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出版者:CL Engineering

作者:Stephen J. Chapman

出品人:

页数:567

译者:

出版时间:2007-11-8

价格:USD 177.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780495244493

丛书系列:

图书标签:

• Matlab
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MATLAB 编程实战：从零到一构建你的工程计算利器 在这本深入浅出的 MATLAB 编程指南中，我们将一同踏上探索工程计算强大力量的旅程。本书并非罗列枯燥的代码片段，而是旨在为你构建一个坚实的编程基础，让你能够自信地运用 MATLAB 解决实际工程问题。我们将从最基础的概念入手，循序渐进地引导你掌握 MATLAB 的核心功能，并将其应用于各种工程领域。 第一部分：MATLAB 编程基础与核心概念 在学习任何一门编程语言时，理解其基本语法和数据结构是至关重要的。本书的第一部分将为你打下坚实的 MATLAB 编程基础，让你能够快速上手并建立起编程思维。 MATLAB 环境漫游： 我们将首先熟悉 MATLAB 的集成开发环境（IDE），包括命令行窗口、命令历史、工作空间、当前文件夹以及脚本编辑器。理解这些工具的用途和交互方式，能极大地提高你的编程效率。你将学会如何运行简单的命令，查看变量的值，以及管理你的项目文件。 数据类型与变量： 任何编程都离不开数据。我们将详细介绍 MATLAB 中各种基本数据类型，如数值（整数、浮点数）、字符、逻辑值等，并讲解如何声明和赋值变量。你将了解变量的命名规则，以及如何通过变量来存储和操作信息。 向量与矩阵： MATLAB 最强大的特点之一在于其对向量和矩阵操作的天然支持。本章将深入讲解向量和矩阵的创建、索引、切片以及各种基本运算，包括加、减、乘、除、转置、求逆等。你将学会如何用向量和矩阵来高效地表示和处理大量数据，这是工程计算的核心。 基本运算符与控制流： 为了让你的程序能够做出决策和执行重复任务，理解运算符和控制流至关重要。我们将介绍算术运算符、关系运算符、逻辑运算符，并重点讲解 `if-else` 条件语句、`for` 循环和 `while` 循环。通过这些工具，你可以编写出能够根据不同条件执行不同操作，或者重复执行某段代码的程序。 函数：你的代码积木： 函数是组织代码、提高复用性和可读性的关键。你将学习如何定义自己的函数，包括输入参数、输出参数以及函数体内的逻辑。我们还会介绍 MATLAB 内置的丰富函数库，它们涵盖了从数学运算到数据处理的各种需求。 脚本与函数文件： 理解脚本文件（`.m` 文件）和函数文件（`.m` 文件）的区别及其用法，对于编写结构清晰、易于维护的程序至关重要。你将学会如何创建和运行脚本来执行一系列命令，以及如何创建和调用函数来封装可重用的代码块。 第二部分：可视化与数据处理：洞察你的工程数据 在工程实践中，数据的可视化和有效处理是理解现象、分析结果的关键。本部分将带你掌握 MATLAB 在数据可视化和处理方面的强大能力。 二维图形绘制： 告别枯燥的数字，用图表说话！你将学会使用 `plot` 函数绘制各种基本的二维图形，如线图、散点图。我们还将深入讲解如何自定义图形的各个方面，包括坐标轴标签、标题、图例、线型、颜色和标记，以及如何绘制多条曲线在同一张图上。 三维图形绘制： 对于需要展示三维数据的工程问题，MATLAB 提供了强大的工具。你将学习如何绘制三维线图、曲面图（如 `surf` 和 `mesh`）以及等高线图，并掌握如何调整视角、光照和颜色映射，以更清晰地展示你的三维数据。 图形的定制与输出： 绘制出图形只是第一步，如何让图形更具信息量和专业性是关键。你将学会如何使用 `hold on`/`hold off` 命令叠加图形，如何使用 `subplot` 命令在一个窗口中绘制多个图形，以及如何调整坐标轴的范围和比例。更重要的是，你将学会如何将你的图形导出为各种常见格式（如 PNG, JPEG, EPS），以便在报告和演示中使用。 数据导入与导出： 实际工程数据往往存储在各种文件中。本章将教授你如何使用 MATLAB 读取和写入多种文件格式，包括文本文件（CSV, TXT）、Excel 文件以及其他专用的工程数据格式。