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出版者:SIAM: Society for Industrial and Applied Mathematics

作者:Desmond J. Higham

出品人:

页数:382

译者:

出版时间:2005-3

价格:USD 54.50

装帧:Hardcover

isbn号码:9780898715781

丛书系列:

图书标签:

• matlab
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MATLAB 核心概念与编程实践 本书并非关于某一特定书籍《MATLAB Guide》的详细解读。相反，它旨在构建一套扎实的 MATLAB 基础知识体系，并深入探讨其在科学计算、工程分析以及数据科学领域的实际应用。我们相信，唯有透彻理解 MATLAB 的核心概念，并熟练掌握其编程技巧，才能真正驾驭这一强大的工具，解决复杂多变的问题。 第一章：MATLAB 环境概览与基础入门 本章将带领读者全面认识 MATLAB 的工作环境。从启动 MATLAB 到熟悉其直观的用户界面，包括命令窗口、编辑器、工作区、当前文件夹以及帮助浏览器等关键区域，我们将一一进行介绍。您将学习如何利用 MATLAB 作为计算器进行基本的算术运算，并初步了解其强大的矩阵运算能力。更重要的是，本章将引导您掌握 MATLAB 的基础数据类型，如数值（整型、浮点型）、字符型以及逻辑型，并学习如何创建、访问和操作这些数据。变量的命名规则、赋值语句以及基本的表达式构成也将是本章的重点。此外，我们将介绍 MATLAB 的路径管理机制，这对于组织和加载用户自定义函数至关重要。 第二章：MATLAB 语言基础：变量、数据类型与运算符 深入挖掘 MATLAB 的语言特性，本章将聚焦于变量的生命周期管理、作用域以及如何进行类型转换。我们将详细解析 MATLAB 中各种数值类型的精度差异及其在数值计算中的影响。字符型数据的处理，包括字符串的创建、连接、查找和替换等操作，也将得到充分讲解。逻辑型数据在条件判断和循环控制中的作用将被重点突出。 运算符是 MATLAB 编程的基石。本章将全面介绍 MATLAB 中的各种运算符：算术运算符（加、减、乘、除、幂）、关系运算符（等于、不等于、大于、小于、大于等于、小于等于）、逻辑运算符（与、或、非、异或），以及位运算符。我们将通过大量的实例演示，让读者深刻理解运算符的优先级和结合性，以及它们在构建复杂逻辑和表达式中的应用。条件运算符（`?:`）的灵活运用也将得到探讨。 第三章：流程控制语句：实现程序的逻辑分支与循环 任何复杂的程序都离不开流程控制。本章将系统讲解 MATLAB 的三种核心流程控制语句： 条件语句（`if`、`elseif`、`else`、`end`）： 学习如何根据不同的条件执行不同的代码块，从而实现程序的逻辑分支。我们将演示如何构建嵌套的 `if` 语句，以及如何利用逻辑运算符组合多个条件。 循环语句（`for`、`while`、`do-while` - 模拟）： 掌握如何重复执行一段代码，从而处理重复性的任务。`for` 循环适用于已知循环次数的情况，而 `while` 循环则在满足特定条件时持续执行。本章还将介绍如何模拟 `do-while` 循环的行为。我们将重点讲解如何正确设置循环变量、退出条件以及如何使用 `break` 和 `continue` 语句来控制循环的流程。 `switch-case` 语句： 学习如何根据一个变量的不同取值，选择性地执行相应的代码块，这在处理多个互斥条件时尤为高效。 通过丰富的代码示例，读者将能够构建出具有复杂逻辑和强大功能的 MATLAB 程序。 第四章：函数：模块化编程与代码复用 函数是 MATLAB 编程的核心概念，它们使得代码更易于组织、理解和复用。