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作者簡介
名人/編輯推薦
目次
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商品簡介
全書以MATLAB 2020為基礎，結合高等學校的教學任務和計算科學的應用，詳細講解了數學計算和模擬分析的各種方法和技巧，力爭讓學生與零基礎讀者最終脫離書本，將所學知識應用於工程實踐中。
本書主要內容包括MATLAB基礎知識，程序設計基礎，二維圖形、三維圖形繪製，圖像繪製，數列、級數與極限計算，符號運算，積分計算，微分方程，圖形化使用者接口設計，Simulink模擬基礎，MATLAB聯合程序設計，優化設計，供應中心選址設計實例，數字低通信號頻譜分析設計實例，函數**化解設計實例等。本書內容覆蓋數學計算與模擬分析的各個方面，既有MATLAB基本函數的介紹，又有用MATLAB編寫的計算程式，以及利用函數解決不同數學應用問題的方案等。
本書既可作為MATLAB初學者的入門用書，又可作為相關工程技術人員、大學生、研究生的工具書。
本書主要內容包括MATLAB基礎知識，程序設計基礎，二維圖形、三維圖形繪製，圖像繪製，數列、級數與極限計算，符號運算，積分計算，微分方程，圖形化使用者接口設計，Simulink模擬基礎，MATLAB聯合程序設計，優化設計，供應中心選址設計實例，數字低通信號頻譜分析設計實例，函數**化解設計實例等。本書內容覆蓋數學計算與模擬分析的各個方面，既有MATLAB基本函數的介紹，又有用MATLAB編寫的計算程式，以及利用函數解決不同數學應用問題的方案等。
本書既可作為MATLAB初學者的入門用書，又可作為相關工程技術人員、大學生、研究生的工具書。
作者簡介
槐創鋒，博士，華東交通大學機械工程系副教授。主要從事機械工程相關專業教學和科研工作，主持和參與省部級科研項目20多項，發表SEI等高水準論文50多篇，並出版著作20多部。
名人/編輯推薦
620分鐘同步教學視頻，325個實戰案例分析，提供原始檔案。
·作者實力雄厚
本書由著名CAD/CAM/CAE圖書出版專家胡仁喜博士指導，大學資深專家教授團隊執筆編寫。作者總結自己多年的設計經驗及教學心得體會，力求在本書中全面細緻地展現MATLAB 在工程分析與數學計算應用領域的各種功能和使用方法。
·實例專業典型
本書中的很多實例本身就是工程分析與數學計算項目案例，這些案例經過作者的精心提煉和改編，不僅保證了讀者能夠學好知識點，更重要的是能幫助讀者掌握實際的操作技能。
·注重實操技能
本書從全面提升讀者的MATLAB工程分析與數學計算能力角度出發，結合大量的案例來講解如何利用MATLAB進行工程分析與數學計算，讓讀者真正掌握計算機輔助工程分析與數學計算。
·內容全面深入
“秀才不出門，能知天下事”，讀者只要有本書在手，MATLAB數學計算與工程分析知識便能全精通。本書不僅有透徹的講解，還有豐富的實例供讀者演練，能夠幫助讀者找到一條學習MATLAB的終南捷徑。
·實現知行合一
本書提供了使用MATLAB解決數學問題的實踐性指導，它基於MATLAB 2020a版本，內容由淺入深，特別是對每一條命令的調用格式都做了詳細的說明，並為讀者提供了大量的例題，這對於初學者自學很有幫助。本書還對數學中的一些知識如優化理論與算法及概率問題、數理統計問題等各種數學問題進行了較為詳細的介紹，因此，本書也可作為科技工作者的科學計算工具書。
·作者實力雄厚
本書由著名CAD/CAM/CAE圖書出版專家胡仁喜博士指導，大學資深專家教授團隊執筆編寫。作者總結自己多年的設計經驗及教學心得體會，力求在本書中全面細緻地展現MATLAB 在工程分析與數學計算應用領域的各種功能和使用方法。
·實例專業典型
本書中的很多實例本身就是工程分析與數學計算項目案例，這些案例經過作者的精心提煉和改編，不僅保證了讀者能夠學好知識點，更重要的是能幫助讀者掌握實際的操作技能。
·注重實操技能
本書從全面提升讀者的MATLAB工程分析與數學計算能力角度出發，結合大量的案例來講解如何利用MATLAB進行工程分析與數學計算，讓讀者真正掌握計算機輔助工程分析與數學計算。
