MATLAB程式設計:入門篇

Roger Jang (張智星)


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Table of Contents

Chapter 1: MATLAB 小傳與外觀

本章介紹 MATLAB 與 MathWorks 公司的背景與歷史,並說明 MATLAB 第八版的外觀。
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1-1:MATLAB 小傳
1-2:MATLAB 第八版外觀
Chapter 1: Exercises

Chapter 2: 初探MATLAB

本章介紹 MATLAB 的基本環境與操作,如果您是 MATLAB 的初學者,建議您先熟悉本章各節的內容,可讓您很快地進入情況,立即享用 MATLAB 的簡潔與方便。當然,如果您是MATLAB 老手,就可以直接跳到後面各章節,研讀各個相關主題。
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2-1:使用變數與基本運算
2-2:向量與矩陣的處理
2-3:常用數學函數
2-4:程式流程控制
2-5:M 檔案
2-6:搜尋路徑
2-7:工作空間與變數的儲存及載入
Chapter 2: Exercises

Chapter 3: 二維平面繪圖

MATLAB 不但擅長矩陣相關的各種數值運算,也具有非常強大的繪圖功能,特別適用於各種科學目視表示法(Scientific Visualization)。本章將介紹 MATLAB 的基本二維(平面)繪圖功能,其他更高階的繪圖功能,將在後續章節逐一介紹。
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3-1:基本的二維繪圖指令
3-2:曲線的控制
3-3:圖軸的控制
3-4:說明文字的加入
3-5:其他平面繪圖指令
Chapter 3: Exercises

Chapter 4: 三維立體繪圖

在科學目視表示法(Scientific Visualization)中,隱藏在資料內的資訊是要靠圖形的技巧來呈現,其中三度空間的立體繪圖是一個非常基本且重要的技巧。本章將介紹 MATLAB 在三度空間的各項立體繪圖指令。
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4-1:基本的三維繪圖指令
4-2:圖形與圖軸的控制
4-3:曲面顏色的控制
Chapter 4: Exercises

Chapter 5: 特殊圖形

本章介紹 MATLAB 擅長的幾種特殊圖形指令,這些指令大部份可用於二維及三維的繪圖,特別適用於資料目視表示法(Data Visualization)的呈現。
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5-1:長條圖
5-2:面積圖
5-3:扇形圖
5-4:針頭圖
5-5:階梯圖
5-6:實心圖
5-7:向量場圖
5-8:等高線圖
5-9:容積目視圖
Chapter 5: Exercises

Chapter 6: 動畫製作

在前幾章中,我們介紹了二維、三維及特殊圖形,但這些圖形都是靜態的,無法顯示動態效果。本章介紹的動畫(Animation),將可顯示圖形隨時間而變化的效果。
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6-1:MATLAB 動畫簡介
6-2:以電影方式產生動畫
6-3:以物件方式產生動畫
Chapter 6: Exercises

Chapter 7: 握把式圖形與GUI設計

本章介紹 MATLAB 的握把式圖形(Handle Graphics),以及相關的圖形使用者介面(GUI,Graphic User Interface)設計。善用握把式圖形以及 GUI 設計技巧,您就可以隨心所欲地更改 MATLAB 產生的圖形,並能進一步設計出和善(Friendly)、直覺(Intuitive)的圖形使用者介面。本章的 GUI 設計均以基本的 MATLAB 程式設計為主,另一個以滑鼠為主的 GUI 快速發展環境,稱為 GUIDE(Graphic User Interface Design Environment),將在下一章介紹。
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7-1:握把式圖形簡介
7-2:以 GUI 進行圖形物件的性質存取
7-3:以命令列進行圖形物件的性質存取
7-4:以 M 檔案進行圖形物件的性質存取
7-5:以 M 檔案設定滑鼠事件的的反應
Chapter 7: Exercises

Chapter 8: GUIDE:GUI 設計環境

本章介紹 GUIDE(Graphic User Interface Design Environment),這是一個專用於 GUI(Graphic User Interface,圖形使用者介面)程式設計的快速發展環境,使您可以使用滑鼠就可以迅速地產生各種 UI(User Interface,使用者介面)控制物件,並隨心所欲地改變他們的外型、大小及顏色等,並且指定每個物件被點選後所執行的命令。
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8-1:GUIDE 簡介
8-2:GUIDE 入門範例一
8-3:GUIDE 入門範例二
8-4:GUIDE 入門範例三
8-5:GUIDE 入門範例四
8-6:GUIDE 其它說明
Chapter 8: Exercises

Chapter 9: 矩陣的處理與運算

MATLAB 是英文字 MATrix LABoratory(矩陣實驗室)的縮寫,可見 MATLAB 與矩陣的關係非常密切。在本章各節中,將會對矩陣的取用、基本運算,以及各種特殊用途的矩陣,進行詳細的介紹。MATLAB 處理基本矩陣的相關指令大部分都放在「{MATLAB 根目錄}/toolbox/matlab/elmat」,其中的「 elmat」就是代表「Elementary Matrices」。若要查詢與基本矩陣運算相關的指令,可在 MATLAB 下輸入「help elmat」。
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9-1:矩陣的索引
9-2:具特殊用途的矩陣
9-3:矩陣的數學運算
9-4:矩陣的內部資料型態
Chapter 9: Exercises

