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本書為北京理工大學“十四五”規劃教材、“新型工業化·科學計算與系統建模模擬系列”之一。本書簡要介紹了科學計算語言的基本情況和發展歷程，講述了科學計算語言Julia的起源、特性和程序開發過程，重點講解了Julia的基本數據類型及運算、數組與多維數組、函數、流程控制、模塊及數據可視化，詳細介紹了Syslab工具箱的組成和功能，演示了Syslab環境下初等數學、線性代數、數據插值、曲線擬合和數理統計等科學計算實例，最後介紹了MWORKS及其產品體系，分析了Syslab系統組成及功能，利用一階倒立擺系統和四旋翼無人機的路徑跟蹤兩個綜合應用案例演示了Syslab和Sysplorer系統建模與協同模擬。本書共8章，內容包括Julia介紹及MWORKS簡介、Syslab入門、Julia的基礎語法、Julia進階、科學計算數據可視化、Syslab工具箱應用、Syslab的科學計算實例和MWORKS綜合應用案例。每章正文之前有內容提要和本章重點，每章正文之後有本章小結和習題，以滿足教師教學和學生自學的需要。本書可作為高等學校機械電子、控制工程、航空宇航、光電通信、電子信息、電腦等專業本科生和研究生的教學用書，也可作為相關專業科研人員、工程技術人員的參考書。
目錄大綱
第1章 Julia及MWORKS簡介 1
1.1 Julia 2
1.1.1 科學計算語言概述 2
1.1.2 Julia簡介 4
1.1.3 Julia的優勢 5
1.1.4 Julia與其他科學計算語言的差異 5
1.2 Julia Hello World 8
1.2.1 直接安裝並運行Julia 8
1.2.2 使用MWORKS運行Julia 10
1.3 MWORKS簡介 10
1.3.1 MWORKS設計與驗證 11
1.3.2 MWORKS產品體系 12
1.4 Syslab功能簡介 14
1.4.1 交互式編程環境 14
1.4.2 科學計算函數庫 14
1.4.3 計算數據可視化 15
1.4.4 庫開發與管理 16
1.4.5 科學計算與系統建模的融合 16
1.4.6 中文幫助系統 17
本章小結 17
習題1 17
第2章 Syslab入門 18
2.1 Syslab安裝及界面介紹 19
2.1.1 Syslab的下載與安裝 19
2.1.2 Syslab的工作界面 21
2.2 Julia REPL環境的幾種模式 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與Sysplorer的軟件集成 28
2.3.1 Syslab調用Sysplorer API 28
2.3.2 Sysplorer調用Syslab Function模塊 30
本章小結 31
習題2 31
第3章 Julia的基礎語法 32
3.1 基本數據類型 33
3.1.1 變量 33
3.1.2 整數與浮點數 35
3.1.3 復數與有理數 38
3.1.4 字符與字符串 39
3.2 數組 45
3.2.1 數組構造與類型 45
3.2.2 數組的基礎函數 49
3.2.3 索引與鏈接 52
3.3 集合容器 55
3.3.1 元組 55
3.3.2 字典 56
3.3.3 表 58
3.3.4 集合屬性與操作 61
3.4 數學運算與初等函數 63
3.4.1 算術運算函數 63
3.4.2 邏輯運算函數 68
3.4.3 其他數學函數 68
3.4.4 數學運算符 69
3.5 流程控制 73
3.5.1 復合表達式 73
3.5.2 條件表達式 74
3.5.3 循環表達式 75
3.5.4 短路求值 78
3.5.5 異常處理 78
本章小結 80
習題3 80
第4章 Julia進階 82
4.1 模塊 83
4.1.1 創建模塊 83
4.1.2 加載模塊 85
4.1.3 導出列表 86
4.1.4 調用模塊的路徑 87
4.1.5 預編譯機制 88
4.2 類型系統 89
4.2.1 類型聲明 90
4.2.2 抽象類型 91
4.2.3 原始類型 92
4.2.4 復合類型 93
