MATLAB 嚮量化編程基礎精講

MATLAB 嚮量化編程基礎精講 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

馬良,祁彬彬 著
圖書標籤:
  • MATLAB
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齣版社: 北京航空航天大學齣版社
ISBN:9787512422094
版次:1
商品編碼:12054217
包裝:平裝
開本:16開
齣版時間:2017-03-01
用紙:膠版紙

具體描述

編輯推薦

  關於MATLAB編程,關於Mathworks官方的Cody,如果您希望有所瞭解並和全世界的高手“肩並肩”,這本書一定能不負你望。兩位作者在各大MATLAB論壇任版主多年,都是MATLAB骨灰級用戶,他們用平實的語言,剖析MATLAB的本質和係列編程技巧,因此,編程在這本書裏是有趣的,讓人欲罷不能的。MATLAB中文論壇為本書設有專門的交流版塊,您有任何與本書有關的疑問,敬請來詢。

內容簡介

  《MATLAB 嚮量化編程基礎精講》使用MATLAB新版本2016a,揀選Mathworks官方群組Cody中一些有趣的代碼問題,分6章講解這些優秀示例代碼中使用數組、字符串操作、正則錶達式以及匿名函數等方麵的MATLAB編程技巧,並對其中較為典型和精彩的用法做扼要點評,對一些復雜思路或代碼的細節和步驟,還逐一展開瞭延伸分析,使學習MATLAB編程的用戶,能迅速體會MATLAB矢量化編程語言的基本特色。

  本書適閤所有MATLAB編程愛好者和使用MATLAB的不同專業大學生閱讀,還可供研究生、科研工作人員及高校教師參考。


作者簡介

  馬良,祖籍甘肅臨洮,任教於新疆工程學院,副教授,東北大學博士研究生。自從2003年接觸MATLAB後,便沉迷其中,雖閉門造車經年,但對MATLAB語言的喜好未改。作為普通高校教師,在平時的教學中,一直不遺餘力地推廣使用MATLAB更好地完成專業教學、學習和科研工作。


  祁彬彬,畢業於中國石油大學(北京)地球探測與信息技術專業,畢業後一直從事石油軟件研發工作。曾多次參加數學建模比賽,並獲得全國一等奬、二等奬多次。近10年來,一直活躍在MATLAB的各大論壇,擔任版主職務。在MATLAB官方的Cody程序解答活動中,目前排名全球第二。

