MATLAB數(shù)值分析

前言
第1章　MATLAB概述 1
1.1　MATLAB的發(fā)展歷程和應(yīng)用 1
1.2　MATLAB的特點(diǎn) 4
1.3　MATLAB的工具箱 5
1.4　MATLAB的工作環(huán)境 6
1.4.1　MATLAB的啟動(dòng)與退出 6
1.4.2　MATLAB主菜單及功能 7
1.4.3　MATLAB命令窗口 10
1.4.4　MATLAB工作空間 11
1.4.5　MATLAB文件管理 12
1.4.6　MATLAB幫助使用 13
第2章　MATLAB 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 14
2.1　變量與常量 14
2.2　數(shù)據(jù)類型 14
2.2.1　數(shù)值型 15
2.2.2　字符與字符串 16
2.2.3　元胞數(shù)組 18
2.2.4　構(gòu)架數(shù)組 18
2.3　關(guān)系運(yùn)算與邏輯運(yùn)算 18
2.4　文件與程序結(jié)構(gòu) 19
2.4.1　M文件 19
2.4.2　輸入與輸出 21
2.5　MATLAB程序基本語(yǔ)句 22
2.5.1　程序分支控制語(yǔ)句 22
2.5.2　程序循環(huán)控制語(yǔ)句 25
2.5.3　程序終止控制語(yǔ)句 27
2.5.4　程序異常處理語(yǔ)句 28
2.6　MATLAB函數(shù) 29
2.6.1　函數(shù) 29
2.6.2　子函數(shù) 29
2.6.3　私有函數(shù) 31
2.6.4　嵌套函數(shù) 31
2.7　MATLAB程序調(diào)試 32
2.7.1　調(diào)試方法 32
2.7.2　調(diào)試工具 33
2.8　基本繪圖方法 34
2.8.1　二維圖形函數(shù)與調(diào)用方法 34
2.8.2　二維圖形處理 40
2.8.3　三維圖形的基本函數(shù) 46
2.8.4　三維曲線圖 46
2.8.5　三維網(wǎng)格圖 47
2.8.6　三維曲面圖 47
2.8.7　專用圖形 51
2.9　數(shù)值矩陣 58
2.9.1　數(shù)值矩陣的創(chuàng)建 58
2.9.2　數(shù)值矩陣的矩陣算法 62
2.9.3　數(shù)值矩陣的數(shù)組算法 66
第3章　誤差 70
3.1　誤差的分類 70
3.1.1　輸入數(shù)據(jù)的誤差 70
3.1.2　舍入誤差 70
3.1.3　截?cái)嗾`差 70
3.2　絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差和有效數(shù)字 71
3.2.1　絕對(duì)誤差 71
3.2.2　相對(duì)誤差 72
3.2.3　有效數(shù)字 72
3.3　計(jì)算機(jī)的浮點(diǎn)數(shù)和舍入誤差 73
3.3.1　計(jì)算機(jī)的浮點(diǎn)數(shù)表示 73
3.3.2　舍入誤差的精度損失 74
3.4　誤差估計(jì) 75
3.5　數(shù)值運(yùn)算中的一些原則 76
3.5.1　要有數(shù)值穩(wěn)定性 76
3.5.2　要防止大數(shù)吃掉小數(shù) 76
3.5.3　要避免兩相近數(shù)相加 77
3.5.4　要避免除數(shù)絕對(duì)值遠(yuǎn)小于被除數(shù)絕對(duì)值 78
3.5.5　要減少運(yùn)算次數(shù) 78
3.6　MATLAB中的數(shù)值計(jì)算精度 79
第4章　插值法與曲線擬合 80
4.1　拉格朗日插值法 80
4.1.1　線性插值 80
4.1.2　拋物插值 81
4.1.3　拉格朗日插值多項(xiàng)式與插值余項(xiàng) 82
4.1.4　拉格朗日插值的MATLAB實(shí)現(xiàn) 82
4.2　埃特金算法 84
4.2.1　構(gòu)造埃特金插值表 84
4.2.2　埃特金插值的MATLAB實(shí)現(xiàn) 85
4.3　牛頓插值法 87
4.3.1　差商 87
4.3.2　牛頓插值 89
4.3.3　牛頓插值的MATLAB實(shí)現(xiàn) 89
4.4　差分與等距節(jié)點(diǎn)插值法 91
4.4.1　差分 91
4.4.2　等距節(jié)點(diǎn)插值公式 93
4.5　埃爾米特插值法 97
4.5.1　埃爾米特插值函數(shù) 97
4.5.2　埃爾米特插值的MATLAB實(shí)現(xiàn) 99
4.6　有理分式插值法 101
4.6.1　有理函數(shù)插值的基本概念 101
4.6.2　有理函數(shù)插值的存在性 102
4.6.3　連分式插值 103
4.6.4　逐步有理插值 105
4.7　函數(shù)逼近 107
4.7.1　正交多項(xiàng)式 107
4.7.2　勒讓德多項(xiàng)式 109
4.7.3　切比雪夫多項(xiàng)式 112
4.8　曲線擬合 114
4.8.1　最小二乘法 115
4.8.2　最小二乘法在MATLAB中的實(shí)現(xiàn) 116
4.8.3　曲線擬合在MATLAB中的實(shí)現(xiàn) 117
4.9　MATLAB中的插值函數(shù) 118
4.9.1　一元函數(shù)的插值命令 118
4.9.2　二元函數(shù)的插值命令 120
第5章　線性方程組的數(shù)值解法 122
5.1　高斯消去法 123
5.1.1　順序消去法 123
5.1.2　列主元Gauss消去法 126
