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本书以MathWorks公司最新推出的MATLAB R2024a软件为基础，系统讲解了MATLAB基本环境和操作方法及在数学建模中的应用；分章阐述了矩阵计算、数值计算、符号计算、数据可视化、数据分析、M文件编写、文件读写、MATLAB编译器、应用程序接口等内容；并结合相关的函数或命令，精心编写了一些数学建模方面的示例，用来详细说明具体函数和命令的使用方法，并在每章的小结中给出了软件使用的经验技巧等供读者参考，是一本软件基础知识与数学建模应用相结合的学习手册。

目   录
第一部分  基础知识
 第1章　Matlab概述
	1.1　Matlab简介
		1.1.1 Matlab的发展
		1.1.2 Matlab的主要特点
	1.2　Matlab的安装
	1.3　Matlab的目录结构
	1.4　Matlab的工作环境
		1.4.1 操作界面简介
		1.4.2 运行命令窗口
		1.4.3 命令窗口的显示方式
		1.4.4 数值结果的显示方式
		1.4.5 命令窗口的标点符号
		1.4.6 输入变量
		1.4.7 处理复数
		1.4.8 命令窗口的控制命令
		1.4.9 使用历史窗口
		1.4.10 使用实录命令
		1.4.11 当前目录浏览器和路径管理
		1.4.12 设置当前目录
		1.4.13 Matlab的搜索路径
		1.4.14 工作空间浏览器和数组编辑器
		1.4.15 变量的编辑命令
		1.4.16 数组编辑器
		1.4.17 存取数据文件
	1.5　Matlab的通用命令
	1.6　使用Matlab帮助系统
		1.6.1 纯文本帮助
		1.6.2 演示（demo）帮助
		1.6.3 帮助导航/浏览器
		1.6.4帮助文件目录窗口
		1.6.5帮助文件索引窗口
		1.6.6帮助文件搜索窗口
	1.7　本章小结
第2章　Matlab基础知识
	2.1　数据类型
		2.1.1　数值类型
		2.1.2　逻辑类型
		2.1.3　字符和字符串
		2.1.4　函数句柄
		2.1.5　结构体类型
		2.1.6　单元数组类型
	2.2　基本矩阵操作
		2.2.1　矩阵的构造
		2.2.2　矩阵大小的改变
		2.2.3　矩阵下标引用
		2.2.4　矩阵信息的获取
		2.2.5　矩阵结构的改变
		2.2.6　稀疏矩阵
	2.3　运算符和特殊符号
		2.3.1　算数运算符
		2.3.2　关系运算符
		2.3.3　逻辑运算符
		2.3.4　运算优先级
	2.4　字符串处理函数
		2.4.1　字符串的构造
		2.4.2　字符串比较函数
		2.4.3　字符串查找和替换函数
		2.4.4　字符串——数值转换
	2.5  本章小结
第3章　矩阵和数组
	3.1　矩阵的创建与组合
		3.1.1　创建简单矩阵
		3.1.2　创建特殊矩阵
		3.1.3　矩阵的合并
	3.2　矩阵的寻访与赋值
		3.2.1　矩阵的标识
		3.2.2　矩阵的寻访
		3.2.3　矩阵的赋值
	3.3　进行数组运算的常用函数
		3.3.1　函数数组运算规则的定义
		3.3.2　进行数组运算的常用函数
	3.4　查询矩阵信息
		3.4.1　矩阵的形状信息
		3.4.2　矩阵的数据类型
		3.4.3　矩阵的数据结构
	3.5　数组运算与矩阵运算
	3.6　矩阵的重构
		3.6.1　矩阵元素的扩展与删除
		3.6.2　矩阵的重构
	3.7　稀疏矩阵
		3.7.1　稀疏矩阵的存储方式
		3.7.2　稀疏矩阵的创建
		3.7.3　稀疏矩阵的运算
		3.7.4　稀疏矩阵的交换与重新排序
		3.7.5　稀疏矩阵视图
	3.8　多维数组
		3.8.1　多维数组的创建
		3.8.2　多维数组的寻访与重构
	3.9　多项式的表达式及其操作
		3.9.1　多项式的表达式和创建
		3.9.2　多项式运算函数
	3.10  本章小结
第4章　Matlab基本编程
	4.1　脚本和函数
		4.1.1　函数
		4.1.2　脚本
		4.1.3　子函数与私有目录
		4.1.4　P码文件
	4.2　Matlab中的变量和语句
		4.2.1　变量类型
		4.2.2　M文件的流控制语句
	4.3　程序的调试(Debug)
		4.3.1　直接调试法
		4.3.2　工具调试法
	4.4　函数的设计和实现
		4.4.1　建立数学模型
		4.4.2　编写代码
		4.4.3　运行程序
	4.5  本章小结
第5章 数据可视化
	5.1 图形绘制示例
	5.2 二维图形绘制