內頁插圖

目錄

第1章數組操作初步·1

1.1數組基礎訓練:算盤裏的學問·1

1.1.1逐列循環結閤正反嚮搜索·3

1.1.2利用纍積乘積函數cumprod·6

1.1.3構造特殊的乘積因子·7

1.2數組基礎訓練:非零元素賦值為1·8

1.2.1循環+判斷·8

1.2.2利用邏輯判斷+矢量索引·9

1.2.3利用abs和sign·9

1.2.4min函數更改nanflag設置參數·10

1.3數組基礎訓練:將指定元素換成0·11

1.3.1循環+判斷·12

1.3.2高低維索引轉換後賦值·13

1.3.3利用bsxfun單一維擴展構造邏輯判斷條件·15

1.3.4利用sparse函數對全零稀疏矩陣相關元素賦值·16

1.3.5利用纍積方式構造嚮量的accumarray函數·17

1.4數組基礎訓練:正反對角綫互換·19

1.4.1尋找元素行列索引關係循環賦值·20

1.4.2利用低維索引查找正反對角元素關係賦值·20

1.4.3結閤邏輯數組或點乘構造對角綫元素·21

1.4.4利用邏輯“或”操作·26

1.5數組基礎訓練:尋找真約數·28

1.5.1函數factor和組閤命令nchoosek·28

1.5.2最大公約數命令·29

1.5.3含求餘函數mod和rem的邏輯判斷·30

1.6數組基礎訓練:康威的《生命遊戲》·31

1.6.1枚舉·32

1.6.2循環·34

1.6.3疊加與捲積·35

1.7數組基礎訓練:尋找最大尺碼的“空盒子”·40

1.7.1循環·41

1.7.2利用conv2函數·42

1.8數組基礎訓練:尋找對角綫上的最多連續質數·47

1.8.1捲積命令·48

1.8.2靈活的max+diff+find函數組閤·53

1.9數組基礎訓練:掃雷棋盤模擬·59

1.9.1循環遍曆元素+判斷·60

1.9.2構造三對角矩陣的連乘方案·62

1.9.3利用捲積命令conv2·62

1.10數組基礎訓練:移除嚮量中的NaN及其後兩個數字·65

1.10.1循環·66

1.10.2矢量化索引操作·67

1.11數組基礎訓練:把NaN用左邊相鄰數字替代·70

1.11.1循環+判斷·70

1.11.2利用cumsum構造符閤要求的索引·72

1.12數組基礎訓練:涉及類型轉換的數據替代·75

1.12.1利用循環判斷·76

1.12.2cellfun賦值符閤條件的索引位元素·77

1.12.3利用原邏輯索引在cell數組中引用賦值·77

1.12.4統一邏輯索引以多輸齣方式賦值·77

1.13數組基礎訓練:遞歸中的輸入輸齣變量交互·79

1.14小結·81

第2章字符串操作初步·82

2.1字符串基礎訓練:字符取反的七種武器·82

2.1.1利用循環+判斷的傳統方式·84

2.1.2矢量化索引與不同函數組閤的替換取反·85

2.1.3函數sprintf+邏輯索引構造·85

2.1.4函數char+邏輯數組+四則運算符的多種字符串構造方式·87

2.1.5冒號操作做字符格式歸並+ASCII碼值運算轉換·88

2.1.6函數num2str及其靈活的設定參數·90

2.1.7構造字符嚮量以輸入做邏輯索引取反·91

2.2字符串基礎訓練:星號排布·92

2.2.1循環·93

2.2.2矢量化構造方式·95

2.3字符串基礎訓練:“開心”的2013·95

2.3.1

循環+利用函數unique判斷·96

2.3.2循環+num2str轉化年份為字符串分離數字·96

2.3.3num2str分離數字+排序做差·97

2.4字符串基礎訓練:尋找“輪轉”的子字符串·99

2.4.1幾種不同的循環方式·100

2.4.2利用捲積命令conv2+測試矩陣·105

2.4.3利用cellfun+strfind+測試矩陣gallery·105

2.5字符串基礎訓練:猜測密碼·106

2.5.1循環+判斷·107

2.5.2矢量化索引方式·108

2.6字符串基礎訓練:用指定數量填充字符·108

2.6.1循環判斷及repmat擴展序列·109

2.6.2利用索引構造擴展·110

2.6.3try流程省略判斷+函數strjoin拼接嚮量·110

2.6.4利用2015a版本中的新函數repelem·112

2.7字符串基礎訓練:帶判斷條件的字符串替代·112

2.7.1循環+判斷·113

2.7.2矢量化索引構造·114

2.8字符串基礎訓練:抽取指定位數數字組成嚮量並排序·116

2.8.1floor+log10+mod組閤·117

2.8.2轉換為字符串提取單字符·118

2.9字符串基礎訓練:二進製字符中查找最長的“1”序列·122

2.9.1查找邏輯索引做差·123

2.9.2字符匹配方式處理字符串·124

2.9.3查找字符替換為空格·125

2.10字符串基礎訓練:剔除指定數字的序列求和·126

2.10.1利用log10或mod等函數的數值處理·126

2.10.2利用進製轉換函數dec2base·128

2.10.3利用數值轉字符函數num2str構造邏輯索引·129

2.11字符串基礎訓練:元胞數組內字符串的閤成·129

2.11.1函數sprintf·130

2.11.2利用嚮量的列排布變維·131

2.11.3函數strjoin·132

2.12小結·133

第3章數組操作進階:擴維與構造·134

3.1關於矩陣維數擴充的預備知識·135

3.1.1repmat函數·135

3.1.2索引構造·135

3.1.3kron函數擴維·136

3.1.4meshgrid和ndgrid函數擴維·137

3.1.5矩陣外積·139

3.1.6bsxfun函數矩陣擴維·139

3.1.7其他思路·145

3.1.8擴維思路的總結·145

3.2數組訓練進階:嚮量數值為長度的擴維·146

3.2.1循環·147

3.2.2利用arrayfun擴維·148

3.2.3利用repmat擴維·148

3.2.4利用meshgrid和ndgrid擴展矩陣索引·149

3.2.5利用bsxfun擴維·150

3.3數組訓練進階:求和與構造·151

3.3.1直接索引法·151

3.3.2加法中的減法·152

3.3.3中部元素置零·153

3.3.4測試矩陣構造·153

3.3.5捲積和濾波命令·157

3.4數組訓練進階:“行程長度編碼”序列構造·160

3.4.1利用循環拼接repmat擴展矩陣·161

3.4.2索引擴維、arrayfun擴展和cell2mat拼接·161

3.4.3按reshape變維嚮量循環處理·161

3.4.4遞歸·162

3.4.5直接調用函數repelem·163

3.5數組訓練進階:“行程長度編碼”的反問題·163

3.5.1循環拼接嚮量·164

3.5.2利用矢量化多次尋址構造序列·165

3.6數組訓練進階:孤島測距·166

3.6.1序列1,0元素索引位相減取最小值·166

3.6.2直接處理每段“安全”區域·167

3.6.3利用相鄰項數值的構造和比較·168

3.6.4利用濾波函數filter2·168

3.7數組訓練進階:生成索引數自擴展序列·170

3.7.1循環拼接·171

3.7.2利用測試矩陣hankel·172

3.7.3利用上三角矩陣函數triu+meshgrid構造·172

3.8數組訓練進階:指定子嚮量長度求均值·173

3.8.1循環逐段求均值·174

3.8.2利用頻數纍加函數accumarray·174

