具体描述
本书介绍了MATLAB 7．x版本与其他语言混合编程的方法。内容包括在MATLAB中以文件方式导入、导出数据；在Windows和Linux开发C／C++语言的MEX文件；在Windows和Linux开发FORTRAN语言MEX文件；在MATLAB中使用动态连接库文件；在C／C++语言中调用MATLAB引擎；使用MATLAB编译器，以及如何在C／C++程序中使用mcc编译的库函数；在c++程序中使用MATLAB的COM编译器产生的COM组件等。
本书可以作为高等院校各工程专业的教学参考书，也可作为广大科技工作者的参考用书。
《精通MATLAB：从入门到高级实践》 内容简介 《精通MATLAB：从入门到高级实践》是一本旨在帮助读者全面掌握MATLAB这一强大工程计算软件的书籍。本书循序渐进，从MATLAB的基础知识讲起，逐步深入到高级应用和工程实践，为读者构建一个坚实而完整的MATLAB知识体系。本书适合初学者入门，也为有一定MATLAB基础的用户提供进阶的指导和实践案例。 第一部分：MATLAB基础与入门 本部分将带领读者踏上MATLAB的学习之旅，建立扎实的编程基础和对MATLAB环境的熟悉。 第一章 MATLAB环境概览 1.1 MATLAB简介： 介绍MATLAB的起源、发展及其在科学计算、工程分析、数据处理、算法开发等领域的广泛应用。 1.2 安装与配置： 详细指导用户完成MATLAB的安装过程，包括不同操作系统的安装步骤，以及如何设置环境变量和进行基本的个性化配置。 1.3 MATLAB桌面环境： 深入解析MATLAB的集成开发环境（IDE），包括命令窗口、工作区、命令历史、当前文件夹、编辑器、Simulink库浏览器等各个窗口的功能和使用技巧。 1.4 基本操作与导航： 教授用户如何执行MATLAB命令，如何使用帮助文档查询信息，以及如何有效地管理和浏览文件。 1.5 数据类型与变量： 讲解MATLAB中基本的数据类型，如数值（整数、浮点数）、字符、逻辑值等，以及如何声明和使用变量，包括变量的命名规则和作用域。 1.6 数值运算与运算符： 介绍MATLAB支持的各种算术运算符（加、减、乘、除、幂、取模）、关系运算符（等于、不等于、大于、小于、大于等于、小于等于）和逻辑运算符（与、或、非、异或），以及运算符的优先级和结合性。 1.7 常用数学函数： 罗列并讲解MATLAB中常用的数学函数，如三角函数（sin, cos, tan）、指数函数（exp）、对数函数（log, log10）、平方根（sqrt）、绝对值（abs）、取整函数（floor, ceil, round, fix）等，并通过示例演示其用法。 1.8 绘图基础： 引入MATLAB强大的绘图功能，教授用户如何绘制一维和二维图形，如折线图（plot）、散点图（scatter）、柱状图（bar）、饼图（pie）等，并介绍如何设置图形的标题、坐标轴标签、图例等基本元素。 第二章 MATLAB程序设计基础 2.1 M文件： 讲解M文件的创建、编辑和执行，包括脚本文件和函数文件的区别与联系，以及如何编写简单的M文件来解决问题。 2.2 控制流语句： 条件语句： 详细讲解 `if-elseif-else` 结构，以及 `switch-case` 结构，并提供丰富的条件判断和分支执行的应用示例。 循环语句： 深入介绍 `for` 循环、`while` 循环和 `do-while` 循环（MATLAB中通过 `while` 循环的变体实现），以及如何使用 `break` 和 `continue` 来控制循环流程。 2.3 函数的定义与调用： 讲解如何自定义函数，包括函数的输入参数、输出参数、局部变量和全局变量，以及函数的递归调用。 2.4 错误处理与调试： 介绍MATLAB的调试工具，如何设置断点、单步执行、查看变量值，以及如何使用 `try-catch` 语句进行错误处理。 2.5 结构体与单元数组： 讲解MATLAB中用于组织复杂数据的结构体（struct）和单元数组（cell array），以及如何创建、访问和操作这些数据结构。 2.6 字符串处理： 介绍MATLAB中字符串的表示、连接、查找、替换、分割等基本操作，以及常用的字符串函数。 第二部分：MATLAB高级编程与数据处理 本部分将进一步拓展读者的MATLAB应用能力，涵盖矩阵运算、文件 I/O、数据可视化的高级技巧，以及面向对象编程的概念。 