作为一种简单、高效、功能强大的计算和绘图语言，MATLAB在科学与工程计算领域具有非常广泛的用途，深受理工科大学生、研究生和许多工程技术人员的喜爱。
本书根据 MATLAB的主要计算功能，将环境科学中的相关科学计算问题进行分类，结合理论介绍和实例分析，讲述了这些科学计算问题的 MATLAB实现。本书分析了环境科学中计算和数学模拟的重要性，并对环境科学与工程中的主要计算问题进行了分类概述；概括了 MATLAB计算和绘图的主要功能；讲述了基于MATLAB的几种环境数学模拟模型的参数估计方法；介绍了均一环境介质、多孔介质和多介质环境数学模型的解析解、数值解的 MATLAB求解和图形表达；利用 MATLAB的规划求解函数，讲述了环境规划数学模型的各种求解方法；介绍了基于 MATLAB的环境计量分析方法的求解；还介绍了一些环境数学问题的非传统解法的 MATLAB实现。
本书可供从事环境评价、环境规划实践工作的环保科技工作者以及从事定量模拟和数据分析的环境科学研究工作者参考，也可供高等院校环境科学与环境工程专业的研究生、高年级本科生学习使用。 |
随着计算技术水平的提高，环境科学研究和环境技术管理中定量计算的要求增高，计算难度增大，数据量增多。作为一般的环境科技工作者，不但对一般高级计算机编程语言熟练掌握有一定难度，而且对一些数学原理和复杂的数值计算方法完全掌握也有难度。而 MATLAB作为一种简单、高效、功能强大的计算和绘图语言，不但易学易用，而且能够满足科学计算和绘图的需要。根据调研，目前国内尚没有系统介绍 MATLAB应用于环境科学计算方面的书籍，仅有一些期刊文章上的零星研究。随着环保工作的逐渐深入开展，各种复杂计算问题越来越多，这给环保科技工作者提出了更高的要求，本书可以帮助环保科技工作者快速适应这一形势变化，有利于提高环境保护科研工作水平和促进我国环境保护的技术水平。
本书写作的出发点是基于在工作实践、科研和教学实践中的一些体会： ①环境科学方面的一些书籍在介绍相关的数学模型时，由于篇幅、内容等限制，往往缺乏相关求解方法的介绍； ②有些专门的环境数学模型方面的书籍在介绍模型的同时，也给出了模型求解的数值方法和解析方法，但一般的环境科技工作者或环境科学专业的学生缺乏完全理解这些方法的数学基础；③当读者试图在传统的数学类教科书上寻求这些环境数学模型求解的答案时，却发现它们一般都侧重于介绍典型的、成型的算法，侧重于介绍原始的、能显示问题来龙去脉的算法，很多环境数学模型问题的求解很难在这里找到直接的答案。而实际上，作为环境科技工作者或者环境科学专业的同学，更为关心的是如何以最省力的方法得到结果，以便从结果中发现某种环境规律。 MATLAB的出现及其计算分析功能的完善为我们提供了这种可能。
本书在内容编排和章节布局上，遵循下述几条宗旨：
（1）紧扣主题，以环境科学中不同类型的科学计算为主线安排章节。对环境科学中的一些数学计算问题进行归类，并以此作为划分章节的依据，而不是像许多 MATLAB参考书一样，按照纯数学问题的方式划分章节，这样易于被环境科学学习者和环境科技工作者接受。
（2）由浅入深，以提高读者应用 MATLAB解决科学计算能力为主要目的。在具体问题的论述过程中，一般是首先给出模型的数学表达，并对模型的环境意义进行解释，然后简要介绍该问题求解的数学方法，最后给出实现该问题求解的 MATLAB语句或语句组。
（3）丰富实例，以范例印证和加深理解。无论是出于对相关环境数学模型理解的角度，还是出于对相关 MATLAB命令和函数掌握的角度，丰富的实例是实现上述目的的最快捷手段。因此本书坚持以实例讲解为原则，具有易学、易懂、易操作、易推广的特色。
（4）规范编程，以函数文件形式提供扩展空间。对于一些需要经过编程计算的环境数学模拟问题，本书试图编制规范的 MATLAB程序，并以函数文件的形式提供源代码，以飨读者。在理解的基础上，读者在解决同类问题时，对本书提供的源程序适当修改后可直接调用，并可形成自己的功能函数库，突出本书实用性的特点。
本书得到上海市重点学科建设项目（B604）、国家科技支撑计划重大项目（2006BAB04A08）、上海市优秀青年教师后备人选项目及东华大学教改基金的联合资助，特此致谢！
本书在内容编排设计阶段，和东华大学刘振鸿副教授进行了多次磋商，得到了许多有益的意见和建议，特此表示感谢！东华大学环境学院的柳建设教授、东华大学人事处袁孟红处长对青年教师的成长十分关心，给予了很多鼓励，特此表示感谢！
限于水平与时间，书中不足之处在所难免，敬请读者提出修改建议。
编著者
2007年9月 |
第1章绪论1
11环境科学中科学计算的重要性1
111科学计算在环境科学研究和工作实践中占有重要地位1
112环境科技工作者掌握专门的计算机数学语言的必要性2
12环境科学中主要的科学计算问题4
121解析解和数值解4
122环境质量模拟预测及计算机求解5
123系统最优化和环境规划模型及计算机求解7
124环境统计数学模型及计算机求解7
125一些非传统数学范畴的环境数学问题及计算机求解8
126环境科学中的图形表达及其计算机实现9
13MATLAB语言特点及相关资源9
131MATLAB语言特点9
132相关资源10
第2章MATLAB基础11
21MATLAB入门11
211工作窗口系统11
212查询帮助系统11
213演示帮助系统12
214常用操作命令12
22MATLAB的数学运算功能12