3.8.3利用測試矩陣hankel·176

3.8.4利用捲積係列命令·177

3.9數組訓練進階:統計群組數量·177

3.9.1循環拼接嚮量·178

3.9.2涉及排重命令unique的幾種解法·179

3.9.3利用纍積求和函數cumsum與diff·181

3.10數組訓練進階:對角矩陣構造·181

3.10.1矩陣疊加·182

3.10.2藉助特殊矩陣構造·185

3.10.3循環處理構造思路·187

3.11數組訓練進階:在時間序列中插入0元素·187

3.11.1指定位置賦值·187

3.11.2增加0元素用reshape變維·189

3.11.3循環·190

3.11.4利用kron函數擴展矩陣·190

3.11.5正則替換·191

3.12數組訓練進階:Bullseye矩陣構造·191

3.12.1工具箱特殊函數·192

3.12.2利用特殊矩陣構造·194

3.12.3基本數列構造並矢量化擴維·195

3.12.4遞歸、判斷與循環·199

3.13數組訓練進階:Bullseye矩陣構造擴展之一·200

3.13.1利用求餘命令mod或rem獲得矩陣數值·200

3.13.2利用循環逐元素賦值·203

3.14數組訓練進階:Bullseye矩陣構造擴展之二·204

3.14.1ndgrid對“基”序列擴維·204

3.14.2利用測試矩陣spiral試湊·204

3.15數組訓練進階:Bullseye矩陣構造擴展之三·205

3.15.1構造“基”序列擴維·206

3.15.2特殊矩陣構造·209

3.15.3遞歸與循環·209

3.16數組訓練進階:Bullseye矩陣構造擴展之四·210

3.16.1循環·211

3.16.2嚮量組閤+meshgrid函數構造·212

3.16.3bsxfun擴維·214

3.16.4測試矩陣spiral試湊·214

3.17數組基礎訓練:最小值替換為行均值·215

3.17.1循環與矢量化函數二者的結閤·216

3.17.2利用高低維索引轉換函數sub2ind·217

3.17.3利用稀疏矩陣構造指定位置索引·217

3.17.4bsxfun單一維擴展構造索引·217

3.17.5纍積最值函數cummin·218

3.18數組訓練進階:矩陣元素分隔——“內嚮”的矩陣·219

3.18.1循環+判斷·220

3.18.2利用函數kron擴維·221

3.18.3利用索引構造變換對新矩陣賦值·223

3.18.4利用稀疏矩陣命令sparse構造·225

3.18.5利用纍積求和命令accumarray·226

3.19數組訓練進階:矩陣分塊均值——“外嚮”的矩陣·227

3.19.1循環逐個元素查找相鄰索引號·227

3.19.2利用circshift函數換序疊加·228

3.19.3利用二維捲積和濾波函數·229

3.20小結·229

第4章字符操作進階:正則錶達式·231

4.1閑話正則·231

4.2靈活的正則語法·232

4.2.1元字符·232

4.2.2轉義字符·234

4.2.3匹配次數·234

4.2.4模式·236

4.2.5分組運算·237

4.2.6關於錨點·239

4.2.7左顧右盼·239

4.2.8邏輯與條件運算·240

4.2.9標記操作·241

4.2.10動態正則錶達式·243

4.2.11注釋與搜索標識·246

4.3正則錶達式基礎:元音字母計數·248

4.3.1其他解法·249

4.3.2正則解法·251

4.4正則錶達式基礎:所有的字母都是大寫嗎?·252

4.4.1其他解法·252

4.4.2正則解法·254

4.5正則錶達式基礎:移除字符串中的輔音字母·255

4.5.1其他解法·255

4.5.2正則解法·258

4.6正則錶達式基礎:首尾元音字母字符串的查找·260

4.6.1其他解法·261

4.6.2正則解法·262

4.7正則錶達式基礎:提取文本數字求和·263

4.7.1其他解法·263

4.7.2正則解法·265

4.8正則錶達式基礎:錢數統計·267

4.8.1其他解法·268

4.8.2正則解法·271

4.9正則錶達式基礎:文本數據的“開關式”查找替換·274

4.9.1其他解法·275

4.9.2正則解法·275

4.10正則錶達式基礎:剔除且隻剔除首尾指定空格·279

4.10.1其他解法·280

4.10.2正則解法·283

4.11正則錶達式基礎:電話區號查詢·284

4.11.1其他解法·284

4.11.2正則解法·287

4.12正則錶達式基礎:字母齣現頻數統計·288

4.12.1其他解法·289

4.12.2正則解法·292

4.13正則錶達式基礎:翻轉單詞(不是字母)次序·294

4.13.1其他解法·294

4.13.2正則解法·296

4.14正則錶達式基礎:尋找最長的“迴文”字符·298

4.14.1其他解法·298

4.14.2正則解法·299

4.15正則錶達式基礎:求解“字符型”算術題·301

4.15.1其他解法·301

4.15.2正則解法·304

4.16本書前三章中一些問題的正則解法308

4.16.1正則錶達式重解例1.12·308

4.16.2正則錶達式重解例2.1·309

4.16.3正則錶達式重解例2.5·310

4.16.4正則錶達式重解例2.6·310

4.16.5正則錶達式重解例2.8·312

4.16.6正則錶達式重解例2.9·313

4.16.7正則錶達式重解例2.10·314

4.16.8正則錶達式重解例3.5·315

4.16.9正則錶達式重解例3.6·315

4.16.10正則錶達式重解例3.7·319

4.17小結·319

第5章多維數組漫談·320

前言/序言

  學習MATLAB,從來不是“學習MATLAB”這麼簡單。

  從一開始,對它的學習就和所學專業領域的相關理論同步,在學習階段對它們的理解又交錯生長、相互促進。毫無疑問,專業問題的研究處於核心主體地位,它高於對一個具體工具軟件的鑽研,但我們往往需要讓公式、語言描述等,能以MATLAB作為媒介,解釋、模擬、甚至預測事物運轉的規律和真相。但這對於多數未必見長於編程的工程師,或者非計算機專業的高校大學生,具有一定的挑戰性。

  所以這時,學習方法就顯得更加重要,人常說“工欲善其事,必先利其器”,可遇到的麻煩卻往往是“器利,工未馭之以確法,緻事不善”。層齣不窮、匪夷所思的代碼問題,往往是學習MATLAB伊始,沒養成良好的編程習慣、沒按正確方法發揮MATLAB特點所緻。“良好習慣”或“正確方法”,並不僅僅是“每行代碼都加注釋”、“寫一行隔個空行”等,當然,良好的編程習慣對代碼後期維護調試大有好處,但這不是本書重點探討的問題。我們要說的是:深入瞭解乃至掌控MATLAB函數,達到有效、簡捷地用代碼解決問題之目標。要達到這樣的程度,恐怕要從調用方式到搭配組閤再到執行效率,完整透徹理解MATLAB一些常用函數命令後,纔能做到。很多人以為不難,認為看看命令幫助,學幾個常見調用格式,寫齣程序,沒有紅色齣錯警示,就算大功告成瞭。

  真是這樣嗎?舉例而言:其實相當一部分用過MATLAB軟件,哪怕使用多年的用戶,對MATLAB的常用命令也都未必談得上熟悉。不信?不妨試試下麵這個對帶有“非數”的數列求和的問題:

  源代碼1:帶有非數時的求和

  1 >> a=[1:5,NaN,7]

  2 a =

  3 1 2 3 4 5 NaN 7

  4 >> sum(a)

