matlab 6.x版前言

1．MATLAB的发展历程和影响
MATLAB名字由MATrix和 LABoratory 两词的前三个字母组合而成。那是20世纪七十年代后期的事：时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的Cleve Moler教授出于减轻学生编程负担的动机，为学生设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序的“通俗易用”的接口，此即用FORTRAN编写的萌芽状态的MATLAB。
经几年的校际流传，在Little的推动下，由Little、Moler、Steve Bangert合作，于1984年成立了MathWorks公司，并把MATLAB正式推向市场。从这时起，MATLAB的内核采用C语言编写，而且除原有的数值计算能力外，还新增了数据图视功能。
MATLAB以商品形式出现后的短短几年，就以其良好的开放性和运行的可靠性，使原先控制领域里的封闭式软件包纷纷淘汰，而改在MATLAB平台上重建。在时间进入20世纪九十年代的时候，MATLAB已经成为国际控制界公认的标准计算软件。到九十年代初期，在国际上30几个数学类科技应用软件中，MATLAB在数值计算方面独占鳌头，而Mathematica和Maple则分居符号计算软件的前两名。Mathcad因其提供计算、图形、文字处理的统一环境而深受中学生欢迎。
MathWorks公司于1993年推出了基于Windows平台的MATLAB4.0。4.x版在继承和发展其原有的数值计算和图形可视能力的同时，出现了以下几个重要变化：（1）推出了SIMULINK，一个交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境。（2）推出了符号计算工具包。一个以Maple为“引擎”的Symbolic Math Toolbox 1.0。此举结束了国际上数值计算、符号计算孰优孰劣的长期争论，促成了两种计算的互补发展新时代。（3）构作了Notebook 。MathWorks公司瞄准应用范围最广的Word ，运用DDE和OLE，实现了MATLAB与Word的无缝连接，从而为专业科技工作者创造了融科学计算、图形可视、文字处理于一体的高水准环境。从1997年春的5.0版起，后历经5.1、5.2、5.3、6.0、6.1等多个版本的不断改进，MATLAB“面向对象”的特点愈加突出，数据类型愈加丰富，操作界面愈加友善。2002年初夏所推6.5版的最大特点是：该版本采用了JIT加速器，从而使MATLAB朝运算速度与C程序相比肩的方向前进了一大步。
假如说，在上世纪九十年代，新、老一代教科书的区别性标志是“教材是否包含MATLAB内容”，那末进入二十一世纪后，MATLAB对教材的影响又以崭新的形式出现：新教材正在更彻底地摒弃那些手工计算、计算尺计算、手摇或电动计算机、电子模拟计算机时代建立的“老的但久被当作经典的”表述、分析和计算方法；而逐步地建立以现代计算工具（包括软硬件）为平台的新的表述、分析和计算方法，其中包括采用交互式图形用户界面去完成各种表述、分析和计算目的。
2．本书沿革
 1992年编写并印刷《科技编程语言KINDTOOL》讲义，约20万字。KINDTOOL由DOS环境下的MATLAB3.0经汉化而得。
 1997年写成《掌握和精通MATLAB》，约51万字；该书全面介绍了Windows平台上的MATLAB4.2c。该书由北京航空航天大学出版社于1997年8月公开发行，前后印刷5次，共发行17000册。
 2000年写成《精通MATLAB5.3》，约90万字。该书全面详尽、层次丰满；它阐述了MATLAB5.3版的几乎全部通用功能。该书附带光盘，大大扩展了该书的实用价值。该书由北京航空航天大学出版社于2000年8月公开发行，前后印刷3次，共发行9000册。
