科学计算与MATLAB语言

刘卫国 蔡旭晖 吕格莉 何小贤

目录

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

视频


拓展学习

例1  绘制空间曲线。

x = 2:6; 

y = (3:8)';

[X, Y] = meshgrid(x, y);

Z = randn(size(X));

plot3(X,Y,Z)

grid on;


例2  绘制三维曲面图。  

t = -2:0.2:2; 

[X, Y] = meshgrid(t);

Z = X .* exp(-X.^2 - Y.^2);

subplot(1,3,1)

mesh(X,Y,Z); 

subplot(1,3,2)

surf(X,Y,Z); 

subplot(1,3,3)

plot3(X,Y,Z); 

grid on


例3  用4种方式绘制函数=(−1)^2+(−2)^2−1的曲面图。

其中,x∈[0,2],y∈[1,3]。

[x,y]=meshgrid(0:0.1:2,1:0.1:3);

z=(x-1).^2+(y-2).^2-1;

subplot(2,2,1);

meshc(x,y,z);title('meshc(x,y,z)')

subplot(2,2,2);

meshz(x,y,z);title('meshz(x,y,z)')

subplot(2,2,3);

surfc(x,y,z);title('surfc(x,y,z)')

subplot(2,2,4);

surfl(x,y,z); title('surfl(x,y,z)')


例4  用cylinder函数分别绘制柱面、花瓶和圆锥面。

subplot(1,3,1);

[x,y,z]=cylinder;

surf(x,y,z);

subplot(1,3,2);

t=linspace(0,2*pi,40);

[x,y,z]= cylinder(2+cos(t),30);

surf(x,y,z);

subplot(1,3,3);

[x,y,z]= cylinder(0:0.2:2,30);

surf(x,y,z);


例5  用cylinder函数绘制两个相互垂直且直径相等的圆柱面的相交图形。

[x,y,z]= cylinder(1,60);

z=[-1*z(2,:);z(2,:)];

surf(x,y,z)

hold on

surf(y,z,x)

axis equal


例6  绘制螺旋曲面。

funx = @(u,v) u.*sin(v);

funy = @(u,v) -u.*cos(v);

funz = @(u,v) v;

fsurf(funx,funy,funz,[-5 5 -5 -2])

hold on

fmesh(funx,funy,funz,[-5 5 -2 2])

hold off