		5.2.1 plot函数
		5.2.2 线型、标记和颜色
		5.2.3 图形坐标轴设置
		5.2.4 多个图形迭绘及多个图形窗口
		5.2.5 子图绘制
		5.2.6 交互式绘图和屏幕刷新
		5.2.7 plotyy函数绘制双坐标轴
		5.2.8 easy绘图命令
	5.3 三维图形绘制
		5.3.1 曲线图绘制
		5.3.2 网格图绘制
		5.3.3 曲面图的绘制
		5.3.4 绘制等值线图
	5.4 四维图形可视化
		5.4.1 slice切片命令
		5.4.2 其他slice函数
		5.4.3 等值面图绘制
	5.5 复数变量图形绘制
	5.6 特殊图形绘制
		5.6.1 area区域绘图
		5.6.2 pie饼图绘制
		5.6.3 直方图和梯形图
		5.6.4 矢量分布图绘制
		5.6.5 误差线图形绘制
		5.6.6 离散数据绘制
		5.6.7 伪色彩图绘制
		5.6.8 极坐标图形绘制
	5.7 图形的打印输出
	5.8  本章小结
第6章 数据分析
	6.1 数据插值
		6.1.1 一维插值
		6.1.2 二维插值
		6.1.3 样条插值
	6.2 曲线拟合
	6.3 图形界面曲线拟合
		6.3.1 曲线拟合示例
		6.3.2 拟合残差图形绘制
		6.3.3 数据预测
	6.4 傅里叶分析
		6.4.1 离散傅里叶变换
		6.4.2 傅里叶变换相关的常用函数
		6.4.3 傅里叶级数
		6.4.4 使用FFT进行插值
	6.5 优化问题
		6.5.1 非线性无约束优化
		6.5.2 约束条件下的非线性优化
		6.5.3 最小最大值的优化问题
		6.5.4 线性规划求解
	6.6 常微分方程
		6.6.1 常微分方程介绍
		6.6.2 常微分方程求解
		6.6.3 加权常微分方程
		6.6.4 延迟微分方程
		6.6.5 常微分方程的边界问题
	6.7 函数的零点问题
		6.7.1 一元函数的零点
		6.7.2 多元函数的零点
	6.8 数值积分
		6.8.1 一元函数的数值积分
		6.8.2 多重数值积分
	6.9 概率论和数理统计
		6.9.1 概率分布
		6.9.2 数据分布分析
		6.9.3 假设检验
	6.10  本章小结
第7章 符号计算
	7.1 符号对象和符号表达式
		7.1.1 符号对象的创建命令
		7.1.2 符号对象的创建示例
		7.1.3 符号计算中的运算符和函数
		7.1.4 符号对象的类别识别命令
		7.1.5 符号表达式中的变量确定
		7.1.6 符号精度计算
	7.2 符号表达式操作
	7.3 符号表达式的替换
	7.4 符号函数的操作
		7.4.1 反函数操作
		7.4.2 复合函数操作
	7.5 符号微积分
		7.5.1 级数求和
		7.5.2 符号极限
		7.5.3 符号微分
		7.5.4 符号积分
	7.6 符号积分变换
		7.6.1 傅里叶变换及其反变换
		7.6.2 拉普拉斯变换及其反变换
		7.6.3 Z变换及其反变换
	7.7 符号代数方程求解
	7.8 符号微分方程求解
	7.9 利用Maple进行符号计算
		7.9.1 Maple函数的使用
		7.9.2 Maple经典函数的调用
		7.9.3 Maple库函数的帮助
	7.10 符号分析可视化
		7.10.1 funtool分析界面
		7.10.2 taylortool分析界面
	7.11  本章小结
第8章 Simulink仿真系统
	8.1 Simulink基础知识
		8.1.1 Simulink的启动
		8.1.2 Simulink创建仿真示例
		8.1.3 模块库浏览器
		8.1.4 Simulink模型窗口
		8.1.5 模型窗口的菜单栏
	8.2 Simulink模型操作
		8.2.1 Simulink模型的原理
		8.2.2 模块的操作
		8.2.3 信号线的操作
	8.3 Simulink信号
		8.3.1 常见的信号
		8.3.2 复数信号
		8.3.3 虚拟信号和信号总线
		8.3.4 创建信号组
		8.3.5 自定义信号源
	8.4 常用的Sink模块
	8.5 Simulink仿真系统的设置
		8.5.1 解算器(Solver)的设置
		8.5.2 仿真数据的输入输出设置
		8.5.3 仿真诊断设置
	8.6 线性连续系统建模
		8.6.1 使用积分模块
		8.6.2 使用积分器求解微分方程
		8.6.3 传递函数进行仿真
		8.6.4 状态空间方法进行系统仿真
	8.7 非线性连续系统建模
