MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學軟件。它在數(shù)學類科技應用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。《MATLAB寶典》的前3版由于講解細致、內(nèi)容全面而深受廣大讀者的喜愛,上市以來長期占據(jù)各大MATLAB類圖書排行榜的前列。根據(jù)廣大讀者的反饋,作者對第3版進行了調(diào)整。本書適用于初、中級MATLAB用戶,同時也適合使用MATLAB的本科生、研究生和教師以及廣大科研工作人員作為參考用書。
matlab寶典目錄
第1部分 MATLAB基礎(chǔ)知識 1
第1章 MATLAB概述 2
1.1 MATLAB 2013a簡介 2
1.2 MATLAB 2013a的安裝 2
1.3 MATLAB 2013a的工作環(huán)境 5
1.3.1 操作界面簡介 5
1.3.2 運行命令窗口 6
1.3.3 命令窗口的顯示方式 7
1.3.4 數(shù)值結(jié)果的顯示方式 8
1.3.5 命令窗口的標點符號 9
1.3.6 輸入變量 11
1.3.7 處理復數(shù) 13
1.3.8 命令窗口的控制命令 15
1.3.9 使用歷史窗口 16
1.3.10 使用實錄命令 20
1.3.11 當前目錄瀏覽器和路徑管理 21
1.3.12 設置當前目錄 22
1.3.13 MATLAB的搜索路徑 23
1.3.14 工作空間瀏覽器和數(shù)組編輯器 25
1.3.15 變量的編輯命令 26
1.3.16 數(shù)組編輯器 28
1.3.17 存取數(shù)據(jù)文件 28
1.4 MATLAB 2013a的幫助系統(tǒng) 31
1.4.1 純文本幫助 31
1.4.2 幫助導航/瀏覽器 32
1.4.3 Contents幫助文件目錄窗口 33
1.4.4 Search幫助文件搜索窗口 33
1.4.5 演示(demo)幫助 34
1.5 小結(jié) 35
第2章 數(shù)組 36
2.1 創(chuàng)建數(shù)值數(shù)組 36
2.1.1 一維數(shù)組的創(chuàng)建方法 36
2.1.2 二維數(shù)組的創(chuàng)建方法 37
2.1.3 使用下標創(chuàng)建三維數(shù)組 38
2.1.4 使用低維數(shù)組創(chuàng)建三維數(shù)組 39
2.1.5 使用創(chuàng)建函數(shù)創(chuàng)建三維數(shù)組 40
2.1.6 創(chuàng)建低維標準數(shù)組 42
2.1.7 創(chuàng)建高維標準數(shù)組 43
2.2 操作數(shù)值數(shù)組 44
2.2.1 選取低維數(shù)組的對角元素 44
2.2.2 低維數(shù)組的形式轉(zhuǎn)換 45
2.2.3 選取三角矩陣 46
2.2.4 Kronecker乘法 48
2.2.5 高維數(shù)組的對稱交換 49
2.2.6 高維數(shù)組的維序號移動 50
2.2.7 高維數(shù)組的廣義共軛轉(zhuǎn)置 51
2.2.8 高維數(shù)組的降維操作 52
2.3 小結(jié) 53
第3章 矩陣和架構(gòu) 54
3.1 稀疏矩陣 54
3.1.1 稀疏矩陣的存儲方式 54
3.1.2 創(chuàng)建稀疏矩陣——使用sparse命令 55
3.1.3 創(chuàng)建稀疏矩陣——使用spdiags命令 56
3.1.4 查看稀疏矩陣的信息 57
3.1.5 稀疏矩陣的圖形化信息 58
3.2 字符串數(shù)組 59
3.2.1 創(chuàng)建字符串數(shù)組——直接輸入法 60
3.2.2 創(chuàng)建字符串數(shù)組——使用ASCII碼 60
3.2.3 創(chuàng)建字符串數(shù)組——使用函數(shù) 61
3.2.4 處理字符串數(shù)組的空格 62
3.2.5 讀取字符串數(shù)組的信息 63
3.3 構(gòu)架數(shù)組 64
3.3.1 創(chuàng)建單構(gòu)架數(shù)組——使用直接法 65
3.3.2 創(chuàng)建二維構(gòu)架數(shù)組 66
3.3.3 創(chuàng)建三維構(gòu)架數(shù)組 67
3.3.4 使用命令創(chuàng)建構(gòu)架數(shù)組 68
