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本书是MathWorks图书计划作品。本书凝聚了薛定宇教授30年的MATLAB科研与教学积淀、30年的MATLAB推广与普及经历！其授课视频在爱课程与中国慕课数拥有十万读者学习的视频课程！英文版全球同步发行！
视频公开课： 爱课程或中国大学MOOC（慕课） 现代科学运算MATLAB语言与应用控制系统仿真与CAD（非严格配套本书视频，仅供读者参考）。
配书源代码： 配书源代码可以到清华大学出版社网站本书页面下载。
薛定宇大讲堂系列图书将陆续出版：
薛定宇教授大讲堂（卷Ⅰ）：MATLAB程序设计
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薛定宇教授大讲堂（卷Ⅳ）：MATLAB*化计算
薛定宇教授大讲堂（卷Ⅴ）：MATLAB微分方程求解
薛定宇教授大讲堂（卷Ⅵ）：MATLABSimulink仿真
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| 內容簡介： |
MATLAB语言是进行科学计算的利器。本书系统地论述了 MATLAB的功能及使用 MATLAB语言编程的方法。本书内容包括 MATLAB语言的常用数据结构和语句结构、矩阵的代数运算、超越函数的计算方法与数据处理的方法、 MATLAB语言的流程控制结构与应用、 MATLAB函数编写与调试，以及 MATLAB的科学可视化方法。此外，本书还介绍了 MATLAB语言的接口设计、面向对象的程序设计方法与图形用户界面设计方法等。
本书可作为一般读者学习和掌握 MATLAB语言的工具书，也可作为高等学校理工科各类专业本科生与研究生学习计算机数学语言（MATLAB）的教材。
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| 關於作者： |
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薛定宇教授： 分别在沈阳工业大学、东北大学和英国Sussex大学获得学士（1985年）、硕士（1988年）和博士学位（1992年），1997年任东北大学信息学院教授。深耕于计算机在数学与自动控制学科的应用，主持了国家精品课程建设，并于1996年在清华大学出版社出版《控制系统计算机辅助设计MATLAB与应用》，该教材被认为是国内MATLAB应用领域具有深远影响的一部图书，为MATLAB在国内高校教学与科研中的普及起到了巨大的作用。薛定宇教授先后被评为辽宁省教学名师、辽宁省优秀教师，获得国家级教学成果二等奖。其主讲的控制系统仿真与CAD课程被评为国家级精品课程、国家级精品资源共享课程；主讲的现代科学运算MATLAB语言与应用课程被评为辽宁省精品资源共享课程，配套录制的全新慕课课程均上线于爱课程与中国慕课网站。
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| 目錄：
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目 录
CONTENTS
第 1章计算机数学语言概述 1
1.1数学问题计算机求解概述 1
1.1.1为什么要学习计算机数学语言 1
1.1.2数学问题的解析解与数值解 4
1.1.3数学运算问题软件包发展概述 5
1.1.4常规计算机语言的局限性 7
1.2计算机数学语言简介 8
1.2.1计算机数学语言的出现 8
1.2.2有代表性的计算机数学语言 9
1.3科学运算问题的三步求解方法 10本章习题 12第 2章 MATLAB语言程序设计基础 13
2.1 MATLAB命令窗口与基本命令 14
2.1.1变量名命名规则 14
2.1.2保留的常数 15
2.1.3显示格式的设置 16
2.1.4底层操作系统命令 16
2.1.5 MATLAB的工作环境设置 17
2.1.6 MATLAB的工作空间与管理 18
2.1.7 MATLAB的其他辅助工具 18
2.2常用数据结构 19
2.2.1数值型数据 19
2.2.2符号型数据 20
2.2.3任意符号型矩阵的生成 22