 2001年4月，又以MATLAB6.0为基础，编写出版了《MATLAB教程》，约53万字；该书是为满足教材使用和简明自学需要而编写的。其特点是：全面完整而精练简明；系统流畅又配备自测习题；内容稳定又及时适应MATLAB最新版本。2002年2月再次印刷时，该书已在MATLAB6.1基础上加以修订。该书至今发行10000册。
 2002年12月，以MATLAB6.5为基础出版本书。
2．本书的编写宗旨
 全面反映MATLAB最新版本的通用功能，淡化学科性强的专用功能；
 着力描绘各指令间的协调配合，少费笔墨于指令用法的笼统解释；
 寓教于例，由浅入深；既讲机理，又讲程式规则；
 关于科学计算，着重强调理论概念、教材算法和实际计算三者间的关系，着重强调现代计算工具（软、硬件）对传统计算、设计方法的影响和冲击；
 诚实面对读者，所有算例都经反复运作验证，而决非转抄潦草之作；
 为方便读者学习、使用，随书光盘包含了全书的所有算例文件，可在MATLAB或Notebook环境中直接运行。
以上编写宗旨是作者多年写作养成的传统和风格。作者因此得到广大读者的有力支持和赞誉。特别是随书光盘给读者带去的彩色和可靠易用的程序更受欢迎。
3．全书结构、梗概及新增内容
（1）全书的结构和功用
全书由“前言”、“目录”、“正文”、“附录”、“参考文献”和“随书光盘”组成。
 “目录”
目录由四级标题构成。通过目录，读者可以清晰地看到正文内容的完整框架，方便地查到所需内容的位置。
 “正文”
全书共分十三章，包含算例390多个。章节内容是遵循“由浅入深”、“相对独立”和“算例引导”原则安排的。从全书看，概念相对简单的篇章安排在前；每章中，操作比较容易的节次安排在前。新版算例算例“深浅”层次远比前版丰富。每章的入门或前一、二节的简单算例，总可以让读者轻松地学会MATLAB的各种功能的初步使用，不管读者原先用过MATLAB与否。而配置在各章中的综合算例，将向读者展示MATLAB解决复杂问题的可能途径，引导读者向纵深发展。正文内容的安排既考虑了系统讲授的需要，又考虑了不同水平读者自学和查阅的需要。
新、旧版的章节区别：（1）旧版第一章“概论”被整章删除，其内容被大幅删简后融在前言中。（2）本书第十二章“应用程序接口API”是根据MATLAB6.5新写的。（3）本书其余各章的名称与旧版相对应，但其内容都以6.5为基础进行了修改和增补。
 附录A “索引”
它汇集了本书涉及的所有MATLAB标点符号、函数指令、SIMULINK库模块、图形对象属性、以及用于API的各种指令。它们（除标点符号外）根据英文字母的次序罗列。每个英文指令（或符号、属性、模块）后，罗列着那指令以不同方式被介绍、使用的具体节次。这“索引”主要用做英文关键词查阅。
 附录B “光盘使用说明”
它详细介绍光盘文件的种类、工作环境和使用方法。
 “参考文献”
列出了本书成文的文献基础。读者如有疑惑或想寻根求源，这部分资料十分有用。
 “随书光盘”
盘上存放着约700多个文件。它们提供了印刷版对应算例运行的几乎所有文件。
（2）正文概要
 “第1章基础准备及入门”专门介绍最常用的交互界面：通用指令窗、历史指令窗、当前目录浏览器、工作空间浏览器、内存数组编辑器、交互界面分类目录窗、M文件编辑/调试器、及帮助导航/浏览器。
本章内容与旧版完全不同。这是因为6.5版向用户提供前所未有的、成系列的交互式工作界面。了解、熟悉和掌握这些交互界面的基本功能和操作方法，将使新老用户能事半功倍地利用MATLAB去完成各种学习和研究。
 “第2章数值数组及其运算”集中叙述一维、二维、任意高维双精度数值数组的生成和操作。这是MATLAB最常用最基本又最传统的数据类型，定义在此类“对象”上的“方法”就是最具魅力的数组运算。本章所涉内容和方法，不仅使用于数值数组，而且也将延伸使用于在其他数据结构中。
MATLAB6.5运用新的逻辑数据类型，大大扩充了逻辑运算指令。
 “第3章字符串、元胞和构架数组”系统阐明这些数据类型的基本性质、用法要旨。本书作者提醒读者不要小视这第3章。原因之一是“构成MATLAB指令的M文件”中就大量使用这些数据类型。只有理解这些数据类型才能真正灵活运用MATLAB指令，尤其是那些泛函指令、图形对象、图形用户界面的各种控件等。
