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第1章 计算机和程序开发导论1

1.1 背景1

1.2 计算机架构的历史1

1.2.1 巴贝奇差分机2

1.2.2 巨人计算机2

1.2.3 冯·诺依曼架构2

1.3 现代计算系统3

1.3.1 计算机硬件3

1.3.2 计算机存储器3

1.3.3 计算机软件5

1.3.4 运行计算机程序7

1.4 解释型程序的运行7

1.5 预期结果8

1.5.1 MATLAB简介8

1.5.2 学习编程概念8

1.5.3 解题技巧8

本章小结9

自我测验9

第2章 入门11

2.1 编程语言的背景11

2.1.1 抽象12

2.1.2 算法12

2.1.3 编程范式12

2.2 基本的数据处理13

2.2.1 启动和退出MATLAB13

2.2.2 变量赋值13

2.2.3 数据类型14

2.2.4 类和对象15

2.3 MATLAB用户界面16

2.3.1 命令行窗口16

2.3.2 命令历史窗口17

2.3.3 工作空间窗口18

2.3.4 当前目录窗口21

2.3.5 变量编辑器21

2.3.6 图形窗口21

2.3.7 编辑器窗口22

2.4 脚本23

2.4.1 文本文件23

2.4.2 创建脚本23

2.4.3 当前目录24

2.4.4 运行脚本24

2.4.5 脚本中的标点24

2.4.6 调试脚本25

2.5 工程实例——航天器发射25

本章小结27

特殊字符、保留字和函数28

自我测验28

编程29

第3章 向量和数组31

3.1 概念：使用内置函数31

3.2 概念：数据集合31

3.2.1 数据抽象31

3.2.2 同质集合31

3.3 向量32

3.3.1 创建向量32

3.3.2 向量大小33

3.3.3 索引向量33

3.3.4 缩短向量34

3.3.5 向量运算35

3.4 工程实例——力和力矩41

3.5 数组41

3.5.1 数组的属性42

3.5.2 创建数组42

3.5.3 访问数组的元素43

3.5.4 删除数组的元素44

3.5.5 数组运算44

3.6 工程实例——计算土壤体积50

本章小结52

特殊字符、保留字和函数52

自我测验54

编程54

第4章 执行控制57

4.1 概念：代码块57

4.2 条件语句的一般形式57

4.3 i f语句58

4.3.1 通用模板58

4.3.2 MATLAB实现59

4.3.3 重要的概念60

4.4 switch语句61

4.4.1 通用模板61

4.4.2 MATLAB实现62

4.5 迭代的一般形式63

4.6 for循环63

4.6.1 通用模板63

4.6.2 MATLAB实现64

4.6.3 索引实现方式65

4.6.4 退出for循环65

4.7 while循环66

4.7.1 通用模板66

4.7.2 MATLAB实现66

4.7.3 loop-and-a-hal f的实现67

4.7.4 退出while循环68

4.8 工程实例——计算液体的体积68

本章小结69

特殊字符、保留字和函数70

自我测验70

编程71

第5章 函数74

5.1 概念：抽象和封装74

5.2 函数的黑盒视图74

5.3 MATLAB实现75

5.3.1 通用模板75

5.3.2 定义函数75

5.3.3 函数的保存和使用76

5.3.4 函数的调用76

5.3.5 可变数量的参数77

5.3.6 返回多个结果77

5.3.7 辅助函数78

5.3.8 MATLAB函数中的封装78

5.3.9 全局变量79

5.4 工程实例——测量固体79

本章小结81

特殊字符、保留字和函数81

自我测验81

编程81

第6章 字符串85

6.1 概念：映射、类型转换、分词、分隔85

6.2 MATLAB实现86

6.2.1 字符串的切片与连接87

6.2.2 算术运算和逻辑运算87

6.2.3 函数87

6.3 类型转换函数88

6.3.1 将数字转换为字符串88

6.3.2 将字符串转换为数字88

6.4 字符串的运算90

6.4.1 简单的数据输出：disp（…）函数90

6.4.2 复杂的数据输出90

6.4.3 字符串的比较91

6.5 字符串数组92

6.6 工程实例——加密93

本章小结95

特殊字符、保留字和函数95

自我测验96

编程96

第7章 元胞数组和结构体96

7.1 概念：异构集合99

7.2 元胞数组99

7.2.1 元胞数组的创建99

7.2.2 元胞数组的访问100

7.2.3 元胞数组的使用101

7.2.4 元胞数组的处理102

7.3 结构体103

7.3.1 结构体的构造和访问103

7.3.2 构造函数104

7.4 结构体数组106

7.4.1 构建结构体数组106

7.4.2 访问结构体的元素107

7.4.3 操作结构体109

7.5 工程实例——建造一个建筑物111

本章小结114

特殊字符、保留字和函数114

自我测验114

编程115

第8章 文件的输入和输出118

8.1 概念：串行I/O118

8.2 工作空间I/O119

8.3 高级I/O函数119

8.3.1 探索120

8.3.2 电子表格120

8.3.3 带分隔符的文本文件121

8.4 低级文件I/O122

8.4.1 文件的打开与关闭123

8.4.2 文本文件的读取123

8.4.3 读取文本文件的例子123

8.4.4 文本文件的写入124

8.5 工程实例——电子表格数据125

本章小结126

特殊字符、保留字和函数127

自我测验127

编程127

第9章 递归130

9.1 概念：活动栈130

9.1.1 栈130

9.1.2 活动栈130

9.1.3 函数实例131

9.2 递归的定义131

9.3 递归函数的实现132

9.4 异常133

9.4.1 早期的方法133

9.4.2 异常处理的通用方法134

9.4.3 MATLAB实现134

9.5 封装函数136

9.6 递归的例子137

9.6.1 检测回文138

9.6.2 斐波那契数列138

9.6.3 函数零点140

