姜增如  北京理工大学副教授，硕士生导师。目前任职于深圳北理莫斯科大学，主讲“Python程序设计”“MATLAB程序设计”“MATLAB在自动控制理论中的应用”“C语言程序设计”“计算机网络基础”等课程。先后出版专业教材六部，与企业合作科研项目两项，指导广东省科技创新战略专项资金项目一项。

本书以MATLAB2023a为操作平台，每个章节使用【实战练习】进行讲解，由浅入深、通俗易懂。该书共分为十章，内容从最基本的窗口操作开始，由矩阵使用到MATLAB的建模应用，共计使用了三百多个案例贯穿于每个章节中。所有例程内嵌程序命令、注释、说明和运行结果，图文并茂。该教材不仅适合理工类所有专业学生使用，也可作为一本计算机语言的开启和提高课程教材。本书讲解重视边学边练，配合演示文稿的课件和实战练习，有助于课堂教学和学生自学。特别在增强学习的可视性方面，书中的APP设计案例新颖实用，几乎涵盖了所有基本组件的应用。且将二维、三维、网格、网面图、色彩的渲染、光照效果及图像的动画设计嵌到了App中，突出了人机交互界面展示。

第1章  MATLAB基础概述1

1.1  MATLAB主要功能1

1.2  MATLAB R2023a主窗口2

1.2.1  命令行窗口2

【实战练习1-1】命令行窗口的使用3

1.2.2  工具栏窗口3

1.3  命令行窗口操作6

1.3.1  常用命令行窗口命令6

【实战练习1-2】保存、导入及查看命令的使用6

【实战练习1-3】表达式运算7

1.3.2  命令行窗口常用快捷键7

1.4  App设计（Designer）8

1.4.1  App的功能8

1.4.2  App的使用9

【实战练习1-4】使用App设计简单GUI9

1.5  认识Simulink10

1.5.1  Simulink初始界面10

1.5.2  Simulink简单仿真案例11

【实战练习1-5】Simulink简单仿真模型11

1.6  帮助窗口12

1.6.1  help命令12

1.6.2  demo命令13

第2章  MATLAB矩阵与数组的应用14

2.1  常量和变量14

2.1.1  常量14

2.1.2  变量15

2.1.3  变量使用规则15

2.1.4  全局变量15

2.1.5  数据类型16

【实战练习2-1】变量的应用17

2.1.6  常用标点符号的使用18

2.2  矩阵操作18

2.2.1  创建矩阵的方法19

【实战练习2-2】创建实数和复数矩阵19

2.2.2  创建向量的方法19

2.2.3  常用特色矩阵20

【实战练习2-3】创建特色矩阵21

2.2.4  稀疏矩阵22

【实战练习2-4】创建稀疏矩阵22

【实战练习2-5】创建对角稀疏矩阵23

【实战练习2-6】创建带状稀疏矩阵24

2.2.5  矩阵拆分（分解）24

【实战练习2-7】矩阵拆分的应用25

【实战练习2-8】矩阵扩展的应用25

2.3  矩阵基本运算25

2.3.1  矩阵常用运算25

【实战练习2-9】矩阵算术运算的应用26

【实战练习2-10】矩阵乘法运算的应用27

【实战练习2-11】矩阵左除运算的使用28

【实战练习2-12】矩阵复数运算的应用28

【实战练习2-13】关系运算的应用29

【实战练习2-14】逻辑运算的应用29

2.3.2  矩阵、向量元素的和与积运算30

【实战练习2-15】求矩阵元素的和与积30

2.3.3  矩阵、向量累加和与累乘积30

【实战练习2-16】求矩阵列元素的累加和与累乘积30

2.3.4  矩阵平均值和中值31

【实战练习2-17】求矩阵的平均值和中值31

2.3.5  矩阵最大值、最小值与排序31

【实战练习2-18】求向量的最大值、最小值32

【实战练习2-19】求矩阵最大值、最小值32

【实战练习2-20】矩阵升序和降序的应用33

2.3.6  矩阵的秩、迹和条件数34

【实战练习2-21】求矩阵的秩、迹和条件数34

2.3.7  矩阵的逆35

【实战练习2-22】利用逆矩阵求方程组的解35

2.3.8  矩阵的特征值和特征向量35

【实战练习2-23】求矩阵的特征向量36

2.3.9  矩阵的海森伯格变换36

【实战练习2-24】求海森伯格变换矩阵36

2.4  MATLAB常用函数及应用37