本章将深入探讨函数的创建、调用与管理。我们将详细讲解函数的定义语法，包括函数名、输入参数、输出参数以及函数体。 局部函数与全局函数： 区分这两种函数的 scope 和生命周期，理解它们在程序设计中的作用。 匿名函数： 学习如何创建简洁的单行函数，这在处理简单数学表达式和回调函数时非常方便。 函数句柄： 理解函数句柄的概念，以及如何将其作为参数传递给其他函数，实现更高级的编程范式。 递归函数： 探索函数调用自身的能力，以及递归在解决某些问题（如阶乘、斐波那契数列）时的优雅之处。 函数文件与脚本文件： 明确两者的区别与联系，以及如何有效地组织代码。 本章将强调函数的重要性，以及如何通过模块化编程来提高代码的可读性和可维护性。 第五章：MATLAB 绘图与数据可视化 数据可视化是理解和呈现数据的重要手段。MATLAB 提供了强大的绘图功能，本章将带领读者掌握各种常用的绘图技术。 二维图形绘制： `plot` 函数： 学习绘制基本的线图，包括折线图、散点图等。我们将讲解如何设置坐标轴标签、标题、图例，以及如何自定义线条样式、颜色和标记。 `semilogy`、`semilogx`、`loglog` 函数： 掌握对数坐标系下的绘图，这对于显示数量级差异巨大的数据非常有用。 `bar`、`hist` 函数： 学习绘制柱状图和直方图，用于比较离散数据和分析数据分布。 `pie` 函数： 掌握绘制饼图，用于展示各部分占总体的比例。 `scatter` 函数： 学习绘制散点图，用于展示两个变量之间的关系。 `polarplot` 函数： 探索极坐标系下的图形绘制。 三维图形绘制： `plot3` 函数： 绘制三维曲线。 `surf`、`mesh` 函数： 学习绘制三维曲面图，用于可视化函数。 `contour` 函数： 绘制等高线图。 图形修饰与管理： `hold on`、`hold off`： 学习在同一坐标系下叠加多个图形。 `subplot` 函数： 学习在同一个图形窗口中创建多个子图。 `figure`、`axes` 对象： 理解图形对象的层次结构，并学习如何通过对象属性进行精细控制。 图形导出： 学习将图形保存为各种格式（如 `.fig`、`.png`、`.jpg`、`.eps`）。 第六章：矩阵运算与高级数据结构 MATLAB 以其强大的矩阵运算能力著称。本章将深入挖掘这一核心优势。 矩阵的创建与操作： 向量与矩阵的定义： 学习如何手动输入、利用内置函数（如 `zeros`、`ones`、`eye`、`rand`、`randn`）创建矩阵。 索引与切片： 掌握如何灵活地访问矩阵的单个元素、行、列以及子矩阵。 矩阵的转置、求逆、行列式： 学习矩阵的基本代数运算。 矩阵乘法、点乘、除法： 理解矩阵乘法与对应元素乘法的区别，以及左除和右除在解线性方程组中的应用。 稀疏矩阵： 介绍稀疏矩阵的概念及其在处理大规模数据时的优势，以及相关的创建和操作函数。 其他高级数据结构： 结构体（`struct`）： 学习如何创建和操作结构体，将不同类型的数据组织成命名的字段。 元胞数组（`cell array`）： 掌握元胞数组的灵活性，可以存储任意类型和大小的数据。 第七章：文件 I/O 操作 数据导入与导出是 MATLAB 工作流的重要组成部分。本章将介绍如何与各种文件格式进行交互。 文本文件读写： `fopen`、`fclose`： 学习如何打开和关闭文件，并理解不同的文件打开模式。 `fprintf`： 学习如何按照指定格式向文本文件写入数据。 `fscanf`、`fgetl`、`fgets`： 掌握从文本文件中读取数据的不同方法，包括按格式读取、按行读取。 二进制文件操作： 介绍 `fread` 和 `fwrite` 在读写二进制文件中的应用。 特定文件格式的读写： CSV 文件： 使用 `readtable`、`writetable` 或 `csvread`、`csvwrite` 进行 CSV 文件的读写。 