MATLAB科學(xué)計(jì)算與可視化仿真寶典

前言

美國(guó)TheMathWorks公司推出的MATLAB語(yǔ)言一直是國(guó)際科學(xué)界應(yīng)用和影響最廣泛的三大計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)語(yǔ)言之一，MATLAB語(yǔ)言有其他基礎(chǔ)程序語(yǔ)言無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)和適用面，近10年來(lái),隨著MATLAB語(yǔ)言和Simulink仿真環(huán)境在各學(xué)科領(lǐng)域中日益廣泛的應(yīng)用,我國(guó)的科研工作者和教育工作者也逐漸將MATLAB和Simulink語(yǔ)言作為首選的計(jì)算工具。隨著科技的不斷進(jìn)步和發(fā)展,科研工作者在從事研究的過(guò)程中深刻體會(huì)到仿真驗(yàn)證的重要性以及數(shù)據(jù)交換運(yùn)算的優(yōu)越性，無(wú)疑MATLAB在這方面具有天生的優(yōu)勢(shì),我們可以認(rèn)為只要能用數(shù)據(jù)描述的對(duì)象必然可以使用MATLAB進(jìn)行分析和研究,并且一旦熟悉相關(guān)工具箱函數(shù)以后,一系列的復(fù)雜運(yùn)算和讓人頭痛的編程工作已經(jīng)不能再困擾我們。正是由于MATLAB所具有的強(qiáng)大運(yùn)算功能和廣泛的適用性,使得MATLAB以極快的速度在擴(kuò)展自己的應(yīng)用功能，MathWorks公司近幾年不斷推出新版本軟件,每個(gè)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(duì)這款軟件趨之若騖，然而面對(duì)具有如此超強(qiáng)功能的一款“巨型”軟件,即便是從事多年MATLAB研究的專(zhuān)家也只能對(duì)其龐大的功能“望洋興嘆”,對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō),要掌握這門(mén)工具語(yǔ)言幾乎成為一項(xiàng)“不可能完成的任務(wù)”。市面上雖然充斥著各種介紹MATLAB語(yǔ)言的書(shū)籍,但熟悉MATLAB語(yǔ)言的人都知道,專(zhuān)業(yè)書(shū)籍大多只能對(duì)某個(gè)方向或領(lǐng)域的相關(guān)內(nèi)容做出較為詳細(xì)的闡述,當(dāng)遇到基礎(chǔ)運(yùn)算和操作的問(wèn)題,以及—些邊緣算法時(shí),很多有多年經(jīng)驗(yàn)的研究人員也不得不查閱基礎(chǔ)書(shū)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(duì)于《艮多國(guó)內(nèi)的學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)是—大“攔路虎”，而那些基礎(chǔ)的書(shū)籍基本上只能是對(duì)基礎(chǔ)函數(shù)做—些概念性的介紹,不能全面細(xì)致地幫助我們解決實(shí)際問(wèn)題。劉正君博士組織編寫(xiě)的《MATLAB科學(xué)計(jì)算與可視化仿真寶典》,正是可以幫助您解決各種研究和應(yīng)用中實(shí)際問(wèn)題的最佳參考資料，作者多年從事MATLAB的應(yīng)用研究工作,在圖像》口密，光學(xué)變換，光束整形，混沌，分形，元胞自動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域有著豐富的經(jīng)驗(yàn),同日榷MATLAB技術(shù)論壇長(zhǎng)期解決各類(lèi)學(xué)習(xí)者在使用MATLAB技術(shù)時(shí)遇到的各種問(wèn)題,非常了解廣大使用者在應(yīng)用時(shí)所面臨的各種難題?！禡ATLAB科學(xué)計(jì)算與可視化仿真寶典》一書(shū),從最基礎(chǔ)的MATLABR2008a版本安裝方法和一些基本操作知識(shí)入手,全面詳細(xì)地介紹了數(shù)值及其科學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)知識(shí)，數(shù)據(jù)可視化仿真操作及科學(xué)編程等內(nèi)容，全書(shū)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都配以實(shí)例解說(shuō)相關(guān)功能和操作,是專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)和研究工作者值得參考的經(jīng)典書(shū)籍,同時(shí)該書(shū)也非常適合初學(xué)者作為入門(mén)引導(dǎo)，在此,MATLAB中文論壇向廣大讀者隆重推薦此書(shū)。

