MATLAB科學計算與可視化仿真寶典

前言

美國TheMathWorks公司推出的MATLAB語言一直是國際科學界應用和影響最廣泛的三大計算機數(shù)學語言之一，MATLAB語言有其他基礎程序語言無法比擬的優(yōu)勢和適用面，近10年來,隨著MATLAB語言和Simulink仿真環(huán)境在各學科領域中日益廣泛的應用,我國的科研工作者和教育工作者也逐漸將MATLAB和Simulink語言作為首選的計算工具。隨著科技的不斷進步和發(fā)展,科研工作者在從事研究的過程中深刻體會到仿真驗證的重要性以及數(shù)據(jù)交換運算的優(yōu)越性，無疑MATLAB在這方面具有天生的優(yōu)勢,我們可以認為只要能用數(shù)據(jù)描述的對象必然可以使用MATLAB進行分析和研究,并且一旦熟悉相關工具箱函數(shù)以后,一系列的復雜運算和讓人頭痛的編程工作已經不能再困擾我們。正是由于MATLAB所具有的強大運算功能和廣泛的適用性,使得MATLAB以極快的速度在擴展自己的應用功能，MathWorks公司近幾年不斷推出新版本軟件,每個新版本都有令人驚嘆的新工具和新功能,這又使得更多人對這款軟件趨之若騖，然而面對具有如此超強功能的一款“巨型”軟件,即便是從事多年MATLAB研究的專家也只能對其龐大的功能“望洋興嘆”,對初學者來說,要掌握這門工具語言幾乎成為一項“不可能完成的任務”。市面上雖然充斥著各種介紹MATLAB語言的書籍,但熟悉MATLAB語言的人都知道,專業(yè)書籍大多只能對某個方向或領域的相關內容做出較為詳細的闡述,當遇到基礎運算和操作的問題,以及—些邊緣算法時,很多有多年經驗的研究人員也不得不查閱基礎書籍或者求助于MATLAB的幫助文檔，但是我們都知道MATLAB幫助文檔是英文的,這對于《艮多國內的學習者來說是—大“攔路虎”，而那些基礎的書籍基本上只能是對基礎函數(shù)做—些概念性的介紹,不能全面細致地幫助我們解決實際問題。劉正君博士組織編寫的《MATLAB科學計算與可視化仿真寶典》,正是可以幫助您解決各種研究和應用中實際問題的最佳參考資料，作者多年從事MATLAB的應用研究工作,在圖像》口密，光學變換，光束整形，混沌，分形，元胞自動機等領域有著豐富的經驗,同日榷MATLAB技術論壇長期解決各類學習者在使用MATLAB技術時遇到的各種問題,非常了解廣大使用者在應用時所面臨的各種難題?！禡ATLAB科學計算與可視化仿真寶典》一書,從最基礎的MATLABR2008a版本安裝方法和一些基本操作知識入手,全面詳細地介紹了數(shù)值及其科學計算的基礎知識，數(shù)據(jù)可視化仿真操作及科學編程等內容，全書每個知識點都配以實例解說相關功能和操作,是專業(yè)學習和研究工作者值得參考的經典書籍,同時該書也非常適合初學者作為入門引導，在此,MATLAB中文論壇向廣大讀者隆重推薦此書。

