MATLAB数学实验与建模

MATLAB数学实验与建模 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:清华大学
作者:马莉
出品人:
页数:357
译者:
出版时间:2010-1
价格:35.00元
装帧:
isbn号码:9787302215271
丛书系列:
图书标签:
  • Matlab
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具体描述

《MATLAB数学实验与建模》采用最新版MATLAB R2009a,基于MATLAB R2009a软件系统地介绍了大学数学中的基本实验教学内容。全书共分9章,主要介绍了MATLAB基础、MATLAB的程序与图形、基本的数学函数、数据建模、方程的求解、优化问题、部分智能优化算法介绍、图形用户界面的设计、数学建模的综合实验。

《MATLAB数学实验与建模》可作为大学“数学实验”和“数学建模”课程的教材,也可作为广大科研人员、学者、工程技术人员的参考用书。

《实用数值方法与算法解析》 本书旨在为读者提供一个深入理解和掌握数值计算核心原理的平台。我们关注的不仅仅是方法的应用,更致力于剖析每一种算法背后的数学思想、收敛性分析以及在实际应用中可能遇到的挑战与解决方案。 第一部分:方程求解与插值逼近 本部分将带领读者系统学习解方程的各种数值方法。从最基本的二分法和试位法,到更广泛应用的牛顿法及其变种,再到处理线性方程组的迭代法,如雅可比迭代和高斯-赛德尔迭代,我们将详细讲解其原理、收敛条件和收敛速度。对于非线性方程组,我们将深入探讨不动点迭代法以及更强大的多变量牛顿法。 在插值逼近方面,我们将首先介绍多项式插值,包括拉格朗日插值和牛顿插值,并分析其优缺点,特别是龙格现象。随后,我们将转向样条插值,重点讲解三次样条的构造和性质,以及它在光滑曲线拟合方面的优势。此外,书中还将探讨最佳逼近理论,如最小二乘法,用于在给定函数空间中寻找最接近目标函数的近似函数,这在数据平滑和模型拟合中至关重要。 第二部分:微分方程的数值解法 常微分方程的数值解是科学计算中的一个重要分支。本部分将从最基础的欧拉方法开始,逐步介绍改进欧拉法、中点法等,并分析它们的精度和稳定性。接着,我们将深入讲解经典的四阶龙格-库塔法(RK4),阐述其高精度和广泛适用性,并讨论其实现细节。 对于刚性微分方程,我们还会介绍隐式方法,如后向欧拉法,并讨论其在处理稳定性问题上的重要性。此外,本部分还将触及一些高阶多步法,如亚当斯-巴什福斯法和亚当斯-穆尔顿法,介绍其如何利用历史信息来提高计算效率和精度。 偏微分方程的数值解同样是本书的重点。我们将重点介绍有限差分法,从一维热传导方程、波动方程和泊松方程出发,逐步推导出二维及三维问题的离散化格式。我们将详细讲解显式和隐式格式的构造、稳定性分析(如冯·诺依曼稳定性分析)以及收敛性证明。此外,对于某些边界条件的处理,也将进行详尽的阐述。 第三部分:矩阵计算与特征值问题 矩阵运算是数值计算的基础。本部分将涵盖矩阵的分解方法,如LU分解、Cholesky分解和QR分解,并分析它们在解线性方程组、求逆和求行列式等问题中的应用。对于大型稀疏矩阵,我们将介绍迭代求解方法,如共轭梯度法和广义最小残差法(GMRES),重点分析其高效性和适用范围。 特征值问题是另一个核心内容。我们将详细介绍计算特征值和特征向量的经典算法,包括幂法、反幂法和希尔伯特法,并分析它们的收敛性和局限性。对于对称矩阵,我们将介绍QR算法,并阐述其在精确求解特征值问题中的强大能力。此外,书中还将讨论雅可比法及其在求解对称矩阵特征值问题中的应用。 第四部分:优化方法与曲线拟合 最优化问题在工程、经济和机器学习等领域无处不在。本部分将从单变量函数的优化开始,介绍梯度下降法、牛顿法和拟牛顿法等。我们将深入分析这些方法的收敛性质,并讨论如何选择合适的步长和停止准则。 对于多变量函数的优化,我们将重点介绍共轭梯度法、BFGS算法以及L-BFGS算法,并详细讲解它们在解决大规模优化问题时的优势。此外,我们还将探讨一些约束优化方法,如拉格朗日乘子法和罚函数法,以处理实际问题中的各种限制条件。 曲线拟合是数据分析中的关键环节。除了第一部分提到的最小二乘法,本部分将进一步深入探讨其在多项式拟合、指数拟合和任意函数拟合中的应用。我们将分析模型的选择、参数估计的统计意义以及如何评估拟合效果,如残差分析和决定系数。 第五部分:概率统计与蒙特卡洛方法 概率统计在许多科学和工程问题的建模与分析中扮演着重要角色。本部分将介绍随机数生成器的原理与选择,以及如何进行随机抽样。在此基础上,我们将深入讲解蒙特卡洛方法,包括其基本思想、抽样技术(如重要性采样)和收敛性分析。 我们将通过具体的例子,展示蒙特卡洛方法在计算积分、求解优化问题以及模拟复杂系统(如金融模型)中的强大应用。此外,本书还将触及一些基本的统计推断方法,如参数估计和假设检验,为读者提供分析和理解数据的工具。 贯穿全书的特点: 理论与实践相结合: 本书不仅提供严谨的数学理论推导,更强调算法的实现细节和在实际问题中的应用。 深入的算法剖析: 每一项数值方法都将进行细致的原理讲解、收敛性分析和稳定性讨论,帮助读者理解其“为什么”和“如何”工作。 实例驱动: 书中将穿插大量精心设计的算例,涵盖从基础物理到工程应用的各个领域,帮助读者将理论知识转化为解决实际问题的能力。 算法效率与鲁棒性考量: 我们将持续关注算法的计算效率,并探讨在实际应用中如何提高算法的鲁棒性,以应对噪声、奇异点等挑战。 本书适合于对科学计算、工程仿真、数据分析以及机器学习等领域感兴趣的本科生、研究生以及从事相关工作的工程师和研究人员。通过学习本书,读者将能够深入理解数值方法的精髓,并具备独立运用这些方法解决复杂问题的能力。

