MATLAB 向量化编程基础精讲

MATLAB 向量化编程基础精讲 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

马良,祁彬彬 著
图书标签:
  • MATLAB
  • 向量化
  • 编程
  • 基础
  • 数值计算
  • 科学计算
  • 算法
  • 工程
  • 优化
  • 效率
想要找书就要到 静思书屋
立刻按 ctrl+D收藏本页
你会得到大惊喜!!
出版社: 北京航空航天大学出版社
ISBN:9787512422094
版次:1
商品编码:12054217
包装:平装
开本:16开
出版时间:2017-03-01
用纸:胶版纸

具体描述

编辑推荐

  关于MATLAB编程,关于Mathworks官方的Cody,如果您希望有所了解并和全世界的高手“肩并肩”,这本书一定能不负你望。两位作者在各大MATLAB论坛任版主多年,都是MATLAB骨灰级用户,他们用平实的语言,剖析MATLAB的本质和系列编程技巧,因此,编程在这本书里是有趣的,让人欲罢不能的。MATLAB中文论坛为本书设有专门的交流版块,您有任何与本书有关的疑问,敬请来询。

内容简介

  《MATLAB 向量化编程基础精讲》使用MATLAB新版本2016a,拣选Mathworks官方群组Cody中一些有趣的代码问题,分6章讲解这些优秀示例代码中使用数组、字符串操作、正则表达式以及匿名函数等方面的MATLAB编程技巧,并对其中较为典型和精彩的用法做扼要点评,对一些复杂思路或代码的细节和步骤,还逐一展开了延伸分析,使学习MATLAB编程的用户,能迅速体会MATLAB矢量化编程语言的基本特色。

  本书适合所有MATLAB编程爱好者和使用MATLAB的不同专业大学生阅读,还可供研究生、科研工作人员及高校教师参考。


作者简介

  马良,祖籍甘肃临洮,任教于新疆工程学院,副教授,东北大学博士研究生。自从2003年接触MATLAB后,便沉迷其中,虽闭门造车经年,但对MATLAB语言的喜好未改。作为普通高校教师,在平时的教学中,一直不遗余力地推广使用MATLAB更好地完成专业教学、学习和科研工作。


  祁彬彬,毕业于中国石油大学(北京)地球探测与信息技术专业,毕业后一直从事石油软件研发工作。曾多次参加数学建模比赛,并获得全国一等奖、二等奖多次。近10年来,一直活跃在MATLAB的各大论坛,担任版主职务。在MATLAB官方的Cody程序解答活动中,目前排名全球第二。