  5 ans =

  6

  源代碼1 說明,當元素序列中存在特殊元素“NaN”時,原有的代數運算規則將發生變化,比如:NaN+1=NaN,NaN+inf=NaN(NaN的詳細介紹見1.11.2 小節)。但在實際運算中這往往沒有意義,我們可能更多需要的是統計除“NaN”之外的其他元素之和。

  很多人想到循環遍曆判斷每個元素是否為“NaN”:

  源代碼2:除“NaN”以外元素的求和——方法1

  1 for i=1:length(a)

  2 if isnan(a(i))

  3 a(i)=0;

  4 end

  5 end

  6 Result=sum(a)

  源代碼2 用循環遍曆序列的每個元素,通過命令isnan判斷每個元素是否為“NaN”,如果是用0替換,最後求和。

  對於沒怎麼接觸過MATLAB的讀者而言,源代碼2 貌似不錯:一個程序用到循環、判斷兩種流程,甚至還有isnan這樣“高端大氣上檔次”的邏輯命令。但更加瞭解MATLAB矢量化操作的用戶都知道,函數isnan支持矢量化邏輯操作,循環、判斷流程可以全部去掉。

  源代碼3:除“NaN”以外元素的求和——方法2

  1 a=[1:5,NaN,7];

  2 Result=sum(a(~isnan(a)))

  當然,在已知數組確定為正的情況下,isnan可用大於零的邏輯判斷:(=0)代替,這是針對具體問題的特殊構造。

  到此,即使具有一定MATLAB使用經驗的讀者,可能都會認為已經簡無可簡瞭,但重讀求和命令sum後,你會發現MATLAB給這個使用頻率最高的函數,悄然加上瞭後置辨識參數“nanflag”,專門用於判定數組或者矩陣求和過程是否應當略過“非數”。它有兩個選項:“{'includenan'}|'omitnan'”,花括號內的是默認值,這也是為什麼直接對數組求和而得到的結果卻是“NaN”的原因,所以用sum求和時,把“nanflag”後置識彆參數換為第二項,也就是“'omitnan'”,可直接得解。

  源代碼4:除“NaN”以外元素的求和——方法3

  1 a=[1:5,NaN,7];

  2 Result=sum(a,'omitnan')

  是不是更簡單瞭呢?我們可以舉一反三,不僅求和函數,在max、min、mean、std、cov等不少經常使用的命令中也有類似的“非數”辨識參數選項,有興趣的話可以在幫助中搜索“nanflag”查看更詳細的內容。仍以sum命令為例,有點基礎的讀者都知道MATLAB中的運算是以列為第一方嚮的,所以sum對於矩陣是按列求和的,如果要求按行求和,很多人會習慣性地先轉置再求和:

  源代碼5:矩陣按行求和——方法1

  1 >> a=randi(10,4)

  2 a =

  3 9 7 10 10

  4 10 1 10 5

  5 2 3 2 9

  6 10 6 10 2

  7 >> sum(a')

  8 ans =

  9 36

  但sum函數中有一個維度指定的後綴參數“dim”,就省去瞭從外部轉置的步驟:

  源代碼6:矩陣按行求和——方法2

  1 >> sum(a,2)

  2 ans =

  3 36

  4 26

  5 16

  6 28

  源代碼6 中通過第2 個參數指定瞭求和方嚮為第2 維度,即列方嚮。

  一些讀者覺得兩種方法其實一樣,第2種方法無非在內部做轉置,與單獨在外部做轉置的方法“殊途同歸”。這裏要指齣的是,兩種方法原理上有很大區彆:一方麵,強調盡可能多運用相對高效的內置函數,能在內部解決的問題盡量不放在函數外部;另一方麵,也是更重要的,當矩陣維度進一步擴展時,前一種方法自動失效,比如對三維矩陣(× n × ),如需按第3維度求和,則可深入到元素做遍曆循環:

  源代碼7:三維矩陣按“頁”求和——方法1

  1 a=randi(10,4,4,2);

  2 for i=1:size(a,1)

  3 for j=1:size(a,2)

  4 Result(i,j)=a(i,j,1)+a(i,j,2);

  5 end

  6 end

  7 Result

  如果知道高低維索引轉換命令ind2sub的用法,則二重循環降至一重也未嘗不可:

  源代碼8:三維矩陣按“頁”求和——方法2

  1 a=randi(10,4,4,2);

  2 for i=1:numel(a(:,:,1))

  3 [I,J]=ind2sub(size(a(:,:,1)),i);

  4 Result(I,J)=a(I,J,1)+a(I,J,2);

  5 end

  6 Result

  不過在循環機製下,還是按頁整體求和相對直觀和高效,畢竟MATLAB支持同維矩陣元素的對位相加:

  源代碼9:三維矩陣按“頁”求和——方法3

  1 a = randi(10,4,4,2);

  2 Result = a(:,:,1);

  3 for i = 2 : size(a,3)

  4 Result = Result + a(:,:,i);

  5 end

  6 Result

  若對多維矩陣操作命令有一定基礎,則把數據按問題要求變維再求和也能達到要求:

  源代碼10:三維矩陣按“頁”求和——方法4

  1 squeeze(sum(permute(a,[3,2,1])))'

  在源代碼10 中,按照sum的求和順序,先用permute重排多維數組求和,再用squeeze壓縮多維矩陣還原為結果。上述對多維矩陣在高維度上的求和,明顯感到循環遍曆元素、變維等辦法都很繁瑣,其實隻要更改sum默認維度參數“dim”,源代碼710遇到的問題就都能避免:

  源代碼11:三維矩陣按“頁”求和——方法5

  1 sum(a,3)

  如果對MATLAB的cell數據結構理解更多一些,則會發現一些涉及cell數據結構的命令也具有數據打亂重組的方式,求和則可通過cellfun函數調用求和句柄對歸並數據完成操控:

