內容介紹
全書共九章。第1章是化工模擬計算概述，主要敘述化工模擬的重要性、數值計算技術的發展現狀、化工模擬計算文獻綜述等。第2章介紹MATLAB的編程基礎，幫助讀者快速MATLAB入門。第3章結合實例介紹常用數值計算方法及相應MATLAB函式的使用方法，內容包括插值與擬合、數值積分與數值微分、線性和非線性代數方程（組）的數值解法、常微分方程初值問題和邊值問題的解法等。第4章專門介紹化工常微分方程初值問題和邊值問題的套用實例，包括間歇反應器、連續槽式攪拌反應器、管式反應器、半連續反應器、傳質過程、伴有反應的擴散過程、傳熱過程、流體流動、生化反應和過程控制等。第5章是化工中的偏微分方程及其求解，介紹有限差分法、正交配置法、MOL法和有限元法，其中有限元法主要介紹MATLAB的PDE求解器及其求解化學工程PDE問題的具體方法，例子包括一維動態方程組、二維穩態方程（組）、二維動態方程等問題。第6章介紹最最佳化方法及其MATLAB常用算法，內容包括單變數最最佳化問題、線性規劃、無約束多變數問題最最佳化、二次規劃、多變數有約束最最佳化（非線性規劃）問題和最小二乘法等。第7章結合實例詳細介紹參數估計方法和模型辨識方法。第8章介紹化工試驗設計方法及化工數據處理。第9章介紹神經網路（線性神經網路、BP神經網路和徑向基神經網路）及其相應的MATLAB函式，並結合實例介紹神經網路的使用方法。
本書可供化學工程、化工工藝、生化工程、環境工程、製藥工程及相關專業的大學高年級本科生、碩士和博士研究生教材及參考書，也可供套用數學、過程控制等相關專業的科研人員參考。
作品目錄
第1章 化工模擬計算概述 1
1.1 化工模擬計算的重要性 1
1.2 數學模型 1
1.3 幾個重要的化工軟體 1
1.4 數值計算技術的發展現狀和程式語言的選擇 2
1.5 MATLAB簡介 3
1.6 化工模擬計算文獻綜述 4
1.7 本書的特點 5
1.8 本書用途及讀者對象 7
參考文獻 7
第2章 MATLAB編程基礎 9
2.1 MATLAB的集成開發環境和基本操作 9
2.1.1 集成開發環境 9
2.1.2 基本操作 10
2.1.2.1 MATLAB的幫助功能 10
2.1.2.2 基本操作命令 10
2.2 MATLAB的編碼基礎 12
2.3 變數、常數和數據類型 12
2.3.1 變數及作用域 12
2.3.2 MATLAB數組、向量和矩陣 12
2.3.3 數據類型 14
2.3.3.1 字元型（char）和字元串（string） 14
2.3.3.2 數值型 15
2.3.3.3 單元數組（Cell Arrays） 15
2.3.3.4 結構(Structure) 16
2.3.3.5 函式句柄 17
2.3.3.6 java類 17
2.4 數據輸出和輸入 17
2.4.1 數據輸出 17
2.4.2 數據輸入 18
2.5 函式和過程 19
2.5.1 Script檔案 19
2.5.2 函式 20
2.6 程式流程控制 21
2.6.1 if選擇語句 21
2.6.2 switch多重分支結構 22
2.6.3 for循環結構 22
2.6.4 while循環結構 23
2.6.5 try…catch語句 23
2.6.6 continue語句 23
2.6.7 break和pause語句 23
2.6.8 return語句 23
2.7 數值計算 23
2.8 符號運算 24
2.8.1 符號表達式的生成 25
2.8.2 符號與數值之間的轉換函式 25
2.8.3 符號矩陣的創建 25
2.8.4 將數值矩陣轉換為符號矩陣 26
2.8.5 符號矩陣的運算 26
2.8.6 符號微分和差分 26
2.8.7 代數方程的符號求解 26
2.8.8 常微分方程的符號求解 27
2.8.9 調用maple的符號計算函式 28
2.9 圖形可視化 29
2.9.1 二維圖形 29
2.9.2 21/2維圖形 31
2.9.3 三維圖形 32
2.10 調試方法及程式設計實例 32
2.10.1 調試方法 32
2.10.2 程式設計實例 34
2.11 最佳化MATLAB程式代碼 36
2.12 小結 38
參考文獻 40
第3章 MATLAB在數值分析中的套用 41
3.1 插值與擬合 41
3.1.1 數據插值 41
3.1.2 最小二乘法擬合 43
3.1.2.1 最小二乘多項式擬合 43
3.1.2.2 用最小二乘法擬合生成樣條曲線 45
3.1.3 套用實例 47
3.2 數值積分與數值微分 49
3.2.1 數值積分 49
3.2.2 數值微分 51
3.2.3 化工套用實例 53
3.2.3.1 常見的數值積分例子 53
3.2.3.2 一些常見的數值微分例子 54
3.3 代數方程（組）的數值解法 63
3.3.1 線性代數方程組的解法 63
3.3.2 非線性代數方程（組）的解法 63
3.3.3 化工套用實例 64
3.4 常微分方程（組）的數值解法 73
3.4.1 常微分方程初值問題（IVP）的數值解法 74
3.4.2 常微分方程邊值問題（BVP）的數值解法 78
3.5 小結 83
習題 84
參考文獻 84
第4章 化工中的常微分方程及其求解 86
4.1 間歇反應器（Batch Reactor） 86
4.2 連續槽式攪拌反應器（CSTR） 88
4.3 管式反應器 90
4.4 半連續反應器 96
4.5 傳質過程 97
4.6 伴有反應的擴散過程 105
4.7 傳熱過程 114
4.8 流體流動 117
4.9 生化反應 118
4.10 分離-反應一體化設備 121