内页插图

目录

第1章数组操作初步·1

1.1数组基础训练:算盘里的学问·1

1.1.1逐列循环结合正反向搜索·3

1.1.2利用累积乘积函数cumprod·6

1.1.3构造特殊的乘积因子·7

1.2数组基础训练:非零元素赋值为1·8

1.2.1循环+判断·8

1.2.2利用逻辑判断+矢量索引·9

1.2.3利用abs和sign·9

1.2.4min函数更改nanflag设置参数·10

1.3数组基础训练:将指定元素换成0·11

1.3.1循环+判断·12

1.3.2高低维索引转换后赋值·13

1.3.3利用bsxfun单一维扩展构造逻辑判断条件·15

1.3.4利用sparse函数对全零稀疏矩阵相关元素赋值·16

1.3.5利用累积方式构造向量的accumarray函数·17

1.4数组基础训练:正反对角线互换·19

1.4.1寻找元素行列索引关系循环赋值·20

1.4.2利用低维索引查找正反对角元素关系赋值·20

1.4.3结合逻辑数组或点乘构造对角线元素·21

1.4.4利用逻辑“或”操作·26

1.5数组基础训练:寻找真约数·28

1.5.1函数factor和组合命令nchoosek·28

1.5.2最大公约数命令·29

1.5.3含求余函数mod和rem的逻辑判断·30

1.6数组基础训练:康威的《生命游戏》·31

1.6.1枚举·32

1.6.2循环·34

1.6.3叠加与卷积·35

1.7数组基础训练:寻找最大尺码的“空盒子”·40

1.7.1循环·41

1.7.2利用conv2函数·42

1.8数组基础训练:寻找对角线上的最多连续质数·47

1.8.1卷积命令·48

1.8.2灵活的max+diff+find函数组合·53

1.9数组基础训练:扫雷棋盘模拟·59

1.9.1循环遍历元素+判断·60

1.9.2构造三对角矩阵的连乘方案·62

1.9.3利用卷积命令conv2·62

1.10数组基础训练:移除向量中的NaN及其后两个数字·65

1.10.1循环·66

1.10.2矢量化索引操作·67

1.11数组基础训练:把NaN用左边相邻数字替代·70

1.11.1循环+判断·70

1.11.2利用cumsum构造符合要求的索引·72

1.12数组基础训练:涉及类型转换的数据替代·75

1.12.1利用循环判断·76

1.12.2cellfun赋值符合条件的索引位元素·77

1.12.3利用原逻辑索引在cell数组中引用赋值·77

1.12.4统一逻辑索引以多输出方式赋值·77

1.13数组基础训练:递归中的输入输出变量交互·79

1.14小结·81

第2章字符串操作初步·82

2.1字符串基础训练:字符取反的七种武器·82

2.1.1利用循环+判断的传统方式·84

2.1.2矢量化索引与不同函数组合的替换取反·85

2.1.3函数sprintf+逻辑索引构造·85

2.1.4函数char+逻辑数组+四则运算符的多种字符串构造方式·87

2.1.5冒号操作做字符格式归并+ASCII码值运算转换·88

2.1.6函数num2str及其灵活的设定参数·90

2.1.7构造字符向量以输入做逻辑索引取反·91

2.2字符串基础训练:星号排布·92

2.2.1循环·93

2.2.2矢量化构造方式·95

2.3字符串基础训练:“开心”的2013·95

2.3.1

循环+利用函数unique判断·96

2.3.2循环+num2str转化年份为字符串分离数字·96

2.3.3num2str分离数字+排序做差·97

2.4字符串基础训练:寻找“轮转”的子字符串·99

2.4.1几种不同的循环方式·100

2.4.2利用卷积命令conv2+测试矩阵·105

2.4.3利用cellfun+strfind+测试矩阵gallery·105

2.5字符串基础训练:猜测密码·106

2.5.1循环+判断·107

2.5.2矢量化索引方式·108

2.6字符串基础训练:用指定数量填充字符·108

2.6.1循环判断及repmat扩展序列·109

2.6.2利用索引构造扩展·110

2.6.3try流程省略判断+函数strjoin拼接向量·110

2.6.4利用2015a版本中的新函数repelem·112

2.7字符串基础训练:带判断条件的字符串替代·112

2.7.1循环+判断·113

2.7.2矢量化索引构造·114

2.8字符串基础训练:抽取指定位数数字组成向量并排序·116

2.8.1floor+log10+mod组合·117

2.8.2转换为字符串提取单字符·118

2.9字符串基础训练:二进制字符中查找最长的“1”序列·122

2.9.1查找逻辑索引做差·123

2.9.2字符匹配方式处理字符串·124

2.9.3查找字符替换为空格·125

2.10字符串基础训练:剔除指定数字的序列求和·126

2.10.1利用log10或mod等函数的数值处理·126

2.10.2利用进制转换函数dec2base·128

2.10.3利用数值转字符函数num2str构造逻辑索引·129

2.11字符串基础训练:元胞数组内字符串的合成·129

2.11.1函数sprintf·130

2.11.2利用向量的列排布变维·131

2.11.3函数strjoin·132

2.12小结·133

第3章数组操作进阶:扩维与构造·134

3.1关于矩阵维数扩充的预备知识·135

3.1.1repmat函数·135

3.1.2索引构造·135

3.1.3kron函数扩维·136

3.1.4meshgrid和ndgrid函数扩维·137

3.1.5矩阵外积·139

3.1.6bsxfun函数矩阵扩维·139

3.1.7其他思路·145

3.1.8扩维思路的总结·145

3.2数组训练进阶:向量数值为长度的扩维·146

3.2.1循环·147

3.2.2利用arrayfun扩维·148

3.2.3利用repmat扩维·148

3.2.4利用meshgrid和ndgrid扩展矩阵索引·149

3.2.5利用bsxfun扩维·150

3.3数组训练进阶:求和与构造·151

3.3.1直接索引法·151

3.3.2加法中的减法·152

3.3.3中部元素置零·153

3.3.4测试矩阵构造·153

3.3.5卷积和滤波命令·157

3.4数组训练进阶:“行程长度编码”序列构造·160

3.4.1利用循环拼接repmat扩展矩阵·161

3.4.2索引扩维、arrayfun扩展和cell2mat拼接·161

3.4.3按reshape变维向量循环处理·161

3.4.4递归·162

3.4.5直接调用函数repelem·163

3.5数组训练进阶:“行程长度编码”的反问题·163

3.5.1循环拼接向量·164

3.5.2利用矢量化多次寻址构造序列·165

3.6数组训练进阶:孤岛测距·166