第三章 矩阵与数组的高级应用 3.1 矩阵的创建与操作： 深入讲解各种矩阵的创建方法，如全零矩阵（zeros）、全壹矩阵（ones）、单位矩阵（eye）、随机矩阵（rand, randn）、对角矩阵（diag）等。学习如何进行矩阵的拼接、分割、转置（transpose）、求逆（inv）、求秩（rank）、求行列式（det）等运算。 3.2 矩阵运算： 详细介绍矩阵的加减乘除（点乘、矩阵乘法）、矩阵的幂运算，以及各种线性代数运算，如求解线性方程组（`` 运算符）、特征值与特征向量（`eig`）、奇异值分解（`svd`）等。 3.3 数组操作： 讲解如何对数组进行元素级运算，以及如何使用索引和逻辑索引来访问和修改数组元素。 3.4 稀疏矩阵： 介绍稀疏矩阵的概念及其在处理大规模数据集时的优势，以及MATLAB对稀疏矩阵的支持和相关函数。 第四章 文件输入输出与数据管理 4.1 文件操作基础： 学习如何打开、关闭文件，以及如何进行文件的读写操作。 4.2 文本文件读写： 详细介绍如何读写 `.txt`, `.csv` 等格式的文本文件，包括使用 `fprintf`, `fscanf`, `fgetl`, `fgets`, `dlmread`, `dlmwrite` 等函数。 4.3 二进制文件读写： 讲解如何读写二进制文件，如 `.mat` 文件，以及使用 `save` 和 `load` 函数来保存和加载MATLAB工作区变量。 4.4 Excel文件读写： 演示如何使用MATLAB读写Excel文件，包括使用 `xlsread` 和 `xlswrite` 函数，以及处理多个工作表。 4.5 数据库交互： 介绍MATLAB与各种数据库（如MySQL, PostgreSQL, Oracle）进行连接、查询和数据传输的方法，涉及数据库工具箱。 第五章 高级数据可视化 5.1 图形对象的深入理解： 讲解MATLAB图形的层次结构（Figure, Axes, Uicontrol, Lines, Text等），以及如何通过编程来创建和修改图形对象。 5.2 多图绘制与布局： 教授如何使用 `subplot` 函数在一张图窗口中绘制多个子图，以及如何使用 `tight_subplot` 等工具来优化子图布局。 5.3 交互式图形： 介绍如何使用 `ginput`, `datacursors`, `zoom`, `pan` 等工具实现图形的交互操作。 5.4 特殊图形绘制： 演示绘制三维图形（如 `surf`, `mesh`, `contour`），统计图形（如直方图 `hist`, 箱线图 `boxplot`, 散点图矩阵 `pairs`），以及地理信息图形等。 5.5 图形导出与格式： 学习如何将图形导出为各种图像格式（如PNG, JPG, EPS, PDF），并进行高质量的输出。 5.6 定制化图形： 讲解如何通过修改图形对象的属性（如线型、颜色、标记、字体等）来高度定制图形的视觉效果。 第三部分：MATLAB在工程领域的应用实践 本部分将重点介绍MATLAB在信号处理、图像处理、控制系统设计、优化算法以及数值计算等典型工程领域的实际应用，并通过丰富的案例研究来加深读者的理解。 第六章 信号处理基础与应用 6.1 数字信号处理概述： 介绍采样、量化、离散时间信号和系统等基本概念。 6.2 滤波器设计与应用： 讲解FIR和IIR滤波器的设计原理，以及如何使用MATLAB的Signal Processing Toolbox设计和实现低通、高通、带通、带阻滤波器。 6.3 频谱分析： 介绍FFT（快速傅里叶变换）在信号频谱分析中的应用，以及如何使用 `fft`, `psd`, `periodogram` 等函数。 6.4 噪声抑制与信号恢复： 演示如何使用滤波、平滑等方法对信号进行去噪处理，以及如何进行信号的重构。 6.5 语音信号处理入门： 探讨语音信号的特点，以及MATLAB在语音特征提取、识别等方面的基础应用。 第七章 图像处理与计算机视觉基础 7.1 图像基础： 介绍图像的表示（灰度图像、RGB图像、二值图像）、图像的读取与显示。 7.2 图像增强： 讲解图像亮度和对比度调整、滤波（平滑、锐化）、直方图均衡化等图像增强技术。 7.3 图像分割： 介绍阈值分割、边缘检测（Sobel, Canny）、区域生长等图像分割方法。 