·內容全面深入
“秀才不出門，能知天下事”，讀者只要有本書在手，MATLAB數學計算與工程分析知識便能全精通。本書不僅有透徹的講解，還有豐富的實例供讀者演練，能夠幫助讀者找到一條學習MATLAB的終南捷徑。
·實現知行合一
本書提供了使用MATLAB解決數學問題的實踐性指導，它基於MATLAB 2020a版本，內容由淺入深，特別是對每一條命令的調用格式都做了詳細的說明，並為讀者提供了大量的例題，這對於初學者自學很有幫助。本書還對數學中的一些知識如優化理論與算法及概率問題、數理統計問題等各種數學問題進行了較為詳細的介紹，因此，本書也可作為科技工作者的科學計算工具書。
目次
第 1章 MATLAB基礎知識 1
1．1 MATLAB中的科學計算概述 1
1．1．1 MATLAB的發展歷程 1
1．1．2 MATLAB系統 2
1．2 MATLAB 2020的工作接口 3
1．2．1 標題列 3
1．2．2 功能區 4
1．2．3 工具列 4
1．2．4 命令列窗口 4
1．2．5 命令歷史記錄窗口 6
1．2．6 當前資料夾窗口 7
1．2．7 工作區窗口 8
1．2．8 圖像窗口 11
1．3 MATLAB命令的組成 11
1．3．1 基本符號 12
1．3．2 功能符號 13
1．3．3 常用命令 14
1．3．4 基本數學函數 16
1．4 M文件 16
1．4．1 命令式文件 17
1．4．2 函數式檔 19
第 2章 程序設計基礎 20
2．1 資料類型 20
2．1．1 變數與常量 20
2．1．2 數值 22
2．1．3 字串 26
2．1．4 向量 29
2．1．5 矩陣 32
2．1．6 單元型變數 37
2．1．7 結構型變數 40
2．2 運算子 41
2．2．1 算術運算子 41
2．2．2 關係運算子 42
2．2．3 邏輯運算子 42
2．3 數值運算 42
2．3．1 矩陣運算 42
2．3．2 向量運算 49
2．4 MATLAB的説明系統 52
2．4．1 在線說明系統 52
2．4．2 幫助命令 52
2．4．3 連線演示系統 54
2．4．4 網絡資源 56
2．5 MATLAB程序設計 57
2．5．1 運算式、運算式語句與設定陳述式 57
2．5．2 程式結構 58
2．5．3 程式流程控制指令 64
2．5．4 人機交互語句 65
2．5．5 MATLAB程式的調試命令 67
2．6 函數控制碼 67
2．6．1 函數控制碼的創建與顯示 67
2．6．2 函數控制碼的調用與操作 68
2．6．3 輔助函數 68
2．7 操作實例——調用記錄結果的顯示 72
第3章 二維圖形繪製 76
3．1 二維曲線的繪製 76
3．1．1 繪製二維圖形 76
3．1．2 多圖形顯示 82
3．1．3 函數圖形的繪製 86
3．2 圖形屬性設置 90
3．2．1 圖形窗口的屬性 90
3．2．2 圖形放大與縮小 94
3．2．3 顏色控制 95
3．2．4 坐標系與坐標軸 96
3．2．5 圖形注釋 100
3．3 操作實例——編寫一個普通話等級考試評定函數 106
第4章 三維圖形繪製 109
4．1 三維繪圖 109
4．1．1 三維曲線繪圖函數 109
4．1．2 三維網格函數 113
4．1．3 三維曲面函數 117
4．1．4 柱面與球面 120
4．1．5 散點圖 122
4．1．6 三維圖形等值線 123
4．2 三維圖形修飾處理 129
4．2．1 視角處理 129
4．2．2 顏色處理 131
4．2．3 光照處理 134
4．3 操作實例——繪製函數的三維視圖 138
第5章 圖像繪製 141
5．1 網格圖形 141
5．2 彗星圖 142
5．3 向量圖形 144
5．4 影像處理 146
5．4．1 圖像的顯示 146
5．4．2 圖像的讀寫 149
5．4．3 圖像格式的轉換 151
5．4．4 圖像信息查詢 153
5．5 動畫演示 154
5．5．1 動畫幀 155
5．5．2 動畫線條 157
5．5．3 生成動畫 160
5．6 操作實例——正弦函數運動動畫 162
第6章 數列、級數與極限計算 164
