
本书以MATLAB R2015b为平台编写,全面、系统地介绍MATLAB在数学建模中的各种技术及应用,重点给出了MATLAB在建模中的实现方法与应用,并在讲解每个知识点时给出相应的实例,使本书应用性更强,实用价值更高。
全书共10章,分别介绍MATLAB与数学建模基础知识、矩阵及其操作、程序结构与可视化、多项式与符号计算、方程的求解、数据插值与拟合、数据分析、微分方程、优化设计、数学建模经典应用等内容。编写过程力求系统性、实用性与先进性相结合,理论与实践相交融,使读者在快速掌握MATLAB软件的同时,学会利用MATLAB解决数学建模的问题,学以致用。
本书适合计算机仿真、计算应用、信息处理、机械电子等的初级、中级、高级读者使用,既可作为高校相关专业的理想教材,也可作为从事MATLAB建模与仿真科研人员学习的资料。
MATLAB是MATrix和LABoratory两个词的组合,是由美国MathWorks公司发布的主要面向科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中,为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、FORTRAN)的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
近年来,随着科学技术的快速发展,科学计算日益受到关注,发展越来越快,已经成为当今科学研究的三大基本手段之一。MATLAB作为一个功能强大的科学计算平台,提供了用于解决有关工程、科学、计算和机械学科等方面诸多问题的强大而丰富的功能,几乎能满足所有的计算需求。作为计算的重要工具,MATLAB自从诞生以来得到了快速的发展,其应用领域已经拓展到了各个行业,其功能也得到了不断完善,到目前为止已经发展到了MATLAB R2015b。它提供了丰富的应用工具箱,使应用范围更加广泛,功能也越来越强大。同时,MATLAB还为外部程序提供了多种功能完整的接口来和外部程序或其他程序语言进行沟通,从而大大增强了它的计算能力。
数学模型方法是用数学模型解决实际问题的一般数学方法,它是根据实际问题的特点和要求,做出合理的假设,使问题简化,并进行抽象概括建立数学模型,然后研究求解所建的数学模型方法与算法,利用数学软件求解数学模型,最后将所得的结果运用到实践中。
近几年来,各高校积极推进计算机基础教育改革,在计算机基础教育的培养目标、课程体系、教学内容、教学方法与手段等方面进行了认真研究和实践,取得了巨大的成绩。随着计算机软件技术的发展,涌现出许多优秀的数学软件,MATLAB操作简单、入门容易,已经成为不同专业的学生、科研及工程技术人员不可或缺的工具,而且得到了广泛的认可,甚至很多专业已经把MATLAB作为基本的计算工具。为了更好地了解MATLAB系统,并将其应用到各个不同的领域,解决越来越复杂的数学建模问题,目前关于MATLAB的书籍已有很多,关于数学建模的书籍也不少,但将MATLAB与数学建模真正结合在一起的书籍却很少。本书从数学建模的角度介绍MATLAB的应用。本书是结合最新版本的MATLAB编写的,具有以下特点。
(1) 结构编排合理。在讲解方法时,由浅入深,循序渐进,让初学者知道入门的切入点,并有借鉴的空间。
(2) 直观易懂。本书以图解实例的形式介绍基础知识和实例操作,所有的知识点和操作流程都尽可能集中在各个实例中,直观易懂,使用户能够在最短的时间内获取最多的知识。
(3) 重点突出,目的明确。本书立足于基本理论,面向应用技术,以必需、够用为尺度,以掌握概念、强化应用为重点,加强理论知识和实际应用的统一。
(4) 精心编排,启迪应用灵感。本书在讲解利用MATLAB解决数值分析问题时,精心选择了有代表性的实例,使读者做到学以致用。并且通过介绍数值分析的应用来启迪读者的应用灵感,进而起到抛砖引玉的作用。
(5) 内容先进。目前的计算机图书市场中,读者急需使用的高版本软件对应的书上市很少,造成这种现象的原因一是信息技术发展太快; 二是选材没有注意超前; 三是出版周期太长。因此本书是以MATLAB最新版本2015b编写的,其目的是为了适应信息技术的飞速发展,满足大众读者的需求。
由于MATLAB软件功能强大,在数学建模方面中应用非常广泛,本书主要内容如下。
第1章介绍MATLAB与数学建模基础知识,主要包括MATLAB软件概述、MATLAB组成结构、数学实验与建模的概述等内容。
第2章介绍矩阵及其操作,主要包括矩阵的创建与操作、矩阵运算、矩阵分析、分解等内容。
第3章介绍程序结构与可视化,主要包括M文件、程序流程控制、可视化等内容。
第4章介绍多项式与符号计算,主要包括多项式的创建、多项式的运算、符号表达式与符号方程创建、符号积分变换等内容。
第5章介绍方程的求解,主要包括符号方程求解、线性方程组求解、特殊线性方程求解、非线性方程(组)求解等内容。
第6章介绍数据插值与拟合,主要包括插值、函数逼近、拟合等内容。
第7章介绍数据分析,主要包括数据的属性、参数估计、假设检验、方差、统计作图等内容。
第8章介绍微分方程,主要包括单步法、线性多步法、偏微分方程等问题。
第9章介绍优化设计,主要包括无约束一维极值、无约束多维极值、约束优化问题、线性规划问题等内容。
第10章介绍数学建模经典应用,主要包括数据拟合经典应用、数据可视化、模拟退火问题、房贷问题等内容。
本书可作为广大在校本科生和研究生的学习用书,也可作为广大科研人员、学者、工程技术人员的参考用书,还可作为从事MATLAB建模与仿真科研人员学习的资料。
本书主要由张德丰编写,此外参加编写的还有栾颖、周品、曾虹雁、邓俊辉、邓秀乾、邓耀隆、高泳崇、李嘉乐、李旭波、梁朗星、梁志成、刘超、刘泳、卢佳华、张棣华、张金林、钟东山、詹锦超、叶利辉、杨平和许兴杰。
由于时间仓促,加之作者水平有限,书中不足和疏漏之处在所难免。在此,诚恳地期望得到各领域的专家和广大读者的批评指正。
作者
2016年5月
本书是“精通MATLAB”丛书之一,全书基于MATLAB R2015b平台,不仅系统介绍了MATLAB数学建模的方法,作者还将理论与实践相交融,结合实际工作中的开发经验、心得体会,而且精心编写了260多个MATLAB数学建模应用典型实例,用供读者学习、开发时参考。本书提供所有程序源代码。“精通MATLAB”相关书目如下:
MATLAB 8.X实战指南(R2014a中文版)
数字图像处理高级应用——基于MATLAB和CUDA的实现
MATLAB通信系统建模与仿真
MATLAB R2015a数字图像处理
MATLAB R2015b数学建模
MATLAB R2015a小波分析
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