2.2.4符号型函数 22
2.2.5整型变量与逻辑变量 22
2.2.6数据结构类型的识别 23
iv薛定宇教授大讲堂（卷 I）：MATLAB程序设计
2.2.7矩阵的维数与长度 23
2.3字符串数据结构 24
2.3.1一般字符串的表示 24
2.3.2字符串的处理方法 24
2.3.3字符串的转换与读写方法 26
2.3.4字符串命令的执行 27
2.3.5 MuPAD接口函数的编写 27
2.4其他常用数据结构 28
2.4.1多维数组 28
2.4.2单元数组 29
2.4.3表格数据 30
2.4.4结构体 32
2.4.5其他数据结构 33
2.5 MATLAB的基本语句结构 33
2.5.1直接赋值语句 33
2.5.2函数调用语句 34
2.5.3多样的函数调用机制 34
2.5.4冒号表达式 34
2.5.5子矩阵的提取 35
2.5.6等间距行向量的生成 36
2.6数据文件的读取与存储 36
2.6.1数据文件的读取与存储命令 36
2.6.2文件读写的底层方法 37
2.6.3 Excel文件的读取与存储 38本章习题 39
第 3章基本数学运算 42
3.1矩阵的代数运算 42
3.1.1矩阵的转置、翻转与旋转 42
3.1.2矩阵的加减乘除运算 44
3.1.3复数矩阵及其变换 45
3.1.4矩阵的乘方与开方 45
3.1.5矩阵的点运算 47
3.2矩阵的逻辑运算与比较运算 47
3.2.1矩阵的逻辑运算 47
3.2.2矩阵的比较运算 48 3.2.3矩阵元素的查询命令 48
3.2.4属性判定语句 49
3.3超越函数的计算 49
3.3.1指数与对数函数的计算 50
3.3.2三角函数的计算 50
3.3.3反三角函数的计算 52
3.3.4矩阵的超越函数 52
3.4符号表达式的化简与变换 54
3.4.1多项式的运算 54
3.4.2三角函数的变换与化简 55
3.4.3符号表达式的化简 55
3.4.4符号表达式的变量替换 56
3.4.5符号运算结果的转换 56
3.5基本数据运算 57
3.5.1数据的取整与有理化运算 57
3.5.2向量的排序、最大值与最小值 58
3.5.3数据的均值、方差与标准差 59
3.5.4质因数与质因式 60
3.5.5排列与组合 61本章习题 62
第 4章 MATLAB语言的流程结构 64
4.1循环结构 64
4.1.1 for循环结构 64
4.1.2 while循环结构 66
4.1.3迭代方法的循环实现 67
4.1.4循环结构的辅助语句 69
4.1.5向量化编程实现 69
4.2条件转移结构 71
4.2.1简单的条件转移结构 71
4.2.2条件转移结构的一般形式 72
4.2.3分段函数的向量化表示 74
4.3开关结构 75
4.4试探结构 77本章习题 78
vi薛定宇教授大讲堂（卷 I）：MATLAB程序设计
第 5章函数编写与调试 80
5.1 MATLAB的脚本程序 80
5.2 MATLAB语言函数的基本结构 81
5.2.1函数的基本结构 81
5.2.2函数名的命令规则 83
5.2.3函数编写举例 83
5.3函数编写的技巧 86
5.3.1递归调用 86
5.3.2可变输入输出个数的处理 87
5.3.3输入变元的容错处理 89
5.3.4全局变量 89
5.3.5存取 MATLAB工作空间中的变量 90
5.3.6匿名函数与 inline函数 91
5.3.7子函数与私有函数 93
5.4 MATLAB程序的调试 93
5.4.1 MATLAB程序的跟踪调试 93
5.4.2伪代码与代码保密处理 96
5.5 MATLAB实时编辑器 96
5.5.1实时文档编辑界面 97
5.5.2建立一个简单的文档 97
5.5.3嵌入代码的运行 98
5.5.4在实时编辑器中嵌入其他对象 99
5.5.5实时编辑文档的输出 101本章习题 101
第 6章二维图形绘制 105
6.1二维曲线的绘制 105
6.1.1二元数据的曲线绘制 105
6.1.2数学函数的曲线绘制 108
6.1.3分段函数的曲线绘制 108
6.1.4二维图形的标题处理 109
6.1.5多纵轴曲线的绘制 111
6.2图形修饰 112
6.2.1利用界面工具的修饰 113