2.4.1  常用数学函数37

【实战练习2-25】求指数、余数及最小公倍数38

【实战练习2-26】求复数的模、相角和共轭复数38

【实战练习2-27】求阶乘及组合数38

【实战练习2-28】求矩阵的点乘39

【实战练习2-29】求矩阵的秩、逆及行列式的值39

【实战练习2-30】求矩阵维数及非零元素个数39

【实战练习2-31】求向量元素的全排列及排列个数40

2.4.2  常用三角函数40

【实战练习2-32】求给定角度的三角函数值41

2.4.3  常用取整函数41

【实战练习2-33】不同取整函数的应用41

2.4.4  随机函数42

【实战练习2-34】随机函数的多种应用43

2.4.5  转换函数43

【实战练习2-35】不同进制转换函数的应用44

2.4.6  字符串处理函数44

【实战练习2-36】字符串的查找及连接45

2.4.7  判断函数45

【实战练习2-37】判断矩阵是否包含元素46

【实战练习2-38】判断矩阵数据类型46

【实战练习2-39】判断矩阵中的质数46

【实战练习2-40】判断矩阵中的非零元素47

2.4.8  查找函数47

【实战练习2-41】查找矩阵元素坐标位置47

2.4.9  测试向量（矩阵）零元素函数48

【实战练习2-42】测试向量和矩阵是否存在非零元素48

2.4.10  日期和时间函数49

【实战练习2-43】利用函数输出指定时间49

2.4.11  标准差函数50

【实战练习2-44】求矩阵的标准差51

2.4.12  函数句柄51

【实战练习2-45】利用句柄实现函数计算51

【实战练习2-46】利用句柄实现求导数52

【实战练习2-47】利用句柄实现矩阵运算52

2.5  MATLAB数组表示53

2.5.1  结构数组53

【实战练习2-48】建立结构体数组53

【实战练习2-49】结构数组操作54

2.5.2  元胞（单元）数组55

【实战练习2-50】元胞数组的应用57

【实战练习2-51】元胞数组操作及绘图57

【实战练习2-52】函数句柄的元胞数组应用58

2.6  数组集合运算59

2.6.1  交运算59

2.6.2  差运算59

2.6.3  并运算59

2.6.4  异或运算59

2.6.5  唯一性运算59

2.6.6  集合连接运算60

2.6.7  集合判断运算60

【实战练习2-53】数组集合的应用60

第3章  符号与多项式运算62

3.1  MATLAB中的符号运算62

3.1.1  符号变量与符号表达式62

【实战练习3-1】建立符号矩阵64

3.1.2  符号基本运算65

【实战练习3-2】符号算术运算65

【实战练习3-3】符号的关系运算与逻辑运算66

【实战练习3-4】符号表达式的替换67

3.2  多项式表示67

3.2.1  直接建立多项式67

3.2.2  使用函数建立多项式68

【实战练习3-5】符号与多项式的转换68

3.3  多项式运算68

3.3.1  多项式加、减运算69

【实战练习3-6】多项式加、减运算的应用69

3.3.2  多项式乘、除运算69

【实战练习3-7】多项式的乘、除运算的应用69

3.3.3  多项式分解、展开与提取70

【实战练习3-8】多项式分解与展开的应用70

【实战练习3-9】提取多项式的分子和分母70

【实战练习3-10】提取与展开三角函数多项式70

【实战练习3-11】合并同类项的应用71

3.3.4  多项式化简71

【实战练习3-12】化简并计算简单多项式71

【实战练习3-13】化简并计算复杂多项式72

3.3.5  表达式之间的转换72

【实战练习3-14】多项式替换的应用72

3.3.6  复合函数与反函数73

【实战练习3-15】复合函数及反函数的应用73

3.3.7  分数多项式通分73

【实战练习3-16】分数多项式通分计算的应用73

3.4  多项式求解（多项式方程求解）74

3.4.1  多项式的特征值（多项式的解）74

3.4.2  特征多项式系数74

【实战练习3-17】求多项式的解及多项式系数74

3.4.3  方程与方程组的符号解75

【实战练习3-18】求方程及方程组的数值解75