  源代碼12:三維矩陣按“頁”求和——方法6

  1 cellfun(@sum,num2cell(a,3))

  以上是求和命令sum的應用示例,此外,分析時間序列的工具箱(FinancialToolbox)函數nansum同樣可以指定維度,並自動忽略數據中的“NaN”求和,感興趣的讀者可在“幫助”中查看。另外,如果今後對MATLAB函數有瞭更深入透徹的認識,涉及數據的重組歸並還可參照accumarray、splitapply等函數。

  從上述矩陣求和例子能看齣:一方麵,掌握MATLAB函數是長期纍積的過程,很多甚至是十分常見的命令,其調用方法也會隨版本更替不斷“進化”,需要不斷學習和體會,並沒有一勞永逸的捷徑;另一方麵,不少省時省力的擴展方法也說明,鑽研內置函數是有潛力可挖的。此外,也建議讀者朋友在條件允許的情況下,盡量使用新版本,因為每次新版本對一些命令調用格式的微調,往往給MATLAB編程工作帶來意想不到的切實便利。

  鑒於此,我們決定嘗試總結一些函數綜閤運用的心得體會,幫助大傢有針對性地訓練在MATLAB中操控數組和字符串的技巧,以具體問題為導嚮,盡量貼近實戰環境,把復雜問題的運算過程,分解成多個簡單的“代碼步”,由淺入深,逐步解釋命令的組閤與搭配思路,使問題化繁為簡、讀者容易理解,並舉一反三,對MATLAB命令在具體環境中的用法有更深一層的體悟。

  要寫齣好的代碼,首先要能欣賞好的代碼。本書中所選擇的問題,大多來自Cody(Math-works公司主頁上一個用MATLAB編程解決小問題的社區群體),在每個問題後,我們都給齣瞭多種解決代碼,以及關鍵竅要處的點評和注解,讀者可以通過這些代碼,洞見函數細微處控製的精妙“殺招”,開闊代碼編寫思路。相信打好這個基礎,將為大傢今後使用工具箱命令或自編函數,以高效簡捷地解決專業上的具體問題,節省大量時間和精力!我想,隨著代碼欣賞力的提高,佐以適當練習,慢慢地您也能寫齣優雅如詩的MATLAB程序,到那時您就會發現寫MATLAB代碼解決問題的過程,居然充滿瞭令人愉快的成就感!

  我想,這就是我們寫書的初衷和最終目的。

  溝通和交流也是開闊MATLAB代碼視界的有效途徑,三人行必有我師,為與讀者朋友們方便地交流和互相學習,本書在MATLAB中文論壇專設瞭交流版麵(網址:http://www. ilovematlab.cn/forum-260-1.html),如果在閱讀本書和運行代碼過程中,您有任何問題,歡迎來和我們互動討論。同時,由於時間倉促,水平有限,書中難免有錯誤和疏漏,如果您發現有任何問題,請在本書的勘誤網址(http://www.ilovematlab.cn/thread-489591-1-1.html)提齣,我們會盡快改正。

  最後,我們感謝在本書內容上和求解代碼中貢獻智慧的Cody社區的兄弟姐妹,這些無名英雄默默的努力,正成為後人在黑暗中摸索MATLAB技巧的指路明燈。真誠感謝在探索MATLAB技巧的十幾年的學習過程中,因網絡結識的吳鵬、李國棟、謝中華、劉亞龍、黃源、劉鵬、LYCao等朋友,以及一直緻力於推廣MATLAB應用的麥客技術聯盟,在本書撰寫過程中,得到瞭你們很多寶貴的建議和意見。感謝北京航空航天大學齣版社的編輯一直以來的幫助和鼓勵。作者馬良感謝母親柳天毅長期的關心照顧,弟弟馬強、好友王華和周兆軍等一直以來在精神上的鼓勵和支持;作者祁彬彬感謝身後一直默默支持自己的愛人邵冰華。同時,對馬文濤、韓風霞、張緻旭、竇婷、李偉東、安超、宋曦堯、趙昱傑、張國鋒、孔祥鬆、魏誌勛、徐浩鵬、丁洋、劉晨、門特、李曼茹、李森、李平、張超、榖翔、鄭瑞峰、江海翔、李凱琪、殷凱、富文蓮、褚傳樂、孫海龍、呂曉龍、郭智鵬、曹璐、劉凱、支鐵城等人在平時工作上的支持,也錶示衷心的感謝。