6.2.2 LATEX支持的修饰命令 115
6.2.3数学公式叠印与宏包设计 116 6.3其他二维图形绘制语句 117
6.3.1极坐标曲线的绘制 117
6.3.2离散信号的图形表示 118
6.3.3直方图与饼图 120
6.3.4填充图 122
6.3.5对数坐标图 123
6.3.6误差限图 124
6.3.7动态轨迹显示 124
6.3.8二维动画的显示 124
6.4图形窗口的分割 125
6.4.1规范分割 125
6.4.2任意分割 126
6.5隐函数绘制及应用 128
6.6图像的显示与简单处理 130
6.6.1图像的输入 130
6.6.2图像的编辑与显示 131
6.6.3颜色空间转换 132
6.6.4边缘检测 132
6.6.5直方图均衡化 133
6.7 MATLAB图形的输出方法 134
6.7.1图形输出菜单与应用 134
6.7.2图形输出命令 135本章习题 136
第 7章三维图形表示 138
7.1三维曲线绘制 138
7.1.1三维曲线绘制命令 138
7.1.2已知数学函数的三维曲线绘制 139
7.1.3三维填充图 140
7.1.4三维直方图与饼图 140
7.1.5条带图 142
7.2三维曲面绘制 144
7.2.1网格图与表面图 144
7.2.2表面图的阴影与光照 147
7.2.3图像文件的三维表面图 149
7.2.4已知函数的表面图 150
viii薛定宇教授大讲堂（卷 I）：MATLAB程序设计
7.2.5散点数据的表面图绘制 151
7.3三维图形视角设置 152
7.3.1视角的定义 152
7.3.2三视图的设置 153
7.3.3任意视角的设置 153
7.4其他三维绘图 154
7.4.1等高线 154
7.4.2矢量图 155
7.4.3三元隐函数的绘图 156
7.4.4参数方程的表面图 158
7.4.5复变函数的三维表面图 158
7.4.6球面与柱面 159
7.4.7 Voronoi图与 Delaunay剖分 161
7.5三维图形的特殊处理 163
7.5.1三维曲面的旋转 163
7.5.2坐标轴变换的三维曲面 164
7.5.3三维图形的剪切 165
7.5.4三维表面图贴面处理 166
7.6四维图形绘制 167
7.6.1切片图 167
7.6.2体视化界面 168
7.6.3三维动画的制作与播放 169本章习题 171
第 8章 MATLAB语言与其他语言的接口 173
8.1 C语言环境下提供的 MATLAB变量格式及函数概述 174
8.1.1编译程序的环境设置 174
8.1.2 Mex下的数据结构 175
8.1.3 Mex文件的结构 176
8.1.4 Mex文件的编写方法与步骤 179
8.2不同数据结构的 Mex处理 180
8.2.1不同类型输入输出变元的处理 181
8.2.2字符串变量的读写 181
8.2.3多维数组的处理 183
8.2.4单元数组的处理 184
8.2.5 MAT文件的读写方法 185 8.3 C程序中直接调用 MATLAB函数 187
8.4 MATLAB函数的独立程序转换 191本章习题 192
第 9章面向对象程序设计基础 193
9.1面向对象编程的基本概念 193
9.1.1类与对象 193
9.1.2类与对象数据结构 194
9.2类的设计 195
9.2.1类的设计方法 195
9.2.2类的定义与输入 196
9.2.3类的显示 197
9.3重载函数的编写 198
9.3.1加法的重载函数编写 198
9.3.2合并同类项的化简函数 199
9.3.3减法重载函数 200
9.3.4乘法重载函数 200
9.3.5乘方运算重载函数 202
9.3.6域的赋值与提取 203
9.4类的继承与扩展 203
9.4.1扩展类的定义与显示 204
9.4.2 ftf对象的连接重载函数 205
9.4.3分数阶传递函数的频域分析 207本章习题 208
第 10章 MATLAB的图形用户界面设计技术 209
10.1 MATLAB语言图形界面编程基础 209
10.1.1 MATLAB图形界面中各对象的关系 209
10.1.2窗口对象及属性设置 210
10.1.3窗口的常用属性 211