		8.7.1 非线性仿真系统建模简介
		8.7.2 任意非线性函数的仿真
	8.8 封装子系统创建和受控执行
		8.8.1 使用模块组合子系统
		8.8.2 通过子系统模块创建子系统
		8.8.3 封装子系统
		8.8.4 使能控制子系统
		8.8.5 触发控制子系统
	8.9 离散时间系统和混合系统
	8.10 命令方式运行Simulink
	8.11  本章小结
第9章 句柄图形
	9.1 句柄图形体系
		9.1.1 图形对象
		9.1.2 句柄对象
		9.1.3 对象属性
		9.1.4 图形对象句柄创建示例
	9.2 图形对象创建
		9.2.1 创建图形对象
		9.2.2 访问图形对象句柄
		9.2.3 使用句柄操作图形对象
	9.3 图形对象设置
		9.3.1 用set命令设置属性
		9.3.2 图形的默认属性
		9.3.3 句柄图形的通用属性
	9.4 高级绘图对象
		9.4.1 Nextplot属性
		9.4.2 Newplot命令
		9.4.3 高级绘图命令
	9.5 坐标轴对象
		9.5.1 坐标轴的几何属性
		9.5.2 坐标轴的刻度属性
		9.5.3 坐标轴的照相机属性
		9.5.4 坐标轴的尺度、方向属性
	9.6  本章小结
第10章 文件读取I/O
	10.1 工作空间数据读取
	10.2 数据文件的导入和导出
	10.3 底层文件读取I/O
	10.4 文件名称处理
	10.5 处理二进制文件
		10.5.1 读取M文件
		10.5.2 读取文本文件
		10.5.3 写入文本文件
	10.6 处理文本文件
		10.6.1 使用csvread读取文本文件
		10.6.2 使用dlmread读入数据
		10.6.3 使用textread读入文件
		10.6.4 使用textscan读入数据
		10.6.5 使用csvwrite输出文本数据
		10.6.6 使用dlmwrite输出数据
	10.7 图像文件读入和输出
		10.7.1 图像文件读入
		10.7.2 图像文件输出
	10.8  本章小结
第11章 Matlab的编译器
	11.1 编译器概述
	11.2 编译器的安装和配置
		11.2.1 安装前提
		11.2.2 编译器的安装
		11.2.3 配置编译器
	11.3 编译过程
		11.3.1 安装MCR
		11.3.2 MCR编译过程
	11.4 编译命令
	11.5 编译生成独立运行程序
		11.5.1 编译M文件
		11.5.2 M文件和C文件的混合编译
		11.5.3 编译图形绘制M文件
	11.6 调用M文件中的函数接口
	11.7 编译生成共享库函数
	11.8  本章小结
第12章 应用程序接口
	12.1 C语言MEX文件
		12.1.1 MEX文件的数据
		12.1.2 C-MEX文件的调用
		12.1.3 创建MEX文件
	12.2 FORTRAN语言的MEX文件
		12.2.1 FORTRAN-MEX函数的调用
		12.2.2 MEX函数
	12.3 MAT文件
		12.3.1 MAT函数
		12.3.2 C语言创建MAT文件
		12.3.3 FORTRAN语言创建MAT文件
	12.4 Matlab的引擎技术
		12.4.1 Matlab引擎技术介绍
		12.4.2 创建使用引擎技术程序
	12.5 Java语言接口
		12.5.1 Matlab中的Java接口
		12.5.2 Java接口程序应用
	12.6  本章小结
第二部分   综合应用
第13章 数学建模综合应用一
第14章 数学建模综合应用二
第15章 数学建模综合应用三
第16章 数学建模综合应用四
附录：Matlab 常用命令集

前    言
MATLAB，即矩阵实验室（MATrix LABoratory），自诞生以来，已成为全球科研、工程与教育领域的重要工具，尤其在数学建模中具有广泛应用。MATLAB不仅为科研工作者提供了强大的计算平台，还为高校学生提供了学习和实践建模的便捷环境。在全国大学生数学建模竞赛中，MATLAB成为最常用的软件之一，帮助参赛者解决复杂的优化问题、数据分析和仿真建模。通过MATLAB，学生不仅能够构建高效的数学模型，还能直观地验证其结果，从而在竞赛中脱颖而出。
本书基于MATLAB R2024a编写，旨在系统介绍MATLAB的基础操作及其在数学建模中的实际应用。通过详细的实例与理论相结合，帮助读者从零开始掌握MATLAB，并通过逐步深入的学习过程提升在工程、科学和技术领域解决复杂问题的能力。
