MATLAB智能算法/科学与工程计算技术丛书

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温正,孙华克 著
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  • MATLAB
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  • 数值分析
  • 机器学习
  • 仿真
  • 建模
  • 算法实现
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出版社: 清华大学出版社
ISBN:9787302467748
版次:1
商品编码:12149057
包装:平装
开本:16开
出版时间:2017-07-01
用纸:胶版纸
页数:480
字数:756000
正文语种:中文

具体描述

产品特色

内容简介

  

  本书以新推出的MATLAB 2016a软件为基础,详细介绍了各种智能算法的原理及其MATLAB在智能算法中的应用,是一种MATLAB智能算法设计的综合性参考书。

  全书以智能算法原理及MATLAB应用为主线,结合各种应用实例,详细讲解了智能算法的MATLAB实现。全书分为两部共13章,第一部分首先从人工智能概述开始,详细介绍了神经网络算法、粒子群算法、遗传算法、模糊逻辑控制、免疫算法、蚁群算法、小波分析算法及其MATLAB的实现方式等内容; 第二部分详细介绍了智能算法的工程中的应用问题,包括模糊神经网络在工程中的应用、遗传算法在图像处理中的应用、神经网络在参数估计中的应用、基于智能算法的PID控制和智能算法的综合应用等。

  本书以工程应用为目标,内容深入浅出,讲解循序渐进,既可以作为高等院校理工科相关专业研究生、本科生的教材,也可作为广大科研工程技术人员的参考用书。


  

作者简介

  作者简介

  温正 北京航空航天大学博士后,现就职于航天某院所,精通MATLAB、ANSYS、Fluent等工程仿真计算软件。在国内外期刊发表论文多篇,其中被EI检索3篇。申请并获得授权专利多项,曾获得国防科学技术成果奖等奖项,曾编写多本畅销计算机图书。