內(nèi)容概要

　　《MATLAB科學(xué)計(jì)算與可視化仿真寶典》，是解決各種研究和應(yīng)用中實(shí)際問(wèn)題的最佳參考資料。作者多年從事MATLAB的應(yīng)用研究工作，在圖像加密、光學(xué)變換、光束整形、混沌、分形、元胞自動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域有豐富的經(jīng)驗(yàn)。《MATLAB科學(xué)計(jì)算與可視化仿真寶典》共27章，分為4個(gè)部分，詳細(xì)講解MATLAB的計(jì)算和數(shù)據(jù)表現(xiàn)功能，介紹利用MATLAB對(duì)科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算與仿真，并針對(duì)部分專(zhuān)業(yè)問(wèn)題，給出利用MATLAB進(jìn)行模擬程序和仿真結(jié)果。《MATLAB科學(xué)計(jì)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(shí)：數(shù)據(jù)類(lèi)型、向量與矩陣的定義、表達(dá)式、程序結(jié)構(gòu)與優(yōu)化、文件處理。同時(shí)，還給出一些實(shí)用經(jīng)驗(yàn)促進(jìn)讀者更好地利用該軟件。第2部分包括第7-15章，詳細(xì)介紹基本科學(xué)問(wèn)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(wèn)題、隨機(jī)數(shù)、微分方程組、積分運(yùn)算、數(shù)學(xué)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(shè)計(jì)等。第4部分包括第19-27章，具體介紹混沌、分形、元胞自動(dòng)機(jī)、光學(xué)現(xiàn)象、機(jī)械運(yùn)動(dòng)、常用算法等方面的編程知識(shí)。

作者簡(jiǎn)介

劉正君，畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)光學(xué)專(zhuān)業(yè)，理學(xué)博士。主要研究方向包括圖像加密、光學(xué)變換、光束整形、混沌、分形、元胞自動(dòng)機(jī)等。MATLAB論壇技術(shù)版的版主，有大量MATLAB程序編寫(xiě)經(jīng)驗(yàn)，以及使用MATLAB技術(shù)近8年時(shí)間的積累，尤其對(duì)數(shù)值計(jì)算和可視化等方面有深入研究。從教40年，主持多項(xiàng)科學(xué)研究和教學(xué)研究課題，編著7種著作，在《計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)》等刊物發(fā)表論文30余篇，《數(shù)字邏輯》教材在全國(guó)第二屆普通高等學(xué)校優(yōu)秀教材評(píng)選中獲國(guó)家教委一等獎(jiǎng)。