本书由浅入深，循序渐进，从MATLAB的工作环境和基础知识讲起，再通过程序设计、数据可视化等核心内容，逐步过渡到符号运算、数值计算、优化算法和图论算法，覆盖了MATLAB的广泛应用场景。本书特别关注MATLAB在数学建模中的应用，涵盖从基础运算到高级算法的全面内容，帮助读者应对包括全国大学生数学建模竞赛在内的实际挑战。
1．本书特点
由浅入深，循序渐进：本书面向MATLAB初学者及有一定基础的读者，从基础知识开始，逐步引导读者深入了解程序设计、数据可视化及数学建模等相关内容。配有详细的操作步骤与实例，帮助读者迅速掌握MATLAB的应用技巧。
步骤详尽，内容丰富：结合作者多年的实践经验，书中每个操作步骤都详尽描述，并辅以示例和图片，以确保读者能够顺利学习MATLAB的各种功能。内容涵盖了广泛的应用领域，包括数据分析、优化计算和科学展示。
实例典型，易学易用：书中的实例广泛覆盖了科学研究与工程应用中的常见问题，通过这些实操案例，读者能够轻松掌握MATLAB在建模、数据处理及数值计算中的实际应用。
视频教学与书本结合：本书的一大亮点是提供了视频教学与书本内容的结合，帮助读者通过多种学习方式掌握数学建模的关键技能。视频中详细演示了各类模型的构建与MATLAB的操作流程，增强了读者的学习体验。
注重数学建模能力培养：本书不仅教授MATLAB的使用技巧，更专注于提升读者的数学建模能力。通过学习MATLAB中的算法与工具，读者将能够应对复杂的建模问题，特别是为全国大学生数学建模竞赛等实际应用场景做好准备。
2．本书内容：
本书基于MATLAB 2024a版本编写，内容分为MATLAB基础知识与数学建模应用两大部分。通过本书的学习，读者将能够从基础入手，逐步提升MATLAB的应用能力，特别是在数学建模和科学计算中的实际应用。
第一部分 主要介绍MATLAB的基础知识，涵盖MATLAB的工作环境、基本概念、运算符使用以及如何编写和优化程序。通过这些内容，读者将能熟练掌握MATLAB的基本功能和编程结构。本部分还特别针对数据可视化和专业图形绘制进行了详细讲解，读者将学会绘制二维、三维图形，并掌握其在科学展示中的应用。章节安排如下：
	第1章	初识MATLAB					第2章	MATLAB基础知识
	第3章	程序设计					第4章	数据可视化
	第5章	绘制专业图					第6章	函数概览
第二部分 重点讲解数学建模及其在实际问题中的应用，涵盖符号运算、数值计算等核心内容。通过这一部分，读者将深入学习如何利用MATLAB进行符号计算、矩阵运算、方程求解等，并探索其在数据分析、微分方程求解、优化计算及图论算法中的广泛应用。本书为读者提供了丰富的建模工具和技术支持，帮助读者应对复杂的建模问题。章节安排如下：
	第7章	符号运算					第8章	数值计算
	第9章	数据分析					第10章	微分方程
	第11章	优化计算					第12章	图论算法
本书配套的数据文件等素材收录在百度云盘中，视频文件在B站有分享，读者访问“算法仿真”公众号（回复：202400230）可以获取配套代码等素材文件的下载链接。
3．读者对象
本书通过系统化的内容与实例，帮助读者快速掌握MATLAB及其在数学建模中的应用，为工程、科学及技术领域的复杂问题提供强大支持。本书适合各类MATLAB学习者与从业人员，具体包括：
? 科研人员：从事科学研究、数据分析的相关从业人员
? 学生与教师：理工科院校的本科生、研究生及相关课程教师
? 技术工程人员：希望提升建模与仿真能力的MATLAB用户
? MATLAB爱好者：对MATLAB编程和数学建模感兴趣的读者
4．读者服务
为了便于解决本书的疑难问题，读者在学习过程中如遇到与本书有关的技术问题，可以访问“算法仿真”公众号获取帮助，公众号、QQ群（816137096）提供了与编者的沟通渠道。公众号还为读者提供技术资料分享服务。
本书主要由田栋编写，参与编写的还有魏鑫、温正等，对于他们的辛苦付出，在此一并表示感谢。MATLAB本就是一个庞大的资源库和知识库，本书所述难窥其全貌，虽然在本书的编写过程中力求叙述准确、完善，由于编者水平有限，书中欠妥之处在所难免，希望读者和同仁能够及时指出，我们致以衷心的感谢。本书欢迎提供修订建议，以更好的服务读者。
特别说明：书中对图表和程序代码进行说明时，相关字母的字体保持与图表和程序代码一致，不区分正斜体、黑白体等。
最后感谢您购买本书，希望本书能成为您应用MATLAB进行科学研究道路上的启蒙者。


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　				　编者

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MATLAB基础应用与数学建模