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出版者:宇航出版社

作者:李树芳

出品人:

页数:190

译者:

出版时间:1999-4

价格:23.00元

装帧:

isbn号码:9787801440778

丛书系列:

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• 科学计算
• 工程计算
• 数值分析
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• 数学建模
• 公式编辑器
• 技术手册

《工程计算与数据可视化实战指南》 书籍简介 本书旨在为广大工程师、科研人员和理工科学生提供一本全面、深入且极具实战性的工程计算与数据可视化工具书。我们聚焦于当前工程领域应用最为广泛、功能最为强大的几款主流科学计算软件平台，通过大量贴近实际工程问题的案例分析和详尽的操作步骤，帮助读者迅速掌握利用这些工具解决复杂数学建模、数值分析、数据处理及结果展示的能力。 本书内容涵盖了从基础的数学运算到高级的偏微分方程求解，从经典的数据拟合到复杂的系统仿真，力求构建一个完整的知识体系，使读者能够灵活运用所学知识应对各种工程挑战。 第一部分：基础理论与环境构建 第一章：科学计算基础与软件环境概述 本章首先回顾了现代工程计算所需具备的基础数学知识，如线性代数、微积分和概率统计在工程中的应用背景。随后，我们将详细介绍当前主流科学计算软件（如MATLAB、Python科学计算库、Julia等，注意：本节不涉及Mathcad的任何功能或界面描述）的架构、优势与劣势对比。重点讲解如何根据不同项目的需求选择最合适的计算平台，并指导读者完成软件的安装、基础界面的熟悉以及工作空间的设置，确保读者拥有一个高效的编程和计算环境。 第二章：核心编程语言基础（以高级脚本语言为例） 本章深入讲解了构建高效工程脚本的核心语法。内容包括变量定义、数据类型（向量、矩阵、字符串、结构体）的高效操作、流程控制（条件语句、循环结构）的编写技巧。特别强调矩阵运算的向量化处理，这是提高工程计算效率的关键。此外，还将介绍用户自定义函数和脚本文件的管理方法，为后续的复杂模型开发打下坚实基础。 第二部分：数值分析与数学建模 第三章：线性代数与矩阵运算的工程实现 本章专注于如何使用编程工具高效解决线性方程组、特征值问题和矩阵分解。我们将详细解析高斯消元法、LU分解、QR分解等数值算法的编程实现，并对比其在精度和计算速度上的差异。通过实际的电路分析和有限元刚度矩阵的构建，展示矩阵运算在工程中的直接应用。 第四章：微积分与数值积分/微分 本章探讨如何对难以解析求解的函数进行数值逼近。内容包括梯形法则、辛普森法则等经典数值积分方法的原理及代码实现。同时，针对工程中常见的导数计算，我们将介绍有限差分法（前向、后向、中心差分）的优化策略，并将其应用于计算瞬时速率和灵敏度分析。 第五章：优化算法与非线性方程求解 在工程设计中，寻找最优解是核心任务。本章系统介绍了一维和多维无约束优化方法，如牛顿法、拟牛顿法（BFGS）及其在工程参数寻优中的应用。对于约束优化问题，重点讲解拉格朗日乘数法和序列二次规划（SQP）的数值实现，并配有结构设计强度优化案例。同时，本章还涵盖了求解多组非线性方程的牛顿-拉夫逊迭代法的详细步骤。 第六章：常微分方程（ODE）的数值求解 常微分方程是描述动态系统的数学语言。本章聚焦于求解初始值问题。我们将详细对比和实现欧拉法、龙格-库塔法（RK4）等显式方法，并引入隐式方法（如后向欧拉法）以应对刚性系统。通过弹簧-质量阻尼系统或RLC电路的仿真，直观展示不同求解器对系统稳定性和精度的影响。 第七章：偏微分方程（PDE）的数值方法入门 本章为更高级的主题做铺垫，介绍偏微分方程在热传导、流体力学中的基础。主要讲解有限差分法（FDM）在简单二维域上的离散化过程，特别是拉普拉斯方程和泊松方程的求解策略，为后续使用专业有限元软件打下初步的数值基础概念。 第三部分：数据处理与可视化 第八章：数据导入、清洗与预处理 实际工程数据往往是嘈杂且不完整的。本章教授如何高效地从CSV、Excel、数据库等多种来源导入数据。重点讲解数据缺失值的处理策略（插值、删除）、异常值检测与剔除技术，以及数据标准化和归一化，确保输入到计算模型中的数据是可靠的。 第九章：统计分析与曲线拟合 本章侧重于从数据中提取有意义的信息。内容包括描述性统计量的计算、假设检验的基本流程。核心部分是线性回归和非线性最小二乘拟合算法的实现，用于从实验数据中提取物理参数。此外，还将介绍稳健回归方法，以应对存在大量噪声的实验数据。 第十章：二维与三维图形的专业化表达 数据可视化是将计算结果转化为决策信息的关键步骤。本章详尽介绍如何利用专业绘图工具箱生成高质量的工程图表。包括：2D线图的风格定制（图例、坐标轴标记、误差棒的添加）、3D表面图和等高线的绘制技巧。重点在于如何通过色彩映射（Colormaps）和透明度设置，清晰地表达复杂多变量数据间的关系。 第十一章：动态仿真与动画展示 对于时变系统，动态展示至关重要。本章讲解如何利用循环结构和绘图函数，将数值解随时间演变的过程制作成流畅的动画。内容覆盖2D轨迹追踪和3D物理模型（如旋转体）的动态渲染，使复杂的仿真过程直观易懂。 附录 A：常用工程计算模块速查表 附录 B：高效编程习惯与调试技巧 目标读者： 本书适合具备一定微积分和线性代数基础的工程技术人员、研究生以及对科学计算感兴趣的本科高年级学生。通过阅读本书，读者将能够独立构建和求解复杂的工程数学模型，并以专业的图表展示计算结果。

