공학설계를 위한 MATLAB 기초와 응용

파트 I. MATLAB 기초
1장 시작하기
1.1 MATLAB 시작하기 3
1.2 MATLAB 데스크탑 16
1.3 예제 프로그램 18
1.3.1 잘라내기와 붙여넣기 (Cut and paste) 18
1.3.2 프로그램 저장: 스크립트 파일 21
1.3.3 프로그램의 동작 23

2장 MATLAB 기초
2.1 변수(variables)와 작업공간(workspace) 28
2.1.1 변수(Variable) 28
2.1.2 대소문자 구분(Case sensitivity) 29
2.1.3 작업공간(workspace) 29
2.1.4 작업공간에서 공통으로 사용된 상수 더하기 30
2.2 배열: 벡터(vectors)와 행렬(matrices) 31
2.2.1 벡터 초기화: 명확한 나열(explicit lists) 32
2.2.2 벡터 초기화: 콜론 연산자(colon operator) 33
2.2.3 linspace 34
2.2.4 벡터의 전치(Transposing vectors) 34
2.2.5 첨자(Subscripts) 35
2.2.6 행렬(Matrices) 36
2.2.7 출력 캡처(Capturing output) 37
2.3 중력장 하에서의 수직 운동 37
2.4 연산자, 수식 그리고 명령문 40
2.4.1 숫자(Numbers) 40
2.4.2 데이터 유형(Data types) 41
2.4.3 대수 연산자(Arithmetic operators) 42
2.4.4 연산자의 우선 순위(Precedence of operators) 43
2.4.5 콜론 연산자(colon operator) 44
2.4.6 전치 연산자(transpose operator) 45
2.4.7 배열에서의 대수 연산자 45
2.4.8 수식(Expressions) 47
2.4.9 명령문(Statement) 47
2.4.10 명령문(Statements), 명령(commands) 그리고 함수(functions) 48
2.4.11 공식의 벡터화 (Vectorization of formulae) 49
2.5 출력(output) 54
2.5.1 disp 54
2.5.2 format 55
2.5.3 스케일 인자(Scale factors) 57
2.6 for를 이용한 루프문 58
2.6.1 Newton 방법에 의한 제곱근 연산 59
2.6.2 계승(Factorials!) 60
2.6.3 연속 과정의 한계 60
2.6.4 for 루프의 기본 구조 61
2.6.5 한 줄 for구문 63
2.6.6 보다 일반적인 for구문 63
2.6.7 벡터화를 통한 for구문 회피 64
2.6.8 일반적인 실수(mistake): for가 없는 루프! 66
2.7 판단문(decisions) 67
2.7.1 한 줄 if구문 67
2.7.2 if-else 구문 70
2.7.3 한 줄 if-else 구문 71
2.7.4 elseif 71
2.7.5 논리 연산자 73
2.7.6 다중 if 구문과 elseif 구문 74
2.7.7 중첩된 if문 75
2.7.8 if 문의 벡터화(Vectorizing) 76
2.7.9 switch 76
2.8 복소수(complex numbers) 77
2.9 입출력에 대한 추가 사항 79
2.9.1 fprintf 79
2.9.2 fprintf로 디스크 파일에 출력하기 81
2.9.3 일반적인 파일 I/O 81
2.9.4 데이터 저장과 불러오기 81
2.10 보충 설명(odd's ends) 82
2.10.1 같은 이름을 갖는 변수, 함수 그리고 스크립트 82
2.10.2 input 명령어 82
2.10.3 OS 명령어 실행하기 84
2.10.4 보다 많은 Help 함수들 84
2.11 프로그래밍 스타일 84

3장 프로그램설계와 알고리즘개발
3.1 컴퓨터 프로그램 설계 과정 96
3.1.1. 발사체 문제 예제 102
3.2 구조계획(structure plan)의 다른 예 109
3.2.1 2차 방정식(Quadratic equation) 110
3.3 함수를 이용한 구조화된 프로그래밍 112

4장 MATLA 함수와 데이터 입출력 기능
4.1 몇 가지 일반 함수 118
4.2 데이터 입출력 128
4.2.1 load와 save 명령 128
4.2.2 텍스트 데이터(ASCII) 출력 128
4.2.3 텍스트 데이터(ASCII) 입력 129
4.2.4 이진 데이터 출력 129
4.2.6 입력 마법사(Wizard) 130
4.2.6 그 외의 입출력 함수 131