作者简介

目录信息

第1章 MATLAB基础 1.1 MATLAB概述 1.1.1 MATLAB简介 1.1.2 MATLAB的安装与界面 1.1.3 MATLAB操作的注意事项 1.2 数据和变量 1.2.1 表达式 1.2.2 数据显示格式 1.2.3 复数 1.2.4 预定义变量 1.2.5 用户变量 1.2.6 数据文件 1.3 运算符 1.3.1 算术运算符 1.3.2 关系运算符 1.3.3 逻辑运算符 1.4 MATLAB的矩阵与数组及其运算 1.4.1 矩阵 1.4.2 矩阵的运算 1.4.3 数组 1.4.4 数组运算 1.5 矩阵函数 1.5.1 三角分解 1.5.2 正交变换 1.5.3 奇异值分解 1.5.4 特征值分解 1.5.5 矩阵的秩 1.6 符号运算 1.7 字符串、元胞和结构 1.7.1 字符串 1.7.2 元胞和结构 1.8 符号计算局限性和Maple调用 1.8.1 符号计算局限性 1.8.2 Maple调用第2章 MATLAB的程序与图形 2.1 程序结构 2.1.1 顺序结构 2.1.2 分支结构 2.1.3 循环结构 2.2 M文件 2.3 MATLAB的二维图形 2.3.1 一般二维图形 2.3.2 隐函数作图 2.4 三维图形绘制 2.4.1 三维曲线绘制 2.4.2 三维曲面绘制 2.4.3 三维图形视角设置 2.5 动画与声音第3章 基本的数学函数 3.1 统计分析 3.1.1 相关函数 3.1.2 常见概率分布密度函数 3.2 多项式 3.2.1 多项式的四则运算 3.2.2 多项式的求导 3.2.3 多项式的求值与求根 3.2.4 有理多项式 3.2.5 M文件示例 3.3 函数的极限 3.3.1 基本函数 3.3.2 极限概念 3.3.3 求函数极限 3.4 数值积分 3.4.1 由给定的数据进行梯形求积 3.4.2 单变量数值积分 3.4.3 双重积分问题的数值解 3.4.4 三重定积分的数值求解 3.5 常微分方程 3.5.1 常微分方程简述 3.5.2 常微分方程的:MATLAB命令 3.5.3 Euler法和刚性方程组 3.5.4 导弹系统的改进 3.6 偏微分方程 3.6.1 单的Poission方程 3.6.2 双曲线偏微分方程 3.6.3 抛物型偏微分方程 3.7 曲线积分与曲面积分 3.7.1 曲线积分 3.7.2 曲面积分 3.8 数据分析 3.8.1 向量的距离与夹角余弦 3.8.2 数据的属性与处理方法 3.5.2 常微分方程的MATLAB命令 3.5.3 Euler法和刚性方程组 3.5.4 导弹系统的改进 3.6 偏微分方程 3.6.1 单的Poission方程 3.6.2 双曲线偏微分方程 3.6.3 抛物型偏微分方程 3.7 曲线积分与曲面积分 3.7.1 曲线积分 3.7.2 曲面积分 3.8 数据分析 3.8.1 向量的距离与夹角余弦 3.8.2 数据的属性与处理方法第4章 数据建模。 4.1 插值法 4.1.1 一维插值 4.1.2 二维插值 4.1.3 拉格朗日插值多项式的存在性 4.1.4 利用拉格朗日插值多项式计算函数值 4.1.5 差商表构造 4.1.6 利用牛顿插值多项式计算函数值 4.1.7 龙格现象 4.1.8 分段线性插值的逼近法 4.1.9 拉格朗日插值多项式与埃尔米特插值多项式的比较 4.1.10 拉格朗日插值多项式与三次样本插值函数的比较 4.2 拟合法 4.2.1 多项式拟合 4.2.2 非线性最小二乘拟合 4.3 回归分析法 4.3.1 线性回归分析 4.3.2 非线性回归分析 4.4 异常数据的处理 4.5 