現代科學計算的利器:MATLAB 嚮量化編程入門與實戰 內容梗概 本書旨在帶領讀者係統地掌握 MATLAB 嚮量化編程這一核心技能,從而顯著提升計算效率、代碼簡潔性和可讀性。通過深入淺齣的講解和豐富的實戰案例,讀者將理解嚮量化編程的本質,學會如何擺脫低效的循環結構,運用 MATLAB 內置的強大函數庫,高效處理大規模數據,解決復雜的科學計算問題。本書強調從概念理解到實際應用,循序漸進,為希望在工程、科學研究、數據分析、信號處理、圖像處理、金融建模等領域提升 MATLAB 應用水平的讀者提供一條清晰的學習路徑。 內容詳情 第一部分:嚮量化編程的基石 第一章:MATLAB 基礎迴顧與嚮量化思維的引入 MATLAB 交互式環境與基本語法:快速迴顧 MATLAB 的基本操作,包括變量定義、數據類型、常用命令,為後續內容打下基礎。 矩陣與嚮量的強大之處:深入闡述 MATLAB 以矩陣和嚮量為核心的數據結構,揭示其在數學運算中的天然優勢。 低效循環的瓶頸:通過對比分析,直觀展示傳統逐元素迭代(例如 `for` 循環)在處理大規模數據時存在的效率低下、代碼冗長等問題。 嚮量化編程的本質:清晰界定嚮量化編程的概念,強調其核心在於利用 MATLAB 提供的內置函數和操作符,對整個數組(嚮量、矩陣、多維數組)進行一次性運算,而非逐個元素處理。 嚮量化帶來的好處:詳細闡述嚮量化編程的優勢,包括: 速度提升:MATLAB 的嚮量化函數通常用 C 或 Fortran 語言編寫,執行速度遠超 M 語言編寫的循環。 代碼簡潔:用一行嚮量化代碼替代多行循環,大大縮短代碼長度,提高可讀性。 可維護性增強:簡潔的代碼更容易理解、調試和修改。 減少內存開銷:避免瞭在循環中頻繁創建和銷毀臨時變量。 嚮量化編程的適用場景:列舉嚮量化編程在不同科學計算領域中的廣泛應用,激發讀者的學習興趣。 第二章:MATLAB 核心數據結構與基本操作 嚮量的創建與訪問:詳細介紹創建各種類型嚮量(行嚮量、列嚮量)的方法,如直接賦值、冒號運算符、`linspace`、`logspace` 等。講解如何通過索引、邏輯索引、名稱索引(適用於結構體數組)等方式高效訪問和修改嚮量元素。 矩陣的創建與操作:深入講解矩陣的創建方式,包括直接賦值、`zeros`、`ones`、`eye`、`rand`、`randn` 等函數,以及矩陣的轉置、維度操作(`size`、`length`、`numel`、`reshape`)。 多維數組的初步認識:介紹三維及以上數組的概念,以及基本的創建和訪問方式,為後續處理更復雜數據結構做鋪墊。 基本算術運算符:復習 MATLAB 的加、減、乘、除、乘方運算符,並重點強調點運算(`.`、`./`、`.^`)在嚮量化操作中的重要性,解釋其如何實現逐元素運算。 關係運算符與邏輯運算符:詳細介紹 `>`、`<`、`==`、`~=`、`>=`、`<=` 等關係運算符,以及 `&`、`|`、`~`、`xor` 等邏輯運算符,闡述它們在構建邏輯索引和條件判斷中的應用。 第三章:嚮量化編程的核心技術——內置函數應用 數學函數(逐元素):重點介紹 MATLAB 中大量逐元素操作的數學函數,如 `sin`、`cos`、`tan`、`exp`、`log`、`sqrt`、`abs`、`round`、`ceil`、`floor`、`mod`、`rem` 等,以及如何將它們應用於嚮量和矩陣。 聚閤函數(統計與匯總):講解對整個嚮量或矩陣進行統計計算的函數,如 `sum`、`mean`、`median`、`std`、`var`、`min`、`max`、`sum(A, dim)`、`mean(A, dim)` 等,理解 `dim` 參數的作用,實現跨維度匯總。 排序與查找函數:介紹 `sort`、`sortrows`、`find`、`ismember` 等函數,學習如何對嚮量或矩陣進行排序,以及如何根據條件查找特定元素的位置或值。 邏輯運算與條件判斷函數:深入理解 `any`、`all`、`find` 與邏輯運算符的結閤使用,實現復雜的條件判斷和數據篩選。 字符串處理(嚮量化視角):介紹 MATLAB 中字符串數組的創建與基本操作,以及 `strcmp`、`strncmp`、`strfind`、`regexpi` 等函數的嚮量化應用。 其他常用嚮量化函數:介紹 `repmat`(重復矩陣)、`kron`(Kronecker 積)、`meshgrid`(生成網格坐標)等在嚮量化編程中不可或缺的函數。 第二部分:嚮量化編程的進階技巧與應用 第四章:索引與邏輯索引的精妙運用 綫性索引與多維索引:深入講解如何使用單索引(綫性索引)和多索引(指定行和列)來訪問矩陣元素,理解它們之間的關係。 邏輯索引:詳細闡述邏輯索引的強大之處,如何用布爾嚮量或布爾矩陣作為索引來選取、修改或刪除數據,這是嚮量化編程的核心手段之一。 應用示例:通過一係列實際例子,展示邏輯索引在數據過濾、異常值處理、條件賦值等方麵的應用。 索引的組閤技巧:學習如何結閤多種索引方式,實現更精細化的數據操作。 第五章:函數句柄與匿名函數的嚮量化應用 函數句柄的創建與作用:介紹函數句柄的概念,以及如何通過 `@` 符號創建函數句柄。 匿名函數的簡潔高效:講解匿名函數的定義和使用,如何快速創建簡單的函數,並將其應用於嚮量化操作。 `arrayfun` 與 `cellfun`:重點介紹 `arrayfun` 和 `cellfun` 函數,它們允許我們將一個函數“映射”到一個數組的每個元素上,從而實現循環的嚮量化替代,特彆適用於處理非數值類型或復雜邏輯。 `cellfun` 的高級用法:介紹 `cellfun` 的其他參數,如 `'UniformOutput'`,以及如何結閤匿名函數處理元胞數組。 第六章:循環與嚮量化編程的性能分析與選擇 性能度量的基本方法:介紹 MATLAB 中的 `tic` 和 `toc` 函數,以及 `profile` 分析器,用於科學地評估代碼的運行時間。 性能對比分析:通過大量實際案例,對比循環實現與嚮量化實現之間的性能差異,量化嚮量化帶來的效率提升。 何時不適閤嚮量化?:討論一些特定場景下,嚮量化可能並非最佳選擇,例如: 依賴於前一步結果的迭代:某些算法的每一步計算依賴於前一步的結果,難以進行完全嚮量化。 極端復雜的邏輯判斷:當條件判斷極其復雜,難以轉化為簡單的邏輯索引時。 內存限製:在某些極端情況下,嚮量化可能導緻生成巨大的中間數組,超齣內存限製(盡管這種情況相對少見)。 混閤編程策略:提齣在實際應用中,可以根據具體情況,結閤使用循環和嚮量化,以及調用底層編譯代碼(如 MEX 文件)等策略,以達到最優性能。 代碼優化思維:培養讀者的優化思維,學會從數據結構、算法選擇、函數使用等多個角度審視代碼的效率。 第三部分:嚮量化編程的實戰案例 第七章:信號處理中的嚮量化應用 生成與操作信號:使用嚮量化方法生成正弦波、方波、隨機信號等,並進行幅度、頻率、相位等參數的調整。 濾波技術:實現 FIR 和 IIR 濾波器的嚮量化應用,如使用 `filter` 函數。 傅裏葉變換:運用 `fft`、`ifft` 函數進行頻譜分析,並進行嚮量化處理。 相關與捲積:使用 `xcorr` 和 `conv` 函數進行信號的自相關、互相關和捲積運算。 采樣與重采樣:通過嚮量化操作實現信號的采樣率改變。 第八章:圖像處理中的嚮量化應用 圖像的錶示與操作:將圖像視為二維(灰度圖)或三維(彩色圖)矩陣,進行像素級彆的嚮量化操作。 基本圖像變換:實現亮度調整、對比度增強、顔色空間轉換(如 RGB 到灰度)的嚮量化處理。 圖像濾波:運用 `imfilter` 等函數進行捲積濾波(如高斯模糊、Sobel 邊緣檢測)的嚮量化實現。 形態學操作:介紹 `imerode`、`imdilate`、`imopen`、`imclose` 等函數,實現圖像的腐蝕、膨脹等形態學運算。 圖像分割初步:利用閾值分割、連通區域分析等嚮量化方法進行簡單的圖像分割。 第九章:數據分析與可視化中的嚮量化應用 數據加載與預處理:使用 `readtable`、`csvread` 等函數加載數據,並利用嚮量化操作進行數據清洗、缺失值處理。 統計分析:計算數據的均值、標準差、相關係數,進行假設檢驗等。 數據可視化:利用 `plot`、`scatter`、`histogram` 等函數,結閤嚮量化數據,快速生成高質量的二維和三維圖形。 聚類與分類基礎:介紹 `kmeans`、`classify` 等函數,以及如何用嚮量化方法準備輸入數據。 第十章:金融建模與工程計算中的嚮量化應用 期權定價:使用濛特卡羅模擬或 Black-Scholes 模型,通過嚮量化操作加速計算。 投資組閤優化:利用矩陣運算實現均值-方差模型等投資組閤優化。 數值積分與微分:使用 `integral`、`diff` 等函數進行數值計算。 有限元/有限差分初步:展示如何將離散化後的問題轉化為矩陣方程,並用嚮量化方法求解。 本書特色 強調“為什麼”與“怎麼做”:不僅教授嚮量化編程的語法和技巧,更深入剖析其背後的原理和思想,讓讀者知其然並知其所以然。 豐富的實例驅動:每個概念和技巧都配以精心設計的、具有代錶性的實戰案例,涵蓋瞭科學計算的多個熱門領域,確保知識的落地性。 循序漸進的學習麯綫:從 MATLAB 基礎迴顧到高級技巧,再到綜閤應用,內容結構清晰,難度逐步提升,適閤不同水平的讀者。 實用的優化建議:提供切實可行的代碼優化方法和性能分析指導,幫助讀者寫齣更高效、更健壯的代碼。 清晰的語言風格:避免使用晦澀難懂的術語,力求語言簡潔明瞭,易於理解和吸收。 目標讀者 MATLAB 初學者:希望快速掌握 MATLAB 核心編程能力,提升學習和研究效率的學生、研究生。 MATLAB 進階者:希望擺脫低效循環,深入理解 MATLAB 嚮量化編程精髓,解決更復雜問題的工程師、科研人員。 數據分析師、算法工程師:需要處理大規模數據,進行建模和仿真的專業人士。 信號處理、圖像處理、控製工程、通信工程、電子工程、金融工程等領域的從業者和研究者。 任何希望通過 MATLAB 提高科學計算效率的人員。 通過本書的學習,您將能夠自信地運用 MATLAB 嚮量化編程,將您的 MATLAB 應用能力提升到一個新的高度,從而在您的學習和工作中取得更大的成就。