Chapter 10: 字元與字串

本章介紹 MATLAB 用於處理字元(Characters)與字串(Strings)的指令及相關資料型態。MATLAB 處理字串的相關指令大部分都放在「{MATLAB 根目錄}/toolbox/matlab/strfun」之中。其中的「strfun」就是代表「String Functions」。若要查詢與字元和字串相關的指令,可在 MATLAB 下輸入:「help strfun」或是「help strings」。
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10-1:基本概念
10-2:使用一個變數來儲存多個字串
10-3:字串的比較、尋找、代換、分解與結合
10-4:字串、數值與陣列的轉換
10-5:指令彙整
Chapter 10: Exercises

Chapter 11: 多維陣列

MATLAB 第四版只支援一維陣列(即向量)及二維陣列(即矩陣),但自從 MATLAB 第五版之後,開始支援數種新的資料型態,包含多維陣列、異質陣列、及結構陣列。本章及隨後數章將一一介紹這些新的資料型態。善用這些資料型態,您的 MATLAB 程式將會變成百米選手的短褲 — 又短又快喔!
[Video][Slides][Examples]
11-1:多維陣列的索引
11-2:多維陣列的建立
11-3:多維陣列的處理
Chapter 11: Exercises

Chapter 12: 異質陣列

異質陣列(Cell Arrays)延伸一般陣列的功能,可以將不同的資料型態儲存於同一個陣列之中。本章將逐一介紹如何建立、顯示、及取用異質陣列。
[Video][Slides][Examples]
12-1:異質陣列的建立
12-2:異質陣列的顯示
12-3:異質陣列的存取
12-4:其他相關指令
12-5:指令彙整
Chapter 12: Exercises

Chapter 13: 結構陣列

MATLAB 結構陣列(Structure Arrays)的延展性相當豐富,特別適用於由資料庫傳回的資料,可使您的程式更加精簡與並易於維護。
[Video][Slides][Examples]
13-1:結構陣列的建立
13-2:取用及改變結構陣列的資料
13-3:取用及改變結構陣列的欄位
13-4:其他相關指令
Chapter 13: Exercises

Chapter 14: MATLAB 的運算元

MATLAB 的運算元(Operators)分為五大類:數學運算元、關係運算元、邏輯運算元、位元運算元、及集合運算元,而與這些運算元相關的指令均位於「{MATLAB 根目錄}/toolbox/matlab/ops」目錄內。
[Slides][Examples]
14-1:數學運算元
14-2:關係運算元
14-3:邏輯運算元
14-4:位元運算元
14-5:集合運算元
Chapter 14: Exercises

Chapter 15: M檔案

以 MATLAB 程式碼所撰寫的檔案通常以「m」為副檔名,所以這些檔案又稱為「M檔案」(M-files)。M 檔案又分兩類:底稿(Scripts)與函式(Functions),本章將詳細介紹這兩類M檔案的功能和特色。
[Slides][Examples]
15-1:底稿
15-2:函式
15-3:次函式與私有目錄
15-4:區域變數與全域變數
15-5:程式碼保護:p-code
Chapter 15: Exercises

Chapter 16: 程式流程控制

MATLAB最強大的功能就在於數值運算和科學目視法呈現,但它本身也是一個完整的程式語言。本章將介紹各種 MATLAB 提供的程式流程控制語法,例如迴圈指令及條件指令等等。
[Video][Slides][Examples]
16-1:迴圈指令
16-2:條件指令
Chapter 16: Exercises

Chapter 17: 程式除錯

一個優秀的程式設計員,必需能善用程式除錯的工具,並熟悉程式除錯的技巧,才能事半功倍。本章介紹 MATLAB 常用的程式除錯技巧,以及相關的程式除錯工具,可以讓你的除錯技術平步青雲,大大減低程式開發時間。
[Video][Slides][Examples]
17-1:MATLAB除錯器簡介
17-2:一般除錯方法
17-3:以命令列為主的除錯
17-4:以圖形介面為主的除錯
Chapter 17: Exercises

Chapter 18: 檔案讀寫

MATLAB 內建許多有關檔案讀寫的函數,使用者可以很方便地對二進制檔案或 ASCII 檔案進行檔案的開啟、關閉、儲存等處理,本章將一一介紹其使用的語法。與檔案讀寫相關的函數都放在「{matlab根目錄}/toolbox/matlab/iofun」目錄,讀者可經由輸入「help iofun」而得到完整的函數列表。
[Video][Slides][Examples]
18-1:高階的檔案讀寫
18-2:開啟及關閉檔案
18-3:讀取 ASCII 檔案
18-4:寫入 ASCII 檔案
18-5:網路檔案的讀取
18-6:讀取二進制檔案
18-7:寫入二進制檔案
18-8:控制檔案位置指標
18-9:指令彙整
Chapter 18: Exercises

Chapter 19: 影像顯示與讀寫

除了各種繪圖功能外,MATLAB 也可以顯示影像(Images),並對各種影像檔案進行讀寫,本章重點即是在介紹這些功能。本章並不介紹影像處理的函數,對影像處理有興趣的讀者,可以參考「Image Processing Toolbox」(影像處理工具箱)的手冊。
[Video][Slides][Examples]
19-1:MATLAB 影像格式
19-2:影像的顯示與列印
19-3:8-bit 影像
19-4:影像檔案的讀取與寫入
Chapter 19: Exercises

Chapter 20: 音訊讀寫、錄製與播放

本章介紹 MATLAB 對於聲音訊號(Audio Signal,簡稱「音訊」)的基本操作,包含讀檔、寫檔、錄音與播放。
[Video][Slides][Examples]
20-1:音訊的基本介紹
20-2:音檔的讀取
20-3:音訊的播放
20-4:音訊的錄製
20-5:音訊的寫檔
Chapter 20: Exercises