3.3.5 訪問構(gòu)架數(shù)組的數(shù)據(jù) 68
3.3.6 設置構(gòu)架數(shù)組的域?qū)傩? 71
3.4 小結(jié) 73
第4章 矩陣分析 74
4.1 矩陣計算 74
4.1.1 進行范數(shù)分析——使用norm函數(shù) 74
4.1.2 進行范數(shù)分析——使用normest函數(shù) 77
4.1.3 條件數(shù)分析 79
4.1.4 數(shù)值矩陣的行列式 80
4.1.5 符號矩陣的行列式 81
4.1.6 矩陣的化零矩陣 82
4.2 線性方程組 83
4.2.1 非奇異線性方程組 83
4.2.2 奇異線性方程組 84
4.2.3 欠定線性方程組 86
4.2.4 超定線性方程組 87
4.3 矩陣分解 88
4.3.1 Cholesky分解 88
4.3.2 使用Cholesky分解求解方程組 90
4.3.3 不完全Cholesky分解 91
4.3.4 LU分解 92
4.3.5 不完全LU分解 95
4.3.6 QR分解 99
4.3.7 操作QR分解結(jié)果 100
4.3.8 奇異值分解 104
4.4 特征值分析 106
4.4.1 特征值和特征向量 106
4.4.2 稀疏矩陣的特征值和特征向量 109
4.4.3 特征值問題的條件數(shù) 110
4.4.4 特征值的復數(shù)問題 112
4.5 小結(jié) 113
第2部分 數(shù)據(jù)分析 115
第5章 函數(shù)分析和數(shù)值運算 116
5.1 函數(shù)的零點 116
5.1.1 一元函數(shù)的零點 116
5.1.2 多元函數(shù)的零點 118
5.2 數(shù)值積分 120
5.2.1 一元函數(shù)的數(shù)值積分 120
5.2.2 使用Simulink求解數(shù)值積分 122
5.2.3 求解瑕積分 123
5.2.4 矩形區(qū)域的多重數(shù)值積分 124
5.2.5 變量區(qū)域的多重數(shù)值積分 125
5.3 概率論和數(shù)理統(tǒng)計 129
5.3.1 雙變量的概率分布 129
5.3.2 不同概率分布 131
5.3.3 數(shù)據(jù)分布分析 132
5.3.4 假設檢驗 133
5.4 小結(jié) 138
第6章 高級數(shù)值運算 139
6.1 插值 139
6.1.1 一維插值 139
6.1.2 人口數(shù)量預測——一維插值實例 140
6.1.3 二維插值 143
6.1.4 繪制二元函數(shù)圖形——二維插值實例 144
6.1.5 樣條插值 146
6.1.6 牛頓插值 147
6.1.7 多項式插值——牛頓插值實例 148
6.1.8 Chebyshev多項式插值 150
6.1.9 多項式插值——Chebyshev多項式插值實例 150
6.2 曲線擬合 152
6.2.1 多項式擬合 153
6.2.2 加權(quán)最小方差擬合 154
6.2.3 數(shù)據(jù)擬合——適用加權(quán)最小方差WLS方法 154
6.3 曲線擬合圖形界面 158
6.3.1 曲線擬合 158
6.3.2 繪制擬合殘差圖形 160
6.3.3 進行數(shù)據(jù)預測 161
6.4 傅里葉分析 163
6.4.1 離散傅里葉變換 163
6.4.2 FFT和DFT 165
6.4.3 DFT的物理含義 166
6.4.4 使用DFS進行插值 168
6.5 小結(jié) 171
第7章 優(yōu)化 172
7.1 常見優(yōu)化問題 172
7.1.1 無約束非線性優(yōu)化 172
7.1.2 求解二元函數(shù)的最小值——無約束非線性優(yōu)化 173
7.1.3 非線性最小方差 177
7.1.4 計算函數(shù)的非線性最小方差 177
7.1.5 有約束的非線性優(yōu)化 179
7.1.6 計算多元函數(shù)的極值——有約束的非線性優(yōu)化 180
7.1.7 最小最大值的優(yōu)化問題 183
7.1.8 優(yōu)化對比 186
7.1.9 線性規(guī)劃 187
7.1.10 二次規(guī)劃 190
7.1.11 使用遺傳算法求解二次規(guī)劃 191
7.2 使用遺傳算法求解優(yōu)化 193
7.2.1 分析目標函數(shù) 194
7.2.2 優(yōu)化求解 195