7.4 形态学处理： 讲解腐蚀、膨胀、开运算、闭运算等形态学操作及其在图像处理中的应用。 7.5 特征提取与匹配： 简要介绍SIFT, SURF等特征提取算法，以及图像配准的基本思想。 7.6 MATLAB Image Processing Toolbox： 重点介绍Image Processing Toolbox提供的丰富函数和工具。 第八章 控制系统设计与仿真 8.1 控制系统建模： 介绍传递函数、状态空间等系统表示方法，以及如何使用MATLAB对系统进行建模。 8.2 系统分析： 讲解时域分析（单位阶跃响应、单位斜坡响应）和频域分析（Bode图、Nyquist图、Nichols图），以及根轨迹分析。 8.3 PID控制器设计： 详细介绍PID控制器的原理，以及如何使用MATLAB进行PID参数整定。 8.4 状态反馈与观测器设计： 介绍状态反馈极点配置、状态观测器的设计原理和实现。 8.5 Simulink仿真平台： 深入介绍Simulink，包括其基本概念、常用模块库、系统建模、仿真运行和结果分析。通过实际案例演示如何搭建和仿真复杂的控制系统。 第九章 数值计算与优化算法 9.1 方程求解： 介绍求解非线性方程组（`fsolve`）和多元函数零点（`fzero`）的方法。 9.2 积分与微分： 讲解数值积分（`integral`, `quad`）和数值微分（`diff`）的实现。 9.3 插值与拟合： 介绍线性插值、多项式插值（`interp1`, `polyfit`），以及最小二乘拟合。 9.4 优化问题： 讲解无约束优化（`fminunc`）和有约束优化（`fmincon`）的常用算法，以及如何定义目标函数和约束条件。 9.5 蒙特卡罗方法： 介绍蒙特卡罗方法在随机模拟和数值计算中的应用。 第四部分：MATLAB性能优化与高级主题 本部分将探讨如何提高MATLAB程序的运行效率，以及介绍一些更高级和前沿的MATLAB应用方向。 第十章 MATLAB性能优化技巧 10.1 向量化编程： 强调避免使用显式循环，利用MATLAB的向量化操作来提高计算速度，并提供大量对比示例。 10.2 预分配内存： 讲解如何提前为数组分配内存，避免在循环中动态改变数组大小带来的性能损耗。 10.3 循环优化： 给出在不得不使用循环时，如何优化循环结构，如使用 `repmat` 等函数。 10.4 MATLAB Profiler： 介绍MATLAB性能分析器（Profiler）的使用，帮助定位程序中的性能瓶颈。 10.5 JIT编译与MEX文件： 简要介绍MATLAB的即时编译（JIT）技术，以及如何使用C/C++或Fortran编写MEX文件来加速关键计算部分。 第十一章 MATLAB与其他工具的集成 11.1 与C/C++和Fortran交互： 介绍如何通过MEX文件调用外部 compiled 代码，以及如何在MATLAB中调用外部库。 11.2 与Python和R集成： 讲解如何利用MATLAB与Python和R的互操作性，实现跨语言的数据交换和功能调用。 11.3 Web开发与部署： 介绍MATLAB Web App Server，如何将MATLAB应用程序打包成Web服务，供他人通过浏览器访问。 第十二章 机器学习与深度学习基础（可选） 12.1 机器学习基础概念： 介绍监督学习、无监督学习、分类、回归等基本概念。 12.2 MATLAB机器学习工具箱： 介绍分类器（SVM, KNN, Decision Trees）、回归模型、聚类算法等。 12.3 深度学习基础： 简要介绍神经网络、卷积神经网络（CNN）、循环神经网络（RNN）等概念。 12.4 MATLAB深度学习工具箱： 演示如何构建、训练和部署深度学习模型。 本书特点： 系统性强： 从基础概念到高级应用，脉络清晰，逻辑严谨。 实践性突出： 大量结合工程实际的案例，帮助读者将理论知识转化为解决实际问题的能力。 语言通俗易懂： 避免晦涩的技术术语，力求用清晰易懂的语言解释复杂概念。 循序渐进： 针对不同水平的读者，提供不同深度的学习路径。 覆盖面广： 涵盖MATLAB在多个工程领域的典型应用，为读者提供全面的视野。 通过学习《精通MATLAB：从入门到高级实践》，读者将能够熟练运用MATLAB进行数据分析、算法开发、工程仿真和科学研究，为他们在各自的专业领域中取得成功奠定坚实的基础。
