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第1章 绪论1

1.1 环境科学中科学计算的重要性1

1.1.1 科学计算在环境科学研究和工作实践中占有重要地位1

1.1.2 环境科技工作者掌握专门的计算机数学语言的必要性2

1.2 环境科学中主要的科学计算问题4

1.2.1 解析解和数值解4

1.2.2 环境质量模拟预测及计算机求解5

1.2.3 系统最优化和环境规划模型及计算机求解7

1.2.4 环境统计数学模型及计算机求解7

1.2.5 一些非传统数学范畴的环境数学问题及计算机求解8

1.2.6 环境科学中的图形表达及其计算机实现9

1.3 MATLAB语言特点及相关资源9

1.3.1 MATLAB语言特点9

1.3.2 相关资源10

第2章 MATLAB基础11

2.1 MATLAB入门11

2.1.1 工作窗口系统11

2.1.2 查询帮助系统11

2.1.3 演示帮助系统12

2.1.4 常用操作命令12

2.2 MATLAB的数学运算功能12

2.2.1 变量和语句基本结构12

2.2.2 基本数学运算14

2.2.3 插值与拟合16

2.2.4 优化运算问题20

2.2.5 概率论与数理统计问题23

2.2.6 代数方程（组）求解32

2.2.7 微积分问题的解析解和数值解35

2.2.8 常微分方程（组）的解析解和数值解39

2.2.9 偏微分方程（组）的数值解入门41

2.3 MATLAB的绘图功能45

2.3.1 二维图形的绘制46

2.3.2 三维图形的绘制47

2.3.3 图形编辑48

2.4 MATLAB程序设计基础49

2.4.1 M文件49

2.4.2 程序设计结构流程51

2.4.3 MATLAB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

3.1 基于MATLAB回归分析的参数估计54

3.1.1 一元线性回归54

3.1.2 多元线性回归56

3.1.3 多项式回归57

3.1.4 非线性回归59

3.2 基于MATLAB最优化运算的参数估计62

3.2.1 基于非线性最小二乘优化的参数估计62

3.2.2 基于无约束极值问题的参数估计64

3.3 参数估计梯度最优化算法的MATLAB实现66

3.3.1 梯度最优化算法的数学原理66

3.3.2 梯度最优化算法的应用67

3.4 网格搜索参数估计算法的MATLAB实现69

3.4.1 网格搜索参数估计算法的数学原理69

3.4.2 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

4.1 环境系统及环境系统模拟72

4.1.1 环境系统的概念72

4.1.2 环境系统模拟概述72

4.1.3 环境系统基本单位过程74

4.1.4 环境系统模拟模型的分类80

4.2 均一环境介质数学模拟模型80

4.2.1 大气环境系统模拟模型80

4.2.2 地表水环境系统模拟模型94

4.3 多孔介质环境质量数学模拟模型116

4.3.1 一维模拟模型解析解的MATLAB实现116

4.3.2 二维模拟模型解析解的MATLAB实现118

4.3.3 多孔介质中一维偏微分方程组的MATLAB实现119

4.4 多介质环境质量数学模拟模型122

4.4.1 基于物质迁移速率的多介质环境系统模拟模型122

4.4.2 基于逸度容量的多介质环境系统模拟模型125

4.5 种间作用下种群动态数学模拟模型129

4.5.1 捕食作用下的种群动态模拟模型129

4.5.2 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

5.1 大气环境污染控制规划模型的MATLAB实现132

5.1.1 比例下降规划模型求解132

5.1.2 污染迁移规划模型求解136

5.1.3 离散型决策变量的规划模型求解140

5.2 水污染控制规划模型的MATLAB实现143

5.2.1 排污口最优化处理规划模型143

5.2.2 排污口最优化处理规划模型的MATLAB实现144

5.3 环境-经济投入-产出规划数学模型的MATLAB实现147

5.3.1 环境-经济投入-产出原理147

5.3.2 环境-经济投入-产出规划模型150

5.3.3 环境-经济投入-产出规划模型的MATLAB实现150

5.4 可再生资源开发管理模型的MATLAB实现153

5.4.1 可再生资源开发数学模型153

5.4.2 可再生资源开发模型的MATLAB实现154

5.5 数据包络分析模型的MATLAB实现159

5.5.1 数据包络分析模型159

5.5.2 清洁生产评价的数据包络分析模型161

5.5.3 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

6.1 基于MATLAB的主成分分析计算169

6.1.1 主成分分析介绍169

6.1.2 主成分分析的MATLAB实现170

6.2 基于MATLAB的因子分析计算174

6.2.1 因子分析介绍174

6.2.2 因子分析计算过程175

6.2.3 因子分析的MATLAB实现176

6.3 基于MATLAB的聚类分析计算180

6.3.1 聚类分析基本数学原理180

6.3.2 MATLAB中聚类分析的主要函数181

6.3.3 聚类分析计算实例182

6.4 基于MATLAB的判别分析计算184

6.4.1 判别分析基本数学原理184

6.4.2 判别分析计算的MATLAB实现184

6.5 基于MATLAB的地统计学分析计算186

6.5.1 空间变异的区域化特征计算及其MATLAB实现186

6.5.2 空间变异的数学拟合及其MATLAB实现191

6.6 基于MATLAB的趋势面分析计算196

6.6.1 趋势面分析基本数学原理196

6.6.2 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

7.1 灰色系统模型的MATLAB实现201

7.1.1 灰色关联评价及其MATLAB实现201

7.1.2 灰色预测及其MATLAB实现202

7.2 蒙特卡罗算法的MATLAB实现208

7.2.1 蒙特卡罗模拟原理208

7.2.2 蒙特卡罗模拟的MATLAB实现208

7.3 模糊推理系统在环境科学中的应用210

7.3.1 模糊推理系统理论基础210

7.3.2 模糊推理的MATLAB实现213

7.3.3 MATLAB模糊推理工具箱在模糊评价中的应用215

7.4 人工神经网络在环境科学中的应用219

7.4.1 人工神经网络基本原理219

7.4.2 人工神经网络的MATLAB实现220

7.4.3 人工神经网络在环境模拟和预测中的应用223

7.4.4 人工神经网络在环境系统分类中的应用229

参考文献231