【实战练习3-19】求微分方程的符号解75

【实战练习3-20】求方程组的符号解76

【实战练习3-21】求复数乘积多项式的解76

3.4.4  多项式数值解77

【实战练习3-22】求多项式指定的数值解77

3.4.5  多项式拟合77

【实战练习3-23】温度值的直线拟合77

【实战练习3-24】求多项式的2阶和4阶拟合78

【实战练习3-25】求多项式的曲线拟合79

3.5  多项式求导79

3.5.1  多项式直接求导数79

【实战练习3-26】多项式求导的应用80

3.5.2  插值、拟合多项式并求导80

【实战练习3-27】插值、拟合多项式并求导数80

第4章  MATLAB的高等数学计算82

4.1  傅里叶变换与反变换82

4.1.1  傅里叶变换82

4.1.2  傅里叶反变换82

【实战练习4-1】求傅里叶变换及反变换82

4.1.3  快速傅里叶变换83

【实战练习4-2】快速傅里叶变换的应用84

4.1.4  快速傅里叶反变换84

【实战练习4-3】快速傅里叶反变换的应用85

4.2  拉普拉斯变换与反变换86

4.2.1  拉普拉斯变换86

4.2.2  拉普拉斯反变换86

【实战练习4-4】拉普拉斯变换和反变换应用86

4.3  Z变换与Z反变换86

4.3.1  Z变换87

4.3.2  Z反变换87

【实战练习4-5】Z变换和Z反变换应用87

4.4  求极限87

【实战练习4-6】极限求解应用88

4.5  求导数88

4.5.1  语法格式88

4.5.2  使用案例88

【实战练习4-7】导数求解应用88

【实战练习4-8】二阶导数及求值应用89

4.6  求积分89

4.6.1  使用int()函数求积分89

【实战练习4-9】求不定积分90

【实战练习4-10】求定积分90

【实战练习4-11】求二重积分90

4.6.2  使用quad()（quadl）函数求积分91

【实战练习4-12】利用小梯形的面积求定积分91

【实战练习4-13】利用函数求表达式积分92

4.7  零点与极值92

4.7.1  求零点92

【实战练习4-14】根据零点求解92

【实战练习4-15】求三角函数的零点93

4.7.2  求极值93

【实战练习4-16】求给定区间的极值93

4.8  方程求解93

4.8.1  线性方程组求解94

【实战练习4-17】使用除法求解多元方程组94

【实战练习4-18】使用函数求解多元方程组94

【实战练习4-19】使用solve()函数求解多元方程组符号解94

【实战练习4-20】使用solve()函数求解多元方程组数值解95

4.8.2  符号代数方程求解95

【实战练习4-21】符号代数方程求解的应用95

4.8.3  常微分方程（组）的求解96

【实战练习4-22】求方程通解96

【实战练习4-23】求方程特解96

【实战练习4-24】求方程组通解97

4.9  级数97

4.9.1  级数求和97

【实战练习4-25】求级数的前n项和98

4.9.2  一元函数的泰勒级数展开98

【实战练习4-26】求给定的泰勒展开式98

4.9.3  麦克劳林公式99

【实战练习4-27】求函数的麦克劳林展开式99

4.10  函数拟合与插值99

4.10.1  一维插值99

【实战练习4-28】正弦函数的一维插值及绘图100

【实战练习4-29】测试点的插值应用100

【实战练习4-30】利用默认插值并绘图101

【实战练习4-31】利用三次样条插值和线性插值绘图102

4.10.2  二维插值102

【实战练习4-32】对平均工资进行二维插值103

【实战练习4-33】对给定函数插值拟合三维曲面103

4.10.3  三维插值与三维切片104

【实战练习4-34】指定位置的三维函数切片绘图105

【实战练习4-35】根据给定三维函数进行不同三维插值并绘图105

4.10.4  多维散点数据插值106

【实战练习4-36】基于均匀网格对散点数据插值与拟合107

【实战练习4-37】基于四维函数网格插值、拟合与绘图107

【实战练习4-38】多维插值用于绘制精确图108

【实战练习4-39】同一样本数据四种插值及拟合的绘图比较109

第5章  MATLAB程序设计111