221变量和语句基本结构12
222基本数学运算14
223插值与拟合16
224优化运算问题20
225概率论与数理统计问题23
226代数方程（组）求解32
227微积分问题的解析解和数值解35
228常微分方程（组）的解析解和数值解39
229偏微分方程（组）的数值解入门41
23MATLAB的绘图功能45
231二维图形的绘制46
232三维图形的绘制47
233图形编辑48
24MATLAB程序设计基础49
241M文件49
242程序设计结构流程51
243MATLAB程序设计的几点经验52
第3章基于MATLAB的环境数学模拟模型参数估计54
31基于MATLAB回归分析的参数估计54
311一元线性回归54
312多元线性回归56
313多项式回归57
314非线性回归59
32基于MATLAB最优化运算的参数估计62
321基于非线性最小二乘优化的参数估计62
322基于无约束极值问题的参数估计64
33参数估计梯度最优化算法的MATLAB实现66
331梯度最优化算法的数学原理66
332梯度最优化算法的应用67
34网格搜索参数估计算法的MATLAB实现69
341网格搜索参数估计算法的数学原理69
342网格搜索参数估计算法的应用实例70
第4章基于MATLAB的环境系统数学模拟及图形表达72
41环境系统及环境系统模拟72
411环境系统的概念72
412环境系统模拟概述72
413环境系统基本单位过程74
414环境系统模拟模型的分类80
42均一环境介质数学模拟模型80
421大气环境系统模拟模型80
422地表水环境系统模拟模型94
43多孔介质环境质量数学模拟模型116
431一维模拟模型解析解的MATLAB实现116
432二维模拟模型解析解的MATLAB实现118
433多孔介质中一维偏微分方程组的MATLAB实现119
44多介质环境质量数学模拟模型122
441基于物质迁移速率的多介质环境系统模拟模型122
442基于逸度容量的多介质环境系统模拟模型125
45种间作用下种群动态数学模拟模型129
451捕食作用下的种群动态模拟模型129
452捕食作用下的种群动态模拟模型的MATLAB实现130
第5章基于MATLAB的环境规划管理数学模型求解132
51大气环境污染控制规划模型的MATLAB实现132
511比例下降规划模型求解132
512污染迁移规划模型求解136
513离散型决策变量的规划模型求解140
52水污染控制规划模型的MATLAB实现143
521排污口最优化处理规划模型143
522排污口最优化处理规划模型的MATLAB实现144
53环境经济投入产出规划数学模型的MATLAB实现147
531环境经济投入产出原理147
532环境经济投入产出规划模型150
533环境经济投入产出规划模型的MATLAB实现150
54可再生资源开发管理模型的MATLAB实现153
541可再生资源开发数学模型153
542可再生资源开发模型的MATLAB实现154
55数据包络分析模型的MATLAB实现159
551数据包络分析模型159
552清洁生产评价的数据包络分析模型161
553数据包络分析模型的MATLAB实现162
第6章基于MATLAB的环境统计模型的实现169
61基于MATLAB的主成分分析计算169
611主成分分析介绍169
612主成分分析的MATLAB实现170
62基于MATLAB的因子分析计算174
621因子分析介绍174
622因子分析计算过程175
623因子分析的MATLAB实现176
63基于MATLAB的聚类分析计算180
631聚类分析基本数学原理180
632MATLAB中聚类分析的主要函数181
633聚类分析计算实例182
64基于MATLAB的判别分析计算184
641判别分析基本数学原理184
642判别分析计算的MATLAB实现184
65基于MATLAB的地统计学分析计算186
651空间变异的区域化特征计算及其MATLAB实现186
652空间变异的数学拟合及其MATLAB实现191
66基于MATLAB的趋势面分析计算196
661趋势面分析基本数学原理196
662趋势面分析的MATLAB实现197
第7章一些非传统环境数学问题的MATLAB实现201
71灰色系统模型的MATLAB实现201
711灰色关联评价及其MATLAB实现201
712灰色预测及其MATLAB实现202
72蒙特卡罗算法的MATLAB实现208
721蒙特卡罗模拟原理208
722蒙特卡罗模拟的MATLAB实现208
73模糊推理系统在环境科学中的应用210
731模糊推理系统理论基础210
732模糊推理的MATLAB实现213
733MATLAB模糊推理工具箱在模糊评价中的应用215
74人工神经网络在环境科学中的应用219
741人工神经网络基本原理219
742人工神经网络的MATLAB实现220
743人工神经网络在环境模拟和预测中的应用223
744人工神经网络在环境系统分类中的应用229
参考文献231 |
| 本书可供从事环境评价、环境规划实践工作的环保科技工作者以及从事定量模拟和数据分析的环境科学研究工作者参考，也可供高等院校环境科学与环境工程专业的研究生、高年级本科生学习使用。 | |
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