3.6.1序列1,0元素索引位相减取最小值·166

3.6.2直接处理每段“安全”区域·167

3.6.3利用相邻项数值的构造和比较·168

3.6.4利用滤波函数filter2·168

3.7数组训练进阶:生成索引数自扩展序列·170

3.7.1循环拼接·171

3.7.2利用测试矩阵hankel·172

3.7.3利用上三角矩阵函数triu+meshgrid构造·172

3.8数组训练进阶:指定子向量长度求均值·173

3.8.1循环逐段求均值·174

3.8.2利用频数累加函数accumarray·174

3.8.3利用测试矩阵hankel·176

3.8.4利用卷积系列命令·177

3.9数组训练进阶:统计群组数量·177

3.9.1循环拼接向量·178

3.9.2涉及排重命令unique的几种解法·179

3.9.3利用累积求和函数cumsum与diff·181

3.10数组训练进阶:对角矩阵构造·181

3.10.1矩阵叠加·182

3.10.2借助特殊矩阵构造·185

3.10.3循环处理构造思路·187

3.11数组训练进阶:在时间序列中插入0元素·187

3.11.1指定位置赋值·187

3.11.2增加0元素用reshape变维·189

3.11.3循环·190

3.11.4利用kron函数扩展矩阵·190

3.11.5正则替换·191

3.12数组训练进阶:Bullseye矩阵构造·191

3.12.1工具箱特殊函数·192

3.12.2利用特殊矩阵构造·194

3.12.3基本数列构造并矢量化扩维·195

3.12.4递归、判断与循环·199

3.13数组训练进阶:Bullseye矩阵构造扩展之一·200

3.13.1利用求余命令mod或rem获得矩阵数值·200

3.13.2利用循环逐元素赋值·203

3.14数组训练进阶:Bullseye矩阵构造扩展之二·204

3.14.1ndgrid对“基”序列扩维·204

3.14.2利用测试矩阵spiral试凑·204

3.15数组训练进阶:Bullseye矩阵构造扩展之三·205

3.15.1构造“基”序列扩维·206

3.15.2特殊矩阵构造·209

3.15.3递归与循环·209

3.16数组训练进阶:Bullseye矩阵构造扩展之四·210

3.16.1循环·211

3.16.2向量组合+meshgrid函数构造·212

3.16.3bsxfun扩维·214

3.16.4测试矩阵spiral试凑·214

3.17数组基础训练:最小值替换为行均值·215

3.17.1循环与矢量化函数二者的结合·216

3.17.2利用高低维索引转换函数sub2ind·217

3.17.3利用稀疏矩阵构造指定位置索引·217

3.17.4bsxfun单一维扩展构造索引·217

3.17.5累积最值函数cummin·218

3.18数组训练进阶:矩阵元素分隔——“内向”的矩阵·219

3.18.1循环+判断·220

3.18.2利用函数kron扩维·221

3.18.3利用索引构造变换对新矩阵赋值·223

3.18.4利用稀疏矩阵命令sparse构造·225

3.18.5利用累积求和命令accumarray·226

3.19数组训练进阶:矩阵分块均值——“外向”的矩阵·227

3.19.1循环逐个元素查找相邻索引号·227

3.19.2利用circshift函数换序叠加·228

3.19.3利用二维卷积和滤波函数·229

3.20小结·229

第4章字符操作进阶:正则表达式·231

4.1闲话正则·231

4.2灵活的正则语法·232

4.2.1元字符·232

4.2.2转义字符·234

4.2.3匹配次数·234

4.2.4模式·236

4.2.5分组运算·237

4.2.6关于锚点·239

4.2.7左顾右盼·239

4.2.8逻辑与条件运算·240

4.2.9标记操作·241

4.2.10动态正则表达式·243

4.2.11注释与搜索标识·246

4.3正则表达式基础:元音字母计数·248

4.3.1其他解法·249

4.3.2正则解法·251

4.4正则表达式基础:所有的字母都是大写吗?·252

4.4.1其他解法·252

4.4.2正则解法·254

4.5正则表达式基础:移除字符串中的辅音字母·255

4.5.1其他解法·255

4.5.2正则解法·258

4.6正则表达式基础:首尾元音字母字符串的查找·260

4.6.1其他解法·261

4.6.2正则解法·262

4.7正则表达式基础:提取文本数字求和·263

4.7.1其他解法·263

4.7.2正则解法·265

4.8正则表达式基础:钱数统计·267

4.8.1其他解法·268

4.8.2正则解法·271

4.9正则表达式基础:文本数据的“开关式”查找替换·274

4.9.1其他解法·275

4.9.2正则解法·275

4.10正则表达式基础:剔除且只剔除首尾指定空格·279

4.10.1其他解法·280

4.10.2正则解法·283

4.11正则表达式基础:电话区号查询·284

4.11.1其他解法·284

4.11.2正则解法·287

4.12正则表达式基础:字母出现频数统计·288

4.12.1其他解法·289

4.12.2正则解法·292

4.13正则表达式基础:翻转单词(不是字母)次序·294

4.13.1其他解法·294

4.13.2正则解法·296

4.14正则表达式基础:寻找最长的“回文”字符·298

4.14.1其他解法·298

4.14.2正则解法·299

4.15正则表达式基础:求解“字符型”算术题·301

4.15.1其他解法·301

4.15.2正则解法·304

4.16本书前三章中一些问题的正则解法308

4.16.1正则表达式重解例1.12·308

4.16.2正则表达式重解例2.1·309

4.16.3正则表达式重解例2.5·310

4.16.4正则表达式重解例2.6·310

4.16.5正则表达式重解例2.8·312

4.16.6正则表达式重解例2.9·313

4.16.7正则表达式重解例2.10·314

4.16.8正则表达式重解例3.5·315

4.16.9正则表达式重解例3.6·315

4.16.10正则表达式重解例3.7·319

4.17小结·319

第5章多维数组漫谈·320

前言/序言

  学习MATLAB,从来不是“学习MATLAB”这么简单。

  从一开始,对它的学习就和所学专业领域的相关理论同步,在学习阶段对它们的理解又交错生长、相互促进。毫无疑问,专业问题的研究处于核心主体地位,它高于对一个具体工具软件的钻研,但我们往往需要让公式、语言描述等,能以MATLAB作为媒介,解释、模拟、甚至预测事物运转的规律和真相。但这对于多数未必见长于编程的工程师,或者非计算机专业的高校大学生,具有一定的挑战性。