目录

目录

第一部分专 题 介 绍

第1章人工智能概述

1.1人工智能的基本概念

1.1.1智能的概念

1.1.2人工智能的概念

1.1.3人工智能的研究目标

1.1.4人工智能的研究方法

1.2人工智能的特征

1.3人工智能的应用

1.3.1机器思维

1.3.2机器感知

1.3.3机器行为

1.3.4机器学习

1.3.5机器计算

1.3.6分布式人工智能

1.3.7机器系统

1.3.8典型应用

1.4本章小结


第2章神经网络算法及其MATLAB实现

2.1神经网络基础

2.1.1人工神经网络的发展

2.1.2人工神经网络研究内容

2.1.3人工神经网络研究方向

2.1.4人工神经网络发展趋势

2.2神经网络的结构及学习

2.2.1神经网络结构

2.2.2神经网络学习

2.2.3MATLAB在神经网络中的应用

2.3MATLAB神经网络工具箱

2.3.1神经网络工具箱函数

2.3.2神经网络工具箱的图形用户界面

2.3.3神经网络的MATLAB实现

2.4Simulink神经网络控制工具箱

2.4.1神经网络模型预测控制

2.4.2反馈线性化控制

2.4.3模型参考控制

2.5本章小结


第3章粒子群算法及其MATLAB实现

3.1粒子群算法基础

3.1.1粒子群算法的发展

3.1.2粒子群算法研究内容

3.1.3粒子群算法的特点

3.1.4粒子群算法的应用

3.2基本粒子群算法

3.2.1基本原理

3.2.2算法构成要素

3.2.3算法参数设置

3.2.4算法的基本流程

3.2.5算法的MATLAB实现

3.3MATLAB粒子群工具箱

3.4权重改进的粒子群算法

3.4.1自适应权重法

3.4.2随机权重法

3.4.3线性递减权重法

3.5混合粒子群算法

3.5.1基于杂交的算法

3.5.2基于自然选择的算法

3.5.3基于免疫的粒子群算法

3.5.4基于模拟退火的算法

3.6本章小结


第4章遗传算法及其MATLAB实现

4.1遗传算法的基本概念

4.1.1算法的基本运算

4.1.2遗传算法的特点

4.1.3遗传算法中的术语

4.1.4遗传算法的发展现状

4.1.5遗传算法的应用领域

4.2遗传算法的原理

4.2.1算法运算过程

4.2.2算法编码

4.2.3适应度及初始群体选取

4.3遗传算法程序设计及其MATLAB工具箱

4.3.1程序设计

4.3.2算法参数设计原则

4.3.3适应度函数的调整

4.3.4算法MATLAB工具箱及其应用

4.3.5遗传算法的GUI实现

4.4遗传算法的典型应用

4.4.1利用遗传算法求解函数极值

4.4.2遗传算法在TSP中的应用

4.4.3遗传算法的求解优化

4.5本章小结


第5章模糊逻辑控制及其MATLAB实现

5.1模糊逻辑控制基础

5.1.1模糊逻辑控制的基本概念

5.1.2模糊逻辑控制原理

5.1.3模糊逻辑控制器设计的内容

5.1.4模糊逻辑控制规则设计

5.1.5模糊逻辑控制系统的应用领域

5.2模糊逻辑控制工具箱

5.2.1模糊逻辑控制工具箱的功能特点

5.2.2模糊系统的基本类型

5.2.3模糊逻辑控制系统的构成

5.2.4模糊推理系统的建立、修改与存储管理

5.2.5模糊语言变量及其语言值

5.2.6模糊语言变量的隶属度函数

5.2.7模糊规则的建立与修改

5.2.8模糊推理计算与去模糊化

5.3模糊逻辑控制工具箱的图形界面工具

5.3.1FIS编辑器

5.3.2隶属度函数编辑器

5.3.3模糊规则编辑器

5.3.4模糊规则浏览器

5.3.5模糊推理输入输出曲面视图

5.4模糊逻辑控制的经典应用

5.4.1基于Simulink的模糊逻辑控制应用

5.4.2基于模糊逻辑控制的路径规划应用

5.5本章小结


第6章免疫算法及其MATLAB实现

6.1免疫算法的基本概念

6.1.1生物免疫系统

6.1.2免疫算法基本原理

6.1.3免疫算法步骤和流程

6.1.4免疫系统模型和免疫算法

6.1.5免疫算法特点

6.1.6免疫算法的发展趋势

6.2免疫遗传算法

6.2.1免疫遗传算法步骤和流程

6.2.2基于MATLAB实现免疫遗传算法

6.3免疫算法的MATLAB应用

6.3.1免疫算法在克隆选择中的应用

6.3.2免疫算法在最短路径规划问题中的应用

6.3.3免疫算法在TSP中的应用

6.3.4免疫算法在故障检测中的应用

6.4本章小结


第7章蚁群算法及其MATLAB实现

7.1蚁群算法概述

7.1.1蚁群算法起源

7.1.2蚁群算法的基本原理

7.1.3自适应蚁群算法的介绍

7.1.4蚁群算法实现的重要规则

7.1.5蚁群算法的特点

7.1.6蚁群优化算法的应用

7.2蚁群算法的MATLAB实现

7.3蚁群算法在MATLAB中的应用

7.3.1蚁群算法在路径规划中的应用

7.3.2蚁群算法在解决TSP中的应用

7.4本章小结


第8章小波分析算法及其MATLAB实现

8.1傅里叶变换到小波分析

8.1.1傅里叶变换

8.1.2小波分析

8.2Mallat算法

8.2.1Mallat算法原理

8.2.2常用小波函数介绍

8.2.3Mallat算法示例

8.3小波GUI简介

8.4小波分析用例

8.4.1信号压缩

8.4.2信号去噪

8.4.3分离信号的不同成分

8.5小波变换在图像处理中的应用

8.5.1小波变换用于图像压缩

8.5.2小波在图像边缘检测的应用

8.5.3小波变换在图像增强方面的应用

8.6本章小结

第二部分综合实例应用

第9章模糊神经网络在工程中的应用

9.1模糊神经网络

9.1.1模糊神经网络概述

9.1.2模糊系统与神经网络的区别与联系

9.1.3典型模糊神经网络结构

9.1.4自适应模糊神经推理系统

9.2模糊神经网络建模方法

9.3模糊神经网络在工程中的应用

9.3.1模糊神经网络在解耦控制中的应用

9.3.2模糊神经网络在函数逼近中的应用

9.4本章小结


第10章遗传算法在图像处理中的应用

10.1图像分割的基础知识

10.1.1图像分割的概念

10.1.2图像分割的理论

10.1.3灰度门限法简介

10.1.4基于最大类间方差图像分割原理

10.2遗传算法实现图像分割

10.2.1利用遗传算法实现图像分割的原理

10.2.2算法的实现

10.3遗传算法在图像处理中的应用

10.3.1基于遗传算法的道路图像阈值分割

10.3.2基于遗传神经网络的图像分割

10.3.3应用遗传算法和KSW熵法实现灰度图像阈值分割

10.4本章小结


第11章神经网络在参数估计中的应用

11.1参数估计的基本知识

11.1.1参数估计的概念

11.1.2点估计与区间估计

11.1.3样本容量

11.2几种通用神经网络MATLAB代码

11.3神经网络在参数估计中的应用

11.3.1神经网络在人脸识别中的应用

11.3.2灰色神经网络在数据预测中的应用

11.3.3BP神经网络在数据预测中的应用

11.3.4概率神经网络在分类预测中的应用

11.4本章小结


第12章基于智能算法的PID控制器设计

12.1PID控制器的理论基础

12.2智能算法在PID控制器设计中的应用

12.2.1神经网络在PID控制器设计中的应用

12.2.2模糊控制在PID控制器设计中的应用

12.2.3遗传算法在PID控制器设计中的应用

12.3本章小结


第13章智能算法综合应用

13.1模糊神经网络控制在MATLAB中的应用

13.2基于遗传算法的MP算法的应用

13.3本章小结


参考文献


精彩书摘

  第3章粒子群算法及其MATLAB实现

  粒子群算法,也称粒子群优化算法(particleswarmoptimization,PSO),是近年来发展起来的一种新的进化算法(evolutionaryalgorithm,EA)。