用戶評價

評分

老實說,我對MATLAB的理解一直停留在基礎層麵,尤其是涉及到一些數值計算和數據分析的任務時,總覺得力不從心。直到我偶然看到瞭《MATLAB 嚮量化編程基礎精講》這本書,纔意識到自己之前的編程方式有多麼的“原始”。這本書的切入點非常棒,它沒有一開始就拋齣大量晦澀難懂的概念,而是從最直觀的嚮量和矩陣操作講起,循序漸進地引導讀者理解嚮量化編程的優勢。書中對於不同數據結構的性能對比分析,讓我對為什麼嚮量化如此高效有瞭更深刻的認識。作者用瞭很多實際的例子,比如圖像處理中的像素操作、信號處理中的濾波器設計等,將抽象的概念具象化,讓我能夠更輕鬆地理解如何在實際問題中應用嚮量化技術。我尤其欣賞書中關於“巧用邏輯索引”和“函數句柄的高級應用”這兩章,這讓我學到瞭很多之前從未想過的技巧,能夠讓我的代碼更加簡潔、高效。這本書不僅僅教會瞭我“怎麼做”,更讓我理解瞭“為什麼這麼做”,這種深層次的理解對於我日後獨立解決問題非常有幫助。這本書無疑是我想在MATLAB領域有所建樹的讀者們的寶藏。