內容概要

　　《MATLAB科學計算與可視化仿真寶典》，是解決各種研究和應用中實際問題的最佳參考資料。作者多年從事MATLAB的應用研究工作，在圖像加密、光學變換、光束整形、混沌、分形、元胞自動機等領域有豐富的經驗?！禡ATLAB科學計算與可視化仿真寶典》共27章，分為4個部分，詳細講解MATLAB的計算和數(shù)據(jù)表現(xiàn)功能，介紹利用MATLAB對科學問題進行計算與仿真，并針對部分專業(yè)問題，給出利用MATLAB進行模擬程序和仿真結果?！禡ATLAB科學計算與可視化仿真寶典》第1部分包括第1-6章，介紹MATLAB基本知識：數(shù)據(jù)類型、向量與矩陣的定義、表達式、程序結構與優(yōu)化、文件處理。同時，還給出一些實用經驗促進讀者更好地利用該軟件。第2部分包括第7-15章，詳細介紹基本科學問題的求解方法，如線性方程組、超越方程、數(shù)據(jù)擬合與插值、最值問題、隨機數(shù)、微分方程組、積分運算、數(shù)學變換、特殊函數(shù)等。第3部分包括第16-18章，具體介紹二維和三維圖形的繪制、用戶圖形界面設計等。第4部分包括第19-27章，具體介紹混沌、分形、元胞自動機、光學現(xiàn)象、機械運動、常用算法等方面的編程知識。

作者簡介

劉正君，畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學光學專業(yè)，理學博士。主要研究方向包括圖像加密、光學變換、光束整形、混沌、分形、元胞自動機等。MATLAB論壇技術版的版主，有大量MATLAB程序編寫經驗，以及使用MATLAB技術近8年時間的積累，尤其對數(shù)值計算和可視化等方面有深入研究。從教40年，主持多項科學研究和教學研究課題，編著7種著作，在《計算機學報》等刊物發(fā)表論文30余篇，《數(shù)字邏輯》教材在全國第二屆普通高等學校優(yōu)秀教材評選中獲國家教委一等獎。