6．1 數列 164
6．1．1 數列求和 165
6．1．2 數列求積 172
6．1．3 數列擴展 176
6．2 級數 179
6．2．1 級數求和函數 179
6．2．2 級數累乘函數 180
6．3 極限與導數 181
6．3．1 極限 181
6．3．2 導數 183
6．4 操作實例——三角函數的近似導數 185
第7章 符號運算 187
7．1 符號與數值 187
7．1．1 符號與數值間的轉換 187
7．1．2 符號與數值間的精度設置 188
7．2 符號矩陣 189
7．2．1 符號矩陣的創建 190
7．2．2 符號矩陣的其他運算 192
7．2．3 符號多項式的簡化 195
7．3 多元函數分析 198
7．3．1 雅可比矩陣 198
7．3．2 實數矩陣的梯度 199
7．4 方程的運算 200
7．4．1 方程組的介紹 201
7．4．2 方程式的解 201
7．4．3 線性方程求解 203
7．5 線性方程組求解 203
7．5．1 線性方程組定義 203
7．5．2 利用矩陣的基本運算 204
7．5．3 利用矩陣分解法求解 207
7．5．4 非負最小二乘解 211
7．6 操作實例——四元一次方程組求解 212
第8章 積分計算 218
8．1 積分 218
8．1．1 定積分與廣義積分 218
8．1．2 不定積分 220
8．1．3 多重積分 220
8．2 積分變換 224
8．2．1 傅裡葉（Fourier）變換 224
8．2．2 傅裡葉（Fourier）逆變換 225
8．2．3 快速傅裡葉（Fourier）變換 226
8．2．4 拉普拉斯（Laplace）變換 228
8．2．5 拉普拉斯（Laplace）逆變換 229
8．3 複雜函數 230
8．3．1 泰勒（Taylor）展開 230
8．3．2 傅裡葉（Fourier）展開 232
8．4 操作實例——正弦信號頻譜圖 233
第9章 微分方程 236
9．1 歐拉方法 236
9．2 龍格-庫塔方法 238
9．2．1 龍格-庫塔方法 239
9．2．2 龍格-庫塔（Runge-Kutta）方法解剛性問題 244
9．3 PDE模型方法 245
9．3．1 PDE模型函數 246
9．3．2 網格圖 247
9．3．3 幾何圖形 252
9．3．4 邊界條件 255
9．4 偏微分方程 256
9．4．1 偏微分方程介紹 256
9．4．2 偏微分方程求解 257
9．5 操作實例——帶雅克比矩陣的非線性方程組求解 261
第 10章 圖形化使用者接口設計 263
10．1 使用者接口概述 263
10．1．1 使用接口物件 263
10．1．2 圖形化使用者接口 264
10．2 圖形化使用者接口設計方法 266
10．2．1 GUI概述 266
10．2．2 創建控制項 266
10．2．3 控制項屬性編輯 271
10．3 控制項程序設計 274
10．3．1 功能表設計 274
10．3．2 回呼函數 277
10．4 操作實例——圖片縮放 280
第 11章 Simulink模擬基礎 285
11．1 Simulink簡介 285
11．1．1 Simulink模型的特點 286
11．1．2 Simulink的資料類型 288
11．2 Simulink模組庫 290
11．2．1 常用模組庫 291
11．2．2 子系統及其封裝 293
11．3 模組的創建 298
11．3．1 創建模組檔 298
11．3．2 模組的基本操作 300
11．3．3 模組參數設置 301
11．3．4 模組的連接 302
11．4 模擬分析 305
11．4．1 模擬參數設置 305
11．4．2 模擬的運行和分析 307
11．4．3 模擬錯誤診斷 308
11．5 回呼函數 309
11．6 操作實例——彈球模型動態系統 311
第 12章 MATLAB聯合程序設計 317
12．1 應用程式接口介紹 317
12．1．1 MEX文件簡介 317
12．1．2 API庫函數和MEX檔的區別 318
12．1．3 MAT文件 318
12．2 MEX檔的編輯與使用 318