5장 논리 백터
5.1 예 제 136
5.1.1 불연속 그래프 136
5.1.2 영으로 나누는 것 피하기 137
5.1.3 무한대 값 회피 138
5.1.4 난수(불규칙수) 세기 139
5.1.5 주사위 굴리기 141
5.2 논리 연산자 142
5.2.1 연산자 우선순위(Operator precedence) 143
5.2.2 주의! 144
5.2.3 논리 연산자와 벡터 145
5.3 논리 벡터에 의한 첨자화 146
5.4 논리 함수 147
5.4.1 any와 all의 사용 149
5.5 elseif 구조문 대신의 논리 벡터 150

6장 수의 행렬과 문자배열
6.1 행렬 158
6.1.1 콘크리트 회사의 예 158
6.1.2 행렬의 생성 160
6.1.3 첨자(Subscripts) 160
6.1.4 전치(transpose) 연산자 161
6.1.5 콜론(colon) 연산자 161
6.1.6 행과 열의 반복(tiling) 166
6.1.7 행과 열의 삭제 166
6.1.8 기본 행렬 (Elementary matrices) 168
6.1.9 특수 행렬 169
6.1.10 행렬에서 MATLAB 함수의 활용 170
6.1.11 행렬 조작 171
6.1.12 행렬에서의 배열(element-by-element) 연산 172
6.1.13 행렬과 for 명령문 172
6.1.14 행렬의 시각화(visualization) 173
6.1.15 중첩된 for 명령문의 벡터화(vectorizing): 대부금 지불의 예 174
6.1.16 다차원 배열 176
6.2 행렬 연산자 177
6.2.1 행렬 곱셈 177
6.2.2 행렬의 지수승 (Matrix expenentiation) 179
6.3 그 밖의 행렬 함수들 180
6.4 스트링(Strings) 181
6.4.1 할당(assignment) 181
6.4.2 입력 181
6.4.3 스트링과 배열 181
6.4.4 스트링의 연결 182
6.4.5 ASCII 코드: double과 char 182
6.4.6 스트링의 fprintf 183
6.4.7 스트링의 비교 184
6.4.8 그 밖의 스트링 함수 184
6.5 2차원 스트링 185

7장 그래픽의 소개
7.1 기본 2차원(2-D) 그래프 190
7.1.1 라벨(Labels) 191
7.1.2 같은 축을 갖는 다중 그래프(Multiple plots on the same axes) 192
7.1.3 선의 형태(styles), 표식(makers)과 색상(color) 193
7.1.4 축의 한계 설정(Axis limits) 194
7.1.5 한 그림내의 다중 그래프: subplot 195
7.1.6 명령 figure, clf와 cla 196
7.1.7 그래프 입력 197
7.1.8 로그 그래프 197
7.1.9 극좌표 그래프(polar plots) 198
7.1.10 수학 함수를 빠르게 변환시켜 그래프를 그리는 함수: fplot 199
7.1.11 그래프 특성(property) 편집 200
7.2 3차원(3-D) 그래프 200
7.2.1 plot3 201
7.2.2 3차원 애니메이션 함수: comet3 202
7.2.3 메시 그래프(Mesh surfaces) 202
7.2.4 등고선 그래프(Contour plots) 205
7.2.5 NaN을 이용한 표면 그래프 잘라내기 206
7.2.6 벡터장(vector fields)의 가시화 207
7.2.7 행렬의 시각화(Visualization) 208
7.2.8 3차원 그래프의 회전 209
7.2.9 그 밖의 유용한 그래픽 함수들 210

8장 루프 문
8.1 for를 사용하는 확정 루프문 223
8.1.1 이항 계수(binomial coefficient) 223
8.1.2 갱신 프로세스(Update processes) 224
8.1.3 중첩 for문 227
8.2 while을 이용한 불확정 루프문 227
8.2.1 추측 게임 227
8.2.2 while 루프문 228
8.2.3 수익이 2배가 되는 시간 229
8.2.4 소수(Prime numbers) 231
8.2.5 발사체 궤적 (Projectile trajectory) 232
8.2.6 break와 continue 234
8.2.7 함수 menu 235

9장 오류와 함정
9.1 구문 오류(syntax errors) 244
9.1.1 lasterr 246
9.2 함정(pitfalls)과 허(surprises) 246
9.2.1 모순된 벡터 크기 246
9.2.2 이름 숨기기 247
9.2.3 부주의할 수 있는 다른 함정들 247
9.3 논리상의 오류 248
9.4 반올림 오차(roundoff error) 248
9.5 오차 생성과 덫(trapping) 249