Excel 文件： 学习利用 `xlsread`、`xlswrite` 操作 Excel 文件。 MAT 文件： 掌握 `save` 和 `load` 函数，用于保存和加载 MATLAB 工作区变量。 图像文件： 使用 `imread` 和 `imwrite` 读取和写入常见的图像格式（如 `.jpg`、`.png`）。 第八章：MEX 文件与外部接口 为了提升 MATLAB 的计算性能或利用现有的 C/C++/Fortran 代码，掌握 MEX 文件的创建与使用至关重要。本章将介绍如何编写 MEX 函数，将外部高性能代码集成到 MATLAB 环境中。我们将讨论 MEX 文件的基本原理、数据传递机制、以及如何调用 C/C++ 库函数。同时，本章也将触及 MATLAB 与其他语言（如 Python）进行交互的简单方法，为读者拓展更广泛的应用场景。 第九章：MATLAB 应用程序开发 MATLAB 不仅是计算工具，还可以用于开发交互式应用程序。本章将介绍 App Designer，MATLAB 提供的可视化开发环境。您将学习如何设计用户界面、添加交互组件（按钮、滑块、文本框等）、编写回调函数，以及打包和分发您的应用程序。通过本章的学习，读者将能够创建具有图形用户界面的 MATLAB 应用，提升用户体验和程序的可操作性。 第十章：MATLAB 在科学计算与工程分析中的应用实例 本章将通过一系列精心设计的实际应用案例，展示 MATLAB 在各个领域的强大能力。我们将深入到具体的科学计算和工程分析场景，例如： 信号处理： 使用 MATLAB 进行滤波器设计、频谱分析、信号滤波与重构。 图像处理： 进行图像增强、特征提取、图像分割与识别。 数据分析与统计： 运用 MATLAB 进行数据清洗、描述性统计、假设检验、回归分析与模型拟合。 数值优化： 解决各种约束和无约束的优化问题。 微分方程求解： 使用 MATLAB 的内置函数求解常微分方程和偏微分方程。 控制系统设计： 进行系统建模、控制器设计与仿真。 每个实例都将从问题描述出发，逐步引导读者如何运用所学的 MATLAB 知识，从数据预处理、算法实现到结果分析和可视化，完整地解决一个实际问题。 第十一章：MATLAB 调试与性能优化 编写高效且无误的 MATLAB 代码是每个开发者追求的目标。本章将聚焦于 MATLAB 的调试技术和性能优化策略。 调试技巧： 学习如何使用断点、单步执行、查看变量值、表达式求值等工具来定位和修复代码中的错误。我们将讲解如何有效地利用 MATLAB 的调试器。 性能瓶颈分析： 介绍如何使用 MATLAB 的性能分析工具（如 `profile` 函数）来识别代码中的耗时部分。 代码优化方法： 矢量化： 强调使用向量化操作来代替循环，这是 MATLAB 性能优化的关键。 预分配数组： 学习如何通过预先分配数组的大小来避免动态内存分配带来的开销。 选择高效的算法： 讨论算法选择对程序性能的影响。 利用内置函数： 鼓励读者充分利用 MATLAB 提供的优化过的内置函数。 MEX 文件（作为终极优化手段）： 在需要极致性能的情况下，再次强调 MEX 文件的作用。 第十二章：MATLAB 进阶主题与未来展望 本章将对 MATLAB 的一些进阶主题进行简要介绍，并展望其未来的发展方向。 并行计算： 介绍 MATLAB 的并行计算工具箱，如何利用多核处理器和 GPU 加速计算。 机器学习与深度学习： 简要提及 MATLAB 在这些前沿领域提供的工具箱和功能。 Simulink： 简要介绍 Simulink，MATLAB 的图形化建模和仿真环境，尤其在动态系统建模方面。 MATLAB Online 与云端计算： 探讨 MATLAB 在云端环境中的应用。 本书的最终目标是帮助读者建立起对 MATLAB 全面而深刻的理解，并赋予他们解决复杂科学与工程问题的信心和能力。我们鼓励读者在学习过程中积极实践，不断探索 MATLAB 的强大功能。