12．2．1 編寫C語言MEX檔 319
12．2．2 編寫FORTRAN語言MEX檔 320
12．3 MATLAB與．NET聯合程序設計 320
12．3．1 MATLAB Builder for．NET主要功能 321
12．3．2 MATLAB Builder for．NET原理 321
12．4 操作實例——MATLAB Builder for．NET
應用實例 322
第 13章 優化設計 327
13．1 優化問題概述 327
13．2 MATLAB中的工具箱 328
13．2．1 MATLAB中常用的工具箱 328
13．2．2 工具箱和工具箱函數的查詢 329
13．3 優化工具箱中的函數 332
13．4 優化函數的變數 333
13．5 參數設置 336
13．5．1 optimoptions函數 336
13．5．2 optimset函數 337
13．5．3 optimget函數 340
13．6 模型輸入時需要注意的問題 340
13．7 控制碼函數 341
13．8 優化算法介紹 341
13．8．1 參數優化問題 341
13．8．2 無約束優化問題 342
13．8．3 擬牛頓法實現 344
13．8．4 最小二乘優化 344
13．8．5 非線性最小二乘實現 345
13．8．6 約束優化 345
13．8．7 SQP實現 346
13．9 無約束非線性規劃問題 347
13．9．1 數學原理及模型 347
13．9．2 MATLAB工具箱中的基本函數 348
13．10 操作實例——求最優化問題 352
第 14章 供應中心選址設計實例 355
14．1 最大值最小化概述 355
14．2 基本函數 356
14．3 供應中心選址設計 357
14．3．1 目標函數檔 358
14．3．2 設定初始值 358
14．3．3 調用函數求解 358
第 15章 數字低通信號頻譜分析設計實例 361
15．1 數字低通信號頻譜輸出 361
15．2 數字低通信號分析 366
15．2．1 繪製功率譜 366
15．2．2 數字信號譜分析 368
第 16章 函數最優化解設計實例 371
16．1 半無限概述 371
16．2 基本函數 371
16．3 函數最優化解 373
16．3．1 目標函數檔和約束函數檔 374
16．3．2 調用函數求解 374
1．1 MATLAB中的科學計算概述 1
1．1．1 MATLAB的發展歷程 1
1．1．2 MATLAB系統 2
1．2 MATLAB 2020的工作接口 3
1．2．1 標題列 3
1．2．2 功能區 4
1．2．3 工具列 4
1．2．4 命令列窗口 4
1．2．5 命令歷史記錄窗口 6
1．2．6 當前資料夾窗口 7
1．2．7 工作區窗口 8
1．2．8 圖像窗口 11
1．3 MATLAB命令的組成 11
1．3．1 基本符號 12
1．3．2 功能符號 13
1．3．3 常用命令 14
1．3．4 基本數學函數 16
1．4 M文件 16
1．4．1 命令式文件 17
1．4．2 函數式檔 19
第 2章 程序設計基礎 20
2．1 資料類型 20
2．1．1 變數與常量 20
2．1．2 數值 22
2．1．3 字串 26
2．1．4 向量 29
2．1．5 矩陣 32
2．1．6 單元型變數 37
2．1．7 結構型變數 40
2．2 運算子 41
2．2．1 算術運算子 41
2．2．2 關係運算子 42
2．2．3 邏輯運算子 42
2．3 數值運算 42
2．3．1 矩陣運算 42
2．3．2 向量運算 49
2．4 MATLAB的説明系統 52
2．4．1 在線說明系統 52
2．4．2 幫助命令 52
2．4．3 連線演示系統 54
2．4．4 網絡資源 56
2．5 MATLAB程序設計 57
2．5．1 運算式、運算式語句與設定陳述式 57
2．5．2 程式結構 58
2．5．3 程式流程控制指令 64
2．5．4 人機交互語句 65
2．5．5 MATLAB程式的調試命令 67
2．6 函數控制碼 67
2．6．1 函數控制碼的創建與顯示 67