書(shū)籍目錄

第1部分 基礎(chǔ)篇第1章 MATLAB科學(xué)計(jì)算基礎(chǔ)1.1 認(rèn)識(shí)MATLAB1.2 安裝說(shuō)明1.3初學(xué)者如何開(kāi)始使用MATLAB1.4 如何獲取幫助1.4.1 本地幫助1.4.2 網(wǎng)上求助1.5 路徑設(shè)定與轉(zhuǎn)換1.6 偏好設(shè)置1.7 添加工具箱1.8 小結(jié)第2章 理解MATLAB的數(shù)據(jù)類(lèi)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(jié)構(gòu)2.3.1 圖形化表示cellI的內(nèi)容2.3.2 檢查變量是否為cell結(jié)構(gòu)2.4 結(jié)構(gòu)型2.5.8 位整型數(shù)據(jù)2.6 不同數(shù)據(jù)類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)化2.7 變量與常量2.8 小結(jié)第2章 向量與矩陣運(yùn)算3.1 向量的定義3.2 向量運(yùn)算函數(shù)3.2.1 判斷矩陣是否為向量3.2.2 向量的長(zhǎng)度3.2.2 向量的外積3.2.4 向量的內(nèi)積3.2.5 求解線性趨勢(shì)項(xiàng)3.2.6 反轉(zhuǎn)向量順序3.3 集合的定義及相關(guān)運(yùn)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(gè)集合的差集2.3.4 集合異或運(yùn)算3.2.5 集合的并集3.3.6 去除重復(fù)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(jì)算的基本函數(shù)3.6.1 大小及索引問(wèn)題3.6.2 矩陣整形3.6.3 對(duì)角矩陣3.6.4 矩陣旋轉(zhuǎn)與移動(dòng)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(jì)算數(shù)組維數(shù)3.7.2 刪除單獨(dú)的維數(shù)3.7.3 移動(dòng)數(shù)組維的順序3.7.4 改變數(shù)組的維數(shù)3.7.5 計(jì)算高維函數(shù)的離散形式3.8 小結(jié)第4章 表達(dá)式4.1 算術(shù)表達(dá)式4.2 關(guān)系表達(dá)式4.3 邏輯運(yùn)算4.3.1 基本運(yùn)算4.3.2 腐蝕與膨脹運(yùn)算4.4 符號(hào)計(jì)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(hào)微積分4.5 多項(xiàng)式運(yùn)算4.5.1 多項(xiàng)式的定義4.5.2 特殊函數(shù)與特殊多項(xiàng)式4.5.3 多項(xiàng)式的運(yùn)算4.6 卷積與相關(guān)4.6.1 計(jì)算二維離散卷積4.6.2 計(jì)算線相關(guān)系數(shù)4.7 表達(dá)式的應(yīng)用技巧4.7.1 符號(hào)表達(dá)式轉(zhuǎn)化為字符串4.7.2 對(duì)變量的調(diào)用4.7.3 含變化參數(shù)的符號(hào)計(jì)算4.7.4 用函數(shù)實(shí)現(xiàn)賦值4.7.5 調(diào)用maple函數(shù)來(lái)計(jì)算4.7.6 符號(hào)表達(dá)式的轉(zhuǎn)化4.7.7 數(shù)值型矩陣轉(zhuǎn)化為符號(hào)矩陣4.7.8 復(fù)合函數(shù)的應(yīng)用4.7.9 建立抽象函數(shù)4.8 小結(jié)第5章 程序結(jié)構(gòu)與優(yōu)化5.1 條件語(yǔ)句5.2 switch語(yǔ)句5.3 循環(huán)結(jié)構(gòu)5.4 遞歸結(jié)構(gòu)5.5 人機(jī)交互函數(shù)5.6 程序加速5.7 程序注釋5.8 常見(jiàn)錯(cuò)誤的調(diào)試5.8.1 語(yǔ)法錯(cuò)誤5.8.2 非語(yǔ)法錯(cuò)誤5.9 小結(jié)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(nèi)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(xiě)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(xiě)到一個(gè)圖片文件6.5.3 把矩陣保存為圖片文件6.5.4 打印當(dāng)前圖形文件6.6 視頻和音頻文件6.7 文件批處理結(jié)構(gòu)6.7.1 改變MATLAB的當(dāng)前路徑6.7.2 復(fù)制文件6.7.3 刪除文件6.7.4 保存命令窗中的會(huì)話內(nèi)容6.7.5 指定路徑下的所有文件名6.7.6 編輯一個(gè)文件6.7.7 文件各個(gè)部分的信息6.7.8 建立完整的文件名6.7.9 列出內(nèi)存中的函數(shù)名6.7.1 建立新的文件夾6.7.1 1記錄當(dāng)前路徑信息6.7.1 2刪除一個(gè)路徑6.7.1 3顯示M文件的全部?jī)?nèi)容6.7.1 4列出當(dāng)前路徑下的內(nèi)容6.7.1 5基本結(jié)構(gòu)6.7.1 6無(wú)規(guī)則文件名的處理6.8 小結(jié)第2部分 科學(xué)計(jì)算第7章 線性方程組7.1 基礎(chǔ)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(duì)角元素7.1.4 求本征值和本征向量7.1.5 矩陣的基本運(yùn)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(jì)算7.1.9 計(jì)算偽逆矩陣7.1.10矩陣的QR分解7.1.11計(jì)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(jié)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(jié)第9章 數(shù)據(jù)擬合與插值9.1 擬合基礎(chǔ)9.2 最小二乘擬合9.3 