10장 함수 M-files
10.1 함수 M-file 예제 254
10.1.1 Inline object: 조화 진동 254
10.1.2 함수 M-files: 뉴턴 방법(Newton's method) 255
10.2 기본적인 규칙들 257
10.2.1 부함수(Subfunctions) 263
10.2.2 사유함수(Private functions) 264
10.2.3 P-code 파일 264
10.2.4 profiler로 M-file 성능 개선 264
10.3 함수 핸들(function handles) 265
10.4 명령어/함수의 이중성(duality) 267
10.5 함수 이름 분석 267
10.6 M-files 디버깅(debugging) 268
10.6.1 스크립트 디버깅 268
10.6.2 함수의 디버깅 271
10.7 순환(recursion) 271

11장 배열 및 *고급데이터 구조
11.1 데이터 갱신 280
11.1.1 단위 스텝 280
11.1.2 단위 스텝이 아닌 경우 283
11.1.3 함수의 사용 285
11.1.4 정확한 해 286
11.2 도수분포, 막대 그래프, 그리고 히스토그램 287
11.2.1 무작위 운동 287
11.2.2 히스토그램 289
11.3 *정렬 290
11.3.1 물방울 정렬 290
11.3.2 MATLAB 함수 sort 293
11.4 구조체 293
11.5 세포체 296
11.5.1 세포체 배열의 생성 296
11.5.2 세포체 배열의 참조 297
11.5.3 세포체 배열의 사용 298
11.5.4 세포체 배열의 표시 299
11.6 클래스와 객체 300

12장 고급 그래프
12.1 핸들 그래픽스 303
12.1.1 핸들의 취득 305
12.1.2 그래프 객체의 특성값과 이의 수정 305
12.1.3 핸들 벡터 307
12.1.4 그래프 객체의 생성 함수 309
12.1.5 그래프 객체의 생성 위치 지정 309
12.1.6 그림창의 크기 조정 309
12.2 그림의 편집 311
12.2.1 그림 편집 모드 311
12.2.2 특성값 편집기 312
12.3 애니메이션 313
12.3.1 핸들 그래픽스를 이용한 애니메이션 314
12.4 색에 대하여 317
12.4.1 색지도 317
12.4.2 면그래프의 색 319
12.4.3 트루 칼라 320
12.5 빛과 카메라 320
12.6 그래프의 저장, 출력 및 전송 321
12.6.1 그림 파일의 저장과 열기 321
12.6.2 그림 파일의 출력 322
12.6.3 그림 파일의 전송 322

13장 그래프를 통한 사용자 인터페이스
13.1 GUI의 기본 구조 326
13.2. 첫번째 예(시간 알기) 327
13.3 Newton 방법 331
13.4 GUI에 축 포함하기 335
13.5 버턴에 색 넣기 336

파트 II. MATLAB 기초
14장 동적 시스템
14.1 단순보 343
14.2 전기 회로 345
14.3 자유낙하 348
14.4 마찰을 고려한 발사체 문제 358

15장 시뮬레이션
15.1 임의의 수 만들기 366
15.1.1 종자수 정하기 366
15.2 동전 던지기 367
15.3 주사위 굴리기 368
15.4 박테리아의 번식 368
15.5 무작위 걷기 369
15.6 교통 흐름 371
15.7 정규분포의 확률 수 374

16장 항렬의 응용
16.1 Leslie 행렬: 종족 번식 381
16.2 Markov 프로세스 385
16.2.1 무작위 걸음 385
16.3 선형 방정식 388
16.3.1 MATLAB으로 해 찾기 389
16.3.2 나머지 390
16.3.3 미지수보다 방정식 개수가 많은 경우 390
16.3.4 방정식 개수보다 미지수가 많은 경우 391
16.3.5 허약 조건 391
16.3.6 행렬 나눗셈 392
16.4 압축 행렬 394

17장 기초적인 수치방법
17.1 방정식 402
17.1.1 Newton 방법 402
17.1.2 이분법 405
17.1.3 fzero 407
17.1.4 roots 407
17.2 수치 적분 407
17.2.1 사다리꼴 공식 408
17.2.2 Simpson 공식 409
17.2.3 quad 410
17.3 수치 미분 410
17.3.1 diff 412
17.4 1차 미분 방정식 412
17.4.1 Euler 방법 413
17.4.2 예제: 박테리아의 번식 414
17.4.3 첨자의 다른 표기 416
17.4.4 예측-수정 방법 417
17.5 선형 상미분 방정식 418
17.6 Runge-Kutta 방법 418
17.6.1 1차 미분 방정식 419
17.6.2 연립 미분 방정식: 카오스 문제 420
17.6.3 ODE 풀이기에 입력 첨가하기 423
17.7 편미분 방정식 424
17.7.1 열전도 425
17.8 그 밖의 수치 방법 429

부록 A.
Syntax quick reference 435

부록 B.
Operators 441

부록 C.
Command and function quick reference 443

부록 D.
ASCII character codes 453

부록 E.
Solutions to selected exercises 455

찾아보기 465