2．6．2 函數控制碼的調用與操作 68
2．6．3 輔助函數 68
2．7 操作實例——調用記錄結果的顯示 72
第3章 二維圖形繪製 76
3．1 二維曲線的繪製 76
3．1．1 繪製二維圖形 76
3．1．2 多圖形顯示 82
3．1．3 函數圖形的繪製 86
3．2 圖形屬性設置 90
3．2．1 圖形窗口的屬性 90
3．2．2 圖形放大與縮小 94
3．2．3 顏色控制 95
3．2．4 坐標系與坐標軸 96
3．2．5 圖形注釋 100
3．3 操作實例——編寫一個普通話等級考試評定函數 106
第4章 三維圖形繪製 109
4．1 三維繪圖 109
4．1．1 三維曲線繪圖函數 109
4．1．2 三維網格函數 113
4．1．3 三維曲面函數 117
4．1．4 柱面與球面 120
4．1．5 散點圖 122
4．1．6 三維圖形等值線 123
4．2 三維圖形修飾處理 129
4．2．1 視角處理 129
4．2．2 顏色處理 131
4．2．3 光照處理 134
4．3 操作實例——繪製函數的三維視圖 138
第5章 圖像繪製 141
5．1 網格圖形 141
5．2 彗星圖 142
5．3 向量圖形 144
5．4 影像處理 146
5．4．1 圖像的顯示 146
5．4．2 圖像的讀寫 149
5．4．3 圖像格式的轉換 151
5．4．4 圖像信息查詢 153
5．5 動畫演示 154
5．5．1 動畫幀 155
5．5．2 動畫線條 157
5．5．3 生成動畫 160
5．6 操作實例——正弦函數運動動畫 162
第6章 數列、級數與極限計算 164
6．1 數列 164
6．1．1 數列求和 165
6．1．2 數列求積 172
6．1．3 數列擴展 176
6．2 級數 179
6．2．1 級數求和函數 179
6．2．2 級數累乘函數 180
6．3 極限與導數 181
6．3．1 極限 181
6．3．2 導數 183
6．4 操作實例——三角函數的近似導數 185
第7章 符號運算 187
7．1 符號與數值 187
7．1．1 符號與數值間的轉換 187
7．1．2 符號與數值間的精度設置 188
7．2 符號矩陣 189
7．2．1 符號矩陣的創建 190
7．2．2 符號矩陣的其他運算 192
7．2．3 符號多項式的簡化 195
7．3 多元函數分析 198
7．3．1 雅可比矩陣 198
7．3．2 實數矩陣的梯度 199
7．4 方程的運算 200
7．4．1 方程組的介紹 201
7．4．2 方程式的解 201
7．4．3 線性方程求解 203
7．5 線性方程組求解 203
7．5．1 線性方程組定義 203
7．5．2 利用矩陣的基本運算 204
7．5．3 利用矩陣分解法求解 207
7．5．4 非負最小二乘解 211
7．6 操作實例——四元一次方程組求解 212
第8章 積分計算 218
8．1 積分 218
8．1．1 定積分與廣義積分 218
8．1．2 不定積分 220
8．1．3 多重積分 220
8．2 積分變換 224
8．2．1 傅裡葉（Fourier）變換 224
8．2．2 傅裡葉（Fourier）逆變換 225
8．2．3 快速傅裡葉（Fourier）變換 226
8．2．4 拉普拉斯（Laplace）變換 228
8．2．5 拉普拉斯（Laplace）逆變換 229
8．3 複雜函數 230
8．3．1 泰勒（Taylor）展開 230
8．3．2 傅裡葉（Fourier）展開 232
8．4 操作實例——正弦信號頻譜圖 233
第9章 微分方程 236
9．1 歐拉方法 236
9．2 龍格-庫塔方法 238
9．2．1 龍格-庫塔方法 239
9．2．2 龍格-庫塔（Runge-Kutta）方法解剛性問題 244
9．3 PDE模型方法 245
9．3．1 PDE模型函數 246
9．3．2 網格圖 247
9．3．3 幾何圖形 252
9．3．4 邊界條件 255
9．4 偏微分方程 256
9．4．1 偏微分方程介紹 256
9．4．2 偏微分方程求解 257