应该指出：MATLAB6.5的数据类型有较大变化。本书反映了这种变化。
 “第4章数值计算”的篇幅在本书所有章节中最长，因为正是这顶级水准的数值计算使MATLAB立身于世界、称雄于天下。本章对数学问题的描述遵循“最低限度自封闭”原则，即以最简明的方式阐述理论数学、数值数学和MATLAB计算指令间的内在联系和差别。比如在讨论线性方程解时，本书总是先回顾性地列出若干常见的“教科书解法”，并指出这些理论算法在实际应用中的缺陷，然后在简述数值计算原理的基础上给出精良的MATLAB计算指令。
对于第4章涉及较宽知识的地方，本书都配置了综合性算例。跟随着解题步骤，读者不难掌握MATLAB所提供的相关解题指令和工具。但本书作者在此提醒：本章部分内容的知识跨度可能较大，读者不必企求一口气读完或读懂本章的所有内容。
随着MATLAB从5.3升级到6.5版，本章内容有三个重要变化：（A）由于MATLAB数值计算基础软件库变化，导致许多数值计算结果在前后版本不同；（B）泛函指令对函数的操作借助新引进的“函数句柄”实施；（C）新增了微分方程边值问题求解的内容。
 “第5章符号计算”内容受MATLAB版本升级影响较小，但也有细微变化。这种内容变化反映在第5.4.1节。符号计算与理论数学的演绎过程相似，读者很容易掌握。本章内容包括：各种代数方程、微分方程的求解，解析微积分的求取，Fourier、Laplace变换的封闭表达式，任意精度的数值解等。
 “第6章数据和函数可视化”围绕数据成图机理、绘图要旨和修饰技法系统介绍“高层”绘图指令和交互操作工具。作者是通过60来个算例向读者展示的。
MATLAB从5.x向6.5版本升级后，旧版中的本章全部内容几乎可以不加修改地用于6.5版。但为适应升级，新版作了如下改变：（A）新增了控制图形对象“面”、“块”、“象”透明属性的内容，进一步增强了图形感染力。（B）新增了关于unit8, unit16数据类型进行图像数据存储的内容；（C）对MATLAB升级后图形窗界面的编辑功能进行了新的全面阐述。
 “第7章M文件和面向对象编程”的内容在理解MATLAB自身和应用MATLAB两方面都有十分重要的作用。本章只用很少篇幅对MATLAB传统控制流进行简述，而大量的篇幅用于阐述新功能：较特殊的控制流；变长度输入输出宗量；跨空间运作的串演算指令和赋值指令；内联函数、子函数、私有函数和P伪码文件；M文件编辑调试器；程序运行性能剖析器；面向对象编程技术。
本章新版最主要的变化是：增加了关于函数句柄如何创建和如何使用的内容；根据MATLAB6.5重写了程序运行剖析器；采用算例展示了6.5版特具的JIT加速器的作用。
 “第8章SIMULINK交互式仿真集成环境”系统介绍建模和分析方法，特别着重于阐述：模型处理向量信号的能力；借助简装和精装子系统进行的“分层”建模方法；复杂系统建模中不可缺少的逻辑关系运算和“使能”、“触发”技术；SIMULINK与MATLAB的协调运作。
本章内容新旧版的变化主要表现在三方面：（A）由于伴随MATLAB的SIMULINK全面升级，SIMULINK的库界面和内容发生较大的变化，所以本章旧版的内容已在MATLAB6.5基础上全面更新；（B）涉及“条件执行子系统”的内容被全部更新；（C）为适应读者应用水平的提高，新增了第8.8节，专门论述S函数模块的创建和使用。
 “第9章句柄图形”讲述图、轴、线、面、方、块、象、字、光等九种基本图形对象。与第6章的高层指令相比，本章的内容深入MATLAB可视化功能的内核。本章目的：一，使读者更深入理解高层绘图指令，从而绘制出更精细更生动更个性的图形；二，使读者能利用低层图形指令和图形对象属性开发专用绘图函数。
本章新旧版之间没有实质性的变化，但新版已在MATLAB6.5基础上进行了若干微小的更新。
 “第10章图形用户界面GUI制作”专门讲述用户菜单、用户控件和图形用户界面的制作。本章内容不仅为制作满足“演示需要”的界面，而更重要的是：为制作“科学分析和综合研究需要”的交互界面。