  这种算法以其实现容易、精度高、收敛快等优点引起了学术界的重视,并且在解决实际问题中展示了其优越性。粒子群算法是一种并行算法。

  本章主要讲解了粒子群算法的原理及其在MATLAB上的运用。

  学习目标:

  ■了解粒子群算法的发展。

  ■掌握粒子群算法的基本原理。

  ■熟悉MATLAB粒子群算法工具箱。

  ■掌握MATLAB在粒子群算法中的运用。

  3.1粒子群算法基础

  PSO算法属于进化算法的一种,和模拟退火算法相似,它也是从随机解出发,通过迭代寻找最优解,它也是通过适应度来评价解的品质,但它比遗传算法规则更为简单,它没有遗传算法的“交叉”和“变异”操作,它通过追随当前搜索到的最优值来寻找全局最优。

  3.1.1粒子群算法的发展

  1995年美国电气工程师Eberhart和社会心理学家Kenndy基于鸟群觅食行为提出了粒子群优化算法(PSO),简称粒子群算法。由于该算法概念简明、实现方便、收敛速度快、参数设置少,是一种高效的搜索算法。

  PSO是模拟鸟群随机搜寻食物的捕食行为。假设在搜索食物区域里只有一块食物,所有的小鸟都不知道食物在什么地方,所以Kenndy等认为鸟之间存在着互相交换信息,通过估计自身的适应度值,它们知道当前的位置离食物还有多远,所以搜索目前离食物最近的鸟的周围区域是找到食物的最简单有效的办法,通过鸟之间的集体协作使群体达到最优。

  PSO就是从这种模型中得到启示并用于解决优化问题。在PSO中每个优化问题的潜在解都可以想象成搜索空间中的一只鸟,称之为“粒子”。粒子主要追随当前的最优粒子在解空间中搜索,PSO初始化为一群随机粒子(随机解),然后通过迭代找到最优解。

  在每一次迭代中,粒子通过跟踪两个“极值”来更新自己,第一个就是粒子本身所找到的最优解,这个解称为个体极值pbest,另一个极值是整个种群目前找到的最优解,这个极值是全局极值gbest。

  这两个最优变量使得鸟在某种程度上朝着这些方向靠近,此外也可以不用整个种群而只用其中一部分作为粒子的邻居,那么所有邻居的极值就是局部极值,粒子始终跟随这两个极值变更自己的位置和速度,直到找到最优解。

  到目前为止,粒子群算法的发展得到越来越多的众多领域学者的关注和研究,成为解决许多问题的热点算法的研究重点。

  其中对PSO算法的改进也非常多,有增强算法自适应性的改进、增强收敛性的改进、增加多种群多样性的改进、增强局部搜索的改进、与全局优化算法相结合、与确定性的局部优化算法相融合等。

  以上所述的是对于算法改进的目的的讨论,实际改进中应用的方法有基于参数的改进,即对PSO算法的迭代公式的形式上做改进;还有从粒子的行为模式进行改进,即粒子之间的信息交流方式,如拓扑结构的改进、全局模式与局部模式相结合的改进等;还有基于算法融合的粒子群算法的改进,算法融合可以引入其他算法的优点来弥补PSO算法的缺点,设计出更适合问题求解的优化算法。

  目前,粒子群算法的发展趋势如下。

  (1)粒子群优化算法的改进。粒子群优化算法在解决空间函数的优化问题和单目标优化问题上应用得比较多,如何应用于离散空间优化问题和多目标优化问题将是粒子群优化算法的主要研究方向。如何充分结合其他进化类算法,发挥优势,改进粒子群优化算法的不足也是值得研究的。

  (2)粒子群优化算法的理论分析。粒子群优化算法提出的时间不长,数学分析很不成熟和系统,存在许多不完善和未涉及的问题,对算法运行行为、收敛性、计算复杂性的分析比较少。如何知道参数的选择和设计,如何设计适应值函数,如何提高算法在解空间搜索的效率算法收敛以及对算法模型本身的研究都需要在理论上进行更深入的研究。这些都是粒子群优化算法的研究方向之一。

