复变函数的matlab解法探究
利用MATLAB进行复变函数的主要运算
利用MATLAB进行复变函数的主要运算摘要复变函数与积分变换理论性较强,又是解决实际问题的强有力的工具.该课程已深入到数学的各个分支,如微分方程、积分方程、概率论和数论等多个学科.然而该课程的很多内容比较抽象,学起来比较枯燥且难学.本文利用MATLAB讨论了复变函数与积分变换中的复数运算、泰勒级数的展开、留数、有理函数展开、Fourier变换、Laplace变换和复变函数图形绘制等几个问题.这样不仅提高和完善复变函数与积分变换方法的实用性,同时可以培养学习者运用MATLAB语言编程的能力,对学习者以后的专业课及工作中使用数学软件进行数据处理有很大帮助.关键词：MATLAB; 复变函数; 积分变换1.复数的生成：Z= a + b*I;z = r*exp(i*theta);2.复数的运算：Real（z）imag（z）；3．共轭复数复数的共轭可由函数conj 实现。
调用形式conj(x) 返回复数x 的共轭复数4．复数的模和辐角复数的模和辐角的求解由功能函数abs和angle实现。
调用形式abs(x)复数x 的模angle(x)复数x的辐角5．复数的乘除法复数的乘除法运算由“/”和“ ”实现。
6．复数的平方根复数的平方根运算由函数sqrt实现。
调用形式sqrt(x)返回复数x的平方根值。
7．复数的幂运算复数的幂运算的形式为x^ n结果返回复数x的n次幂。
8.复数的指数和对数运算复数的指数和对数运算分别由函数exp和log实现。
调用形式exp(x)返回复数x的以e为底的指数值log( x) 返回复数x的以e为底的对数值。
9．复数方程求根复数方程求根或实方程的复数根求解也由函数solve实现。
10.留数在MATLAB中可用如下方法：假设以知奇点a和m重数，则用下面的MATLAB 语句可求出相应的留数Limit(f*(x-a),x,a) %返回x=a的一级极点的留数Limit(diff(f*(x-a)^m,x,m-1)/prod(1:m-1),z,a %返回x=a的m级极点的留数11. taylor 泰勒级数展开taylor( f )返回f 函数的五次幂多项式近似。
matlab 复变函数
matlab 复变函数一、介绍MATLAB是一个非常强大的数学软件，可以处理各种复杂的数学问题，包括复变函数。
复变函数是一种在复平面上定义的函数，它可以用来描述许多物理和工程现象。
因此，MATLAB提供了许多功能强大的工具来处理和分析复变函数。
二、基本概念1. 复平面复平面是由实部和虚部组成的平面。
在MATLAB中，可以使用complex(x,y)函数创建一个复数。
其中x表示实部，y表示虚部。
2. 复变函数复变函数是一个将一个或多个复数映射到另一个复数的函数。
在MATLAB中，可以使用z = f(w)来表示一个复变函数。
3. 解析性解析性是指一个函数在其定义域内存在导数。
如果一个函数在某个点处存在导数，则称该点为解析点。
4. 共轭共轭是指将一个复数的虚部取负后得到的结果。
在MATLAB中，可以使用conj(z)来计算一个复数的共轭。
5. 模长模长是指一个复数到原点距离。
在MATLAB中，可以使用abs(z)来计算一个复数的模长。
三、常用操作1. 绘制图形绘制图形是处理和分析复变函数时必不可少的操作之一。
在MATLAB 中，可以使用plot函数来绘制复变函数的图形。
2. 计算导数计算导数是分析复变函数的重要操作之一。
在MATLAB中，可以使用diff函数来计算复变函数的导数。
3. 计算积分计算积分也是处理和分析复变函数时必不可少的操作之一。
在MATLAB中，可以使用integral函数来计算复变函数的积分。
4. 计算共轭计算共轭是处理和分析复变函数时经常需要进行的操作之一。
在MATLAB中，可以使用conj(z)来计算一个复数的共轭。
5. 计算模长计算模长也是处理和分析复变函数时必不可少的操作之一。
在MATLAB中，可以使用abs(z)来计算一个复数的模长。
四、常用工具箱1. Symbolic Math ToolboxSymbolic Math Toolbox是一个用于求解符号数学问题的工具箱。
它提供了许多功能强大的工具来处理和分析符号表达式。
复变函数实验课(一)
湖北民族学院理学院2014年春季学期数学与应用数学专业复变函数实验课（一）计算部分上课教师：汪海玲Matlab中复变函数命令集定义符号变量Syms虚单位z=Sqrt(-1)复数表示z=x+y*i指数表示z=r*exp(i*a)求实部Real(z)求虚部Imag(z)求共轭Conj(z)求模Abs(z)求幅角Angle(z)三角函数z=sin(z)z=cos(z)指数函数z=exp(z)对数函数z=log(z)幂函数z=z^a解方程expr=‘方程式’;Solve(expr)泰劳展开Taylor(e,z)求留数[r,p,k]=residue(p,q)傅立叶变换Fourier(e,z,w)逆傅立叶变换Ifourier(e,w,z)拉普拉斯变换Laplace(e,w,t)逆拉普拉斯变换Ilaplace(e,t,x)一复数的运算1．复数的实部和虚部复数的实部和虚部的提取可由函数real和imag实现。