7.2.3 添加結(jié)果的可視性 197
7.2.4 設置算法的屬性 198
7.2.5 設置“種群”屬性 198
7.2.6 設置“中止”屬性 200
7.3 優(yōu)化“Banana”函數(shù)——優(yōu)化方法對比 201
7.3.1 分析目標函數(shù) 201
7.3.2 BFGS優(yōu)化法求解 203
7.3.3 DFP優(yōu)化法求解 204
7.3.4 “無約束非線性”優(yōu)化求解 206
7.3.5 “最小方差”優(yōu)化求解 207
7.4 繪制帳篷——復雜的二次規(guī)劃 208
7.4.1 設置約束條件 208
7.4.2 定義目標函數(shù) 210
7.4.3 進行優(yōu)化求解 211
7.4.4 繪制優(yōu)化求解的結(jié)果 213
7.5 小結(jié) 214
第8章 常微分方程 215
8.1 顯性常微分方程 215
8.1.1 剛性和非剛性方程組 216
8.1.2 設置允許誤差屬性 219
8.1.3 設置輸出參數(shù)屬性 221
8.1.4 設置解法器其他屬性 225
8.2 加權(quán)常微分方程 227
8.3 延遲微分方程 230
8.4 常微分方程的邊界問題 232
8.4.1 MATLAB求解邊界問題——bvp4c命令 232
8.4.2 求解帶邊界的常微分方程 233
8.5 小結(jié) 236
第9章 符號計算 237
9.1 符號對象和符號表達式 237
9.1.1 創(chuàng)建符號對象——使用sym命令 237
9.1.2 創(chuàng)建符號對象——使用syms命令 240
9.1.3 符號計算的運算符和函數(shù) 241
9.1.4 識別對象 242
9.1.5 確定符號表達式中的變量 243
9.2 符號精度計算 244
9.3 操作符號表達式 245
9.3.1 合并表達式——collect函數(shù) 246
9.3.2 展開表達式——expand函數(shù) 247
9.3.3 因式分解——factor函數(shù) 248
9.3.4 嵌套表達式——horner函數(shù) 249
9.3.5 計算最小分母公因式——numden函數(shù) 250
9.3.6 簡化表達式——simplify函數(shù) 251
9.3.7 最簡化表達式——simple函數(shù) 252
9.3.8 按書寫方式顯示表達式——pretty函數(shù) 254
9.4 替換符號表達式 256
9.4.1 替換重復字符串——subexpr函數(shù) 256
9.4.2 替換特定符號——subs函數(shù) 257
9.5 符號函數(shù) 259
9.5.1 求反函數(shù)——finverse函數(shù) 259
9.5.2 求復合函數(shù)——compose函數(shù) 260
9.6 符號微積分 261
9.6.1 求微分——diff函數(shù) 261
9.6.2 化簡微分結(jié)果 262
9.6.3 求解矩陣微分 263
9.6.4 向量微分jacobian函數(shù) 264
9.6.5 符號極限 265
9.6.6 求解無限極限 266
9.6.7 求解左右極限 266
9.6.8 符號積分 267
9.6.9 矩陣積分 269
9.6.10 證明積分等式 269
9.6.11 交互近似積分 270
9.6.12 符號級數(shù)求和 272
9.7 符號積分變換 273
9.7.1 傅里葉變換 273
9.7.2 拉普拉斯變換 275
9.7.3 Z變換 276
9.8 符號矩陣的計算 277
9.8.1 線性代數(shù)運算 277
9.8.2 特征值運算 280
9.9 符號代數(shù)方程的求解 282
9.9.1 solve命令 283
9.9.2 求解非線性方程組 283
9.9.3 求解含參數(shù)方程組 283
9.9.4 求解超越方程組 284
9.10 符號微分方程的求解 284
9.10.1 dsolve命令 285
9.10.2 求解常微分方程 285
9.10.3 求解二階常微分方程 286
9.10.4 求解常微分方程組 286
9.11 利用maple的資源 287
9.11.1 調(diào)用maple的相關(guān)命令 287
9.11.2 查看maple的幫助 289
9.12 可視化符號分析 290
9.12.1 單變量函數(shù)分析界面 291
9.12.2 泰勒級數(shù)逼近分析界面 293