  (3)粒子群算法的生物学基础。如何根据群体进行行为完善算法,将群体智能引入算法中,借鉴生物群体进化规则和进化的智能性也是学者关注的问题。

  (4)粒子群优化算法与其他进化类算法的比较研究。与其他进化算法的融合,如何将其他进化算法的优点和粒子群优化算法相结合,构造出有特色有实用价值的混合算法是当前算法改进的一个重要方向。

  (5)粒子群优化算法的应用。算法的有效性必须在应用中才能体现,广泛地开拓粒子群优化算法的应用领域,也对深入研究粒子群优化算法非常有意义。

  3.1.2粒子群算法研究内容

  粒子群算法是一个非常简单的算法,且能够有效地优化各种函数。从某种程度上说,此算法介于遗传算法和进化规划之间。

  此算法非常依赖于随机的过程,这也是和进化规划的相识之处,算法中朝全局最优和局部最优靠近的调整非常类似于遗传算法中的交叉算子。

  粒子群算法的主要研究内容如下。

  (1)寻找全局最优点。

  (2)有较高的收敛速度。

  算法还是用了适应值的概念,这是所有进化计算方法所共有的特征。

  3.1.3粒子群算法的特点

  粒子群算法的本质是一种随机搜索算法,它是一种新兴的智能优化技术,是群体智能中一个新的分支,它也是对简单社会系统的模拟。

  该算法能以较大的概率收敛于全局最优解。实践证明,它适合在动态、多目标优化环境中寻优,与传统的优化算法相比较具有更快的计算速度和更好的全局搜索能力。

  其具体特点如下:

  (1)粒子群优化算法是基于群体智能理论的优化算法,通过群体中粒子间的合作与竞争产生的群体智能指导优化搜索。与进化算法比较,PSO是一种更为高效的并行搜索算法。

  (2)PSO与GA有很多共同之处,两者都是随机初始化种群,使用适应值来评价个体的优劣程度和进行一定的随机搜索。但PSO是根据自己的速度来决定搜索,没有GA的明显交叉和变异。与进化算法比较,PSO保留了基于种群的全局搜索策略,但是其采用的速度�参灰颇P筒僮骷虻ィ�避免了复杂的遗传操作。

  (3)由于每个粒子在算法结束时仍然保持着其个体极值。因此,若将PSO用于调度和决策问题时可以给出多种有意义的选择方案。而基本遗传算法在结束时,只能得到最后一代个体的信息,前面迭代的信息没有保留。

  (4)PSO特有的记忆使其可以动态地跟踪当前的搜索情况并调整其搜索策略。

  (5)PSO有良好的机制来有效地平衡搜索过程的多样性和方向性。

  (6)在收敛的情况下,由于所有的粒子都向最优解的方向飞去,所以粒子趋向同一化(失去了多样性)使得后期收敛速度明显变慢,以致算法收敛到一定精度时无法继续优化。因此很多学者都致力于提高PSO算法的性能。

  (7)PSO算法对种群大小不十分敏感,即种群数目下降时性能下降不是很大。

  3.1.4粒子群算法的应用

  粒子群算法提供了一种求解复杂系统优化问题的通用框架,它不依赖于问题的具体领域,对问题的种类有很强的适应性,所以广泛应用于很多学科。粒子群算法的一些主要应用领域如下。

  (1)约束优化。随着问题的增多,约束优化问题的搜索空间也急剧变换,有时在目前的计算机上用枚举法很难或甚至不可能求出其精确最优解。粒子群算法是解决这类问题的最佳工具之一。实践证明,粒子群算法对于约束优化中的规划,离散空间组合问题的求解非常有效。

  (2)函数优化。是粒子群算法的经典应用领域,也是对粒子群算法进行性能评价的常用算例。

  (3)机器人智能控制。机器人是一类复杂的难以精确建模的人工系统,而粒子群算法可用于此类机器人群搜索,如机器人的控制与协调,移动机器人路径规划。所以机器人智能控制理所当然地成为粒子群算法的一个重要应用领域。

  (4)电力系统领域。在其领域中有种类多样的问题,根据目标函数特性和约束类型许多与优化相关的问题需要求解。PSO在电力系统方面的应用如配电网扩展规划、检修计划、机组组合等。随着粒子群优化理论研究的深入,它还将在电力市场竞价交易等其他领域发挥巨大的应用潜在力。

  (5)工程设计问题。在许多情况下所建立起来的数学模型难以精确求解,即使经过一些简化之后可以进行求解,也会因简化得太多而使得求解结果与实际相差甚远。现在粒子群算法已成为解决复杂调度问题的有效工具,在电路及滤波器设计、神经网络训练、控制器设计与优化、任务分配等方面粒子群算法都得到了有效的应用。