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这本书的装帧设计倒是挺有意思的，封面用的是一种哑光纸，拿在手里触感不错，而且不容易留下指纹。色彩搭配也比较柔和，不像市面上很多技术类书籍那样色彩过于鲜艳或者呆板。排版上，字体大小适中，行间距也比较舒服，长时间阅读不容易感到眼睛疲劳。而且，书页的纸张质量也挺好的，不是那种薄薄的、容易透墨的纸，感觉用久了也不容易泛黄。章节的划分看起来也很清晰，每一章的标题都点明了主题，让人一看就知道大概内容。目录也非常详细，能快速找到想要的内容，这个对于我这种不太喜欢从头看到尾的人来说非常实用。感觉编辑在细节上还是花了不少心思的，整个书的观感都挺精致的。

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坦白说，我之前对这类软件的了解主要停留在一些基础的函数应用和公式输入上，对于更高级的交互式界面和图形化编程模式，我一直有点望而却步。我更喜欢那种能够一步一步引导，并且解释清楚每一步操作背后的逻辑和原理的书。如果这本书能够提供一些非常直观的插图或者流程图，清晰地展示软件的操作界面和功能模块，那就太棒了。尤其是一些涉及到复杂流程或者需要多人协作的项目，如果能有相应的指导，那将非常有价值。我希望这本书的讲解能够足够详尽，即使是没有接触过类似工具的初学者，也能通过阅读理解软件的强大之处，并逐渐建立起信心，敢于去尝试更具挑战性的任务。

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作为一名需要经常处理大量数据并进行可视化展示的研究生，我深知一个强大且易于使用的计算软件对我的工作效率有着多大的影响。我特别关注软件在数据导入、清洗、转换以及各种统计分析功能上的表现。如果这本书能够深入讲解如何有效地管理和处理不同格式的数据，以及提供一些常用的统计方法在软件中的实现细节，那对我来说将是巨大的帮助。另外，对于复杂的绘图和图表制作，如何利用软件生成高质量、信息量丰富的可视化结果，也是我非常看重的一部分。我希望这本书不仅能教会我如何操作，更能让我理解这些分析和可视化的方法背后的科学原理，从而更好地解读和呈现我的研究成果。

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我对于软件在自动化和定制化方面的能力一直非常好奇。很多时候，我们需要重复执行相似的任务，或者需要根据特定需求开发一些小工具来提高效率。如果这本书能提供一些关于如何利用软件进行脚本编写、宏定义或者与其他工具进行集成的方法，那将非常有吸引力。我希望它能展示一些实际的自动化场景，比如如何设置批处理任务，如何自定义用户界面，或者如何通过接口调用外部库等。这样的内容不仅能帮助我节省大量重复劳动的时间，还能让我更灵活地运用软件解决一些个性化的问题，从而提升我的工作和研究的整体效率。

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我一直对如何有效地利用软件来辅助我进行工程计算和数据分析很感兴趣，尤其是在某些复杂的建模和仿真场景下。市面上有很多关于这类工具的书籍，但很多都过于理论化，或者只是简单地罗列功能，缺乏实际的应用指导。这本书的标题虽然明确，但我更期待的是它能够从一个工程师的实际需求出发，讲解如何将软件的强大功能转化为解决实际问题的有力武器。比如，对于一些我经常遇到的迭代计算、参数优化或者不确定性分析等问题，书中是否能提供一些清晰的步骤和案例，让我能够快速上手，并且知道如何根据自己的具体项目进行调整。我希望它能不仅仅是介绍“是什么”，更能深入到“怎么做”以及“为什么这样做”的层面，让我真正掌握解决问题的思维方式。

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