多項(xiàng)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(jié)第10章 最值問(wèn)題的求解10.1 極值計(jì)算10.2 最值10.3 利用極值畫(huà)包絡(luò)線10.4 小結(jié)第11章 隨機(jī)數(shù)的應(yīng)用11.1 隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生11.2 隨機(jī)數(shù)的使用11.3 統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算11.4 回歸分析11.5 小結(jié)第12章 微分方程組的計(jì)算12.1 極限12.2 全導(dǎo)數(shù)12.3 dsolve函數(shù)12.4 ode系列函數(shù)12.5 打靶法12.6 時(shí)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(jié)第13章 積分運(yùn)算13.1 級(jí)數(shù)求和13.2 離散積分的計(jì)算13.3 奇異積分計(jì)算13.4 小結(jié)第14章 數(shù)學(xué)變換運(yùn)算14.1 分?jǐn)?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?jǐn)?shù)隨機(jī)變換14.6 漢克爾(Hankel)變換14.7 小波變換14.8 小結(jié)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(xué)函數(shù)15.6 小結(jié)第3部分?jǐn)?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(dòng)畫(huà)的繪制16.8 圖形的保存16.9 小結(jié)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(jié)第18章 用戶圖形界面設(shè)計(jì)18.1 菜單設(shè)計(jì)18.2 自定義工具條18.3 控件設(shè)計(jì)18.4 對(duì)話框18.5 實(shí)例18.6 小結(jié)第4部分科學(xué)問(wèn)題編程19章 MATLAB建?；A(chǔ)19.1 抽象模型19.2 離散采樣方法19.3 算法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19.4 實(shí)例仿真19.5 驗(yàn)證方法19.6 算法優(yōu)化19.7 小結(jié)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(jié)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(jì)算21.5 小結(jié)第22章 元胞自動(dòng)機(jī)22.1 奇偶規(guī)則22.2 砂堆規(guī)則22.3 細(xì)菌生長(zhǎng)模型22.4 氣體擴(kuò)散22.5 螞蟻規(guī)則22.6 六邊形格子的粒子運(yùn)動(dòng)22.7 小結(jié)第23章 晶體生長(zhǎng)模擬23.1 隨機(jī)布朗運(yùn)動(dòng)23.2 擴(kuò)散限制凝聚(DLA)23.3 隨機(jī)吸附23.4 隨機(jī)向心吸附23.5 小結(jié)第24章 光學(xué)現(xiàn)象模擬24.1 網(wǎng)格上的魚(yú)眼24.2 計(jì)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(jié)第25章 機(jī)械運(yùn)動(dòng)模擬25.1 凸輪機(jī)構(gòu)繞中軸線旋轉(zhuǎn)25.2 阻尼運(yùn)動(dòng)25.3 連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)模擬25.4 凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)25.5 小結(jié)第26章 經(jīng)濟(jì)和金融問(wèn)題的求解26.1 金融工具箱介紹26.2 時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型26.3 經(jīng)濟(jì)學(xué)模型26.4 規(guī)劃問(wèn)題求解26.5 小結(jié)第27章 常用算法及MATLAB實(shí)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(gè)圓的外切圓算法27.10小結(jié)附錄A 網(wǎng)絡(luò)程序下載地址參考文獻(xiàn)

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《MATLAB科學(xué)計(jì)算與可視化仿真寶典》從最基礎(chǔ)的MATLAB R2008a版本的安裝方法和一些基本的操作知識(shí)入手，全面詳實(shí)地介紹了數(shù)值及其科學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)知識(shí)、數(shù)據(jù)可視化仿真操作及科學(xué)編程等內(nèi)容。全書(shū)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都配以實(shí)例解說(shuō)相關(guān)功能和操作，絕對(duì)是專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)和研究工作者值得參考的經(jīng)典書(shū)籍，同時(shí)該書(shū)也非常適合初學(xué)者作為入門(mén)引導(dǎo)?！禡ATLAB科學(xué)計(jì)算與可視化仿真寶典》寫(xiě)作結(jié)構(gòu)清晰，圖形與程序結(jié)合，實(shí)例豐富，實(shí)用性強(qiáng)。通過(guò)實(shí)例詳細(xì)地對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行了剖析并講解如何用程序?qū)崿F(xiàn)。

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