9.13 小結(jié) 294
第3部分 數(shù)據(jù)可視化 295
第10章 二維圖形 296
10.1 圖形的基礎(chǔ)知識 296
10.1.1 離散數(shù)據(jù)(函數(shù))的可視化 296
10.1.2 連續(xù)函數(shù)的可視化 297
10.1.3 繪制圖表的基礎(chǔ)步驟 299
10.2 繪制二維圖形 299
10.2.1 繪制二維圖形——使用plot命令 300
10.2.2 設置曲線的屬性 302
10.2.3 設置坐標軸范圍 304
10.2.4 設置坐標軸顯示方式 305
10.2.5 設置坐標軸系統(tǒng) 306
10.2.6 圖形標識 307
10.2.7 疊繪 309
10.2.8 繪制雙坐標軸圖形 311
10.2.9 繪制多子圖 312
10.2.10 交互式圖形 313
10.2.11 使用fplot命令繪制圖形 315
10.2.12 使用ezplot命令繪制圖形 316
10.3 特殊圖形 318
10.3.1 繪制面積圖 318
10.3.2 繪制直方圖 319
10.3.3 繪制二維餅圖 321
10.3.4 繪制矢量圖 321
10.3.5 繪制等高線 322
10.3.6 繪制偽色彩圖 323
10.3.7 繪制誤差棒 324
10.3.8 繪制二維離散桿圖 325
10.3.9 繪制散點圖 326
10.3.10 極坐標圖形 328
10.3.11 柱坐標圖形 328
10.4 小結(jié) 329
第11章 三維圖形 330
11.1 繪制三維曲線 330
11.1.1 繪制三維圖形——plot3命令 330
11.1.2 繪制三維曲線圖——mesh命令 331
11.1.3 繪制等高線 333
11.1.4 繪制曲面圖——surf命令 333
11.2 編輯三維圖形 335
11.2.1 控制視角——view命令 335
11.2.2 控制旋轉(zhuǎn)——rotate命令 336
11.2.3 設置背景顏色 338
11.2.4 設置圖形顏色 339
11.2.5 設置數(shù)值軸的顏色 340
11.2.6 添加顏色標尺 341
11.2.7 設置圖形的著色 343
11.2.8 控制照明——light命令 344
11.2.9 控制照明——lighting命令 345
11.2.10 控制材質(zhì)——material命令 345
11.2.11 控制透視 346
11.2.12 控制透明 347
11.3 三維圖形的簡易命令 349
11.4 四維圖形 351
11.4.1 繪制切片圖——slice命令 351
11.4.2 繪制切面等位線圖 352
11.4.3 繪制流線切面圖 353
11.5 圖形窗口 353
11.5.1 創(chuàng)建和控制圖形窗口 354
11.5.2 使用工具欄編輯圖形 355
11.5.3 使用繪圖工具編輯圖形 358
11.5.4 使用圖形窗口進行數(shù)據(jù)分析 364
11.6 繪制復數(shù)變量圖形 367
11.6.1 繪制復數(shù)圖形原理 367
11.6.2 繪制復數(shù)圖形——CPLXMAP命令 368
11.6.3 繪制復數(shù)曲面圖——CPLXROOT命令 369
11.7 圖形的打印和輸出 370
11.7.1 圖形打印的菜單操作方式 370
11.7.2 圖形打印的命令操作方式 372
11.8 小結(jié) 372
第4部分 MATLAB編程 373
第12章 MATLAB編程基礎(chǔ)知識 374
12.1 簡單實例——排序函數(shù) 374
12.1.1 編寫函數(shù)文件 374
12.1.2 編寫腳本文件 376
12.1.3 運行代碼 377
12.1.4 檢測代碼 378
12.2 M文件編輯器 379
12.2.1 打開文件編輯器 379
12.2.2 設置M文件編輯器的屬性 380
12.2.3 設置M文件編輯器的打印屬性 382
12.3 MATLAB的變量和關(guān)系式 383
12.3.1 M文件的變量類型 383
12.3.2 M文件的關(guān)鍵字 384
12.3.3 關(guān)系表達式 384
12.3.4 關(guān)系表達式的優(yōu)先級 386
12.3.5 截斷誤差問題 387
12.3.6 邏輯表達式 388
12.3.7 邏輯運算函數(shù) 390
12.4 程序結(jié)構(gòu) 390
12.4.1 順序結(jié)構(gòu) 390