你将学会如何灵活地将外部数据导入 MATLAB 进行分析，并将分析结果导出。 数据预处理与清洗： 真实世界的数据往往包含噪声、缺失值或异常值。你将学习如何使用 MATLAB 进行基本的数据预处理，例如查找和处理缺失值（`isnan`）、删除重复数据、对数据进行平滑处理（如移动平均）以及数据插值。这些技能是进行可靠分析的前提。 统计分析基础： 理解数据的基本统计特性对于工程分析至关重要。你将学习如何计算数据的均值、中位数、方差、标准差、最大值、最小值等基本统计量。我们还会介绍如何进行数据分布的描述性统计，以及如何使用 MATLAB 的统计工具箱进行更高级的分析。 第三部分：MATLAB 在工程领域的应用实践 理论学习最终要回归到实际应用。本部分将通过一系列工程领域的案例，展示 MATLAB 的强大之处，并指导你如何将所学知识应用于解决实际问题。 信号处理入门： 在许多工程领域，信号处理是核心技术。你将学习如何表示和处理离散时间信号，理解傅里叶变换的基本概念，并使用 MATLAB 进行频谱分析。我们将探讨如何使用滤波器来去除信号中的噪声，以及如何进行信号的生成和合成。 图像处理基础： 图像在现代工程中的应用越来越广泛。你将接触到 MATLAB 图像处理工具箱，学习如何读取、显示和保存图像，以及进行基本的图像增强（如对比度调整、亮度调整）、图像滤波（如均值滤波、高斯滤波）和图像分割。 数值方法与方程求解： 许多工程问题最终可以归结为求解数学方程。你将学习如何使用 MATLAB 的数值方法来求解代数方程组、微分方程以及优化问题。我们将介绍诸如牛顿法、二分法等经典数值算法的 MATLAB 实现，并展示如何利用 MATLAB 强大的内置函数来快速高效地求解这些问题。 数据拟合与回归分析： 当你有一组实验数据，并且想找到一个数学模型来描述它们时，数据拟合和回归分析是必不可少的工具。你将学习如何使用多项式拟合、指数拟合等方法来找到最佳的曲线来描述你的数据，并理解回归分析的基本原理。 控制系统设计初步： 在自动控制领域，MATLAB 提供了强大的控制系统工具箱。你将了解如何表示系统模型（如传递函数、状态空间模型），并学习如何进行基本的系统分析，例如稳定性分析和时域响应分析。 工程项目案例分析： 为了巩固所学知识，本书将穿插一些具体的工程项目案例。这些案例将覆盖不同的工程学科，例如： 机械工程： 利用 MATLAB 进行结构应力分析的简化模拟，或对振动系统进行建模和仿真。 电气工程： 对电路进行仿真分析，或者设计简单的数字信号处理算法。 土木工程： 对桥梁结构进行简单的受力分析，或对交通流量进行模拟。 航空航天工程： 对飞行器进行轨道计算的简化模型，或进行姿态控制的初步探索。 通过这些案例，你将看到 MATLAB 如何将理论知识转化为解决实际工程问题的强大工具。 第四部分：进阶主题与最佳实践 掌握了基础和应用之后，我们还可以进一步探索 MATLAB 的高级功能，并学习一些编写高质量代码的最佳实践。 面向对象编程（OOP）在 MATLAB 中的应用： 对于大型和复杂的工程项目，面向对象编程能够帮助你更好地组织代码，提高可维护性。你将了解 MATLAB 的类和对象概念，以及如何利用它们来构建更模块化的程序。 MEX 文件与外部接口： 有时，为了追求更高的计算效率，你可能需要结合 C/C++ 等语言来编写高性能的计算模块。本章将介绍如何使用 MEX 文件将外部编译的代码集成到 MATLAB 中，实现性能的飞跃。 性能优化技巧： 编写高效的代码是 MATLAB 编程中的一个重要课题。你将学习一些常用的性能优化技巧，例如向量化操作、避免循环、使用 `tic`/`toc` 进行计时分析，以及理解 MATLAB 的 JIT 编译器。 调试技巧与错误排查： 编程过程中遇到错误是不可避免的。你将学习如何使用 MATLAB 的调试器来设置断点、单步执行代码、查看变量值，从而有效地定位和修复程序中的错误。 代码规范与文档编写： 良好的代码规范和清晰的文档是保证代码质量和团队协作的关键。你将学习如何编写易于阅读、理解和维护的代码，并掌握如何为你的代码编写有用的注释和文档。 通过本书的学习，你将不再仅仅是 MATLAB 的使用者，而是能够成为一个熟练的 MATLAB 程序员，能够独立地分析和解决各种工程计算问题。无论你是学生、研究人员还是工程师，这本书都将为你提供通往工程计算精通之路的宝贵财富。让我们开始这段激动人心的学习旅程吧！