凸轮设计和人口预测 4.6 函数的逼近应用 4.6.1 伯恩斯坦多项式逼近连续函数的动画演示 4.6.2 函数的最佳平方逼近多项式 4.6.3 希尔伯特矩阵的病态性 4.6.4 多项式拟合模型的选取第5章 方程的求解 5.1 线性方程组求解 5.1.1 高斯消去法 5.1.2 LU分解 5.1.3 平方根法 5.1.4 追赶法 5.1.5 迭代法 5.2 线性映射的迭代 5.2.1 数学知识 5.2.2 相关命令及示例 5.3 矩阵方程的计算求解 5.3.1 Lyapunov方程的计算求解 5.3.2 Sylvester方程的计算求解 5.3.3 Riccati方程的计算求解 5.4 矩阵的特征值与特征向量 5.4.1 方阵特征方程的求解 5.4.2 计算特征值和特征向量的迭代法 5.4.3 求方阵的特征值的相关命令及示例 5.5 非线性方程的求解 5.5.1 两分法求方程的解 5.5.2 定积分中值定理的几何证明 5.5.3 迭代法性质研究 5.5.4 面向矩阵元素的非线性运算与矩阵函数求值 5.5.5 牛顿法 5.5.6 艾特肯法 5.5.7 弦截法第6章 优化问题 6.1 线性规划问题 6.1.1 无约束最优化 6.1.2 有约束最优化 6.1.3 线性规划问题的实际应用 6.2 非线性规划问题 6.2.1 非线性规划问题的数学模型 6.2.2 非线性规划的MAFLAB算法 6.2.3 非线性的二次型规划的求解 6.2.4 非线性规划问题的实际应用 6.3 整数线性规划 6.3.1 整数线性规划基本理论 6.3.2 整数线性规划的。MATLAB示例 6.3.3 0-1型整数线性规划 6.3.4 0-1型线性规划MATLAB算法 6.4 动态规划问题 6.4.1 动态规划的基本理论 6.4.2 动态规划逆算法的MATLAB程序 6.4.3 动态规划问题在实际中的应用 6.5 图与网络优化 6.5.1 图与网络的基本知识 6.5.2 Kruskal算法与Dijkstra算法的MATLAB程序 6.5.3 建模与计算实验第7章 部分智能优化算法 7.1 遗传算法 7.1.1 遗传算法的基本概念和原理 7.1.2 MATLAB遗传算法工具箱介绍 7.1.3 MATLAB直接搜索工具箱 7.1.4 遗传算法的应用 7.2 人工神经网络 7.2.1 人工神经网络的基本概念 7.2.2 MATLAB命令与示例 7.3 粒子群计算试验第8章 图形用户界面的设计 8.1 图形对象句柄 8.1.1 创建图形对象的底层函数 8.1.2 图形对象的属性 8.1.3 句柄与句柄操作 8.2 图形对象属性的操作 8.2.1 对象属性的获取 8.2.2 对象属性的直接操作 8.2.3 对象属性的继承操作 8.3 菜单设计 8.3.1 建立用户菜单 8.3.2 菜单对象常用属性 8.3.3 快捷菜单 8.4 对话框设计 8.4.1 对话框的基本元件 8.4.2 标准对话框的实现 8.4.3 一般对话框的实现 8.5 可视化图形用户界面设计 8.5.1 图形用户界面设计窗口 8.5.2 可视化设计工具 8.5.3 可视化设计应用示例第9章 数学建模的综合实验 9.1 粒子游动问题 9.1.1 相关的MATLAB命令 9.1.2 应用示例 9.2 汽车公司运货耗时估计问题 9.3 节水洗衣机 9.3.1 问题及问题的分析 9.3.2 基本假设及说明 9.3.3 模型建立与求解 9.4 迭代与混沌 9.4.1 数学知识 9.4.2 应用示例参考文献
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读后感

