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XuetangX

科学计算与MATLAB语言

Colorado State University via XuetangX

Overview

在有色金属、交通运输、化学化工、航空航天、金融工程、生物医学等许多领域,经常会遇到各种各样的计算问题。例如,求解具有几十个变量的线性或非线性方程组、求解复杂的微分方程,这些问题高度复杂,计算量很大,往往没有办法求得理论解。随着计算机技术的发展,人们可以有效地解决这类问题,由此诞生了一门新兴交叉学科—科学计算,它成为继理论研究和科学实验之后的第三种科学研究方法。
科学计算是研究工程技术问题以及其他应用问题的近似求解方法,并在计算机上进行编程实现的一门课程,它既有数学理论上的抽象性和严谨性,又有程序设计技术上的实用性和实践性。20世纪80年代以来,MATLAB等科学计算软件的产生,使得科学计算问题的实现变得十分方便、高效。
MATLAB代表了当今国际科学计算软件的先进水平,它将数值计算、符号计算、图形处理、系统仿真和程序流程控制等功能集成在统一的系统环境中,已发展成为适合多学科、广泛应用于科学研究和工程技术领域的程序设计语言。使用MATLAB作为计算工具,人们不需关注各种数值计算方法的具体细节和计算公式,也不需要繁琐的底层编程,从而可以专注于实际问题的分析和设计,大大提高工作效率和质量,为科学研究与工程应用提供重要手段。在高等学校,MATLAB已经成为许多课程的基本计算工具,颇受广大大学生、研究生的青睐。
本课程主要介绍科学计算问题的MATLAB实现方法,包括MATLAB基础知识、MATLAB矩阵处理、MATLAB程序流程控制、MATLAB绘图、数据分析与多项式计算、数值微积分与方程求解、MATLAB符号计算、MATLAB图形用户界面设计、Simulink系统仿真和外部程序接口共10个学习专题。学完本课程后,希望大家能理解 MATLAB功能实现的数学背景与算法原理,掌握利用MATLAB进行问题求解的基本规律,促进计算机和专业应用的结合,促进计算机应用水平的提高。

Syllabus

  • 专题〇 初识MATLAB
    • 课程导入
  • 专题一 MATLAB基础知识
    • 1.1 MATLAB系统环境
    • 1.2 MATLAB数值数据
    • 1.3 变量及其操作
    • 1.4 MATLAB矩阵的表示
    • 1.5 矩阵元素的引用
    • 1.6 MATLAB基本运算
    • 1.7 字符串处理
  • 专题二 MATLAB矩阵处理
    • 2.1 特殊矩阵
    • 2.2 矩阵变换
    • 2.3 矩阵求值
    • 2.4 矩阵的特征值与特征向量
    • 2.5 稀疏矩阵
  • 专题三 MATLAB程序流程控制
    • 3.1 顺序结构程序
    • 3.2 用if语句实现选择结构
    • 3.3 用switch语句实现选择结构
    • 3.4 用for语句实现循环结构
    • 3.5 用while语句实现循环结构
    • 3.6 函数文件的定义与调用
    • 3.7 函数的递归调用
    • 3.8 函数参数与变量的作用域
  • 专题四 MATLAB绘图
    • 4.1 二维曲线
    • 4.2 绘制图形的辅助操作
    • 4.3 其他形式的二维曲线
    • 4.4 三维曲线
    • 4.5 三维曲面
    • 4.6 图形修饰处理
    • 4.7 交互式绘图工具
  • 专题五 数据分析与多项式计算
    • 5.1 数据统计分析
    • 5.2 多项式计算
    • 5.3 数据插值
    • 5.4 数据插值应用举例
    • 5.5 曲线拟合
    • 5.6 曲线拟合应用举例
  • 专题六 数值微积分与方程求解
    • 6.1 数值微分与数值积分
    • 6.2 线性方程组求解
    • 6.3 线性方程组应用举例
    • 6.4 非线性方程求解与函数极值计算
    • 6.5 常微分方程数值求解
    • 6.6 常微分方程应用举例
  • 专题七 MATLAB符号计算
    • 7.1 符号对象
    • 7.2 符号微积分
    • 7.3 级数
    • 7.4 符号方程求解
  • 专题八 MATLAB图形用户界面设计
    • 8.1 图形窗口与坐标轴
    • 8.2 曲线与曲面对象
    • 8.3 图形用户界面设计方法
    • 8.4 用户界面设计工具
    • 8.5 APP设计工具
    • 8.6 图形用户界面应用举例
  • 专题九 Simulink系统仿真
    • 9.1 Simulink仿真基础
    • 9.2 子系统的创建与封装
    • 9.3 S函数的设计与应用
    • 9.4 Simulink仿真应用举例
  • 专题十 外部程序接口
    • 10.1 在Excel中使用MATLAB
    • 10.2 MATLAB文件操作
    • 10.3 在其他语言程序中读写MATLAB的数据文件
    • 10.4 在MATLAB中调用其他语言编写的程序
    • 10.5 在其他语言程序中调用MATLAB函数
  • 期末考试

    Taught by

    Weiguo Liu, Xuhui Cai, Geli Lv, and Xiaoxian He

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