  所以这时,学习方法就显得更加重要,人常说“工欲善其事,必先利其器”,可遇到的麻烦却往往是“器利,工未驭之以确法,致事不善”。层出不穷、匪夷所思的代码问题,往往是学习MATLAB伊始,没养成良好的编程习惯、没按正确方法发挥MATLAB特点所致。“良好习惯”或“正确方法”,并不仅仅是“每行代码都加注释”、“写一行隔个空行”等,当然,良好的编程习惯对代码后期维护调试大有好处,但这不是本书重点探讨的问题。我们要说的是:深入了解乃至掌控MATLAB函数,达到有效、简捷地用代码解决问题之目标。要达到这样的程度,恐怕要从调用方式到搭配组合再到执行效率,完整透彻理解MATLAB一些常用函数命令后,才能做到。很多人以为不难,认为看看命令帮助,学几个常见调用格式,写出程序,没有红色出错警示,就算大功告成了。

  真是这样吗?举例而言:其实相当一部分用过MATLAB软件,哪怕使用多年的用户,对MATLAB的常用命令也都未必谈得上熟悉。不信?不妨试试下面这个对带有“非数”的数列求和的问题:

  源代码1:带有非数时的求和

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

  2 a =

  3 1 2 3 4 5 NaN 7

  4 >> sum(a)

  5 ans =

  6

  源代码1 说明,当元素序列中存在特殊元素“NaN”时,原有的代数运算规则将发生变化,比如:NaN+1=NaN,NaN+inf=NaN(NaN的详细介绍见1.11.2 小节)。但在实际运算中这往往没有意义,我们可能更多需要的是统计除“NaN”之外的其他元素之和。

  很多人想到循环遍历判断每个元素是否为“NaN”:

  源代码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)

  源代码2 用循环遍历序列的每个元素,通过命令isnan判断每个元素是否为“NaN”,如果是用0替换,最后求和。

  对于没怎么接触过MATLAB的读者而言,源代码2 貌似不错:一个程序用到循环、判断两种流程,甚至还有isnan这样“高端大气上档次”的逻辑命令。但更加了解MATLAB矢量化操作的用户都知道,函数isnan支持矢量化逻辑操作,循环、判断流程可以全部去掉。

  源代码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)))

  当然,在已知数组确定为正的情况下,isnan可用大于零的逻辑判断:(=0)代替,这是针对具体问题的特殊构造。

  到此,即使具有一定MATLAB使用经验的读者,可能都会认为已经简无可简了,但重读求和命令sum后,你会发现MATLAB给这个使用频率最高的函数,悄然加上了后置辨识参数“nanflag”,专门用于判定数组或者矩阵求和过程是否应当略过“非数”。它有两个选项:“{'includenan'}|'omitnan'”,花括号内的是默认值,这也是为什么直接对数组求和而得到的结果却是“NaN”的原因,所以用sum求和时,把“nanflag”后置识别参数换为第二项,也就是“'omitnan'”,可直接得解。

  源代码4:除“NaN”以外元素的求和——方法3

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

  2 Result=sum(a,'omitnan')

  是不是更简单了呢?我们可以举一反三,不仅求和函数,在max、min、mean、std、cov等不少经常使用的命令中也有类似的“非数”辨识参数选项,有兴趣的话可以在帮助中搜索“nanflag”查看更详细的内容。仍以sum命令为例,有点基础的读者都知道MATLAB中的运算是以列为第一方向的,所以sum对于矩阵是按列求和的,如果要求按行求和,很多人会习惯性地先转置再求和:

  源代码5:矩阵按行求和——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函数中有一个维度指定的后缀参数“dim”,就省去了从外部转置的步骤:

  源代码6:矩阵按行求和——方法2

  1 >> sum(a,2)

  2 ans =

  3 36

  4 26

  5 16

  6 28

  源代码6 中通过第2 个参数指定了求和方向为第2 维度,即列方向。

  一些读者觉得两种方法其实一样,第2种方法无非在内部做转置,与单独在外部做转置的方法“殊途同归”。这里要指出的是,两种方法原理上有很大区别:一方面,强调尽可能多运用相对高效的内置函数,能在内部解决的问题尽量不放在函数外部;另一方面,也是更重要的,当矩阵维度进一步扩展时,前一种方法自动失效,比如对三维矩阵(× n × ),如需按第3维度求和,则可深入到元素做遍历循环:

  源代码7:三维矩阵按“页”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

  如果知道高低维索引转换命令ind2sub的用法,则二重循环降至一重也未尝不可:

  源代码8:三维矩阵按“页”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

  不过在循环机制下,还是按页整体求和相对直观和高效,毕竟MATLAB支持同维矩阵元素的对位相加:

  源代码9:三维矩阵按“页”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

  若对多维矩阵操作命令有一定基础,则把数据按问题要求变维再求和也能达到要求:

  源代码10:三维矩阵按“页”求和——方法4

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

  在源代码10 中,按照sum的求和顺序,先用permute重排多维数组求和,再用squeeze压缩多维矩阵还原为结果。上述对多维矩阵在高维度上的求和,明显感到循环遍历元素、变维等办法都很繁琐,其实只要更改sum默认维度参数“dim”,源代码710遇到的问题就都能避免:

  源代码11:三维矩阵按“页”求和——方法5

  1 sum(a,3)

  如果对MATLAB的cell数据结构理解更多一些,则会发现一些涉及cell数据结构的命令也具有数据打乱重组的方式,求和则可通过cellfun函数调用求和句柄对归并数据完成操控:

  源代码12:三维矩阵按“页”求和——方法6

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

  以上是求和命令sum的应用示例,此外,分析时间序列的工具箱(FinancialToolbox)函数nansum同样可以指定维度,并自动忽略数据中的“NaN”求和,感兴趣的读者可在“帮助”中查看。另外,如果今后对MATLAB函数有了更深入透彻的认识,涉及数据的重组归并还可参照accumarray、splitapply等函数。

