MATLAB基礎教程(第五版)全套教學課件1目錄MATLAB概述與基礎數值計算與符號運算圖形繪制與可視化技術程序設計思想及實踐案例分析2目錄Simulink建模與仿真分析MATLAB擴展功能及應用領域探討3MATLAB概述與基礎01401MATLAB是MathWorks公司開發的一款商業數學軟件02主要應用于算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算等領域03在科學計算、工程設計、圖像處理、信號處理等領域有廣泛應用MATLAB簡介及應用領域5MATLAB工作環境與界面介紹01MATLAB工作環境包括命令窗口、工作空間、編輯器、路徑管理器等02界面簡潔直觀，易于上手，支持多種操作系統提供豐富的幫助文檔和示例代碼，方便用戶學習和使用036MATLAB支持多種數據類型，包括數值型、字符型、邏輯型等變量命名規則靈活，但建議遵循一定的命名規范運算符包括算術運算符、關系運算符、邏輯運算符等變量、數據類型和運算符7010203MATLAB以矩陣作為基本數據單位，支持多維數組提供豐富的矩陣運算函數，如矩陣乘法、矩陣轉置、矩陣求逆等支持數組元素的索引和切片操作，方便進行數據處理矩陣與數組操作8流程控制語句01MATLAB提供多種流程控制語句，如if語句、for循環、while循環等02支持條件判斷、循環控制、中斷和繼續等操作03流程控制語句的語法簡潔明了，易于理解和使用9數值計算與符號運算0210010203介紹數值計算的定義、特點、誤差分析等基本概念。數值計算基本概念詳細講解MATLAB中的數值類型，包括整數、浮點數、復數等。MATLAB數據類型介紹數組和矩陣的基本概念和運算規則，包括數組的創建、索引、操作等，以及矩陣的加減、乘除、轉置等運算。數組與矩陣運算數值計算基礎11符號運算基本概念01介紹符號運算的定義、特點、應用領域等基本概念。符號對象的創建與操作02詳細講解如何創建符號對象，包括符號變量、符號表達式、符號函數等，以及如何進行符號對象的操作，如符號表達式的化簡、求值等。符號微積分03介紹符號微積分的基本概念和運算規則，包括符號函數的極限、導數、積分等運算。符號運算入門12介紹線性方程組的基本概念和解法，包括直接法和迭代法，以及如何使用MATLAB求解線性方程組。線性方程組求解介紹非線性方程的基本概念和解法，包括二分法、牛頓法等，以及如何使用MATLAB求解非線性方程。非線性方程求解介紹函數極值問題的基本概念和求解方法，包括一元函數極值和多元函數極值的求解方法，以及如何使用MATLAB求解函數極值問題。函數極值問題方程求解與函數極值問題13插值方法介紹插值的基本概念和方法，包括拉格朗日插值、牛頓插值等，以及如何使用MATLAB實現插值計算。擬合方法介紹擬合的基本概念和方法，包括最小二乘法、多項式擬合等，以及如何使用MATLAB實現擬合計算。數據處理與可視化介紹數據處理的基本方法和可視化技術，包括數據清洗、數據變換、數據可視化等，以及如何使用MATLAB進行數據處理和可視化。插值與擬合方法14數值積分與微分介紹常微分方程的基本概念和解法，包括歐拉法、龍格-庫塔法等，以及如何使用MATLAB求解常微分方程。常微分方程求解介紹數值積分的基本概念和方法，包括矩形法、梯形法、辛普森法等，以及如何使用MATLAB實現數值積分計算。數值積分方法介紹數值微分的基本概念和方法，包括差分法、中心差分法等，以及如何使用MATLAB實現數值微分計算。數值微分方法15圖形繪制與可視化技術0316plot、subplot、holdon/off等基本繪圖函數線型、顏色、數據標記等圖形樣式設置范圍、刻度、標簽等坐標軸調整legend、title等圖例與標題添加二維圖形繪制方法17meshgrid、linspace等三維數據表示contour、contourf等等高線繪制surf、mesh等三維曲面繪制scatter3、plot3等三維散點圖繪制三維圖形繪制技巧18圖像讀取與顯示圖像類型轉換圖像基本操作圖像濾波處理圖像處理基礎imread、imshow等裁剪、旋轉、縮放等rgb2gray、im2double等平滑、銳化、中值濾波等19幀、時間軸等概念動畫基本原理moviein、getframe等MATLAB動畫制作工具顏色映射、透明度設置等動畫效果增強avi、gif等格式轉換動畫輸出與保存動畫制作與仿真演示20GUIDEMATLAB圖形界面設計工具DataVisualizationToolbox數據可視化工具箱MappingToolbox地圖可視化工具箱SignalProcessingToolbox信號處理可視化工具箱可視化工具箱介紹21程序設計思想及實踐案例分析042201程序設計原則02風格規范明確需求、合理設計、簡潔明了、易于維護采用統一的命名規范、注釋規范、縮進和排版規范程序設計原則與風格規范23函數編寫及調試技巧函數編寫合理命名函數、明確輸入輸出、避免全局變量、使用注釋說明功能調試技巧設置斷點、單步執行、查看變量值、使用調試工具24類、對象、封裝、繼承、多態面向對象基本概念定義類、創建對象、訪問屬性和方法、實現繼承和多態MATLAB面向對象編程面向對象程序設計思想25文件操作打開和關閉文件、讀寫文件內容、處理二進制文件數據處理數據導入和導出、數據清洗和轉換、數據可視化和分析文件操作與數據處理方法26案例一求解線性方程組案例二數值積分與微分案例三常微分方程求解案例四最優化問題求解實踐案例分析：科學計算問題求解27Simulink建模與仿真分析0528Simulink概述Simulink是MATLAB的一個重要擴展工具，用于進行動態系統建模、仿真和分析。工作環境介紹Simulink提供了直觀的圖形化用戶界面（GUI），包括模型窗口、庫瀏覽器、模型資源管理器等。基本操作介紹Simulink的基本操作，如新建模型、保存模型、打開模型等。Simulink簡介及工作環境介紹0302012901模塊選擇與連接從庫瀏覽器中選擇合適的模塊，并將其連接在一起以構建模型。02參數設置為每個模塊設置合適的參數，以確保模型能夠正確運行。03模型調試介紹如何使用Simulink的調試工具來檢查模型的正確性。模型構建與參數設置方法30介紹如何查看仿真結果，包括時域波形圖、頻域分析圖等。仿真結果查看對仿真結果進行分析，以評估系統的性能和穩定性。結果分析根據分析結果對系統進行優化，以提高系統性能。性能優化系統仿真結果查看與分析技巧31子系統創建介紹如何創建子系統，以便更好地組織和管理復雜的模型。封裝技術介紹如何使用封裝技術將子系統的實現細節隱藏起來，只暴露必要的接口。模塊化設計通過子系統和封裝技術實現模塊化設計，提高代碼的可重用性和可維護性。子系統創建和封裝技術32案例介紹介紹一個實時控制系統的設計案例，包括系統需求、設計方案等。模型構建根據設計方案構建實時控制系統的Simulink模型。實時控制實現介紹如何實現實時控制，包括硬件接口、實時任務調度等。系統測試與驗證對實時控制系統進行測試和驗證，以確保其滿足設計要求。實時控制系統設計案例分析33MATLAB擴展功能及應用領域探討063401020304MATLAB支持符號計算，可以進行符號表達式的求解、簡化和微積分等操作。符號計算MATLAB提供了豐富的圖形界面開發工具，可以方便地創建交互式界面。圖形界面開發MATLAB支持與其他編程語言的接口，如C/C、Java等，方便進行混合編程。外部接口與編程MATLAB支持并行計算，可以利用多核處理器和計算機集群進行高性能計算。并行計算MATLAB擴展功能簡介35非線性規劃優化工具箱也支持非線性規劃問題的求解，如梯度下降法、牛頓法等。多目標優化優化工具箱還支持多目標優化問題的求解，如遺傳算法、粒子群算法等。整數規劃對于整數規劃問題，優化工具箱提供了分支定界法、割平面法等求解方法。線性規劃使用MATLAB的優化工具箱可以方便地求解線性規劃問題，如最小二乘法、線性約束優化等。優化工具箱使用方法36信號處理工具箱應用實例使用信號處理工具箱可以對信號進行濾波處理，如低通、高通、帶通濾波等。信號處理工具箱提供了豐富的頻譜分析工具，如傅里葉變換、功率譜分析等。可以生成各種標準波形并進行調制處理，如正弦波、方波、AM調制等。信號處理工具箱還支持信號的重構與壓縮處理，如小波變換、MP3壓縮等。信號濾波頻譜分析波形生成與調制信號重構與壓縮37監督學習無監督學習算法如聚類分析、降維處理等也可以在MATLAB中方便地實現。無監督學習深度學習強化學習MATLAB支持各種監督學習算法的實現，如線性回歸、邏輯回歸、支持向量機等。強化學習算法如Q-learning、SARSA等也可以在MATLAB中進行實現和仿真。MATLAB還提供了深度學習工具箱，支持各種深度學習模型的構建和訓練。機器學習算法在MATLAB中實現38控制系統設計數字