12.4.2 if分支結(jié)構(gòu) 391
12.4.3 switch分支結(jié)構(gòu) 394
12.4.4 try-catch結(jié)構(gòu) 395
12.4.5 while循環(huán)結(jié)構(gòu) 396
12.4.6 for循環(huán)結(jié)構(gòu) 398
12.4.7 繪制拋物線軌跡——綜合實例 400
12.5 控制語句 404
12.5.1 結(jié)束循環(huán)——continue命令 404
12.5.2 終止循環(huán)——break命令 405
12.5.3 轉(zhuǎn)換控制——return命令 406
12.5.4 輸入控制權(quán)——input命令 407
12.5.5 使用鍵盤——keyboard命令 408
12.5.6 提示警告信息——error和warning命令 408
12.6 小結(jié) 410
第13章 MATLAB編程高級話題 411
13.1 程序的向量化 411
13.1.1 程序的向量化 411
13.1.2 向量化和循環(huán)結(jié)構(gòu)對比 413
13.1.3 邏輯數(shù)組 415
13.1.4 使用logical命令創(chuàng)建邏輯數(shù)組 415
13.1.5 邏輯數(shù)組和向量化 416
13.2 腳本和函數(shù) 418
13.2.1 編寫腳本文件 418
13.2.2 編寫函數(shù)文件 419
13.2.3 編寫P碼文件 420
13.3 變量傳遞 421
13.3.1 變量檢測命令 421
13.3.2 “變長度”變量函數(shù) 422
13.3.3 跨空間計算表達式的數(shù)值 426
13.3.4 跨空間賦值 428
13.4 字符串演算函數(shù) 429
13.4.1 內(nèi)聯(lián)函數(shù)——inline 429
13.4.2 求解函數(shù)零點 429
13.4.3 繪制函數(shù)圖形 431
13.4.4 求解最值 433
13.5 程序的調(diào)試和剖析 435
13.5.1 直接調(diào)試法 435
13.5.2 工具調(diào)試法 438
13.5.3 程序剖析 441
13.6 小結(jié) 444
第5部分 圖形用戶界面 445
第14章 句柄圖形 446
14.1 句柄圖形體系 446
14.1.1 圖形對象 447
14.1.2 句柄對象 447
14.1.3 句柄圖形的結(jié)構(gòu) 447
14.1.4 圖形對象的屬性 448
14.2 圖形句柄的操作 448
14.2.1 創(chuàng)建圖形對象 449
14.2.2 訪問圖形對象的句柄 451
14.2.3 使用句柄操作圖形對象 453
14.3 圖形對象的操作 455
14.3.1 設置圖像屬性——set命令 455
14.3.2 使用結(jié)構(gòu)體設置屬性 457
14.3.3 查詢圖形對象的屬性——get命令 460
14.3.4 查看圖形對象的默認屬性 462
14.3.5 設置不同級別的屬性 463
14.3.6 設置圖形對象的默認屬性 465
14.4 高層繪圖命令 466
14.4.1 設置父對象屬性——NextPlot屬性 467
14.4.2 檢查NextPlot屬性——newplot命令 467
14.4.3 高層繪圖文件的構(gòu)成 468
14.5 坐標軸對象 469
14.5.1 坐標軸的幾何屬性 469
14.5.2 坐標軸的刻度屬性 471
14.5.3 坐標軸的照相機屬性 472
14.6 綜合實例 474
14.6.1 穿越圖形 475
14.6.2 動態(tài)反射圖形 478
14.7 小結(jié) 485
第15章 圖形用戶界面基礎(chǔ) 486
15.1 圖形用戶界面概述 486
15.2 使用M文件創(chuàng)建GUI對象 487
15.2.1 編寫程序代碼 487
15.2.2 運行程序代碼 492
15.3 使用GUIDE創(chuàng)建GUI對象 494
15.3.1 啟動GUIDE 494
15.3.2 添加“編輯框”控件 496
15.3.3 查看程序代碼 497
15.3.4 運行GUI對象 497
15.3.5 創(chuàng)建GUI的注意事項 498
15.4 小結(jié) 500
第16章 創(chuàng)建菜單 501
16.1 定制標準菜單 501
