基本内容

人类的进步离不开科学研究和实验，数学是一门基础科学理论，也是一种非常有用的技术。有识之士指出：“数学建模与仿真正成为工程设计过程中的关键工具。科学家正日益依赖于计算方法以及在仿真结果精度和可靠性方面的经验。”目前，MATLAB已发展成为国际公认的优秀数学应用软件之一，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级计算语言和交互式环境。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，代表了当今国际科学计算软件的先进水平，尤其在数学建模和仿真方面更是首屈一指。然而，要精通MATLAB所有功能几乎是不可能的，所以针对需要有选择的学习是一种事半功倍的方法。目前，关于MATLAB的书籍很多，数学建模的书也不少，但是真正将MATLAB与数学建模和仿真结合在一起的数据却不多。本书正是基于此从数学建模与仿真的角度来介绍MATLAB的应用，充分使用MATLAB的功能，使抽象、枯燥的应用数学变得直观、明了和有趣，是从简单算例通向科学研究和工程设计实际问题的一条捷径。

本书针对MATLAB的学习特点，结合作者多年使用MATLAB的教学和实践经验，由浅入深、图文并茂，详细介绍了数值计算、符号运算、图形图像和Simulink仿真等方面的内容。在讲解的过程中配合以大量实例操作，使读者循序渐进地熟悉软件，学习软件，掌握软件。每章都是从最基础知识开始介绍，然后是实例分析，前10章还配有习题，使理论与实践紧密结合。本书共15章，各章主要内容如下：

第1章介绍MATLAB的安装、主要功能以及熟悉MATLAB的操作环境。

第2章讲解MATLAB的数据类型及其操作函数，数组、矩阵、多项式的创建方法以及关系和逻辑及其运算方法。

第3章介绍符号计算、符号表达式、运算精度、符号矩阵的计算和符号函数等内容。

第4章讲解图像处理与图像分析的相关内容，包括二维基本绘图、三维基本绘图和图形处理实用技术等基本知识、特征操作以及编辑特征。

第5章介绍M文件涉及的脚本、函数和程序调试等基础知识。

第6章介绍Simulink的常用模块集、子系统及其封装、模型仿真和模型调试等内容。 

第7章讲解MATLAB科学计算问题的求解方法，内容涉及线性方程、非线性方程以及常微分方程的求解、数据插值、数值积分以及优化等方面。

第8章讲解MATLAB在高等数学中多个方面的应用，涉及极限、导数、极值、不定积分、定积分、二重积分、无穷级数、常微分方程等。

第9章讲解MATLAB在线性代数中的应用，涉及行列式、矩阵运算、数乘矩阵、矩阵的秩、逆矩阵、求方程组的解以及利用MATLAB解决一些线性代数的实际问题。

第10章介绍如何使用MATLAB解决数理统计中的问题，比如数据如何进行描述与分析，参数估计和假设检验如何在MATLAB中实现等。

第11章介绍蚁群算法原理和数学模型，通过两个实例进行应用和实践。通过MATLAB的实现给出了算法运行的最优结果、最差结果、平均结果及运行时间与结果图。

第12章讲解模拟退火算法的物理过程、原理、算法的MATLAB实现。

第13章利用MATLAB中的BP神经元网络工具函数，对人工神经元的BP算法进行研究，解决了BP算法在模式识别、函数逼近等方面的数值计算和仿真问题。

第14章讨论图论算法及其MATLAB实现，讲解图、特殊图类、有向图、路等概念，将图论的著名问题及MATLAB仿真实例有机结合在一起。

第15章介绍遗传算法及其MATLAB实现，包括遗传算法的原理、设计方法及工具箱。

读者对象

 学习MATLAB建模技术的初级读者。

 具有一定MATLAB基础知识，希望进一步深入掌握MATLAB技术的中级读者。

 大中专院校理工科相关专业学生。

 从事科学计算、数学建模及仿真图形处理的相关工程技术人员。

本书由哈尔滨理工大学王健和哈尔滨师范大学赵国生共同组织编写。王健主要负责第1~10章内容，赵国生负责第11~15章内容。其他参与本书编写的人员有宋一兵、刘海龙、苏岩、孙涛、那锐、李振兴等老师，此外李光程、田超雄、许涛、谢严坤、韩震等同学参与了书中所有源代码的校对工作。正是在他们的辛苦与努力帮助下，本书才能够展现给各位读者，在此一并表示感谢。

本书得到以下项目的支持：国家自然科学基金项目“可生存系统的自主认知模式研究”(61202458)、国家自然科学基金项目“基于认知循环的任务关键系统可生存性自主增长模型与方法(61403109)”、高等学校博士点专项基金项目“任务关键系统可信性增强的自律机理研究”(20112303120007)和中国博士后科学基金面上资助项目“认知网络系统的形式化建模与分析方法”(20090460882)。

感谢您选择了本书，希望我们的努力对您的工作和学习有所帮助。对于书中的错误和疏漏之处，也希望您反馈给我们。

作者2015年11月