9.7 工程实例——机器人手臂运动141

本章小结144

特殊字符、保留字和函数144

自我测验144

编程145

第10章 解决问题的原则147

10.1 解决简单问题147

10.2 解题步骤148

10.3 运算概述148

10.3.1 基本算术运算148

10.3.2 集合的插入148

10.3.3 集合的遍历149

10.3.4 集合的创建150

10.3.5 集合的映射150

10.3.6 集合的过滤151

10.3.7 集合的汇总151

10.3.8 集合的搜索151

10.3.9 集合的排序152

10.4 解决更大的问题152

10.5 工程实例——处理地缘政治数据152

本章小结156

自我测验157

编程157

第11章 绘图159

11.1 基本绘图159

11.1.1 窗口——图形的“容器”159

11.1.2 调整图形的简单函数159

11.1.3 一个窗口中的多个图形——子图160

11.1.4 手动编辑图形162

11.2 二维绘图162

11.2.1 简单图形162

11.2.2 绘图选项163

11.2.3 参数图163

11.2.4 其他二维绘图功能164

11.3 三维绘图164

11.3.1 线性三维图165

11.3.2 三维线性参数图166

11.3.3 其他三维绘图功能167

11.4 曲面图167

11.4.1 基本功能167

11.4.2 简单的练习168

11.4.3 三维参数曲面171

11.4.4 旋转体172

11.4.5 其他三维曲面绘图功能175

11.4.6 组合曲面176

11.5 操作绘图数据176

11.6 工程实例——地理数据的可视化176

11.6.1 数据的分析176

11.6.2 数据的显示177

本章小结178

特殊字符、保留字和函数179

自我测验180

编程181

第12章 矩阵183

12.1 概念：行为抽象183

12.2 矩阵运算183

12.2.1 矩阵乘法183

12.2.2 矩阵除法185

12.2.3 矩阵求幂185

12.3 实现185

12.3.1 矩阵乘法185

12.3.2 矩阵除法186

12.4 旋转坐标系188

12.4.1 二维旋转188

12.4.2 三维旋转190

12.5 联立线性方程组的求解192

12.6 工程实例194

12.6.1 陶瓷的成分194

12.6.2 电路分析195

本章小结196

特殊字符、保留字和函数196

自我测验196

编程196

第13章 图像198

13.1 图像的性质198

13.2 图像类型199

13.2.1 真彩色图像199

13.2.2 灰度图像199

13.2.3 颜色映射图像199

13.2.4 更好的图像格式200

13.3 读取、显示、编写图像200

13.4 图像处理200

13.4.1 缩放图像201

13.4.2 图像掩模201

13.4.3 创建万花筒205

13.4.4 曲面图片206

13.5 工程实例——边缘检测208

本章小结210

特殊字符、保留字和函数210

自我测验211

编程211

第14章 声音的处理213

14.1 声音的物理原理213

14.2 记录和回放213

14.3 实现214

14.4 时域操作214

14.4.1 切割和连接声音214

14.4.2 音乐的背景216

14.4.3 音频的修改217

14.5 快速傅里叶变换219

14.5.1 背景219

14.5.2 实现220

14.5.3 简单的频谱分析221

14.6 频域操作223

14.7 工程实例——音乐合成器225

本章小结226

特殊字符、保留字和函数227

自我测验227

编程227

第15章 数值方法229

15.1 插值229

15.1.1 线性插值229

15.1.2 三次样条插值231

15.1.3 外推232

15.2 曲线拟合233

15.2.1 线性回归233

15.2.2 多项式回归235

15.2.3 应用236

15.3 数值积分237

15.3.1 完全积分的计算238

15.3.2 连续函数的积分239

15.4 数值微分240

15.5 解析式的运算242

15.5.1 解析式的积分242

15.5.2 解析式的微分242

15.6 实现242

15.7 工程实例——调整合成器的音符243

本章小结244

特殊字符、保留字和函数245

自我测验245

编程245

第16章 排序248

16.1 衡量算法成本248

16.1.1 具体的大O的例子248

16.1.2 分析复杂的算法250

16.2 数据排序算法250

16.2.1 插入排序250

16.2.2 冒泡排序251

16.2.3 快速排序253

16.2.4 归并排序254

16.2.5 基数排序256

16.3 性能分析256

16.4 排序算法的应用258

16.4.1 使用sort （…）258

16.4.2 插入排序258

16.4.3 冒泡排序258

16.4.4 快速排序258

16.4.5 归并排序259

16.4.6 基数排序259

本章小结259

自我测验259

第17章 图论的处理260

17.1 队列260

17.1.1 队列的性质260

17.1.2 队列的实现260

17.1.3 优先队列261

17.1.4 队列的测试263

17.2 图265

17.2.1 图的例子265

17.2.2 图的处理265

17.2.3 图的创建266

17.2.4 图的遍历268

17.2.5 图的搜索270

17.3 最小生成树270

17.4 图的路径搜索272

17.4.1 精确算法272

17.4.2 广度优先搜索算法272

17.4.3 Dijkstra算法273

17.4.4 近似算法275

17.4.5 图搜索算法的测试276

17.5 工程应用277

17.5.1 简单的应用277

17.5.2 复杂的应用278

本章小结278

编程278

附录A MATLAB的特殊字符、保留字和函数279

附录B ASCII字符集287

附录C内部数字表示288

附录D判断题和填空题答案290