16.2 使用GUIDE創(chuàng)建自定義菜單 502
16.2.1 創(chuàng)建圖形界面 503
16.2.2 設置菜單屬性 506
16.2.3 添加控件 507
16.2.4 添加“File”菜單的回調(diào)函數(shù) 509
16.2.5 添加“Thresholding Method”菜單的回調(diào)函數(shù) 511
16.2.6 添加“滾動條”控件的回調(diào)函數(shù) 517
16.2.7 添加其他控件的回調(diào)函數(shù) 519
16.2.8 編寫主調(diào)函數(shù) 520
16.2.9 運行GUI對象 521
16.3 使用M文件創(chuàng)建自定義菜單 523
16.3.1 演示GUI的功能 523
16.3.2 添加“File”菜單的功能代碼 524
16.3.3 添加“Options”菜單的功能代碼 526
16.3.4 添加“Graphs”菜單的功能代碼 527
16.3.5 添加主調(diào)函數(shù) 531
16.3.6 運行GUI對象 533
16.4 創(chuàng)建快捷菜單 535
16.4.1 編寫程序代碼 535
16.4.2 運行GUI對象 540
16.5 小結(jié) 542
第17章 添加控件 543
17.1 創(chuàng)建GUI對象的用戶控件 543
17.1.1 添加控件組件 544
17.1.2 添加控件的功能代碼 547
17.1.3 運行程序代碼 553
17.2 圖像切割界面——綜合案例 555
17.2.1 分析GUI對象 556
17.2.2 規(guī)劃GUI的設計過程 556
17.2.3 創(chuàng)建GUI的工具欄對象 557
17.2.4 準備圖形對象的基礎(chǔ)文件 558
17.2.5 處理指針對象 567
17.2.6 設置圖形對象的屬性 571
17.2.7 編寫主程序代碼 574
17.2.8 設置GUI對象的菜單選項 601
17.2.9 檢測程序代碼 612
17.3 小結(jié) 618
第6部分 MATLAB仿真 619
第18章 Simulink基礎(chǔ)知識 620
18.1 Simulink概述 620
18.1.1 安裝Simulink 621
18.1.2 啟動Simulink 622
18.2 一個簡單的仿真系統(tǒng) 622
18.2.1 添加模塊 623
18.2.2 設置模塊屬性 624
18.2.3 連接模塊 626
18.2.4 運行仿真系統(tǒng) 627
18.3 Simulink的工作環(huán)境 628
18.3.1 Simulink模型窗口界面 630
18.3.2 使用“File”菜單 631
18.3.3 使用“Edit”菜單 632
18.3.4 使用“View”菜單 633
18.3.5 使用“Simulation”菜單 635
18.3.6 使用“Help”菜單 636
18.4 Simulink中的數(shù)據(jù)類型 636
18.4.1 Simulink支持的數(shù)據(jù)類型 637
18.4.2 數(shù)據(jù)傳遞 639
18.4.3 向量化模塊 641
18.4.4 使用Mux模塊 642
18.4.5 標量擴展 644
18.5 Simulink的基本操作 645
18.5.1 Simulink模型的工作原理 645
18.5.2 操作模塊 646
18.5.3 顯示模塊的屬性 647
18.5.4 顯示輸出數(shù)值 648
18.5.5 連接線的分支 649
18.5.6 彩色顯示信號線 650
18.5.7 設置連接線的屬性 651
18.6 Simulink的信號 651
18.6.1 創(chuàng)建信號 651
18.6.2 添加信號標簽 652
18.6.3 復數(shù)信號 652
18.6.4 虛擬信號 653
18.6.5 控制信號 655
18.6.6 信號總線 657
18.6.7 信號組 661
18.6.8 使用自定義信號源 666
18.6.9 信號接收器 668
18.7 Simulink仿真的設置 672
18.7.1 設置解算器參數(shù) 673
18.7.2 仿真數(shù)據(jù)的輸入輸出設置 674
18.7.3 仿真診斷設置 676
18.8 小結(jié) 677<
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