5.1  数据输入/输出111

5.1.1  数据输入111

【实战练习5-1】输入函数input( )的应用112

5.1.2  数据输出112

【实战练习5-2】无格式输出disp( )函数的应用112

【实战练习5-3】有格式输出fprintf( )函数的应用113

【实战练习5-4】字符串输出的应用114

【实战练习5-5】数值输出的应用114

5.2  命令的流程控制115

5.2.1  顺序结构115

【实战练习5-6】顺序结构程序应用115

5.2.2  选择结构115

【实战练习5-7】简单选择结构程序的应用116

【实战练习5-8】利用选择结构处理阶段函数116

【实战练习5-9】利用条件嵌套判断输入数据118

【实战练习5-10】利用条件嵌套购买折扣商品118

【实战练习5-11】利用多分支选择购买折扣商品120

【实战练习5-12】利用多分支选择将成绩分段输出120

5.2.3  循环结构122

【实战练习5-13】利用while循环计算阶乘122

【实战练习5-14】利用for循环计算矩阵行和列的和123

【实战练习5-15】利用条件和循环输出水仙花数123

【实战练习5-16】利用for循环绘制同心圆124

【实战练习5-17】利用for循环输出斐波那契级数124

5.2.4  break与continue语句125

【实战练习5-18】continue与break的应用125

【实战练习5-19】利用continue与break语句设计猜数小游戏125

【实战练习5-20】利用break语句设计抓奖程序126

【实战练习5-21】利用break和continue语句设计猜拳游戏127

5.2.5  循环嵌套128

【实战练习5-22】利用循环嵌套完成阶乘计算129

【实战练习5-23】利用循环嵌套完成条件购物129

【实战练习5-24】利用循环嵌套完成空心正方形输出130

【实战练习5-25】利用循环嵌套完成空心三角形输出130

【实战练习5-26】利用循环嵌套完成实心菱形输出131

【实战练习5-27】利用循环嵌套完成回字形输出132

【实战练习5-28】利用循环嵌套实现概率抽取133

5.2.6  try语句134

【实战练习5-29】利用try语句实现矩阵乘积135

5.3  m文件135

5.3.1  脚本文件与函数文件135

5.3.2  函数文件的基本使用136

【实战练习5-30】利用函数将直角坐标转换为极坐标137

【实战练习5-31】利用递归函数求阶乘137

【实战练习5-32】利用递归函数求斐波那契级数137

【实战练习5-33】利用函数求一元二次方程的解138

5.3.3  函数文件的嵌套使用139

【实战练习5-34】利用函数嵌套调用实现矩阵运算139

【实战练习5-35】利用函数嵌套绘制微分方程曲线141

【实战练习5-36】利用函数嵌套调用求极值142

5.4  文件操作142

5.4.1  文件操作函数143

5.4.2  文件的打开143

5.4.3  二进制文件的读写143

【实战练习5-37】读二进制文件144

【实战练习5-38】写二进制文件144

【实战练习5-39】二进制文件读写操作145

5.4.4  文件的关闭145

5.4.5  文本文件的读写145

【实战练习5-40】读文本文件146

【实战练习5-41】写文本文件147

5.4.6  文件定位和查询文件状态147

【实战练习5-42】对文本文件进行操作148

5.4.7  按行读取文件数据148

【实战练习5-43】读取文件生成矩阵148

【实战练习5-44】数据文件的读写与输出149

5.5  MATLAB面向对象设计方法149

5.5.1  类的定义及说明149

5.5.2  类的应用案例150

【实战练习5-45】完成一个简单类的调用150

【实战练习5-46】使用类调用完成判别式151

【实战练习5-47】使用类绘制三维网格图152

【实战练习5-48】使用类计算三角形面积152

5.5.3  类的继承和多态154

【实战练习5-49】类的继承与多态应用154

5.5.4  类中get()和set()函数156

【实战练习5-50】类中get()和set()函数的应用157