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坦白说，我最初是带着怀疑的态度买下这本书的，毕竟市面上关于工程计算的软件应用指南多如牛毛，真正能将软件操作与底层工程原理完美结合的凤毛麟角。然而，这本书彻底颠覆了我的认知。它不仅仅是一本“教你如何点击鼠标”的操作手册，更像是一本“教你如何用代码思维去解决工程难题”的思维训练营。最让我印象深刻的是其中关于“动态系统响应”建模的章节。作者并没有直接给出MATLAB的`ode45`函数调用格式，而是先用非常直观的物理图像，帮助读者建立起对二阶微分方程解的直觉理解，然后才巧妙地将这种直觉映射到编程实现上。这种由浅入深、从物理到数学、再到代码的逻辑递进方式，极大地帮助我克服了以往对复杂动力学仿真望而却步的心理障碍。阅读过程中，我时不时会停下来，对照自己正在进行的项目，发现之前用蛮力硬算的方法是多么低效和不精确。这本书真正教会我的是如何利用编程工具的强大能力，去模拟、去预测、去优化那些传统解析方法难以企及的工程场景，它的价值已经远远超出了软件教程的范畴。

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这本书的结构组织方式简直可以作为优秀技术文档的典范。它没有采用那种线性的、非黑即白的学习路径，而是像一个精密的模块化系统，允许不同经验水平的读者自由选择切入点。对于那些已经熟悉基础语法的高级用户来说，他们可以直接跳到后半部分关于“并行计算加速”或“自定义GUI界面开发”的章节，那里面的技巧和优化策略，绝对是干货满满，毫不含糊。而对于刚刚踏入工程软件世界的新人，前几章对M文件、脚本文件、函数文件以及数据类型转换的细致讲解，则提供了无比坚实的基础。我特别欣赏作者对“调试技巧”这一环节的重视程度。它没有敷衍了事地提一下`keyboard`命令，而是系统地介绍了断点设置、工作区变量监视、以及如何高效地进行错误捕获和日志记录。这些在实际项目中至关重要的“软技能”，往往被其他书籍所忽略，但这本书却给予了足够的篇幅和深度去阐述，这体现了作者对工程实践的深刻理解，也让这本书的实用价值几何级数地增长。

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说实话，很多编程书籍读起来都像是在啃一块冷硬的干面包，知识点罗列得生硬且缺乏生气。但这本关于工程编程的书，却有一种独特的“口语化”魅力。作者的行文风格非常平易近人，他似乎总能预判到读者在学习某个特定函数时可能会产生的困惑，并立即在旁边用一种近乎闲聊的语气给出解释和对比。比如在介绍矩阵运算的效率差异时，作者并不是简单地对比循环和向量化操作的速度，而是生动地描述了计算机内存访问的“贪婪”特性，让人瞬间就理解了为什么在处理大型数据集时，向量化操作能带来质的飞跃。这种将抽象的计算效率问题，转化为具象的“计算机行为模式”的讲解方式，极大地增强了知识的吸收率。读这本书的时候，我常常会因为理解了一个以往模糊不清的概念而会心一笑，这是一种非常难得的学习体验，它让枯燥的代码学习过程充满了乐趣和发现的惊喜，让人愿意主动投入更多的时间去探索每一个示例代码背后的深层原理。

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哇，这本书的封面设计简直是工程领域的“一盏明灯”！那种沉稳的蓝色调配上清晰的字体，让人一看就知道这不是那种只会纸上谈兵的理论书。我当时在书店里随便翻了几页，就被那种直击痛点的叙事方式吸引住了。它不像很多教材那样，上来就堆砌复杂的数学公式和晦涩难懂的专业术语，反而更像是一位经验丰富的老教授，耐心地在给你拆解一个又一个实际工程问题。比如，书中对“有限元分析的预处理”那一部分的讲解，真是入木三分。它没有停留在告诉你“要这样做”的层面，而是深入剖析了为什么在特定情况下需要进行网格加密，以及不同边界条件设置对最终结果可能产生的细微但致命的影响。我尤其欣赏作者在讲解过程中穿插的那些“过来人的忠告”，那些小小的脚注或者边栏提示，往往比正文的某个章节还要宝贵，它们是无数次失败尝试后提炼出的精华，让人感觉作者是真正站在使用者的角度，而不是高高在上的理论制定者来撰写这本书的。这本书的排版也非常考究，代码块和图表的视觉分隔做得恰到好处，即使是初次接触这类编程的工程师，也不会感到视觉疲劳，阅读体验流畅得像在读一本设计精良的技术杂志，而不是枯燥的教科书。

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如果让我用一个词来概括这本书的特点，那就是“前瞻性”。它并没有停留在当前最流行的软件版本的功能上沾沾自喜，而是将大量的笔墨放在了如何构建可维护、可扩展的工程代码架构上。书中关于“面向对象编程（OOP）在工程模型构建中的应用”那几章，对我启发尤其大。它清晰地展示了如何通过类和对象来封装复杂的物理模型，将几何属性、材料参数和求解器算法优雅地组织起来，使得原本错综复杂的仿真项目，变得像搭建乐高积木一样清晰有序。这种思维方式的转变，对于那些习惯于写“脚本式”代码的工程师来说，无疑是一次思维的升级。更难能可贵的是，作者还探讨了如何利用版本控制系统（虽然没有直接讲Git，但思路是相通的）来管理复杂的工程项目文件，确保团队协作的顺畅。这本书不只是一本工具书，它更像是一份高标准的行业实践指南，指导我们如何写出能够经受住时间考验的、健壮且优雅的工程代码，为我未来的职业生涯规划指明了方向。

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