4.11 過程控制 123
習題 129
參考文獻 131
第5章 化工中的偏微分方程及其求解 132
5.1 概述 132
5.1.1 偏微分方程的常見類型 132
5.1.2 偏微分方程的邊界條件 133
5.1.3 偏微分方程數值方法簡介 133
5.2 用有限差分法解偏微分方程 134
5.2.1 有限差分法 134
5.2.2 一維動態PDE模型的求解 134
5.2.3 二維穩態PDE方程組的求解 137
5.2.4 二維動態PDE模型及其他問題 144
5.3 用正交配置法解偏微分方程 144
5.4 用MOL法解偏微分方程 148
5.4.1 MOL法 149
5.4.2 直接調用MATLAB函式pdepe()求解一維動態PDE方程（組） 149
5.5 用有限元法解偏微分方程 158
5.5.1 MATLAB PDE工具箱簡介 158
5.5.2 PDE工具箱可解決的化學工程問題 160
5.5.2.1 傳熱（Heat Transfer） 160
5.5.2.2 擴散傳遞（Diffusion Transfer）——傳質 160
5.5.2.3 流體力學方程 161
5.5.3 利用pdetool求解偏微分方程 162
5.5.3.1 利用pdetool求解PDE問題的一般步驟 162
5.5.3.2 套用實例 170
5.5.4 使用PDE工具箱的命令行函式求解偏微分方程 174
5.6 小結 187
習題 187
參考文獻 190
第6章 化工最最佳化方法 191
6.1 最最佳化方法及其常用算法 191
6.1.1 最最佳化方法概述 191
6.1.1.1 最最佳化問題的基本概念 191
6.1.1.2 最最佳化問題的一般形式 191
6.1.1.3 最佳化問題一般求解方法[1] 192
6.1.1.4 MATLAB最最佳化工具箱的最小化函式 192
6.1.2 單變數最最佳化問題 192
6.1.3 線性規劃 193
6.1.4 無約束多變數問題最最佳化 195
6.1.5 二次規劃 196
6.1.6 多變數有約束最最佳化（非線性規劃）問題 198
6.1.7 多目標最最佳化 199
6.1.8 最小二乘法 201
6.1.8.1 最小二乘問題簡介 201
6.1.8.2 線性最小二乘問題 201
6.1.8.3 非線性最小二乘問題 202
6.2 化工過程的設計最佳化 204
6.3 化工過程的操作最佳化 208
6.4 其他化工最佳化問題 215
6.5 全局最最佳化簡介 216
習題 216
參考文獻 217
第7章 參數估計和模型辨識 219
7.1 概述 219
7.2 數學模型結構 219
7.2.1 代數方程模型 219
7.2.2 微分方程模型 220
7.2.2.1 ODE方程模型 220
7.2.2.2 PDE方程模型 220
7.3 參數估計 221
7.3.1 一般參數估計方法 221
7.3.1.1 最佳化準則 221
7.3.1.2 多元線性回歸 221
7.3.1.3 多回響非線性回歸——多回響加權最小二乘法 222
7.3.1.4 參數估計的幾個重要方面 225
7.3.2 動力學參數估計 226
7.3.2.1 化學反應動力學參數估計 226
7.3.2.2 生化反應動力學參數估計 238
7.3.3 傳熱參數估計 243
7.3.4 相平衡參數估計 245
7.4 模型辨識 246
習題 249
參考文獻 251
第8章 化工試驗設計及數據處理 253
8.1 概述 253
8.1.1 基本概念 253
8.1.2 試驗設計方法 253
8.2 常用數理統計 254
8.2.1 總體和樣本的統計量 254
8.2.2 方差分析中的幾個數學概念 255
8.3 正交實驗設計與數據處理 256
8.3.1 正交實驗設計方法 256
8.3.2 正交實驗結果的極差分析 256
8.3.2.1 無互動作用的正交實驗 256
8.3.2.2 有互動作用的正交實驗 258
8.3.3 正交實驗結果的方差分析 260
8.3.3.1 無互動作用的正交實驗 260
8.3.3.2 有互動作用的正交實驗 262
8.4 序貫實驗設計 264
8.4.1 實驗設計準則 264
8.4.2 序貫實驗設計步驟 265
8.5 MATLAB實驗設計函式 266
8.6 化工數據處理指南 271
參考文獻 271
第9章 神經網路在化工中的套用 273
9.1 概述 273
9.2 神經元模型與網路結構 274
9.2.1 神經元模型 274
9.2.1.1 簡單神經元 274
9.2.1.2 有一向量輸入的神經元 274
9.2.1.3 傳遞函式 275
9.2.2 網路結構 276
9.2.2.1 單層神經元網路 276
9.2.2.2 多層神經網路 276
9.3 線性神經網路 278
9.3.1 線性神經元模型 278
9.3.2 線性神經網路結構 278
9.3.3 線性神經網路的MATLAB求解方法 278
9.4 BP神經網路 284
9.4.1 BP神經元模型 284
9.4.2 BP網路結構 284
9.4.3 BP網路的設計 285
9.5 徑向基神經網路 286
9.5.1 徑向基神經網路的重要函式 286
9.5.2 徑向基神經元模型 287
9.5.3 徑向基函式網路的結構 287
9.5.4 徑向基網路的設計 287
9.5.5 普遍化回歸神經網路（GRNN）的設計 288
9.5.6 示例 288
9.6 神經網路工具箱nntool GUI求解方法 290
9.7 神經網路在化工中的套用實例 294
參考文獻 296
光碟內的程式檔案一覽表
