科学计算语言Julia及MWORKS实践

第1章 Julia及MWORKS简介 1 1.1 Julia 2 1.1.1 科学计算语言概述 2 1.1.2 Julia简介 4 1.1.3 Julia的势 5 1.1.4 Julia与其他科学计算语言的差异 5 1.2 Julia Hello World 8 1.2.1 直接安装并运行Julia 8 1.2.2 使用MWORKS运行Julia 10 1.3 MWORKS简介 10 1.3.1 MWORKS设计与验证 11 1.3.2 MWORKS产品体系 12 1.4 Syslab功能简介 14 1.4.1 交互式编程环境 14 1.4.2 科学计算函数库 14 1.4.3 计算数据可视化 15 1.4.4 库开发与管理 16 1.4.5 科学计算与系统建模的融合 16 1.4.6 中文帮助系统 17 本章小结 17 题1 17 第2章 Syslab入门 18 2.1 Syslab安装及界面介绍 19 2.1.1 Syslab的下载与安装 19 2.1.2 Syslab的工作界面 21 2.2 Julia REPL环境的几种模式 26 2.2.1 Julia模式 26 2.2.2 Package模式 27 2.2.3 Help模式 27 2.2.4 Shell模式 28 2.3 Syslab与Sysplorer的软件集成 28 2.3.1 Syslab调用Sysplorer API 28 2.3.2 Sysplorer调用Syslab Function模块 30 本章小结 31 题2 31 第3章 Julia的基础语法 32 3.1 基本数据类型 33 3.1.1 变量 33 3.1.2 整数与浮点数 35 3.1.3 复数与有理数 38 3.1.4 字符与字符串 39 3.2 数组 45 3.2.1 数组构造与类型 45 3.2.2 数组的基础函数 49 3.2.3 索引与 52 3.3 集合容器 55 3.3.1 元组 55 3.3.2 字典 56 3.3.3 表 58 3.3.4 集合属性与作 61 3.4 数学运算与初等函数 63 3.4.1 算术运算函数 63 3.4.2 逻辑运算函数 68 3.4.3 其他数学函数 68 3.4.4 数学运算符 69 3.5 流程控制 73 3.5.1 复合表达式 73 3.5.2 条件表达式 74 3.5.3 循环表达式 75 3.5.4 短路求值 78 3.5.5 异常处理 78 本章小结 80 题3 80 第4章 Julia进 82 4.1 模块 83 4.1.1 创建模块 83 4.1.2 加载模块 85 4.1.3 导出列表 86 4.1.4 调用模块的路径 87 4.1.5 预编译机制 88 4.2 类型系统 89 4.2.1 类型声明 90 4.2.2 抽象类型 91 4.2.3 原始类型 92 4.2.4 复合类型 93 4.2.5 参数类型 95 4.2.6 类型运算 98 4.2.7 多重分派 99 4.3 元编程 100 4.3.1 程序表示 100 4.3.2 表达式与求值 101 4.3.3 代码生成 103 4.3.4 宏 104 4.3.5 非标准字符串字面量 106 4.3.6 生成函数 106 4.3.7 运行时反射 107 4.4 外语言调用 108 4.4.1 C/C++ 108 4.4.2 Python 112 本章小结 114 题4 114 第5章 科学计算数据可视化 116 5.1 线图 117 5.1.1 简单线图 117 5.1.2 对数图 127 5.1.3 函数图 129 5.2 离散数据图与数据分布图 131 5.2.1 条形图 131 5.2.2 针状图 134 5.2.3 直方图 135 5.2.4 散点图 139 5.2.5 饼图与热图 142 5.3 曲面图、网格图与殊曲线图 145 5.3.1 曲面图与网格图 145 5.3.2 多边形 148 5.3.3 等高线图 150 5.3.4 向量场 154 5.4 坐标图 158 5.4.1 坐标数据图 158 5.4.2 坐标区设置 162 5.5 标签与注释 166 5.5.1 标签 166 5.5.2 注释 170 5.6 坐标区外观 176 5.6.1 坐标区范围横纵比 176 5.6.2 网格线、刻度值和标签 180 5.6.3 多图绘制 188 5.6.4 或创建坐标区 191 5.7 颜色图与三维场景控制 193 5.7.1 颜色图与颜色空间 193 5.7.2 三维场景控制 197 5.8 面向自定义图形的对象设置 199 5.8.1 图像对象属性 200 5.8.2 图像对象标识 201 5.8.3 图像对象清空与删除 202 本章小结 203 题5 203 第6章 Syslab工具箱应用 205 6.1 Syslab工具箱简介 206 6.1.1 基础工具箱/数学工具箱/图形工具箱 206 6.1.2 图像工具箱 206 6.1.3 地理图工具箱 207 6.1.4 符号数学工具箱 207 6.1.5 拟合工具箱 208 6.1.6 信号处理工具箱 209 6.1.7 通信工具箱 211 6.1.8 DSP系统工具箱 213 6.1.9 控制系统工具箱 214 6.1.10 化工具箱 216 6.1.11 全局化工具箱 217 6.1.12 统计工具箱 217 6.2 Syslab工具箱实例分析 218 6.2.1 直流伺服电动机转速PID控制 219 6.2.2 语音信号处理 223 本章小结 234 题6 235 第7章 Syslab的科学计算实例 236 7.1 方程组求解 237 7.1.1 线性方程组求数值解 237 7.1.2 非线性方程组求数值解 239 7.1.3 线性方程组求解析解 240 7.2 值与拟合 242 7.2.1 值问题 242 7.2.2 一维值 247 7.2.3 多维值 251 7.2.4 曲线拟合 255 7.3 概率统计分布计算 262 7.3.1 随机变量的数字征 262 7.3.2 概率统计分布计算 267 7.3.3 假设检验 271 7.4 化问题 273 7.4.1 线性规划 273 7.4.2 非线性规划 274 7.4.3 大值小化 277 7.4.4 全局化 278 本章小结 281 题7 282 第8章 MWORKS综合应用案例 283 8.1 一倒立摆系统 284 8.1.1 一倒立摆系统介绍 284 8.1.2 一倒立摆系统在Syslab中的控制律设计 285 8.1.3 一倒立摆系统在Sysplorer中的物理模型搭建 288 8.1.4 综合Syslab与Sysplorer的一倒立摆系统的模型分析 290 8.2 四旋翼无人机的路径跟踪 293 8.2.1 四旋翼无人机的飞行原理 293 8.2.2 四旋翼无人机的数学模型 297 8.2.3 基于MWORKS的四旋翼无人机建模 303 8.2.4 基于MWORKS的路径跟踪 309 本章小结 311 题8 312 参考文献 313