  (6)生物医学领域。许多菌体的生长模型即为非线性模型提出了用粒子群算法解决非线性模型的参数估计问题。还在分子力场的参数设定和蛋白质图形的发现。根据粒子群算法提出的自适应多峰生物测定融合算法,提高了解决问题的准确性。在医学方面,如医学成像上得到的推广应用等。

  (7)通信领域。包括路由选择及移动通信基站布置优化,在顺序码分多址连接方式(DS�睠DMA)通信系统中使用粒子群算法,可获得可移植的有力算法并提供并行处理能力。比传统先前的算法有了显著的优越性,还可以应用到天线阵列控制和偏振模色散补偿等方面。

  (8)交通运输领域。在物流配送供应领域中要求以最少的车辆数、最小的车辆总行程来完成货物的派送任务;在交通控制控制领域,城市交通问题是困扰城市发展、制约城市经济建设的重要因素。

  3.2基本粒子群算法

  PSO算法是起源对简单社会系统的模拟,具有很好的生物社会背景而易理解、参数少而易实现,对非线性、多峰问题均具有较强的全局搜索能力,在科学研究与工程实践中得到了广泛关注。同时,PSO是一种很好的优化工具。

  3.2.1基本原理

  PSO从这种模型中得到启示并用于解决优化问题。PSO中,每个优化问题的潜在解都是搜索空间中的一只鸟,称之为粒子。所有的粒子都有一个由被优化的函数决定的适值(fitnessvalue),每个粒子还有一个速度决定它们“飞行”的方向和距离。然后粒子就追随当前的最优粒子在解空间中搜索。

  粒子位置的更新方式如图3��1所示。

  图3��1每代粒子位置的更新方式

  ……


前言/序言

  前言

  美国MathWorks公司的MATLAB软件是一款用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB和Simulink两大部分。这款软件和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中首屈一指。MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来实现智能算法设计要比用C、FORTRAN等语言更为方便。

  在人工智能研究领域,智能算法是其重要的一个分支。目前智能计算正在蓬勃发展,研究人工智能的领域十分活跃。虽然智能算法研究水平暂时还很难使“智能机器”真正具备人类的智能,但是人工脑是人脑和生物脑的结合,这种结合将使人工智能的研究更广、更深。

  智能计算不断地在探索智能的新概念、新理论、新方法和新技术,这些研究成果将给人类世界带来巨大的改变。本书将详细介绍应用MATLAB2016a进行智能算法的设计及应用方法。

  1.本书特点

  (1)由浅入深,循序渐进。本书以初、中读者为对象,首先从人工智能概述的基础讲起,再以各种智能算法原理及其在MATLAB中的应用案例帮助读者尽快掌握神经网络设计的技能。

  (2)步骤详尽、内容新颖。本书结合作者多年的MATLAB智能算法使用经验与实际工程应用案例,将智能算法的原理及其MATLAB的实现方法与技巧详细地讲解给读者。本书在讲解过程中步骤详尽、内容新颖,讲解过程辅以相应的图片,使读者在阅读时一目了然,从而快速把握书中所讲内容。

  (3)实例典型,轻松易学。通过学习实际工程应用案例的具体操作是掌握神经网络设计最好的方式。本书通过综合应用案例,透彻详尽地讲解了神经网络在各方面的应用。

  2.本书内容

  本书基于MATLAB2016a版本,讲解了智能算法在MATLAB2016a的实现。本书分为两个部分:专题介绍部分和综合实例应用部分。

  第一部分:专题介绍。主要介绍了神经网络算法、粒子群算法、遗传算法、模糊逻辑控制、免疫算法、蚁群算法、小波分析算法等。

  第1章人工智能概述

  第2章神经网络算法及其MATLAB实现

  第3章粒子群算法及其MATLAB实现

  第4章遗传算法及其MATLAB实现

  第5章模糊逻辑控制及其MATLAB实现

  第6章免疫算法及其MATLAB实现

  第7章蚁群算法及其MATLAB实现

  第8章小波分析算法及其MATLAB实现

  第二部分:综合实例应用。主要介绍了几种智能算法的综合应用,包括模糊神经网络在工程中的应用、遗传算法在图像处理中的应用、神经网络在参数估计中的应用、基于智能算法的PID控制和智能算法的综合应用。

  第9章模糊神经网络在工程中的应用

  第10章遗传算法在图像处理中的应用

  第11章神经网络在参数估计中的应用

  第12章基于智能算法的PID控制器设计

  第13章智能算法的综合应用

  3.读者对象

  本书适合于MATLAB智能算法设计初学者和期望提高智能算法工程应用能力的读者,具体说明如下:

  ★人工智能从业人员★初学MATLAB智能算法设计的技术人员

  ★大中专院校的教师和在校生★相关培训机构的教师和学员

  ★MATLAB爱好者★广大科研工作人员

  4.读者服务

  为了方便解决本书疑难问题,读者朋友在学习过程中若遇到与本书有关的技术问题,可以发邮件到邮箱caxart@126.com或者访问博客http://blog.sina.com.cn/caxart,编者会尽快给予解答,我们将竭诚为您服务。

