本书面向MATLAB的初、中级读者，在介绍MATLAB R2024a集成环境的基础上，对MATLAB使用中常用的知识和工具进行了详细的介绍。书中各章均提供了大量有针对性的示例，可供读者进行实战练习。 根据内容的侧重点不同，全书分为4部分，共20章：第1～5章为基础部分，第6～11章为数学应用部分，第12～16章为工程应用部分，第17～20章为高级应用部分。另外，本书附赠专业应用部分的相关内容（以电子书形式呈现）。为了使读者能够更好地操作MATLAB，本书中示例的命令已记录在M文件及其他相关文件中，读者可以将相关的目录设置为工作目录，直接使用M文件进行操作，以便快速掌握MATLAB的使用方法。

刘浩，博士，毕业于北京航空航天大学，博士后出站，现就职于重庆大学，从事教学、科学研究与实验技术开发工作。承担航空、航天、汽车等领域课题研究20余项。在国内外著名期刊发表论文20余篇，多篇文章被SCI、EI收录，其中国际A类期刊5篇；获授权国家发明专利多项，使用MATLAB等工具从事科研工作近二十年，经验丰富。

第1部分
第1章　MATLAB概述 1
1.1 MATLAB简介 2
1.1.1 MathWorks及其产品概述 2
1.1.2 MATLAB的主要特点 2
1.1.3 MATLAB系统的组成 3
1.1.4 MATLAB应用程序简介 3
1.2 目录结构 4
1.3 工作环境 4
1.3.1 选项卡/组 5
1.3.2 命令行窗口 7
1.3.3 工作区窗口 7
1.4 通用命令 8
1.5 文件管理 9
1.5.1 当前文件夹窗口 9
1.5.2 搜索路径及其设置 9
1.6 帮助系统 11
1.6.1 纯文本帮助 11
1.6.2 帮助导航浏览器 12
1.7 示例展示 13
1.8 本章小结 14
第2章　基础知识 15
2.1 数据类型 16
2.1.1 数值型 16
2.1.2 逻辑型 20
2.1.3 字符型 22
2.1.4 函数句柄 24
2.1.5 结构体 25
2.1.6 数组类型 28
2.1.7 元胞数组 29
2.1.8 map容器 32
2.2 矩阵的基本操作 36
2.2.1 矩阵和数组的概念及其区别 36
2.2.2 矩阵的构造 37
2.2.3 矩阵大小及结构的改变 41
2.2.4 矩阵下标引用 42
2.2.5 矩阵信息的获取 45
2.2.6 矩阵的保存和加载 49
2.3 运算符 55
2.3.1 算术运算符 55
2.3.2 关系运算符 56
2.3.3 逻辑运算符 57
2.3.4 运算优先级 58
2.4 字符串处理函数 59
2.4.1 字符串或字符串数组的构造 59
2.4.2 字符串比较 60
2.4.3 字符串查找和替换 61
2.4.4 字符串和数值的转换 62
2.5 本章小结 62
第3章　数组与矩阵 63
3.1 数组运算 64
3.1.1 数组的创建和操作 64
3.1.2 数组的常见运算 67
3.2 矩阵操作 71
3.2.1 创建矩阵 71
3.2.2 改变矩阵大小 76
3.2.3 重构矩阵 78
3.3 矩阵元素的运算 78
3.3.1 矩阵的加减法运算 79
3.3.2 矩阵的乘法运算 80
3.3.3 矩阵的除法运算 81
3.3.4 矩阵的幂运算 81
3.3.5 矩阵元素的查找 82
3.3.6 矩阵元素的排序 83
3.3.7 矩阵元素的求和 83
3.3.8 矩阵元素的求积 84
3.3.9 矩阵元素的差分 85
3.4 矩阵运算 86
3.4.1 矩阵分析 86
3.4.2 矩阵分解 91
3.4.3 特征值和特征向量 97
3.5 稀疏矩阵 98
3.5.1 稀疏矩阵的存储方式 99
3.5.2 稀疏矩阵的生成 99
3.5.3 稀疏矩阵的运算 104
3.6 本章小结 104
第4章　程序设计 105
4.1 M文件编辑器 106
4.2 变量 109
4.2.1 变量的命名 109
4.2.2 变量的类型 109
4.2.3 特殊变量 110
4.2.4 关键字 110
4.3 控制流 111
4.3.1 顺序结构 111
4.3.2 if-else-end分支结构 112
4.3.3 switch-case结构 113
4.3.4 try-catch结构 115
4.3.5 for循环结构 116
4.3.6 while循环结构 118
4.4 常用指令 119
4.4.1 return指令 119
4.4.2 input指令和keyboard指令 119
4.4.3 pause指令 120
4.4.4 continue指令 120
4.4.5 break指令 120
4.4.6 error指令和warning指令 121
4.5 脚本和函数 121
4.5.1 脚本 121
4.5.2 函数 122
4.5.3 M文件的一般结构 124
4.5.4 匿名函数、子函数、私有函数与私有目录 126
4.5.5 重载函数 128
4.5.6 eval函数和feval函数 128
4.5.7 内联函数 130
4.5.8 向量化和预分配 133