書籍目錄

第1部分 基礎篇第1章 MATLAB科學計算基礎1.1 認識MATLAB1.2 安裝說明1.3初學者如何開始使用MATLAB1.4 如何獲取幫助1.4.1 本地幫助1.4.2 網上求助1.5 路徑設定與轉換1.6 偏好設置1.7 添加工具箱1.8 小結第2章 理解MATLAB的數(shù)據(jù)類型2.1 double型數(shù)據(jù)2.2 字符串2.2.1 字符串的定義2.2.2 字符串操作函數(shù)2.3 cell結構2.3.1 圖形化表示cellI的內容2.3.2 檢查變量是否為cell結構2.4 結構型2.5.8 位整型數(shù)據(jù)2.6 不同數(shù)據(jù)類型之間的轉化2.7 變量與常量2.8 小結第2章 向量與矩陣運算3.1 向量的定義3.2 向量運算函數(shù)3.2.1 判斷矩陣是否為向量3.2.2 向量的長度3.2.2 向量的外積3.2.4 向量的內積3.2.5 求解線性趨勢項3.2.6 反轉向量順序3.3 集合的定義及相關運算3.3.1 集合的交集3.2.2 集合中元素的判斷3.3.3 兩個集合的差集2.3.4 集合異或運算3.2.5 集合的并集3.3.6 去除重復的元素3.4 矩陣生成方法3.5 特殊矩陣的生成3.6 矩陣計算的基本函數(shù)3.6.1 大小及索引問題3.6.2 矩陣整形3.6.3 對角矩陣3.6.4 矩陣旋轉與移動3.6.5 矩陣大小的增減3.6.6 矩陣的本征值3.7 高維數(shù)組3.7.1 計算數(shù)組維數(shù)3.7.2 刪除單獨的維數(shù)3.7.3 移動數(shù)組維的順序3.7.4 改變數(shù)組的維數(shù)3.7.5 計算高維函數(shù)的離散形式3.8 小結第4章 表達式4.1 算術表達式4.2 關系表達式4.3 邏輯運算4.3.1 基本運算4.3.2 腐蝕與膨脹運算4.4 符號計算4.4.1 變量的定義4.4.2 賦值函數(shù)的使用4.4.3 符號微積分4.5 多項式運算4.5.1 多項式的定義4.5.2 特殊函數(shù)與特殊多項式4.5.3 多項式的運算4.6 卷積與相關4.6.1 計算二維離散卷積4.6.2 計算線相關系數(shù)4.7 表達式的應用技巧4.7.1 符號表達式轉化為字符串4.7.2 對變量的調用4.7.3 含變化參數(shù)的符號計算4.7.4 用函數(shù)實現(xiàn)賦值4.7.5 調用maple函數(shù)來計算4.7.6 符號表達式的轉化4.7.7 數(shù)值型矩陣轉化為符號矩陣4.7.8 復合函數(shù)的應用4.7.9 建立抽象函數(shù)4.8 小結第5章 程序結構與優(yōu)化5.1 條件語句5.2 switch語句5.3 循環(huán)結構5.4 遞歸結構5.5 人機交互函數(shù)5.6 程序加速5.7 程序注釋5.8 常見錯誤的調試5.8.1 語法錯誤5.8.2 非語法錯誤5.9 小結第6章 文件處理6.1 腳本文件6.2 函數(shù)文件6.2.1 函數(shù)的定義6.2.2 輸入輸出參數(shù)的控制6.2.3 使用內聯(lián)函數(shù)6.2.4 分段函數(shù)6.2.5 子函數(shù)和私有函數(shù)6.3 函數(shù)文件與腳本文件的比較6.4 數(shù)據(jù)文件6.4.1 常用的數(shù)據(jù)文件讀入函數(shù)6.4.2 常用數(shù)據(jù)的寫入函數(shù)6.5 圖片文件6.5.1 讀入多種格式的圖片文件6.5.2 把數(shù)據(jù)寫到一個圖片文件6.5.3 把矩陣保存為圖片文件6.5.4 打印當前圖形文件6.6 視頻和音頻文件6.7 文件批處理結構6.7.1 改變MATLAB的當前路徑6.7.2 復制文件6.7.3 刪除文件6.7.4 保存命令窗中的會話內容6.7.5 指定路徑下的所有文件名6.7.6 編輯一個文件6.7.7 文件各個部分的信息6.7.8 建立完整的文件名6.7.9 列出內存中的函數(shù)名6.7.1 建立新的文件夾6.7.1 1記錄當前路徑信息6.7.1 2刪除一個路徑6.7.1 3顯示M文件的全部內容6.7.1 4列出當前路徑下的內容6.7.1 5基本結構6.7.1 6無規(guī)則文件名的處理6.8 小結第2部分 科學計算第7章 線性方程組7.1 基礎MATLAB函數(shù)7.1.1 矩陣的cholesky分解7.1.2 矩陣的不完全Cholesky分解7.1.3 提取矩陣的對角元素7.1.4 求本征值和本征向量7.1.5 矩陣的基本運算7.1.6 矩陣的LU分解7.1.7 矩陣的不完全LU分解7.1.8 矩陣范數(shù)的計算7.1.9 計算偽逆矩陣7.1.10矩陣的QR分解7.1.11計算矩陣的秩與跡7.2 矩陣求逆法7.3 消元法7.4 矩陣分解算法7.5 迭代法7.6 共軛梯度法解方程組7.7 小結第8章 超越方程的求解8.1 