5.1.3　Gauss-Jordan消去法 131
5.2　分解法 134
5.2.1　LU分解法 134
5.2.2　對(duì)稱正定矩陣的Cholesky分解 138
5.3　迭代法 140
5.3.1　雅克比迭代法 140
5.3.2　高斯-賽德爾迭代法 143
5.3.3　逐次超松弛迭代法 145
5.4　MATLAB中線性方程組數(shù)值解的函數(shù) 148
5.4.1　求矩陣秩的函數(shù)rank（） 148
5.4.2　求矩陣零空間向量函數(shù)null（） 150
5.5　MATLAB中矩陣三角分解的函數(shù) 153
第6章　非線性方程求解 158
6.1　非線性方程求解方法 159
6.1.1　二分法 159
6.1.2　迭代法 162
6.1.3　牛頓法 166
6.1.4　拋物線法 170
6.1.5　弦位法 173
6.2　求非線性方程值解的MATLAB函數(shù) 176
6.2.1　代數(shù)方程的求根函數(shù)root（） 176
6.2.2　求函數(shù)零點(diǎn)的函數(shù)fzero（） 177
6.2.3　求方程組數(shù)值解的指令 179
6.3　求解非線性方程的MATLAB符號(hào)命令 182
第7章　數(shù)值微分與數(shù)值積分 185
7.1　數(shù)值微分方法 185
7.1.1　差商方法 185
7.1.2　三點(diǎn)公式 188
7.1.3　樣條求導(dǎo) 191
7.1.4　理查森外推加速法 193
7.2　MATLAB常用數(shù)值微分函數(shù)舉例 196
7.2.1　函數(shù)diff（） 196
7.2.2　函數(shù)gradient（）和函數(shù)surfnorm（） 197
7.2.3　函數(shù)jacoian（） 199
7.3　數(shù)值積分 200
7.3.1　插值型的求積公式 201
7.3.2　內(nèi)插求積公式 202
7.4　梯形公式、拋物線公式與牛頓-柯特斯公式 203
7.4.1　梯形公式 203
7.4.2　辛普生公式 206
7.4.3　牛頓-柯特斯公式 209
7.5　復(fù)合求積公式 214
7.5.1　復(fù)合梯形求積公式 214
7.5.2　復(fù)合辛普生求積公式 216
7.6　高斯-勒讓德求積公式 218
7.6.1　高斯-勒讓德求積公式基本原理 218
7.6.2　高斯-勒讓德求積公式的MATLAB實(shí)現(xiàn) 219
7.7　龍貝格求積公式 222
7.7.1　龍貝格求積公式簡(jiǎn)介 222
7.7.2　龍貝格求積公式的MATLAB實(shí)現(xiàn) 222
7.8　復(fù)合求積公式的函數(shù)實(shí)現(xiàn) 224
7.8.1　函數(shù)sum（）實(shí)現(xiàn)復(fù)合矩陣形法求積計(jì)算 224
7.8.2　函數(shù)trapz（）實(shí)現(xiàn)復(fù)合梯形法求積計(jì)算 227
7.9　MATLAB常用數(shù)值積分函數(shù)舉例 229
7.9.1　函數(shù)quad（） 229
7.9.2　函數(shù)quadl（） 232
7.9.3　函數(shù)dblquad（） 233
7.9.4　函數(shù)triplequad（） 237
7.9.5　計(jì)算積分的MATLAB符號(hào)法 238
第8章　矩陣特征值的計(jì)算 246
8.1　特征值與特征向量的基礎(chǔ)知識(shí) 246
8.1.1　概念及性質(zhì) 246
8.1.2　向量范數(shù) 248
8.1.3　矩陣范數(shù) 250
8.1.4　譜半徑 251
8.1.5　迭代法的收斂性 252
8.1.6　迭代法的誤差估計(jì) 252
8.2　特征值求取 252
8.2.1　特征多項(xiàng)式法 252
8.2.2　冪法 254
8.2.3　反冪法 261
8.2.4　QR方法基礎(chǔ) 265
8.3　函數(shù)eig（）計(jì)算特征值 267
8.4　舒爾分解和奇異值分解 270
8.5　矩陣指數(shù)計(jì)算 271
8.6　計(jì)算范數(shù)和矩陣譜半徑的函數(shù) 272
第9章　常微分方程的數(shù)值解 274
9.1　常微分方程的基本概念 274
9.2　歐拉方法 275
9.2.1　歐拉格式 275
9.2.2　歐拉法的局部截?cái)嗾`差 277
9.2.3　隱式歐拉法 278
9.2.4　兩步歐拉格式 279
9.2.5　改進(jìn)的歐拉法 280
9.3　龍格-庫(kù)塔法 281
9.3.1　龍格-庫(kù)塔法基本思想 281
9.3.2　二階龍格-庫(kù)塔法 282
9.3.3　三階龍格-庫(kù)塔法 284
9.3.4　四階龍格-庫(kù)塔法 284
9.4　亞當(dāng)姆斯方法 286
9.4.1　亞當(dāng)姆斯格式 286
9.4.2　亞當(dāng)姆斯預(yù)報(bào)-校正系統(tǒng) 287
9.5　在MATLAB中求解常微分方程的初值問(wèn)題 288
9.5.1　歐拉法 288
9.5.2　隱式歐拉法 290
9.5.3　改進(jìn)的歐拉法 291
9.5.4　二階龍格-庫(kù)塔法 293
9.5.5　三階龍格-庫(kù)塔法 295
9.5.6　四階龍格-庫(kù)塔法 298
9.5.7　亞當(dāng)姆斯法 302
9.5.8　其他方法的應(yīng)用 306
9.5.9　求常微分方程初值問(wèn)題數(shù)值解的函數(shù) 324
參考文獻(xiàn) 333