4.5.9 函数的函数 133
4.5.10 P码文件 134
4.6 变量的检测与传递 136
4.6.1 输入/输出变量检测指令 136
4.6.2 “可变数量”输入/输出变量 136
4.6.3 跨空间变量传递和赋值 138
4.7 程序调试 140
4.7.1 程序调试的基本概念 140
4.7.2 直接调试法 141
4.7.3 使用调试函数进行调试 141
4.7.4 工具调试法 145
4.7.5 程序的性能优化技术 145
4.8 本章小结 147
第5章　数据可视化 148
5.1 图形绘制 149
5.1.1 离散数据及离散函数 149
5.1.2 连续函数 150
5.1.3 图形绘制示例 150
5.1.4 图形绘制的基本步骤 152
5.2 二维图形绘制 152
5.2.1 plot指令 153
5.2.2 栅格 157
5.2.3 文字说明 157
5.2.4 线型、标记和颜色 160
5.2.5 坐标轴设置 162
5.2.6 图形叠绘 163
5.2.7 子图绘制 164
5.2.8 交互式绘图 165
5.2.9 双坐标轴绘制 166
5.2.10 fplot绘图指令 167
5.2.11 ezplot绘图指令 168
5.2.12 特殊坐标轴绘图 169
5.2.13 二维特殊图形函数 171
5.3 三维图形绘制 175
5.3.1 三维曲线图绘制 175
5.3.2 三维网格图绘制 176
5.3.3 三维曲面图绘制 177
5.3.4 光照模型 178
5.3.5 绘制等值线图 179
5.4 四维图形可视化 180
5.4.1 用颜色描述第四维 180
5.4.2 其他函数 181
5.5 本章小结 182
第2部分
第6章　数值计算 183
6.1 多项式及其函数 184
6.1.1 多项式的表达式和创建 184
6.1.2 多项式求根 185
6.1.3 多项式的四则运算 186
6.1.4 多项式的导数、积分与估值 188
6.1.5 多项式运算函数及操作指令 189
6.1.6 有理多项式 190
6.2 数据插值 191
6.2.1 一维插值 192
6.2.2 二维插值 194
6.3 函数的极限 195
6.3.1 极限的概念 196
6.3.2 求极限的函数 196
6.4 函数数值积分 197
6.4.1 数值积分问题的数学表述 197
6.4.2 一元函数的数值积分 198
6.4.3 多重数值积分 199
6.5 本章小结 200
第7章　符号计算 201
7.1 符号计算概述 202
7.2 符号对象和符号表达式 202
7.2.1 对象创建命令 202
7.2.2 对象创建示例 203
7.2.3 运算符和基本函数 205
7.2.4 对象类别识别函数 208
7.2.5 表达式中的变量确定 210
7.2.6 符号计算的精度 211
7.3 符号表达式的基本操作 212
7.3.1 符号表达式的显示 212
7.3.2 符号表达式的合并 212
7.3.3 符号表达式的展开 213
7.3.4 符号表达式的嵌套 214
7.3.5 符号表达式的分解 214
7.3.6 符号表达式的化简 215
7.4 符号表达式的替换 215
7.4.1 subs替换函数 216
7.4.2 subexpr替换函数 216
7.5 符号函数的操作 217
7.5.1 复合函数操作 217
7.5.2 反函数操作 218
7.6 微积分 218
7.6.1 极限 219
7.6.2 微分 220
7.6.3 积分 221
7.6.4 级数求和 221
7.6.5 泰勒级数 222
7.7 积分变换 223
7.7.1 傅里叶变换 223
7.7.2 拉普拉斯变换 224
7.7.3 Z变换 224
7.8 方程求解 226
7.8.1 代数方程求解 226
7.8.2 微分方程求解 228
7.9 符号分析可视化 229
7.9.1 funtool分析界面 230
7.9.2 Taylor Tool分析界面 233
7.10 本章小结 234
第8章　概率统计 235
8.1 产生随机数 236
8.1.1 二项分布随机数的产生 236
8.1.2 正态分布随机数的产生 236
8.1.3 常见分布随机数的产生 237
8.1.4 控制随机数生成器 238
8.2 概率密度计算 238
8.2.1 通用函数概率密度值 238
8.2.2 专用函数概率密度值 240
8.3 累积概率分布 241
8.3.1 通用函数累积概率值 241
8.3.2 专用函数累积概率值 243
8.4 统计特征 243
8.4.1 平均值、中值 243
8.4.2 数据比较 244
8.4.3 期望 245
8.4.4 方差和标准差 245
8.4.5 协方差与相关系数 246
8.5 统计作图 247
8.5.1 正整数频率表 247
8.5.2 累积分布函数图形 248
8.5.3 最小二乘拟合直线 248
8.5.4 绘制正态分布概率图形 249
8.5.5 样本数据的盒图 250