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与其他同类书籍相比，这本书在案例的选取上展现出惊人的广度和深度。它并没有局限于传统的信号处理或简单的矩阵运算，而是大胆地将前沿的研究方向融入其中，比如高级的机器学习模型可视化、定制化的GUI设计流程，甚至提到了如何利用MATLAB与外部硬件进行低延迟交互的实战经验。这些案例的复杂程度是循序渐进的，从一个简单的脚本开始，逐步添加约束条件和优化模块，最终形成一个功能完备的小系统。这种“项目驱动”的教学模式，远比零散的知识点堆砌要有效得多，它让你在实践中学习解决问题的能力，而不是仅仅掌握函数的参数。每一个案例都像是一个微缩的项目报告，提供了完整的背景、方法论和结果分析，让人感觉学到的不仅仅是代码，更是解决实际工程问题的全套流程。

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我对这本书中对于“最佳实践”的强调印象尤为深刻。很多教程只是告诉你“如何做”，而这本书则深入探讨了“为什么应该这样做”。作者花费了大量的篇幅来讨论代码的可读性、模块化设计的重要性，以及如何利用版本控制工具来管理你的MATLAB项目，这些是教科书上往往会忽略，但在实际工作中却至关重要的环节。它教会读者如何写出“健壮”的代码，如何避免常见的性能陷阱，以及如何编写出让团队其他成员能够轻松维护的脚本。这种对工程规范的注重，使得这本书的价值远远超出了单纯的技术手册范畴，它更像是一部关于如何成为一名优秀MATLAB工程师的职业准则指南，为构建专业级的软件项目打下了坚实的基础，其前瞻性和实用性令人赞叹。

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这本书的语言风格真是太“通透”了，它成功地在学术的严谨性和口语化的易懂性之间找到了一个近乎完美的平衡点。很多技术书籍动辄使用晦涩难懂的专业术语，让人读起来如同啃石头，但这本指南却像一位耐心而风趣的导师，用最直白的比喻和生活化的例子来解释那些抽象的数学模型和编程概念。例如，在解释向量化操作的效率提升时，作者居然用到了厨房里批量处理食材的比喻，瞬间就将效率提升的本质烙印在了脑海里。这种“去神秘化”的处理方式，极大地降低了技术门槛，让那些原本对编程心存畏惧的理工科学生，也能毫无压力地接纳其中的知识。阅读过程中，你几乎能感受到作者的“声音”，那种鼓励探索、摒弃死记硬背的教学热情，非常具有感染力。

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这本书的装帧设计非常精美，拿到手上就给人一种厚重而专业的感觉。封面采用了沉稳的深蓝色调，配以简洁有力的标题字体，即便是放在书架上，也散发着一股低调的奢华感。内页的纸张质量也相当出色，触感细腻，印刷清晰锐利，即便是长时间阅读也不会让人感到眼睛疲劳。特别值得一提的是，书中的插图和代码示例的排版布局堪称艺术品，图文穿插得恰到好处，使得复杂的概念得以直观呈现。作者在版式设计上的用心，无疑为读者提供了一种极佳的阅读体验，让人愿意花费更多时间沉浸其中，而不是仅仅将其视为一本工具书。这种对细节的极致追求，体现了出版方对高质量知识载体的承诺，让人对即将展开的阅读之旅充满了期待与敬畏。这本书的实体质量本身，就已经超越了一般技术手册的范畴，更像是一件值得收藏的工艺品。

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我花了整整一个下午的时间，仅仅是翻阅了这本书的目录和前言，就被它构建知识体系的宏大格局所震撼。它并非简单地罗列函数和语法，而是以一种近乎叙事的方式，引导读者逐步深入到MATLAB的生态系统中。从基础的数据结构到高级的并行计算架构，其逻辑的推进如同精密的钟表齿轮咬合，环环相扣，毫无滞涩之处。那种清晰的脉络感，使得即便是初学者，也能在面对复杂主题时，找到一个稳固的立足点，而不是迷失在术语的海洋里。我尤其欣赏作者在每一章节末尾设置的“深度思考”环节，这些并非标准化的习题，而是引发对底层原理和设计哲学的探讨，极大地提升了阅读的层次，让人感觉到这不仅仅是在学习软件操作，更是在领悟一种工程思维。

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