  从上述矩阵求和例子能看出:一方面,掌握MATLAB函数是长期累积的过程,很多甚至是十分常见的命令,其调用方法也会随版本更替不断“进化”,需要不断学习和体会,并没有一劳永逸的捷径;另一方面,不少省时省力的扩展方法也说明,钻研内置函数是有潜力可挖的。此外,也建议读者朋友在条件允许的情况下,尽量使用新版本,因为每次新版本对一些命令调用格式的微调,往往给MATLAB编程工作带来意想不到的切实便利。

  鉴于此,我们决定尝试总结一些函数综合运用的心得体会,帮助大家有针对性地训练在MATLAB中操控数组和字符串的技巧,以具体问题为导向,尽量贴近实战环境,把复杂问题的运算过程,分解成多个简单的“代码步”,由浅入深,逐步解释命令的组合与搭配思路,使问题化繁为简、读者容易理解,并举一反三,对MATLAB命令在具体环境中的用法有更深一层的体悟。

  要写出好的代码,首先要能欣赏好的代码。本书中所选择的问题,大多来自Cody(Math-works公司主页上一个用MATLAB编程解决小问题的社区群体),在每个问题后,我们都给出了多种解决代码,以及关键窍要处的点评和注解,读者可以通过这些代码,洞见函数细微处控制的精妙“杀招”,开阔代码编写思路。相信打好这个基础,将为大家今后使用工具箱命令或自编函数,以高效简捷地解决专业上的具体问题,节省大量时间和精力!我想,随着代码欣赏力的提高,佐以适当练习,慢慢地您也能写出优雅如诗的MATLAB程序,到那时您就会发现写MATLAB代码解决问题的过程,居然充满了令人愉快的成就感!

  我想,这就是我们写书的初衷和最终目的。

  沟通和交流也是开阔MATLAB代码视界的有效途径,三人行必有我师,为与读者朋友们方便地交流和互相学习,本书在MATLAB中文论坛专设了交流版面(网址:http://www. ilovematlab.cn/forum-260-1.html),如果在阅读本书和运行代码过程中,您有任何问题,欢迎来和我们互动讨论。同时,由于时间仓促,水平有限,书中难免有错误和疏漏,如果您发现有任何问题,请在本书的勘误网址(http://www.ilovematlab.cn/thread-489591-1-1.html)提出,我们会尽快改正。

  最后,我们感谢在本书内容上和求解代码中贡献智慧的Cody社区的兄弟姐妹,这些无名英雄默默的努力,正成为后人在黑暗中摸索MATLAB技巧的指路明灯。真诚感谢在探索MATLAB技巧的十几年的学习过程中,因网络结识的吴鹏、李国栋、谢中华、刘亚龙、黄源、刘鹏、LYCao等朋友,以及一直致力于推广MATLAB应用的麦客技术联盟,在本书撰写过程中,得到了你们很多宝贵的建议和意见。感谢北京航空航天大学出版社的编辑一直以来的帮助和鼓励。作者马良感谢母亲柳天毅长期的关心照顾,弟弟马强、好友王华和周兆军等一直以来在精神上的鼓励和支持;作者祁彬彬感谢身后一直默默支持自己的爱人邵冰华。同时,对马文涛、韩风霞、张致旭、窦婷、李伟东、安超、宋曦尧、赵昱杰、张国锋、孔祥松、魏志勋、徐浩鹏、丁洋、刘晨、门特、李曼茹、李森、李平、张超、谷翔、郑瑞峰、江海翔、李凯琪、殷凯、富文莲、褚传乐、孙海龙、吕晓龙、郭智鹏、曹璐、刘凯、支铁城等人在平时工作上的支持,也表示衷心的感谢。