8.5.6 参考线绘制 251
8.5.7 样本概率图形 252
8.5.8 正态拟合直方图 253
8.6 本章小结 254
第9章　数学建模基础 255
9.1 曲线拟合函数 256
9.1.1 多项式拟合 256
9.1.2 加权最小方差拟合原理及示例 257
9.1.3 非线性曲线拟合 259
9.2 参数估计函数 260
9.2.1 常见分布的参数估计 261
9.2.2 点估计 262
9.2.3 区间估计 264
9.3 参数传递 265
9.3.1 输入参数和输出参数的数目 265
9.3.2 可变数目的参数传递 266
9.3.3 返回被修改的输入参数 267
9.3.4 全局变量 268
9.4 本章小结 269
第10章　智能算法 270
10.1 粒子群算法实现 271
10.1.1 基本原理 271
10.1.2 程序设计 272
10.1.3 经典应用 279
10.2 遗传算法实现 283
10.2.1 基本原理 284
10.2.2 程序设计 286
10.2.3 经典应用 292
10.3 蚁群算法概述 298
10.3.1 基本原理 298
10.3.2 程序设计 299
10.3.3 经典应用 301
10.4 本章小结 308
第11章　偏微分方程 309
11.1 偏微分方程工具箱 310
11.1.1 偏微分方程常见类型 310
11.1.2 偏微分方程的求解过程 315
11.2 求解偏微分方程 317
11.2.1 求解椭圆方程 317
11.2.2 求解抛物线方程 321
11.2.3 求解双曲线方程 325
11.2.4 求解特征值方程 329
11.3 本章小结 333
第3部分
第12章　优化工具 334
12.1 优化常用函数及最优化问题 335
12.1.1 优化常用函数 335
12.1.2 最优化问题 337
12.2 线性规划 339
12.2.1 线性规划函数 340
12.2.2 线性规划的应用 341
12.3 无约束非线性规划 349
12.3.1 基本数学原理介绍 349
12.3.2 无约束非线性规划函数 350
12.3.3 无约束非线性规划的应用 353
12.4 二次规划 354
12.4.1 二次规划函数quadprog 354
12.4.2 二次规划的应用 356
12.5 有约束最小化 357
12.5.1 有约束最小化函数fmincon 357
12.5.2 有约束最小化的应用 360
12.6 目标规划 361
12.6.1 目标规划函数fgoalattain 361
12.6.2 目标规划的应用 363
12.7 最大最小化 368
12.7.1 最大最小化函数fminimax 368
12.7.2 最大最小化的应用 369
12.8 本章小结 371
第13章　句柄图形对象 372
13.1 句柄图形对象体系 373
13.1.1 句柄图形组织 373
13.1.2 句柄图形对象类型简介 374
13.2 句柄图形对象操作 374
13.2.1 创建对象 374
13.2.2 访问对象句柄 376
13.2.3 复制和删除对象 378
13.2.4 控制图形输出 379
13.2.5 保存句柄 383
13.3 句柄图形对象属性设置 384
13.3.1 设置属性 384
13.3.2 设置默认属性 385
13.3.3 通用属性 388
13.4 Figure对象 388
13.4.1 Figure对象介绍 388
13.4.2 Figure对象操作 390
13.5 Axes对象 390
13.5.1 标签与外观 390
13.5.2 位置 391
13.5.3 一图多轴 392
13.5.4 坐标轴控制 395
13.5.5 线条颜色控制 397
13.5.6 绘图操作 398
13.6 其他对象 399
13.6.1 Core对象 399
13.6.2 Plot对象 400
13.6.3 Group对象 402
13.6.4 Annotation对象 403
13.7 本章小结 404
第14章　Simulink仿真基础 405
14.1 Simulink概述 406
14.1.1 基本概念 406
14.1.2 工作环境与启动 408
14.1.3 模型特点 410
14.1.4 模块组成 412
14.1.5 数据类型 412
14.1.6 模块和模块库 418
14.1.7 常用工具 422
14.1.8 示例演示 424
14.2 模型创建 426
14.2.1 模块的基本操作 427
14.2.2 模型和模型文件 430
14.2.3 模型创建流程 431
14.2.4 模块的基本操作 436
14.2.5 模块连接与处理 438
14.3 过零检测和代数环 439
14.3.1 过零检测 439
14.3.2 代数环 441
14.4 本章小结 442
第15章　Simulink仿真应用 443
15.1 子系统的创建和封装 444
15.1.1 子系统介绍 444
15.1.2 创建子系统 445
15.1.3 封装子系统 447