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用户评价

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初次翻阅此书时,我对其在非线性动力学建模方面的深度感到震撼。这本书并非那种只关注标准线性系统的教科书,它大胆地将大量的篇幅投入到了混沌系统和分岔理论的数值模拟之中。作者对于庞加莱截面和洛伦兹吸引子的可视化处理,做得极为细致,几乎每隔几页就会有一个高质量的图形输出,这些图像直观地展示了理论上的复杂现象。我记得书中有个例子,是关于一个简化的机械振动系统的稳定性分析,通过改变一个阻尼系数,系统从周期运动过渡到准周期运动,最终进入混沌状态的全过程,都被代码和图形清晰地记录了下来。这种对复杂系统行为的刻画能力,是许多基础教材所欠缺的。它拓宽了我对“建模”这个词汇的理解边界,让我意识到,数学工具不仅可以描述我们熟悉的线性世界,更能深入探索那些充满不确定性和非线性的前沿领域。这本书的深度和广度,无疑使其成为了高级应用数学和复杂系统研究领域的一部重要参考著作,它激发了我探索更深层次非线性规律的浓厚兴趣。

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这本书的行文风格,坦率地说,带着一种英式学术的克制与精准,但又在关键点上闪烁着洞察人心的智慧。它的结构安排非常巧妙,像是一部精心雕琢的交响乐,从最基础的线性代数和微积分回顾开始,如同低沉的大提琴声部奠定了稳固的基础,随后逐渐引入更复杂的随机过程和蒙特卡洛模拟,乐曲的张力和复杂性逐步攀升。我特别留意了关于误差分析的那几个章节,作者对于误差来源的分类——无论是截断误差、舍入误差还是模型误差——都进行了近乎苛刻的剖析,并且给出了量化评估的指标。这使得我在进行高精度计算时,不再是盲目地猜测参数的选取,而是能够根据误差报告有理有据地进行调整。与市面上许多只追求“炫技”的计算方法书籍不同,这本书的落脚点始终是“可靠性”和“稳定性”。我发现自己对数值稳定性的理解,随着阅读的深入而变得更加深刻和谨慎。这对于任何涉及关键决策系统的模拟工作来说,都是至关重要的品质。它教会我的不仅仅是如何计算,更是如何以一种批判性的眼光去审视计算结果的有效性。