本章新版完全重写了有关MATLAB提供的“界面设计工作台”的内容。因为，MATLAB6.5版的设计工作台与5.3版完全不同。
 “第11章MATLAB编译器”详细叙述：如何由M文件生成运行得较快的MEX文件；如何由M文件生成能脱离MATLAB环境运行的EXE程序。该章内容对从事应用开发的读者有一定的帮助。
由于MATLAB6.5版采用的编译器已从原先过渡性的2.0 全面升级为3.0，所以本章内容已在Compiler3.0基础上全部重写。
 “第12章应用程序接口API”是为适应读者应用MATLAB水平的提高而新增的一章。它包括：（A）如何把已有的优秀C程序改造成可在MATLAB中方便调用的指令；（B）如何借助MAT文件实现MATLAB与外部应用程序的数据交换；（C）如何在各种其他应用程序中利用MATLAB引擎技术；（D）如何应用ActiveX实现MATLAB与外部应用程序的通信；（E）如何借助DDE技术在MATLAB与其他外部程序间进行通信。
该章完全而且值得指出：MATLAB6.0, 6.1版用于API的（MEX、MAT、及引擎）库函数许多已经被废止。本章内容是根据MATLAB6.5编写的。
 “第13章Notebook”系统地叙述Notebook的安装、启动、和使用；最后一节则专门讲述，如何通过MATLAB、Notebook、PowerPoint三者之间的协调链接来制作科技演讲稿。该章内容对需要撰写科技论文、“电子版”科技著作、多媒体科技演讲稿的读者十分有用。
本章新版内容与旧版大致相同，但有些变化：（A）关于Notebook的安装是针对变化了软件环境重写的。（B）新增一节，专门介绍具有现场计算能力的幻灯片的制作。
（3）本书新版与旧版的主要差别
 本书全部算例的计算结果已在MATLAB6.5上更新。这是因为矩阵和特征值计算指令不再以LINPACK和EISPACK库为基础，而建筑在计算速度更快、运行更可靠的LAPACK和ARPACK程序库的新基础上。
基础软件库变化所产生的影响明显地表现在矩阵分解、特征向量、奇异向量等的计算结果不同上，也影响到隐性使用LAPACK和ARPACK的那些指令（如矩阵对数指令等）的计算结果。本书新版可保证读者在MATLAB6.5环境下完全重现本书算例结果。
 新版紧随MATLAB升级，（A）增加了一节“求解微分方程边值问题”的内容；（B）介绍了新的积分指令quadl和triplequad ；（C）增添了一节如何对图形进行透明度控制的内容；（D）用一节篇幅全面阐述新数据类型“函数句柄”的创建和使用；（E）完全重写了MATLAB编译器那章的内容；（F）完全重写了程序性能剖析器，并展示了6.5版的JIT加速功能。
 MATLAB升级使其所有交互界面都发生了较大变化，因此本书新版相应章节也作了如下变动：（A）“第一章基础准备及入门”是完全新写的；（B）关于“图形窗编辑功能”那节的内容是新写的；（C）关于“SIMULINK模块库和模型窗界面”的内容是重写；（D）关于“GUI设计工作界面”的内容是完全新写的。
 为适应读者对MATLAB理解和应用水平的提高，新版有如下变化：（A）新添一节关于“uint8, unit16数据类型在图像存储中应用”的内容；（B）新写一节关于“S函数在SIMULINK中应用”的内容；（C）新增一章关于“应用程序接口API”的内容；（D）在Notebook那章中新增一节，专门介绍在放映过程具有计算能力的幻灯片的制作。
 附录进行了内容的增补和更新。
4．本书的读者对象和使用建议
MATLAB自身性质决定了本书的主要读者对象是：需要数学计算、数学函数或计算结果可视的各类大学生、研究生、教师、研究人员和科技工作者。
本书内容的自封闭性、390多个算例和完善的检索系统和随书光盘，使本书既能用做教材或自学用书，又能当作实践MATLAB的软件环境。本书内容不仅可作为MATLAB使用方法的参考手册，而且也可当作科学计算方法的选用参考。