  另外本书所涉及的素材文件(程序代码)已经上传到为本书提供的博客中,读者可以访问下载。

  5.本书作者

  本书主要由温正、孙华克编著。此外,付文利、王广、张岩、沈再阳、林晓阳、任艳芳、唐家鹏、孙国强、高飞等也参与了本书部分内容的编写工作,在此表示感谢。

  虽然作者在本书的编写过程中力求叙述准确、完善,但由于水平有限,书中欠妥之处在所难免,希望读者和同仁能够及时指出,共同促进本书质量的提高。

  最后再次希望本书能为读者的学习和工作提供帮助!

  编者

  2017年6月



《面向对象程序设计》 简介 在现代软件开发领域,面向对象程序设计(Object-Oriented Programming, OOP)已经成为一种主流范式,深刻地影响着软件的结构、设计和维护。本书旨在全面、深入地阐述面向对象程序设计的核心概念、关键原则以及在实际开发中的应用,为读者构建坚实的面向对象思维基础。本书内容详实,逻辑清晰,理论与实践相结合,力求使读者不仅掌握理论知识,更能熟练运用到实际项目中,提升软件开发效率和质量。 第一章:引言:编程范式的演进与面向对象设计的崛起 本章将追溯程序设计范式的历史演进,从早期面向过程的编程方式,逐步引入面向对象设计的概念。我们将探讨结构化编程的优点与局限,以及为何面向对象设计能够成为解决日益复杂软件系统问题的有效手段。通过对比不同编程范式的特点,读者将能够清晰地理解面向对象设计的必要性和优越性。我们将重点阐述面向对象设计所带来的好处,例如代码的重用性、可维护性、可扩展性和易理解性,为后续章节的学习奠定理论基础。 第二章:面向对象设计的基石:类与对象 本章是面向对象设计的核心内容,我们将详细讲解“类”(Class)和“对象”(Object)这两个基本概念。 类:蓝图与抽象 我们将深入剖析类的定义,理解类是现实世界中事物的抽象,是创建对象的模板。 我们将详细讲解类的组成部分:属性(Attribute/Data Member)和方法(Method/Member Function)。属性用于描述对象的特征,方法用于描述对象的行为。 通过丰富的实例,演示如何定义一个类,包括数据类型、访问修饰符、构造函数(Constructor)和析构函数(Destructor)的作用。 我们将探讨类的封装(Encapsulation)特性,理解它如何将数据和操作数据的方法捆绑在一起,隐藏内部实现细节,保护数据安全。 对象:类的实例与实体 本节将讲解如何根据类创建对象,即类的实例化(Instantiation)。 我们将详细说明对象是类的一个具体实体,拥有类定义的属性和方法。 通过实例演示如何访问对象的属性和调用对象的方法,理解对象之间的交互。 我们将介绍对象的生命周期,从对象的创建到内存的释放。 第三章:面向对象设计的四大支柱 本章将重点讲解面向对象设计最重要的四大原则,即封装、继承、多态和抽象。这四大支柱是构建灵活、可维护、可扩展的软件系统的关键。 封装 (Encapsulation):隐藏与保护 我们将进一步深化对封装的理解,重点在于如何通过访问修饰符(如public, private, protected)来控制类成员的可见性。 我们将讲解封装如何实现信息隐藏,减少模块间的耦合,提高代码的独立性和可测试性。 通过实例演示如何设计具有良好封装性的类,以及如何在实践中应用封装原则。 继承 (Inheritance):代码重用与层级结构 本章将深入探讨继承的概念,理解它如何允许一个类(子类/派生类)继承另一个类(父类/基类)的属性和方法。 我们将讲解不同类型的继承,如单继承和多重继承(如果语言支持),以及它们的应用场景。 我们将详细讲解如何通过继承实现代码的重用,避免重复编写相同的代码,从而提高开发效率。 同时,我们将讨论继承可能带来的问题,如“脆弱基类”等,并提供避免这些问题的建议。 多态 (Polymorphism):灵活的响应与动态行为 本章将深入讲解多态的强大之处,理解多态允许使用父类类型的引用指向子类对象,并在运行时根据对象的实际类型调用相应的方法。 我们将重点讲解两种实现多态的主要方式:编译时多态(方法重载)和运行时多态(方法重写)。 我们将通过丰富的实例,阐述多态如何实现代码的灵活性和可扩展性,使程序能够处理不同类型的对象,而无需显式地检查其类型。 我们将探讨多态在设计模式中的应用,以及它如何简化复杂的条件判断。 