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这本书的价值,对于自学者而言,简直是无法估量的宝藏。我是一个在职人员,只能利用零散的时间进行学习,因此对教材的自洽性和完整性要求极高。令人惊喜的是,这本书几乎不需要任何额外的参考资料就能独立完成学习。它对每一个核心概念的引入,都采用了“定义-定理-证明(或直观解释)-示例”的经典模式,逻辑链条完整无暇。我个人认为,作者在处理“梯度下降”及其变种算法时,处理得尤其精彩。他没有将此视为一个孤立的优化工具,而是将其置于全局的优化理论框架下进行考察,并引入了拉格朗日乘数法作为理解约束优化的桥梁。这种宏观的视角,帮助我避免了知识点的碎片化。更不用说书中附带的那些精心设计的习题了,它们绝非简单的计算练习,而是引导你思考如何将抽象的数学模型映射到具体的工程问题上。完成其中几道综合性的建模题后,我感觉自己的思维模式似乎被重塑了,那种将现实世界抽象为数学语言的能力得到了显著的提升。

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读完这本书,我最大的感受是作者在“连接理论与实践”这条路径上走得极为扎实和深入。我过去阅读的一些教材,往往将理论讲解得头头是道,一旦涉及到实际编程实现,代码就会变得冗长晦涩,让人望而却步。然而,在这本书中,无论是微分方程的数值解法,还是优化算法的收敛性分析,作者都无缝地嵌入了具体的编程实现案例。更让我欣赏的是,作者非常注重代码的可读性和模块化设计。他提供的不仅仅是最终运行的脚本,而是构建了一个清晰的框架,允许读者在其中替换不同的求解器或边界条件,从而进行更深层次的探索。例如,在处理非线性系统时,作者详细对比了牛顿法和拟牛顿法在收敛速度和鲁棒性上的差异,并用图形化界面展示了参数变化对解的影响。这种直观的反馈机制,极大地提升了学习的效率和乐趣。这本书给我带来的,是一种从“知道”到“做到”的跨越,它成功地架起了理论数学知识与工程实际应用之间的鸿沟,让人真正体会到数学语言的力量。对于那些渴望从理论学习者转变为问题解决者的同行们,这本书无疑提供了一份详尽而实用的操作手册。

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这本书的封面设计,说实话,初看之下并未立刻抓住我的眼球,那种带着深沉蓝和科技灰的组合,显得颇为传统,但耐人寻味的是,它在细节处透露出一种严谨的学术气息。我拿到这本书的时候,正值我对数字信号处理的底层逻辑感到困惑之际,这本书的章节编排,特别是关于傅里叶变换和快速傅里叶变换(FFT)那几章,简直像一束光照亮了我前行的路。作者没有仅仅停留在公式的罗列,而是花了大量的篇幅去阐述背后的物理意义和实际应用场景,比如在图像压缩和音频降噪中的具体实现步骤。我记得有一次,我尝试用书中的示例代码去处理一个包含周期性噪声的传感器数据,原本以为会遇到很多编译错误或者结果不理想的情况,没想到,仅仅跟着书中的步骤操作,清晰的结果就摆在了眼前。这不仅仅是一本工具书,它更像是一位经验丰富的老教授,耐心地为你拆解每一个复杂的数学模型,让你明白“为什么”要这么做,而不是仅仅告诉你“怎么”做。尤其是它对矩阵运算在有限元分析中的应用讲解,那种层层递进的逻辑推导,让我对有限元方法有了全新的认识。总而言之,这本书的内在价值远远超出了它略显朴素的外表,对于任何希望深入理解计算数学在工程领域应用的读者来说,它都是一本不可多得的良伴。

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对我两次参加数学建模比赛都提供了很大的帮助。

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深入浅出

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深入浅出

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对我两次参加数学建模比赛都提供了很大的帮助。

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对我两次参加数学建模比赛都提供了很大的帮助。

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