32分钟）

13.1　概率问题 372

13.2　变量的数字特征 372

13.2.1　样本均值 373

13.2.2　样本方差与标准差 374

13.2.3　协方差和相关系数 375

13.3　数据可视化 376

13.3.1　离散情况 376

13.3.2　连续情况 378

13.4　方差分析 380

13.4.1　单因素方差分析 380

13.4.2　双因素方差分析 383

13.5　正交试验分析 387

13.5.1　正交试验的极差分析 387

13.5.2　正交试验的方差分析 389

13.6　操作实例—盐泉的钾性判别 393

第14章　电影与动画 397

（视频讲解：19分钟）

14.1　电影演示 397

14.1.1　帧的基础知识 397

14.1.2　图像制作电影 398

14.1.3　播放图像电影 399

14.2　动画演示 400

14.2.1　动画帧 400

14.2.2　动画线条 401

14.2.3　播放动画 406

第15章　优化设计 409

（视频讲解：32分钟）

15.1　优化问题概述 409

15.1.1　基本概念及分支 410

15.1.2　最优化问题的实现 412

15.2　线性规划 413

15.2.1　表述形式 413

15.2.2　MATLAB求解 414

15.3　无约束优化问题 421

15.3.1　无约束优化算法简介 421

15.3.2　MATLAB求解 422

15.4　约束优化问题 428

15.4.1　单变量约束优化问题 428

15.4.2　多元约束优化问题 431

15.4.3　Minimax问题 435

15.4.4　二次规划问题 438

第16章　形态学图像处理 442

（视频讲解：21分钟）

16.1　图像的逻辑运算 442

16.2　形态学图像处理运算 444

16.2.1　创建形态结构元素及形态偏移结构

  元素 444

16.2.2　基本运算 445

16.2.3　底帽滤波 449

16.2.4　顶帽滤波 450

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CAD/CAM/CAE技术联盟是一个CAD/CAM/CAE技术研讨、工程开发、培训咨询和图书创作的工程技术人员协作联盟，包含20多位专职和众多兼职CAD/CAM/CAE工程技术专家。

CAD/CAM/CAE技术联盟负责人由Autodesk中国认证考试中心首席专家担任，全面负责Autodesk中国官方认证考试大纲制定、题库建设、技术咨询和师资力量培训工作，成员精通Autodesk系列软件。其创作的很多教材成为国内具有引导性的旗帜作品，在国内相关专业方向图书创作领域具有举足轻重的地位。