4.2.5 參數類型 95
4.2.6 類型運算 98
4.2.7 多重分派 99
4.3 元編程 100
4.3.1 程序表示 100
4.3.2 表達式與求值 101
4.3.3 代碼生成 103
4.3.4 宏 104
4.3.5 非標準字符串字面量 106
4.3.6 生成函數 106
4.3.7 運行時反射 107
4.4 外部語言調用 108
4.4.1 C/C++ 108
4.4.2 Python 112
本章小結 114
習題4 114
第5章 科學計算數據可視化 116
5.1 線圖 117
5.1.1 簡單線圖 117
5.1.2 對數圖 127
5.1.3 函數圖 129
5.2 離散數據圖與數據分佈圖 131
5.2.1 條形圖 131
5.2.2 針狀圖 134
5.2.3 直方圖 135
5.2.4 散點圖 139
5.2.5 餅圖與熱圖 142
5.3 曲面圖、網格圖與特殊曲線圖 145
5.3.1 曲面圖與網格圖 145
5.3.2 多邊形 148
5.3.3 等高線圖 150
5.3.4 向量場 154
5.4 極坐標圖 158
5.4.1 極坐標數據圖 158
5.4.2 極坐標區設置 162
5.5 標簽與註釋 166
5.5.1 標簽 166
5.5.2 註釋 170
5.6 坐標區外觀 176
5.6.1 坐標區範圍橫縱比 176
5.6.2 網格線、刻度值和標簽 180
5.6.3 多圖繪制 188
5.6.4 清除或創建坐標區 191
5.7 顏色圖與三維場景控制 193
5.7.1 顏色圖與顏色空間 193
5.7.2 三維場景控制 197
5.8 面向自定義圖形的對象設置 199
5.8.1 圖像對象屬性 200
5.8.2 圖像對象標識 201
5.8.3 圖像對象清空與刪除 202
本章小結 203
習題5 203
第6章 Syslab工具箱應用 205
6.1 Syslab工具箱簡介 206
6.1.1 基礎工具箱/數學工具箱/圖形工具箱 206
6.1.2 圖像工具箱 206
6.1.3 地理圖工具箱 207
6.1.4 符號數學工具箱 207
6.1.5 擬合工具箱 208
6.1.6 信號處理工具箱 209
6.1.7 通信工具箱 211
6.1.8 DSP系統工具箱 213
6.1.9 控制系統工具箱 214
6.1.10 優化工具箱 216
6.1.11 全局優化工具箱 217
6.1.12 統計工具箱 217
6.2 Syslab工具箱實例分析 218
6.2.1 直流伺服電動機轉速PID控制 219
6.2.2 語音信號處理 223
本章小結 234
習題6 235
第7章 Syslab的科學計算實例 236
7.1 方程組求解 237
7.1.1 線性方程組求數值解 237
7.1.2 非線性方程組求數值解 239
7.1.3 線性方程組求解析解 240
7.2 插值與擬合 242
7.2.1 插值問題 242
7.2.2 一維插值 247
7.2.3 多維插值 251
7.2.4 曲線擬合 255
7.3 概率統計分佈計算 262
7.3.1 隨機變量的數字特徵 262
7.3.2 概率統計分佈計算 267
7.3.3 假設檢驗 271
7.4 優化問題 273
7.4.1 線性規劃 273
7.4.2 非線性規劃 274
7.4.3 最大值最小化 277
7.4.4 全局優化 278
本章小結 281
習題7 282
第8章 MWORKS綜合應用案例 283
8.1 一階倒立擺系統 284
8.1.1 一階倒立擺系統介紹 284
8.1.2 一階倒立擺系統在Syslab中的控制律設計 285
8.1.3 一階倒立擺系統在Sysplorer中的物理模型搭建 288
8.1.4 綜合Syslab與Sysplorer的一階倒立擺系統的模型模擬分析 290
8.2 四旋翼無人機的路徑跟蹤 293
8.2.1 四旋翼無人機的飛行原理 293
8.2.2 四旋翼無人機的數學模型 297
8.2.3 基於MWORKS的四旋翼無人機建模 303
8.2.4 基於MWORKS的路徑跟蹤模擬 309
本章小結 311
習題8 312
參考文獻 313