抽象 (Abstraction):关注本质与简化复杂性 本章将讲解抽象的核心思想,即关注事物的本质特征,忽略不重要的细节。 我们将区分数据抽象和控制抽象,并讲解如何通过接口(Interface)和抽象类(Abstract Class)来实现抽象。 我们将深入探讨抽象类和接口的区别与联系,以及它们在设计中的应用场景。 理解抽象如何帮助我们处理复杂系统,降低认知负荷,设计出更清晰、更易于理解的软件。 第四章:面向对象设计的进阶概念 在掌握了面向对象设计的基础原则后,本章将进一步探索一些更高级的概念,这些概念对于设计出高质量的面向对象软件至关重要。 接口与抽象类:契约与蓝图的结合 本节将详细讲解接口(Interface)的定义、作用和使用方式。我们将强调接口定义了一种“契约”,规定了对象必须实现的方法集合,而不关心具体的实现细节。 我们将深入对比接口和抽象类,分析它们在不同场景下的适用性。 我们将讲解如何利用接口实现“依赖倒置原则”,提高代码的解耦性。 关联、聚合与组合:对象之间的关系 本章将详细讲解对象之间可能存在的各种关系,包括关联(Association)、聚合(Aggregation)和组合(Composition)。 我们将通过图示和实例,清晰地阐述这三种关系的区别和联系。 我们将探讨如何根据业务需求选择合适的关系,以构建更合理、更优化的系统结构。 设计模式:面向对象设计的最佳实践 本章将介绍一些经典的面向对象设计模式,这些模式是软件开发人员在解决常见设计问题时积累的宝贵经验。 我们将选取几个代表性的设计模式,如单例模式(Singleton)、工厂模式(Factory)、观察者模式(Observer)等,详细讲解它们的原理、结构、优缺点以及适用场景。 通过学习设计模式,读者将能够站在巨人的肩膀上,写出更优雅、更健壮的代码。 第五章:面向对象软件开发流程与实践 本章将带领读者将面向对象设计的理论知识应用于实际的软件开发流程中。 面向对象分析(OOA)与面向对象设计(OOD) 我们将介绍面向对象分析(OOA)的过程,即如何从需求出发,识别出系统中的对象和它们之间的关系。 我们将讲解面向对象设计(OOD)的实践,即如何根据OOD的结果,设计出具体的类、接口以及它们之间的交互。 我们将讨论UML(统一建模语言)在OOA/OOD中的作用,以及如何使用类图、用例图等来辅助设计。 面向对象语言特性 本章将以一种通用的面向对象语言(如Java, C++, Python等,具体取决于读者熟悉的语言,本书将提供通用概念讲解,并可根据读者需求侧重特定语言)为例,讲解其面向对象相关的语法和特性,例如: 访问控制(public, private, protected) 静态成员(static) 构造函数重载与析构函数 方法重载与重写 接口和抽象类的使用 异常处理机制 面向对象代码的质量评估与优化 我们将讨论如何评估面向对象代码的质量,例如内聚性(Cohesion)、耦合性(Coupling)等指标。 我们将提供代码重构(Refactoring)的策略和技巧,帮助读者改进现有代码,使其更符合面向对象设计的原则。 我们将强调单元测试(Unit Testing)在面向对象开发中的重要性,以及如何编写可测试的代码。 第六章:面向对象设计的未来趋势与展望 在对面向对象设计有深入理解的基础上,本章将对面向对象设计在未来的发展趋势进行展望。 函数式编程与面向对象编程的融合 我们将探讨函数式编程的兴起,以及它与面向对象编程可能存在的融合点。 我们将分析如何在面向对象系统中引入函数式编程的思想,以进一步提升代码的简洁性和表达力。 微服务架构与面向对象设计 我们将讨论微服务架构的兴起,以及面向对象设计在构建和管理微服务系统中的作用。 我们将分析如何将面向对象设计的原则应用于微服务的设计,以实现高内聚、低耦合的独立服务。 持续学习与精进 我们鼓励读者保持持续学习的态度,不断探索新的编程范式、设计模式和技术,以适应快速发展的软件开发领域。 总结 《面向对象程序设计》旨在为读者提供一个全面、深入的学习平台,帮助读者理解和掌握面向对象设计的核心思想和实践方法。通过本书的学习,读者将能够编写出更具可维护性、可扩展性和可重用性的高质量软件,在日益复杂的软件开发世界中游刃有余。本书的内容结构清晰,逻辑严谨,理论与实践并重,力求让每一位读者都能受益匪浅。

