쉽게 배우는 MATLAB 입문과 활용

part 01 MATLAB 둘러보기
MATLAB 시작하기 001
명령 창(Command Window)에서의 입력 003
도움말(Help)의 이용 005

입력 오류의 수정 006
계산의 중지 007
MATLAB 종료하기 007

연산과 변수의 할당 007
연산자 우선순위 010
내장함수 010

데이터의 표현 011
변수의 처리 014
변수 이름 014
clear 명령어 015
특수변수와 정수 016
whos 명령어 016

벡터와 행렬 017
벡터 017
행렬 021
스크린 출력의 억제 027
선형방정식 시스템 027

랜덤(Random, 무작위) 수 028
복소수 029
관계연산자와 논리연산자 031
기호를 이용한 연산 033
기호식에서의 치환 035

M-파일 036
스크립트 M-파일 036
코멘트의 추가 038
함수 M-파일 039

함수 042
사용자 정의함수사용자 정의함수 042

루프 044
if 문 044
for 루프 044

그래프 045
ezplot을 이용한 그래프 045
그래프의 보정 046
plot을 이용한 그래프 048
여러 곡선들의 그래프 050
3차원 그래프 052

미분방정식의 풀이 053
MATLAB과 엑셀(Excel)의 접속 056
엑셀 데이터 불러오기 056
생성된 데이터를 엑셀파일로 저장하기 062

ㆍ연습문제 063

part 02 프로그램 작성기법
프로그램 흐름의 제어 077
if 문 077
for 루프 078
while 루프 079
switch 문 080
Try-Catch 블록 082

문자열 083
셀과 구조체 087
셀 087
구조체 090

다차원 배열 092
Global과 Persistent 변수 094
Global 변수 094
Persistent 변수 095

입력 및 출력인수의 분석 095
프로그램의 편집 097
명령 창에서의 편집 097
배열 편집기 098
변수의 저장과 호출 098
운영체제와의 접속 099
정보 찾기 100
ㆍ연습문제 101

part 03 함수
익명함수 105
함수 핸들 106
인라인 객체 108
부함수 109
기본적인 입력인수: nargin 111
가변적인 인수의 개수: varargin과 varargout 111
중첩함수 113
비공개 함수(Private function) 115
되부름 함수(Recursive function) 115
MATLAB 내장 수학함수 117
ㆍ연습문제 126

part 04 그래프 속성의 설정과 2차원 그래프
그래프 속성의 설정 131
격자, 라벨, 범례의 추가 133
그래프 축(axis) 속성의 설정 135
특수문자의 표현 138

그래프의 표현 140
좌우 세로축을 다르게 사용하기: plotyy 함수 140
여러 그래프들을 하나의 그림에 나타내기 140
곡선과 눈금모양의 설정 141
plot 함수를 사용한 애니메이션 142

그래프의 저장과 호출 143
여러 가지 2차원 그래프 144
파라미터 그래프 144
로그척도 그래프 145
등고선(수준곡선) 그래프 146
필드 그래프 150
극좌표 그래프 152
막대 그래프 152
면적 그래프 155
계단모양 그래프 158
stem 그래프 158
errorbar 그래프 159
다각형 채우기: fill 함수 160

MATLAB의 2차원 그래프 함수 161

ㆍ연습문제 162

part 05 3차원 그래픽
3차원 곡선 169
3차원 공간의 면 170
수준곡선 177
부피의 표현 180
3차원 애니메이션 181
컬러맵 182
시각(view point)의 설정 184
지정 그래프 영역의 추출 187
3차원 통계그래프 189
bar3와 bar3h 함수 189
pie3 함수 191

MATLAB의 3차원 그래프 함수 191

ㆍ연습문제 193

part 06 핸들 그래픽스
핸들 200
애니메이션 207
핸들 그래픽 사용의 보기 209
ㆍ연습문제 217

part 07 행렬과 선형대수
행렬의 생성과 원소 221
행렬의 원소 221
행렬의 생성 223
특수행렬의 생성 225

배열 연산 227
행렬의 처리 230
성긴 행렬(Sparse Matrices) 233
선형 방정식 시스템 238
치환 및 삼각행렬 239
LU 인수분해 241
고유치와 고유벡터 242
특이값 분해 243
놈(Norm)과 조건수(Condition Number) 247
QR 알고리듬 251
Jordan과 Schur 형태 252
주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA) 255
의사(擬似) 역행렬(Pseudoinverse) 258
Cholesky 인수화 259
행렬의 함수 260

ㆍ연습문제 263

part 08 비선형 방정식의 풀이
다항식 근의 계산 271
Newton 방법 272
2차원 Newton 방법 273
할선법(Secant Method) 275
MATLAB 함수를 이용한 방정식의 풀이 276
solve 함수 276
fzero 함수 280
fsolve 함수 283

ㆍ연습문제 284

part 09 데이터 분석과 곡선접합
데이터 분석 289
데이터 정렬과 합: sort와 sum 289
최대와 최소: min과 max 290
평균과 중앙값: mean과 median 292
데이터 값의 차: diff 293
실종값 NaN의 처리 293
통계분석 294
돌출데이터의 처리와 고르기 296
이동평균 필터링 300
분산 데이터의 그래프 301
분산 데이터의 삼각화와 안짐작 304
볼록한 꼭지 305
Delaunay 삼각화 306
수준곡선 그래프 307
최근접점 탐색 308
고차원 분산 데이터에 대한 쪽매붙임 310