现代科学计算的利器:MATLAB 向量化编程入门与实战 内容梗概 本书旨在带领读者系统地掌握 MATLAB 向量化编程这一核心技能,从而显著提升计算效率、代码简洁性和可读性。通过深入浅出的讲解和丰富的实战案例,读者将理解向量化编程的本质,学会如何摆脱低效的循环结构,运用 MATLAB 内置的强大函数库,高效处理大规模数据,解决复杂的科学计算问题。本书强调从概念理解到实际应用,循序渐进,为希望在工程、科学研究、数据分析、信号处理、图像处理、金融建模等领域提升 MATLAB 应用水平的读者提供一条清晰的学习路径。 内容详情 第一部分:向量化编程的基石 第一章:MATLAB 基础回顾与向量化思维的引入 MATLAB 交互式环境与基本语法:快速回顾 MATLAB 的基本操作,包括变量定义、数据类型、常用命令,为后续内容打下基础。 矩阵与向量的强大之处:深入阐述 MATLAB 以矩阵和向量为核心的数据结构,揭示其在数学运算中的天然优势。 低效循环的瓶颈:通过对比分析,直观展示传统逐元素迭代(例如 `for` 循环)在处理大规模数据时存在的效率低下、代码冗长等问题。 向量化编程的本质:清晰界定向量化编程的概念,强调其核心在于利用 MATLAB 提供的内置函数和操作符,对整个数组(向量、矩阵、多维数组)进行一次性运算,而非逐个元素处理。 向量化带来的好处:详细阐述向量化编程的优势,包括: 速度提升:MATLAB 的向量化函数通常用 C 或 Fortran 语言编写,执行速度远超 M 语言编写的循环。 代码简洁:用一行向量化代码替代多行循环,大大缩短代码长度,提高可读性。 可维护性增强:简洁的代码更容易理解、调试和修改。 减少内存开销:避免了在循环中频繁创建和销毁临时变量。 向量化编程的适用场景:列举向量化编程在不同科学计算领域中的广泛应用,激发读者的学习兴趣。 第二章:MATLAB 核心数据结构与基本操作 向量的创建与访问:详细介绍创建各种类型向量(行向量、列向量)的方法,如直接赋值、冒号运算符、`linspace`、`logspace` 等。讲解如何通过索引、逻辑索引、名称索引(适用于结构体数组)等方式高效访问和修改向量元素。 矩阵的创建与操作:深入讲解矩阵的创建方式,包括直接赋值、`zeros`、`ones`、`eye`、`rand`、`randn` 等函数,以及矩阵的转置、维度操作(`size`、`length`、`numel`、`reshape`)。 多维数组的初步认识:介绍三维及以上数组的概念,以及基本的创建和访问方式,为后续处理更复杂数据结构做铺垫。 基本算术运算符:复习 MATLAB 的加、减、乘、除、乘方运算符,并重点强调点运算(`.`、`./`、`.^`)在向量化操作中的重要性,解释其如何实现逐元素运算。 关系运算符与逻辑运算符:详细介绍 `>`、`<`、`==`、`~=`、`>=`、`<=` 等关系运算符,以及 `&`、`|`、`~`、`xor` 等逻辑运算符,阐述它们在构建逻辑索引和条件判断中的应用。 第三章:向量化编程的核心技术——内置函数应用 数学函数(逐元素):重点介绍 MATLAB 中大量逐元素操作的数学函数,如 `sin`、`cos`、`tan`、`exp`、`log`、`sqrt`、`abs`、`round`、`ceil`、`floor`、`mod`、`rem` 等,以及如何将它们应用于向量和矩阵。 聚合函数(统计与汇总):讲解对整个向量或矩阵进行统计计算的函数,如 `sum`、`mean`、`median`、`std`、`var`、`min`、`max`、`sum(A, dim)`、`mean(A, dim)` 等,理解 `dim` 参数的作用,实现跨维度汇总。 排序与查找函数:介绍 `sort`、`sortrows`、`find`、`ismember` 等函数,学习如何对向量或矩阵进行排序,以及如何根据条件查找特定元素的位置或值。 逻辑运算与条件判断函数:深入理解 `any`、`all`、`find` 与逻辑运算符的结合使用,实现复杂的条件判断和数据筛选。 字符串处理(向量化视角):介绍 MATLAB 中字符串数组的创建与基本操作,以及 `strcmp`、`strncmp`、`strfind`、`regexpi` 等函数的向量化应用。 其他常用向量化函数:介绍 `repmat`(重复矩阵)、`kron`(Kronecker 积)、`meshgrid`(生成网格坐标)等在向量化编程中不可或缺的函数。 第二部分:向量化编程的进阶技巧与应用 第四章:索引与逻辑索引的精妙运用 线性索引与多维索引:深入讲解如何使用单索引(线性索引)和多索引(指定行和列)来访问矩阵元素,理解它们之间的关系。 逻辑索引:详细阐述逻辑索引的强大之处,如何用布尔向量或布尔矩阵作为索引来选取、修改或删除数据,这是向量化编程的核心手段之一。 应用示例:通过一系列实际例子,展示逻辑索引在数据过滤、异常值处理、条件赋值等方面的应用。 索引的组合技巧:学习如何结合多种索引方式,实现更精细化的数据操作。 第五章:函数句柄与匿名函数的向量化应用 函数句柄的创建与作用:介绍函数句柄的概念,以及如何通过 `@` 符号创建函数句柄。 