函數(shù)解法8.2 數(shù)值方法8.3 小結第9章 數(shù)據(jù)擬合與插值9.1 擬合基礎9.2 最小二乘擬合9.3 多項式擬合9.4 非線性擬合9.5 Lagrange插值9.6 Hermite插值9.7 樣條插值9.8 二維插值9.9 小結第10章 最值問題的求解10.1 極值計算10.2 最值10.3 利用極值畫包絡線10.4 小結第11章 隨機數(shù)的應用11.1 隨機數(shù)的產生11.2 隨機數(shù)的使用11.3 統(tǒng)計量的計算11.4 回歸分析11.5 小結第12章 微分方程組的計算12.1 極限12.2 全導數(shù)12.3 dsolve函數(shù)12.4 ode系列函數(shù)12.5 打靶法12.6 時滯微分方程12.7 偏微分方程12.8 利用微分算積分12.9 小結第13章 積分運算13.1 級數(shù)求和13.2 離散積分的計算13.3 奇異積分計算13.4 小結第14章 數(shù)學變換運算14.1 分數(shù)傅里葉變換14.2 菲涅爾變換14.3 Harrier變換14.4 離散正/余弦變換14.5 分數(shù)隨機變換14.6 漢克爾(Hankel)變換14.7 小波變換14.8 小結第15章 特殊函數(shù)15.1 Bessel函數(shù)15.2 Hermite函數(shù)15.3 階乘函數(shù)與Gamma函數(shù)15.4 Beta函數(shù)15.5 其他特殊數(shù)學函數(shù)15.6 小結第3部分數(shù)據(jù)可視化仿真第16章 二維數(shù)據(jù)可視化16.1 基本命令16.2 圖形編輯16.3 自定義特殊圖形樣式16.4 基本圖形的繪制16.5 多圖布局16.6 圖像處理函數(shù)16.7 動畫的繪制16.8 圖形的保存16.9 小結第17章 三維數(shù)據(jù)可視化17.1 基本函數(shù)17.2 彩色圖及顏色條17.3 視角與光照17.4 圖形的注釋17.5 小結第18章 用戶圖形界面設計18.1 菜單設計18.2 自定義工具條18.3 控件設計18.4 對話框18.5 實例18.6 小結第4部分科學問題編程19章 MATLAB建?；A19.1 抽象模型19.2 離散采樣方法19.3 算法結構設計19.4 實例仿真19.5 驗證方法19.6 算法優(yōu)化19.7 小結第20章 混沌現(xiàn)象20.1 離散混沌20.2 微分方程中的分岔和混沌行為20.3 混沌吸引子20.4 Lyapunov指數(shù)20.5 小結第21章 分形圖形21.1 基本分形圖21.2 迭代函數(shù)系統(tǒng)21.3 遞歸算法21.4 分維的計算21.5 小結第22章 元胞自動機22.1 奇偶規(guī)則22.2 砂堆規(guī)則22.3 細菌生長模型22.4 氣體擴散22.5 螞蟻規(guī)則22.6 六邊形格子的粒子運動22.7 小結第23章 晶體生長模擬23.1 隨機布朗運動23.2 擴散限制凝聚(DLA)23.3 隨機吸附23.4 隨機向心吸附23.5 小結第24章 光學現(xiàn)象模擬24.1 網格上的魚眼24.2 計算全息編碼及再現(xiàn)程序24.3 光的等厚干涉24.4 楊氏雙縫干涉24.5 牛頓環(huán)24.6 小結第25章 機械運動模擬25.1 凸輪機構繞中軸線旋轉25.2 阻尼運動25.3 連桿機構的運動模擬25.4 凸輪的轉動25.5 小結第26章 經濟和金融問題的求解26.1 金融工具箱介紹26.2 時間序列預測模型26.3 經濟學模型26.4 規(guī)劃問題求解26.5 小結第27章 常用算法及MATLAB實現(xiàn)27.1 遺傳算法27.2 模擬退火算法27.3 分步傅里葉算法27.4 蟻群算法27.5 分水嶺算法27.6 粒子群優(yōu)化算法27.7 BP算法27.8 最短路徑Dijkstra和floyd算法27.9 3個圓的外切圓算法27.10小結附錄A 網絡程序下載地址參考文獻

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《MATLAB科學計算與可視化仿真寶典》從最基礎的MATLAB R2008a版本的安裝方法和一些基本的操作知識入手，全面詳實地介紹了數(shù)值及其科學計算的基礎知識、數(shù)據(jù)可視化仿真操作及科學編程等內容。全書每個知識點都配以實例解說相關功能和操作，絕對是專業(yè)學習和研究工作者值得參考的經典書籍，同時該書也非常適合初學者作為入門引導。《MATLAB科學計算與可視化仿真寶典》寫作結構清晰，圖形與程序結合，實例豐富，實用性強。通過實例詳細地對實際問題進行了剖析并講解如何用程序實現(xiàn)。

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