評分

對於MATLAB的初學者來說,經常會麵臨一個睏境:看得懂基礎語法,但寫齣來的代碼效率低下,執行速度慢。《MATLAB 嚮量化編程基礎精講》這本書恰恰解決瞭這個痛點。它並非一本泛泛而談的入門教程,而是聚焦於“嚮量化”這一核心概念,並將其進行深度挖掘和係統闡釋。作者從最基礎的數組操作入手,逐步引導讀者理解如何利用MATLAB強大的內置函數和矩陣運算能力,避免使用冗餘的for和while循環。書中詳盡地介紹瞭各種索引技術,包括邏輯索引、綫性索引和多維索引,並演示瞭它們在簡化代碼和提升性能方麵的巨大作用。我尤其欣賞書中對“函數句柄”和“匿名函數”的介紹,這些高級特性在嚮量化編程中扮演著至關重要的角色,能夠讓代碼更加模塊化和易於維護。此外,本書還涉及瞭一些關於數據預處理和後處理的嚮量化技巧,這些內容在實際數據分析項目中非常實用。總而言之,這本書提供瞭一條通往高效MATLAB編程的捷徑,對於希望快速提升編程能力,應對復雜計算任務的讀者來說,絕對是不可多得的佳作。

評分

說實話,我之前對MATLAB的看法有點片麵,覺得它隻是一個“計算器”,處理一些簡單的數學問題還行,但要寫齣優雅、高效的代碼,總感覺有點力不從心。直到我接觸到《MATLAB 嚮量化編程基礎精講》這本書,我纔意識到自己有多麼的“井底之蛙”。這本書的講解方式非常獨特,它沒有一味地強調語法和命令,而是從“思維方式”上引導讀者去擁抱嚮量化。作者用瞭很多生動形象的比喻,比如將嚮量化比作“部隊齊步前進”,將循環比作“一個人挨個去搬東西”,這樣的類比讓人瞬間豁然開朗。書中對各種內置函數的解析深入且實用,讓我能夠更靈活地運用它們來解決問題。我印象最深刻的是書中關於“隱式並行”和“GPU加速”的章節,這讓我看到瞭MATLAB在處理大規模計算上的巨大潛力,也為我未來的學習方嚮提供瞭新的思路。這本書的語言風格輕鬆活潑,讀起來一點也不枯燥,即使是對於初學者來說,也能感受到編程的樂趣。這本書真的讓我對MATLAB颳目相看,也激發瞭我深入學習MATLAB的強烈願望。

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作為一名在科學研究領域多年的老兵,我深知高效的計算能力對於突破研究瓶頸的重要性。在眾多編程語言和工具中,MATLAB一直是我解決復雜數學建模和數據分析的首選。然而,即便是資深的MATLAB用戶,也可能在不經意間陷入低效的循環陷阱。《MATLAB 嚮量化編程基礎精講》這本書,則像一盞明燈,為我指明瞭通往極緻效率的道路。作者以其深厚的學術功底和豐富的實踐經驗,係統地梳理瞭MATLAB嚮量化編程的核心思想和技術細節。從基礎的元素級運算到復雜的矩陣分解,再到並行計算的初步探索,本書的覆蓋麵相當廣闊。我特彆贊賞書中對於不同嚮量化策略的權衡分析,這使得讀者能夠根據具體問題選擇最閤適的解決方案。書中的代碼示例嚴謹且富有代錶性,很多技巧都是我之前在工作中絞盡腦汁也未曾想到的。通過學習這本書,我不僅鞏固瞭已有的知識,更學習到瞭許多能夠顯著提升我研究效率的新方法。這本書的價值,在於它能夠幫助研究人員將更多的時間和精力投入到科學探索本身,而非被低效的代碼所束縛。

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這本書真是讓我眼前一亮!我一直以來都覺得MATLAB編程是個效率陷阱,尤其是在處理大型數據集的時候,那些循環語句簡直是效率殺手。但自從我翻開《MATLAB 嚮量化編程基礎精講》這本書,我的觀念徹底被顛覆瞭。作者深入淺齣地講解瞭如何擺脫低效的循環,轉而擁抱強大的嚮量化操作。書中的例子非常貼閤實際應用,從最基礎的數組運算,到更復雜的矩陣操作,再到函數句柄和匿名函數的巧妙運用,講解得非常透徹。我特彆喜歡書中關於廣播機製和索引技巧的部分,這些內容往往是初學者容易忽視但又是提升效率的關鍵。書中的圖示和代碼片段都清晰易懂,很容易就能跟著一起敲代碼,驗證作者的講解。而且,作者還特彆強調瞭代碼的可讀性和維護性,這對於團隊協作開發項目來說至關重要。讀完這本書,我感覺自己仿佛打開瞭新世界的大門,以前那些需要耗費大量時間的計算任務,現在用嚮量化方法處理起來,速度簡直是飛躍式的提升。這不僅僅是一本技術書籍,更像是一位經驗豐富的導師,手把手地教你如何在MATLAB的世界裏如魚得水。強烈推薦給所有希望提升MATLAB編程效率的朋友們!

評分

數學建模,經典案例實戰。

評分

這幾天事多,沒有來得及看,期待好書

評分

不錯的說,正在看。實用性不錯,這套書都很好

評分

看彆人推薦纔買的這本書,總體來說還不錯,包含案例比較多,比較全麵,推薦。

評分

內容很好,指導性很強!

評分

就是皺瞭一點,替他都好

評分

此評價和商品無關,商品質量很好,非常滿意. tian貓店鋪詐篇1200萬跑路,阿裏監管形同虛設 tian貓店鋪北極絨楚翔時代專賣店和楚翔時代手錶店利用tian貓15天售後規則篇走消費者1200萬資金,受pian者在19日趕去湖南當地,pian子人去樓空。經過去工商局查詢,注冊地址是空的,電話號碼是空

評分

有案例學來快很多,對於急著想大概知道編程的人來說可以考慮

評分

書很好看!紙質不錯!很好!不錯

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