MATLAB自身的很强综合性决定了本书有较大的知识跨度。书中有的章节涉及较深的数学，有的则涉及较多C或其他软件的知识；有的章节要求对微分方程有较好的理解，有的则需要对计算机色彩系统有较好的认识。作者在编写本书时，充分考虑了MATLAB的这种特点，也考虑了多方面读者的不同层次需要，在书中所有需要高层次知识的地方配置了相对简单的引导性算例。这样处理后，不管读者原来的知识背景如何，他们只要循着算例所给指令进行操作，就至少能直观地感受到那些指令的运作结果。假如再认真地阅读指令后的注解说明，他们就能举一反三，更好地掌握利用MATLAB解决那类问题的技法。
当本书用做自学材料时，建议读者先从比较简单的内容开始。这部分内容一般被安排在每章的前一、二节。本书作者还建议自学者特别注意对书中所给算例的实践，注意通过算例去感悟一般规则。
当本书用做本科生教材时，应注意避开那些涉及较深数学的节次，如第5章中的奇异值分解、多项式拟合和非线性最小二乘、插值等内容。此外，由于第8、9、10、11、12章的应用场合比较专业，所以一般也不必列为本科教学内容。
当本书被用做研究生教学参考书时，应根据不同学科研究生的知识背景对本书内容作一定的取舍。
当本书被当作参考手册使用时，分类检索可从书前“目录”进行，而指令、模块、属性等关键词检索则应从书后“索引”着手。书中的大量应用实例与MATLAB自身帮助文件有很强的互补性。
5．随书的光盘文件
引入光盘的指导思想是：营造一个与印刷版对应的软件环境，使读者能从“可直接运作的”不同形式的光盘文件中，更快更好地掌握和理解MATLAB。
光盘装载着容量约70M，各类文件约700多个。这些文件可引出Notebook环境；可引出交互界面；可引出SIMULINK模型、运行界面；可引出编译环境、产生独立应用程序；可引出把幻灯放映、Word文字处理、MATLAB计算结合在一起的综合环境。
引入光盘解决了印刷版的如下几个问题：（1）印刷版很难（甚至无法）表述MATLAB不断升级后的“交互”能力。（2）印刷版很难以低价格表现文件或计算结果中的“色彩”信息。（3）印刷版很难提供完整的SIMULINK模型文件。（4）印刷版无法提供由编译而得的MEX文件和能独立运行的EXE文件。（5）印刷版很难提供API中的很多其他应用程序的文件。
此外，光盘提供的文件可作为读者练习时的参照物，便于读者找出自己编写指令或文件运行失败的原因。
本随书光盘内容曾被个别书籍大量复制剽窃。这类事情的发生给作者带来很大伤害。但作者在权衡光盘的利弊后，坚持原宗旨不变：为方便读者，继续携带随书光盘。望得到广大读者的支持和配合。
6．本书作者的期望
MATLAB本身是一个藏量极为丰富的资源库。因此，对大多数用户个体来说，一定有部分MATLAB内容看起来是“透明”的，即用户能明白其全部细节；另有些内容表现为“灰色”，即用户虽明白其机理但不懂具体的执行细节；还有些内容则“全黑”，即用户对它们完全无知。本书虽仅涉及MATLAB整体的很小一角，但就是这部分内容就已经构成了对本书作者的严重挑战。
本书新版初稿于2001年夏，后几易书搞。作者在写稿过程中遇到过不少困惑，通过再学习和向专家请教虽克服了它们的障碍，但仍难免错误和偏见。本书所有算例虽经多人在不同PC机上独立运作验证，但仍不敢说百分之百的正确。在此，本书作者肯切期望得到各方面专家和广大读者的指教。作者的电子信箱地址是：zyzh@njupt.edu.cn 。
7．致谢
本书结稿的此时此刻，我首先要感谢的是杨祖樱教授，她以妻子和前版作者的双重身份给予我永恒的支持，是她随时向我提供不同的认知和意见，分担写作中的甘苦。
在本书写作中，我前后几届研究生徐彦琴、曹嵩、汪方盛、凌云、李昌、王俊等都做出很大的贡献。其中徐彦琴、汪方盛的作用尤为突出。他们为本书设计了许多独具匠心的例题，不嫌其烦对全书算例进行运算验证，逐字逐句地对全书内容进行校对。我深深感谢他们为本书所做的一切。
最后要感谢北京航空航天出版社。感谢该社为本书前版所做的一切，感谢该社对作者重写新版所给予的鼓励，感谢该社对作者的理解和支持。




作 者
2002年12月于南京