用户评价

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这本书的内容似乎非常全面,从基础到进阶,涵盖了智能算法和科学计算的多个重要领域。我特别看重它在“工程应用”方面的案例研究。在实际工作中,我经常会遇到一些需要复杂建模和优化的工程问题,比如结构设计、流体力学模拟、信号处理等。如果这本书能够提供一些具体的、带有详细步骤和代码实现的工程案例,那就太有价值了。我希望它能够展示如何将书中学到的智能算法,如遗传算法、粒子群优化等,应用于实际的工程参数优化问题,或者如何利用MATLAB的科学计算工具,如有限元分析、数值仿真等,来解决复杂的工程难题。这些实际的案例,不仅能让我看到理论知识的应用前景,更能为我解决实际工作中的问题提供直接的参考和启发。

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我是一名刚刚接触工程计算领域的学生,对于MATLAB这个强大的工具,以及它在科学研究中的应用,充满了好奇和探索的欲望。这本书的出现,仿佛给我指明了一条清晰的学习路径。它从基础的MATLAB语法和函数介绍开始,逐步深入到各种高级的计算技术和智能算法。我特别欣赏它在介绍数值方法时,会详细解释算法的收敛性、稳定性和精度问题,并与其他方法进行对比分析。这对于我理解算法的适用范围和局限性非常有帮助。此外,书中对数据可视化和报告生成的讲解,也让我觉得非常实用。在学术研究中,清晰地呈现研究结果至关重要,而MATLAB在这方面提供了强大的支持。我希望通过学习这本书,能够掌握利用MATLAB进行科学研究的基本方法和高级技巧,为我未来的学习和研究打下坚实的基础。

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我是一名研究机器学习和数据挖掘的学者,对于智能算法在模式识别、预测建模等方面的应用有着浓厚的兴趣。这本书的“智能算法”部分,听起来就非常吸引人。我希望它能够深入讲解各种主流的智能算法,例如各种类型的神经网络(CNN、RNN、LSTM等)、支持向量机、决策树、集成学习方法(如随机森林、梯度提升)等等。更重要的是,我希望它能够详细介绍这些算法在MATLAB中的实现细节,包括如何加载数据、选择模型、训练模型、进行预测以及评估模型性能。此外,我也关注书中是否包含了关于深度学习框架在MATLAB中的应用,以及如何利用MATLAB进行大规模数据处理和并行计算。这些内容对于我进行更深入的机器学习研究,具有重要的参考价值。

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刚拿到这本《MATLAB智能算法/科学与工程计算技术丛书》时,就被它厚重的体量和精美的装帧吸引了。我一直以来都在从事数据分析相关的工作,对MATLAB并不陌生,但对于智能算法和更深入的科学计算领域,一直有种“隔靴搔痒”的感觉。这本书的封面设计简洁大气,没有过多花哨的图案,但“智能算法”和“科学与工程计算技术”几个大字,已经足够让我对内容的深度和广度充满期待。我翻开目录,看到诸如“神经网络原理与实现”、“遗传算法优化”、“模糊逻辑控制”、“支持向量机”等章节,以及“数值积分”、“常微分方程求解”、“矩阵运算优化”等内容,心中不禁泛起一阵激动。这些都是我工作中常常会遇到,却又不知如何高效解决的问题。尤其是一些算法的理论讲解,我一直苦于找不到一本既通俗易懂又兼顾严谨性的参考书,希望这本书能填补我的知识空白。另外,它后面列出的“工程应用案例”,更是让我眼前一亮,迫不及待地想看看那些复杂的工程问题是如何通过MATLAB和智能算法来破解的,这对于我将理论知识转化为实际应用,具有极大的指导意义。

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这本书的排版和语言风格,给我的第一印象是务实和严谨。它并没有采用那种“科普”式的轻松叙述,而是更侧重于对技术本身的深入剖析。我特别喜欢它在讲解算法原理时,会详细介绍算法的数学模型、核心思想以及优缺点,而不是简单罗列几个公式。这种详尽的讲解方式,让我能够真正理解算法的“为什么”和“怎么做”,而不是停留在“怎么用”的层面。书中大量的图示和代码示例,也极大地帮助了我理解复杂的概念。比如,在介绍神经网络的章节,作者绘制了详细的层级结构图,并配以清晰的MATLAB代码,一步步展示了如何构建和训练一个简单的神经网络。这比仅仅阅读文字描述要直观得多。我尤其关注那些关于“模型选择”、“参数调优”和“算法性能评估”的讨论,这些都是在实际应用中至关重要的环节,也是很多书籍容易忽略的部分。如果这本书能够在这方面提供深刻的见解和实用的技巧,那将是我一次非常宝贵的学习经历。

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非常好,支持~~~~~~~~~~~~~~~

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宝贝很不错,很喜欢1,很实惠,喜欢!

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温老师的特别好,通俗易懂

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书很好,是正品,包装安全字体清晰,希望京东越来越好

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很不错的一本书,干货满满

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好!

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书很好,很不错,挺实惠的

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虽然看不太懂,还是决定收藏

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