匿名函数的简洁高效:讲解匿名函数的定义和使用,如何快速创建简单的函数,并将其应用于向量化操作。 `arrayfun` 与 `cellfun`:重点介绍 `arrayfun` 和 `cellfun` 函数,它们允许我们将一个函数“映射”到一个数组的每个元素上,从而实现循环的向量化替代,特别适用于处理非数值类型或复杂逻辑。 `cellfun` 的高级用法:介绍 `cellfun` 的其他参数,如 `'UniformOutput'`,以及如何结合匿名函数处理元胞数组。 第六章:循环与向量化编程的性能分析与选择 性能度量的基本方法:介绍 MATLAB 中的 `tic` 和 `toc` 函数,以及 `profile` 分析器,用于科学地评估代码的运行时间。 性能对比分析:通过大量实际案例,对比循环实现与向量化实现之间的性能差异,量化向量化带来的效率提升。 何时不适合向量化?:讨论一些特定场景下,向量化可能并非最佳选择,例如: 依赖于前一步结果的迭代:某些算法的每一步计算依赖于前一步的结果,难以进行完全向量化。 极端复杂的逻辑判断:当条件判断极其复杂,难以转化为简单的逻辑索引时。 内存限制:在某些极端情况下,向量化可能导致生成巨大的中间数组,超出内存限制(尽管这种情况相对少见)。 混合编程策略:提出在实际应用中,可以根据具体情况,结合使用循环和向量化,以及调用底层编译代码(如 MEX 文件)等策略,以达到最优性能。 代码优化思维:培养读者的优化思维,学会从数据结构、算法选择、函数使用等多个角度审视代码的效率。 第三部分:向量化编程的实战案例 第七章:信号处理中的向量化应用 生成与操作信号:使用向量化方法生成正弦波、方波、随机信号等,并进行幅度、频率、相位等参数的调整。 滤波技术:实现 FIR 和 IIR 滤波器的向量化应用,如使用 `filter` 函数。 傅里叶变换:运用 `fft`、`ifft` 函数进行频谱分析,并进行向量化处理。 相关与卷积:使用 `xcorr` 和 `conv` 函数进行信号的自相关、互相关和卷积运算。 采样与重采样:通过向量化操作实现信号的采样率改变。 第八章:图像处理中的向量化应用 图像的表示与操作:将图像视为二维(灰度图)或三维(彩色图)矩阵,进行像素级别的向量化操作。 基本图像变换:实现亮度调整、对比度增强、颜色空间转换(如 RGB 到灰度)的向量化处理。 图像滤波:运用 `imfilter` 等函数进行卷积滤波(如高斯模糊、Sobel 边缘检测)的向量化实现。 形态学操作:介绍 `imerode`、`imdilate`、`imopen`、`imclose` 等函数,实现图像的腐蚀、膨胀等形态学运算。 图像分割初步:利用阈值分割、连通区域分析等向量化方法进行简单的图像分割。 第九章:数据分析与可视化中的向量化应用 数据加载与预处理:使用 `readtable`、`csvread` 等函数加载数据,并利用向量化操作进行数据清洗、缺失值处理。 统计分析:计算数据的均值、标准差、相关系数,进行假设检验等。 数据可视化:利用 `plot`、`scatter`、`histogram` 等函数,结合向量化数据,快速生成高质量的二维和三维图形。 聚类与分类基础:介绍 `kmeans`、`classify` 等函数,以及如何用向量化方法准备输入数据。 第十章:金融建模与工程计算中的向量化应用 期权定价:使用蒙特卡罗模拟或 Black-Scholes 模型,通过向量化操作加速计算。 投资组合优化:利用矩阵运算实现均值-方差模型等投资组合优化。 数值积分与微分:使用 `integral`、`diff` 等函数进行数值计算。 有限元/有限差分初步:展示如何将离散化后的问题转化为矩阵方程,并用向量化方法求解。 本书特色 强调“为什么”与“怎么做”:不仅教授向量化编程的语法和技巧,更深入剖析其背后的原理和思想,让读者知其然并知其所以然。 丰富的实例驱动:每个概念和技巧都配以精心设计的、具有代表性的实战案例,涵盖了科学计算的多个热门领域,确保知识的落地性。 循序渐进的学习曲线:从 MATLAB 基础回顾到高级技巧,再到综合应用,内容结构清晰,难度逐步提升,适合不同水平的读者。 实用的优化建议:提供切实可行的代码优化方法和性能分析指导,帮助读者写出更高效、更健壮的代码。 清晰的语言风格:避免使用晦涩难懂的术语,力求语言简洁明了,易于理解和吸收。 目标读者 MATLAB 初学者:希望快速掌握 MATLAB 核心编程能力,提升学习和研究效率的学生、研究生。 MATLAB 进阶者:希望摆脱低效循环,深入理解 MATLAB 向量化编程精髓,解决更复杂问题的工程师、科研人员。 数据分析师、算法工程师:需要处理大规模数据,进行建模和仿真的专业人士。 信号处理、图像处理、控制工程、通信工程、电子工程、金融工程等领域的从业者和研究者。 任何希望通过 MATLAB 提高科学计算效率的人员。 通过本书的学习,您将能够自信地运用 MATLAB 向量化编程,将您的 MATLAB 应用能力提升到一个新的高度,从而在您的学习和工作中取得更大的成就。