15.2 仿真模型分析 450
15.2.1 模型状态的确定 451
15.2.2 线性化的数学描述 453
15.2.3 平衡点分析 454
15.2.4 微分方程的求解算法 455
15.3 运行仿真 456
15.3.1 启动仿真 456
15.3.2 仿真配置 459
15.3.3 优化仿真过程 464
15.4 模型调试 467
15.5 实例应用 468
15.5.1 基于微分方程的Simulink建模 468
15.5.2 离散时间系统的建模与仿真 470
15.5.3 调用MATLAB工作区中的信号矩阵信源 472
15.6 本章小结 474
第16章　Stateflow应用初步 475
16.1 Stateflow基础 476
16.1.1 Stateflow的定义 476
16.1.2 状态图编辑器 476
16.1.3 状态操作 478
16.1.4 转移操作 479
16.1.5 流程图 480
16.2 并行机制 483
16.2.1 设置状态关系 483
16.2.2 并行状态活动顺序配置 484
16.2.3 本地事件广播 484
16.2.4 直接事件广播 485
16.3 Stateflow的对象 486
16.3.1 真值表 486
16.3.2 图形函数 488
16.4 本章小结 489
第4部分
第17章　App设计 490
17.1 App设计工具介绍 491
17.1.1 App设计工具的特点 491
17.1.2 构建App的动力 491
17.1.3 构建App 492
17.1.4 构建实时编辑器任务 493
17.2 App设计工具操作界面 494
17.2.1 启动App设计工具 494
17.2.2 设计视图下的操作界面 495
17.2.3 代码视图下的操作界面 497
17.3 创建并运行简单的App 499
17.3.1 建立新的App 499
17.3.2 创建组件 499
17.3.3 添加回调 500
17.3.4 运行App 501
17.4 在设计工具中显示图形 502
17.4.1 在现有坐标区中显示图形 502
17.4.2 在容器中显示图形 504
17.4.3 以编程方式创建坐标区 506
17.4.4 使用不带目标参数的函数 508
17.4.5 使用不支持自动调整大小的函数 508
17.5 设计绘图App 509
17.5.1 布局UI组件 510
17.5.2 App行为编程 511
17.5.3 代码解析 512
17.5.4 运行App 515
17.6 获取App 516
17.7 本章小结 517
第18章　文件操作 518
18.1 文件夹的管理 519
18.1.1 当前文件夹管理 519
18.1.2 创建文件夹 522
18.1.3 删除文件夹 523
18.1.4 复制或移动文件或文件夹 523
18.2 打开和关闭文件 526
18.2.1 打开文件 526
18.2.2 关闭文件 527
18.3 工作区数据文件 528
18.3.1 输出数据到MAT文件中 528
18.3.2 读取MAT文件——load函数 529
18.3.3 查看MAT文件的变量 529
18.4 读/写二进制文件 530
18.4.1 写二进制文件 530
18.4.2 读二进制文件 531
18.5 读/写文本文件 533
18.5.1 写文本文件 533
18.5.2 读文本文件 534
18.5.3 其他读/写文本文件的函数 537
18.6 文件内的位置控制 542
18.7 导入数据 544
18.8 本章小结 545
第19章　编译器 546
19.1 编译器概述 547
19.2 编译器的安装和配置 547
19.2.1 编译器的安装 547
19.2.2 编译器的配置 547
19.3 编译过程 548
19.4 编译命令mcc 548
19.5 编译生成独立可执行的应用程序 549
19.5.1 编译M文件 550
19.5.2 编译图形绘制M文件 551
19.5.3 由含feval指令的M文件生成EXE文件 552
19.5.4 编译GUI文件 554
19.6 本章小结 555
第20章　外部接口 556
20.1 接口概述 557
20.1.1 MEX文件介绍 557
20.1.2 MAT文件介绍 557
20.1.3 MATLAB计算引擎介绍 557
20.2 MEX文件应用 558
20.2.1 MEX文件的结构 558
20.2.2 创建C/C++语言MEX文件 559
20.2.3 调试C/C++语言MEX程序文件 563
20.3 MAT文件应用 564
20.3.1 使用C/C++语言创建MAT文件的过程 565
20.3.2 使用C/C++语言创建MAT文件示例 565
20.3.3 使用C/C++语言读取MAT文件示例 567
20.4 计算引擎应用 570
20.5 调用Java语言 570
20.5.1 Java接口使用 571
20.5.2 Java接口编程应用示例 575
20.6 本章小结 575