볼록한 꼭지 311
Delaunay 쪽매붙임 312
Voronoi 다이어그램 314

데이터의 다항식 접합 317
MATLAB 접합 툴(tool)을 이용한 다항식 접합 320

안짐작(Interpolation) 323
Lagrange 안짐작 다항식 323
1차원 안짐작 325
2차원 안짐작 327
다차원 데이터의 안짐작 329

spline을 이용한 안짐작 331

ㆍ연습문제 334

part 10 미분방정식
미분방정식의 수치해 343
미분방정식 시스템 344
MATLAB 함수를 이용한 미분방정식의 풀이 345
MATLAB 상미분 방정식 풀이함수 351
상미분방정식 문제의 보기 353
추적문제 353
Robertson의 화학반응 모델 354
미분-대수 방정식 356

경계치 문제의 풀이: bvp4c 358
지연 미분방정식: dde23 363
기호 상미분방정식 풀이함수: dsolve 365
편미분 방정식: pdepe 366

ㆍ연습문제 373

part 11 MATLAB 둘러보기
함수의 극한 379
미분 380
다항식의 미분 380
내장함수 diffdiff의 이용 381
간격이 일정하지 않은 데이터의 미분 383

적분 384
부정적분 384
정적분 385
수치적분 386
다중적분 388
Symbolic 적분 390

ㆍ연습문제 392

part 12 MATLAB 미적분학
다항식 397
다항식 값의 계산 397
다항식의 곱셈과 나눗셈 398
Chebyshev 다항식 399

Symbolic 다항식 400
식의 전개와 인수분해 402
식의 전개 402
인수분해 403
식의 단순화 404

Taylor 수열 404
파라미터를 이용한 곡선의 표현 406
접선 벡터와 속도 407
호의 길이 409
평면에서의 회전 411
극좌표를 이용한 수치함수의 그래프 413
편미분과 방향미분 414
함수의 발산, Jacobian 및 라플라시안 417

기울기 벡터와 수준곡선 418
접선평면 근사 419
3차원 기울기 벡터필드 422
표면의 파라미터 표현 423
회전표면 425
ezsurf 함수 427

곡선과 표면에서의 스칼라 적분 428
곡선에서의 스칼라 적분 428
표면에서의 스칼라 적분 429
파라미터로 주어지는 표면에서의 적분 431
다차원 미적분 434

ㆍ연습문제 437

part 13 3차원 모델링
패치(Patch) 443
2차원 조각 443
3차원 조각 447
면의 색 452
광원 객체 455
ㆍ연습문제 459

part 14 변환
Laplace 변환 463
역 Laplace 변환 464
Laplace 변환을 이용한 미분방정식의 풀이 464

Z-변환 467
Fourier 변환 467
역 Fourier 변환 468
고속 Fourier 변환 469
파워 스펙트럼 472

ㆍ연습문제 474

part 15 제어공학
전달함수의 표현 479
상태함수의 표현 481
전달함수를 상태함수로 전환 481
상태함수를 전달함수로 전환 482

이산 시스템(Discrete-time system) 482
연속시스템으로부터 이산시스템으로의 전환 482
이산시스템으로부터 연속시스템으로의 전환 483

블록선도 485
직렬연결 485
병렬연결 485
되먹임(Feedback) 486
Feedback 제어구조의 표현 486

폴(Pole)-영점(Zero) 소거 488
시스템의 응답 488
계단응답 488
임펄스 응답 490
임의의 입력에 따른 응답: lsim 491
초기조건에 따른 응답: initial 493

근 궤적도(Root locus): rlocus 494
진동응답 해석 496
Bode 선도 496
Nyquist 선도 498
Nichols 선도 499
이득마진과 위상마진 500

상태함수를 이용한 제어 시스템 분석 501
가제어성가제어성과 가관측성가관측성 501
극 설정극 설정에 의한 제어기의 설계 502

ㆍ연습문제 504

part 16 최적화 계산
임계점과 미분 테스트 509
임계점 509
2차미분 테스트 512
방향미분 517

극값의 계산: min과 max 518
선형계획(Linear Programming) 문제 523
최대 하향경사 방법(Steepest descent method) 526
Newton 방법 529
켤레 기울기 방법(Conjugate gradient method) 530
제약조건이 있는 최대 및 최소문제 532
3변수 함수의 최적화 535
MATLAB 내장함수를 이용한 최적화 536
제약조건이 없는 최적화 537
제약조건이 있는 최적화 539
선형계획 및 혼합정수 계획문제 541

ㆍ연습문제 544

part 17 인공지능 입문
퍼지(Fuzzy) 시스템 549
퍼지집합 549
퍼지집합 연산 551
퍼지관계 553
퍼지논리 제어 555
인공 신경망(ANN, Artificial Neural Network) 561
인공신경망의 구조 561
역전파 신경망 564

유전자 알고리듬(GA, Genetic Algorithm) 573

ㆍ연습문제 581

part 18 Simulink
Simulink의 시작 589
신호 발생기와 스코우프 593
블록의 연결 593
블록 파라미터의 설정 595
시뮬레이션 파라미터의 설정 596
시뮬레이션의 수행 597
블록 파라미터의 표시 597
복수 데이터의 표시 599

동적 시뮬레이션 601
1차 필터 601
이차 미분방정식 605
선형 상태변수 모델 610
DC 모터의 시뮬레이션 612
함수 블록의 사용 616
차분방정식(difference equation)의 모델링 621

Subsystem(부시스템)의 구성 625

ㆍ연습문제 629

part 19 GUI
GUI 레이아웃과 GUIDE 633
GUI의 저장과 실행 639
GUI Callback 함수 640
3차원 View 변경 슬라이더의 구축 645

ㆍ연습문제 652

부록 A MATLAB과 엑셀(Excel)의 접속 657
부록 B 연습문제 풀이(짝수문제) 674