调用形式real返回复数x的实部(x)(ximag返回复数x的虚部)2．共轭复数复数的共轭可由函数conj实现。
调用形式conj返回复数x的共轭复数(x)3．复数的模和辐角复数的模和辐角的求解由功能函数abs和angle实现。
调用形式abs复数x的模)(xangle复数x的辐角)(x上机操作：课本例题1.2、例题1.4、课后习题（一）1.4．复数的乘除法复数的乘除法运算由“/”和“ ”实现。
5．复数的平方根复灵敏的平方根运算由函数sprt实现。
调用形式)sprt返回复数x的平方根值(x6．复数的幂运算x^，结果返回复数x的n次幂。
复数的幂运算的形式为n上机操作：课本例题1.87．复数的指数和对数运算复数的指数和对数运算分别由函数exp和log实现。
调用形式exp(x返回复数x的以e为底的指数值)log(x返回复数x的以e为底的对数值)上机操作：课本例题2.17、 2.188．复数的三角函数运算复数的三角函数运算函数参见下面的复数三角函数复数三角函数表9．复数方程求根复数方程求根或实方程的复数根求解也由函数solve实现。
实验一计算复变函数极限、微分、积分、留数、泰勒级数展开式
实验一计算复变函数极限、微分、积分、留数、泰勒级数展开式【实验目的】1、熟悉Matlab运行环境，会在窗口操作和运行一些命令2、掌握求复变函数极限、微分、积分、留数以及泰勒级数命令3、熟练在计算机上操作复变函数极限、微分、积分、留数以及泰勒级数命令【实验仪器】一台电脑，要求安装matlab 软件【实验内容】MATLAB实现内容1、MATLAB求复变函数极限2、MATLAB求复变函数微分3、MATLAB求复变函数积分4、MATLAB求复变函数在孤立奇点的留数5、MATLAB求复变函数的泰勒级数展开式【实验步骤】1．打开matlab桌面和命令窗口，方式一，双击桌面快捷方式，方法二，程序里单击matlab图标，方式三，找到matlab文件夹，双击图标2．在matlab命令窗口输入命令3．运行，可以直接回车键，F5键【注意事项】1．命令的输入要细心认真，不能出错2．尤其是分号，逗号等符号的区别3. 注意数学上的运算和matlab中的不同，尤其是括号【实验操作内容】以下的例题都是在命令窗口输入源程序，然后运行，或回车就可以得到结果。
1、MATLAB 求复变函数极限用函数limit 求复变函数极限【Matlab 源程序】syms zf=;limit(f,z,z0) 返回极限结果例 1 求 在 的极限 解 【Matlab 源程序】syms zf=sin(z)/z;limit(f,z,0)ans=1limit(f,z,1+i)ans=1/2*sin(1)*cosh(1)-1/2*i*sin(1)*cosh(1)+1/2*i*cos(1)*sinh(1)+1/2*cos(1)*sinh(12、 MATLAB 求复变函数微分用函数diff 求复变函数极限【Matlab 源程序】zz z f sin )(=i z +=1,0f=（）;diff(f,z) 返回微分结果解 syms zf=exp(z)/((1+z)*(sin(z)));diff(f)ans =exp(z)/(1+z)/sin(z)-exp(z)/(1+z)^2/sin(z)-exp(z)/(1+z)/sin(z)^2*cos(z)3、 MATLAB 求复变函数积分用函数int 求解非闭合路径的积分.【Matlab 源程序】syms z a bf=int(f,z,a,b) 返回积分结果解 syms zx1=int(cosh(3*z),z,pi/6*i,0)x2=int((z-1)*exp(-z),z,0,i)结果为：例 3 求积分 π60i i 0x1=ch3zdz; x2(1)d z z e z -=-⎰⎰例2 设()()z f z z e z f z'+=求,sin 1)(x2 = -i/exp(i)4、 MATLAB 求复变函数在孤立奇点的留数（1）f(z)=p(z)/q(z)；p(z)、q(z)都是按降幂排列的 多项式用函数residue 求f(z)=p(z)/q(z)在孤立奇点的留数【Matlab 源程序】[R,P,K]= residue (B,A) 返回留数，极点说明：向量B 为f(z)的分子系数；向量A 为f(z)的分母系数；向量R 为留数；向量P 为极点位置；向量k 为直接项:例4 求函数 在奇点处的留数． 