9．5 操作實例——帶雅克比矩陣的非線性方程組求解 261
第 10章 圖形化使用者接口設計 263
10．1 使用者接口概述 263
10．1．1 使用接口物件 263
10．1．2 圖形化使用者接口 264
10．2 圖形化使用者接口設計方法 266
10．2．1 GUI概述 266
10．2．2 創建控制項 266
10．2．3 控制項屬性編輯 271
10．3 控制項程序設計 274
10．3．1 功能表設計 274
10．3．2 回呼函數 277
10．4 操作實例——圖片縮放 280
第 11章 Simulink模擬基礎 285
11．1 Simulink簡介 285
11．1．1 Simulink模型的特點 286
11．1．2 Simulink的資料類型 288
11．2 Simulink模組庫 290
11．2．1 常用模組庫 291
11．2．2 子系統及其封裝 293
11．3 模組的創建 298
11．3．1 創建模組檔 298
11．3．2 模組的基本操作 300
11．3．3 模組參數設置 301
11．3．4 模組的連接 302
11．4 模擬分析 305
11．4．1 模擬參數設置 305
11．4．2 模擬的運行和分析 307
11．4．3 模擬錯誤診斷 308
11．5 回呼函數 309
11．6 操作實例——彈球模型動態系統 311
第 12章 MATLAB聯合程序設計 317
12．1 應用程式接口介紹 317
12．1．1 MEX文件簡介 317
12．1．2 API庫函數和MEX檔的區別 318
12．1．3 MAT文件 318
12．2 MEX檔的編輯與使用 318
12．2．1 編寫C語言MEX檔 319
12．2．2 編寫FORTRAN語言MEX檔 320
12．3 MATLAB與．NET聯合程序設計 320
12．3．1 MATLAB Builder for．NET主要功能 321
12．3．2 MATLAB Builder for．NET原理 321
12．4 操作實例——MATLAB Builder for．NET
應用實例 322
第 13章 優化設計 327
13．1 優化問題概述 327
13．2 MATLAB中的工具箱 328
13．2．1 MATLAB中常用的工具箱 328
13．2．2 工具箱和工具箱函數的查詢 329
13．3 優化工具箱中的函數 332
13．4 優化函數的變數 333
13．5 參數設置 336
13．5．1 optimoptions函數 336
13．5．2 optimset函數 337
13．5．3 optimget函數 340
13．6 模型輸入時需要注意的問題 340
13．7 控制碼函數 341
13．8 優化算法介紹 341
13．8．1 參數優化問題 341
13．8．2 無約束優化問題 342
13．8．3 擬牛頓法實現 344
13．8．4 最小二乘優化 344
13．8．5 非線性最小二乘實現 345
13．8．6 約束優化 345
13．8．7 SQP實現 346
13．9 無約束非線性規劃問題 347
13．9．1 數學原理及模型 347
13．9．2 MATLAB工具箱中的基本函數 348
13．10 操作實例——求最優化問題 352
第 14章 供應中心選址設計實例 355
14．1 最大值最小化概述 355
14．2 基本函數 356
14．3 供應中心選址設計 357
14．3．1 目標函數檔 358
14．3．2 設定初始值 358
14．3．3 調用函數求解 358
第 15章 數字低通信號頻譜分析設計實例 361
15．1 數字低通信號頻譜輸出 361
15．2 數字低通信號分析 366
15．2．1 繪製功率譜 366
15．2．2 數字信號譜分析 368
第 16章 函數最優化解設計實例 371
16．1 半無限概述 371
16．2 基本函數 371
16．3 函數最優化解 373
16．3．1 目標函數檔和約束函數檔 374
16．3．2 調用函數求解 374
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