10.1.4对象属性的读取与修改 213
10.1.5简易对话框 215
10.1.6标准对话框及其调用 216
10.2 MATLAB图形界面设计基本控件 219
10.2.1 MATLAB支持的基本控件 219
10.2.2控件的常用属性 221
10.2.3控件句柄的获取 221
x薛定宇教授大讲堂（卷 I）：MATLAB程序设计
10.3图形用户界面设计工具 Guide 222
10.4图形用户界面的高级技术 231
10.4.1菜单系统的设计 231
10.4.2工具栏设计 232
10.4.3 ActiveX控件的嵌入与编程 234
10.5工具箱的集成与发布 235本章习题 235参考文献 237
MATLAB函数名索引 239术语索引 245
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| 內容試閱：
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前 言
PREFACE
科学运算问题是每个理工科学生和科技工作者在课程学习、科学研究与工程实践中常常会遇到的问题，不容回避。对于非纯数学专业的学生和研究者而言，从底层全面学习相关数学问题的求解方法并非一件简单的事情，也不易得出复杂问题的解。所以，利用当前最先进的计算机工具，高效、准确、创造性地求解科学运算问题是一种行之有效的方法，尤其能够满足理工科人士的需求。
作者曾试图在同一部著作中叙述各个数学分支典型问题的直接求解方法，通过清华大学出版社出版了《高等应用数学问题的 MATLAB求解》。该书从 2004年出版之后多次重印再版，并于 2018年出版了第 4版，还配套发布了全新的 MOOC课程 ①，一直受到广泛的关注与欢迎。首次 MOOC开课的选课人数接近 14000人，教材内容也被数万篇期刊文章和学位论文引用。
从作者首次使用 MATLAB语言算起，已经有 30年的时间了，通过相关领域的研究、思考与一线教学实践，积累了大量的实践经验资料。这些不可能在一部著作中全部介绍，所以与清华大学出版社策划与编写了这套薛定宇教授大讲堂系列著作，系统深入地介绍基于 MATLAB语言与工具的科学运算问题的求解方法。
本系列著作不是原来版本的简单改版，通过十余年的经验和资料积累，全面贯穿 再认识 的思想写作此书，深度融合科学运算数学知识与基于 MATLAB的直接求解方法与技巧，力图更好地诠释计算机工具在每个数学分支的作用，帮助读者以不同的思维与视角了解工程数学问题的求解方法，创造性地得出问题的解。
本系列著作卷 I可以作为学习 MATLAB入门知识的教材与参考书，也为读者深入学习与熟练掌握 MATLAB语言编程技巧，深度理解科学运算领域 MATLAB的应用奠定一个坚实的基础。后续每一卷试图对应一个数学专题或一门数学课程进行展开。整套系列著作的写作贯穿计算思维的思想，深度探讨该数学专题的问题求解方法。本系列著作既适合于学完相应的数学课程之后，深入学习利用计算
. MOOC网址：https：www.icourse163.orglearnNEU-1002660001
ii薛定宇教授大讲堂（卷 I）：MATLAB程序设计
机工具的科学运算问题求解方法与技巧，也可作为相应数学课程同步学习的伴侣，在学习相应课程理论知识的同时，侧重学习基于计算机的数学问题求解方法，从另一个角度观察、审视数学课程所学的内容，扩大知识面，更好地学习、理解并实践相应的数学课程。
本书是系列著作的卷 I。本书系统介绍 MATLAB语言编程方法，首先介绍 MATLAB语言的常用数据结构和语句结构，然后介绍矩阵的代数运算、超越函数的计算方法与数据处理的方法，并介绍 MATLAB的流程控制结构与应用、MAT-LAB函数编写与调试等编程技巧、MATLAB的科学可视化方法。本书还介绍 MAT-LAB语言的接口设计、面向对象的程序设计方法与图形用户界面设计方法等，旨在为读者继续学习科学运算或其他领域的知识奠定较好的基础。
值此系列著作付梓之际，衷心感谢相濡以沫的妻子杨军教授，她数十年如一日的无私关怀是我坚持研究、教学与写作工作的巨大动力。
薛定宇 2019年 5月
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