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