用户评价

评分

老实说,我对MATLAB的理解一直停留在基础层面,尤其是涉及到一些数值计算和数据分析的任务时,总觉得力不从心。直到我偶然看到了《MATLAB 向量化编程基础精讲》这本书,才意识到自己之前的编程方式有多么的“原始”。这本书的切入点非常棒,它没有一开始就抛出大量晦涩难懂的概念,而是从最直观的向量和矩阵操作讲起,循序渐进地引导读者理解向量化编程的优势。书中对于不同数据结构的性能对比分析,让我对为什么向量化如此高效有了更深刻的认识。作者用了很多实际的例子,比如图像处理中的像素操作、信号处理中的滤波器设计等,将抽象的概念具象化,让我能够更轻松地理解如何在实际问题中应用向量化技术。我尤其欣赏书中关于“巧用逻辑索引”和“函数句柄的高级应用”这两章,这让我学到了很多之前从未想过的技巧,能够让我的代码更加简洁、高效。这本书不仅仅教会了我“怎么做”,更让我理解了“为什么这么做”,这种深层次的理解对于我日后独立解决问题非常有帮助。这本书无疑是我想在MATLAB领域有所建树的读者们的宝藏。

评分

说实话,我之前对MATLAB的看法有点片面,觉得它只是一个“计算器”,处理一些简单的数学问题还行,但要写出优雅、高效的代码,总感觉有点力不从心。直到我接触到《MATLAB 向量化编程基础精讲》这本书,我才意识到自己有多么的“井底之蛙”。这本书的讲解方式非常独特,它没有一味地强调语法和命令,而是从“思维方式”上引导读者去拥抱向量化。作者用了很多生动形象的比喻,比如将向量化比作“部队齐步前进”,将循环比作“一个人挨个去搬东西”,这样的类比让人瞬间豁然开朗。书中对各种内置函数的解析深入且实用,让我能够更灵活地运用它们来解决问题。我印象最深刻的是书中关于“隐式并行”和“GPU加速”的章节,这让我看到了MATLAB在处理大规模计算上的巨大潜力,也为我未来的学习方向提供了新的思路。这本书的语言风格轻松活泼,读起来一点也不枯燥,即使是对于初学者来说,也能感受到编程的乐趣。这本书真的让我对MATLAB刮目相看,也激发了我深入学习MATLAB的强烈愿望。

评分

这本书真是让我眼前一亮!我一直以来都觉得MATLAB编程是个效率陷阱,尤其是在处理大型数据集的时候,那些循环语句简直是效率杀手。但自从我翻开《MATLAB 向量化编程基础精讲》这本书,我的观念彻底被颠覆了。作者深入浅出地讲解了如何摆脱低效的循环,转而拥抱强大的向量化操作。书中的例子非常贴合实际应用,从最基础的数组运算,到更复杂的矩阵操作,再到函数句柄和匿名函数的巧妙运用,讲解得非常透彻。我特别喜欢书中关于广播机制和索引技巧的部分,这些内容往往是初学者容易忽视但又是提升效率的关键。书中的图示和代码片段都清晰易懂,很容易就能跟着一起敲代码,验证作者的讲解。而且,作者还特别强调了代码的可读性和维护性,这对于团队协作开发项目来说至关重要。读完这本书,我感觉自己仿佛打开了新世界的大门,以前那些需要耗费大量时间的计算任务,现在用向量化方法处理起来,速度简直是飞跃式的提升。这不仅仅是一本技术书籍,更像是一位经验丰富的导师,手把手地教你如何在MATLAB的世界里如鱼得水。强烈推荐给所有希望提升MATLAB编程效率的朋友们!

评分

作为一名在科学研究领域多年的老兵,我深知高效的计算能力对于突破研究瓶颈的重要性。在众多编程语言和工具中,MATLAB一直是我解决复杂数学建模和数据分析的首选。然而,即便是资深的MATLAB用户,也可能在不经意间陷入低效的循环陷阱。《MATLAB 向量化编程基础精讲》这本书,则像一盏明灯,为我指明了通往极致效率的道路。作者以其深厚的学术功底和丰富的实践经验,系统地梳理了MATLAB向量化编程的核心思想和技术细节。从基础的元素级运算到复杂的矩阵分解,再到并行计算的初步探索,本书的覆盖面相当广阔。我特别赞赏书中对于不同向量化策略的权衡分析,这使得读者能够根据具体问题选择最合适的解决方案。书中的代码示例严谨且富有代表性,很多技巧都是我之前在工作中绞尽脑汁也未曾想到的。通过学习这本书,我不仅巩固了已有的知识,更学习到了许多能够显著提升我研究效率的新方法。这本书的价值,在于它能够帮助研究人员将更多的时间和精力投入到科学探索本身,而非被低效的代码所束缚。

评分

对于MATLAB的初学者来说,经常会面临一个困境:看得懂基础语法,但写出来的代码效率低下,执行速度慢。《MATLAB 向量化编程基础精讲》这本书恰恰解决了这个痛点。它并非一本泛泛而谈的入门教程,而是聚焦于“向量化”这一核心概念,并将其进行深度挖掘和系统阐释。作者从最基础的数组操作入手,逐步引导读者理解如何利用MATLAB强大的内置函数和矩阵运算能力,避免使用冗余的for和while循环。书中详尽地介绍了各种索引技术,包括逻辑索引、线性索引和多维索引,并演示了它们在简化代码和提升性能方面的巨大作用。我尤其欣赏书中对“函数句柄”和“匿名函数”的介绍,这些高级特性在向量化编程中扮演着至关重要的角色,能够让代码更加模块化和易于维护。此外,本书还涉及了一些关于数据预处理和后处理的向量化技巧,这些内容在实际数据分析项目中非常实用。总而言之,这本书提供了一条通往高效MATLAB编程的捷径,对于希望快速提升编程能力,应对复杂计算任务的读者来说,绝对是不可多得的佳作。

评分

非常好的数学建模书,十分实用。

评分

不太好,怀疑是二手,没有覆膜。是不是丢了光盘还是没有光盘,不好说。不知字数够否?

评分

感觉真的还不错,质感很好。内容详细

评分

Lorraine DastonPeter Galison书还行还行还行还行还行

评分

书内容有点难,不大适合初学。

评分

还可以,最近在用MATLAB

评分

整体还是不错,内容挺充实,就是感觉是自己学院的师兄写的书,有点意外

评分

赞赞赞!很好的书,可以学神经网络算法了,要是c++也有这类书就好了

评分

很好的书呢。还有源程序。试了一下是好用的。很良心的书。参加数学建模用的到呢

相关图书

本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息,本站不存储任何数据与内容,任何内容与数据均与本站无关,如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度google,bing,sogou

© 2025 book.idnshop.cc All Rights Reserved. 静思书屋 版权所有