解 [R,P,K]= residue([1,0,1],[1,1])结果为：R= 2P = -1K = 1 -15、MATLAB 求复变函数的泰勒级数展开式（1）用函数taylor 求f(z)泰勒级数展开式【Matlab 源程序】112++z zf=Taylor(f,z0) 返回f(z)在点z0泰勒级数展开式例5 求函数f=1/(z-b)在点z=a泰勒级数展开式前4项syms z a b;f=1/(z-b);taylor(f,z,a,4)ans =1/(a-b)-1/(a-b)^2*(z-a)+1/(a-b)^3*(z-a)^2-1/(a-b)^4*(z-a)^3（2）求二元函数z=f(x,y)在点（x0,y0）的泰勒级数展开式.【Matlab源程序】syms x y; f=();F=maple(‘mtaylor’,f,‘[x,y]’,m) 返回在(0,0)点处的泰勒级数展开式的前m项.F=maple(‘mtaylor’,f,‘[x=x0,y=y0]’,m) 返回在(x0,y0)点处的泰勒级数展开式的前m项.F=maple(‘mtaylor’,f,‘[x=a]’,m) 返回对单变量在x=a处的泰勒级数展开式的前m项.例6 求函数222==-z f x y x x e---(,)(2)x y xy在原点(0，0)，以及（1，a）点处的Taylor展式．【Matlab源程序】syms x y;f=(x^2-2*x)*exp(-x^2-y^2-x*y);maple(‘mtaylor’,f,‘[x,y]’,4)在(0,0)点处的泰勒级数展开式：ans =-2*x+x^2+2*x^3+2*y*x^2+2*y^2*xmaple(‘mtaylor’,f,‘[x=1,y=a]’,2)在(1,a)点处的泰勒级数展开式：ans =-exp(-1-a-a^2)-exp(-1-a-a^2)*(-2-a)*(x-1)-exp(-1-a-a^2)*(-2*a-1)*(y-a)maple(‘mtaylor’,f,‘[x=a]’,2) 在x=a处泰勒级数展开式：ans =(a^2-2*a)*exp(-a^2-y^2-a*y)+((a^2-2*a)*exp(-a^2-y^2-a*y)*(-2*a-y)+(2*a-2)*exp(-a^2-y^2-a*y))*(x-a)。
2---浅谈Matlab在_复变函数_教学中的应用
1、引言复变函数理论是数学的一个重要分支，是很多专业必修的基础课。
但由于课程本身的特点，在实际教学中，很多学生认为该门课程抽象、枯燥、难以理解。
M atlab 是美国MathWorks 公司20世纪80年代中期推出的数学软件，其优秀的数值计算能力和卓越的数据可视化能力使其很快在数学软件中脱颖而出。
利用Matlab 可以实现复变函数的数据计算并可以方便地将函数及表达式以图形化的形式显示出来，使数据关系更加清晰明了。
本文以几个实例来讨论M atlab 在《复变函数》教学中的应用。
2、Matlab 在复变函数论教学中的应用实例(1)复变函数的图形化表示Matlab 可以将复变函数以图形化的形式显示出来，便于学生加深对复变函数内容的理解。
图1为复变函数sin(z)的图像，x 轴和y 轴分别表示变量的实部和虚部，纵轴表示宗量的实部，颜色表示宗量的虚部，虚部数值大小由右侧的颜色条表示。
从图中可以清楚的看出，函数sin (z)的实部和虚部在一定的区域中都可以大于1，因而其模的数值也可以大于1。
相对于函数的数学公式表示方法，图形化的表示更直观，更易于理解和记忆。
图1复变函数sin(z)的图形图2复变函数ln(z)的图形一图2是函数lnz 的图形，图中底面上的两个坐标分别是变量的实部和虚部，纵轴同样表示函数lnz 的实部，颜色表示lnz 的虚部。
由于lnz 是多值函数，对于同一个实部，虚部可以相差2π的整数倍，所以我们用四个颜色不同的图形表示其中的四个分支。
这四个图形形状完全一样，区别仅在颜色不同，表示虚部相差2π的整数倍。
需要说明的是，图中谷底即是ln0的位置，虽然图形上有数值显示，但实际并无意义，这与计算机的数据处理过程有关。
还可以利用纵轴表示函数lnz 的虚部，用颜色表示实部，如图3所示。
图3复变函数ln(z)的图形二(2)幂级数展开式讨论利用Matlab 也可以讨论幂级数展开问题。
图4是函数f(z)=e z 以及其以z=0为中心的泰勒展开式f ’(z)=∑(z k /k!)的图形。
复变函数的matlab解法探究
科教论坛科技风2020年12月DOC10.19392/kl1671-7341.202034015复变函数的matlab解法探究张春玲魏永亮3冯贵平上海海洋大学海洋科学学院上海201306摘要：结合海洋数学物理理论知识基础，运用matlab编程软件，在学生掌握了理论解法的基础上，利用计算机来实现理论问题的快速自动解法，使学生更好地理解所学的知识，并采用师生互动和同学之间相互讨论的形式，有效地将理论与实际相结合。
关键词：复变函数;matlab;仿真技术;快速求解中图分类号：013海洋数理基础是海洋科学专业的必修课,也是学生们普遍感觉题目难度大，求解繁琐，不易理解的一门专业课⑴。
其中复变函数又是数学理论的一个重要分支,在实际教学过程中，手工解题过程耗时耗力，计算效率低，学生即使能够通过繁琐的计算，得出理论解，也很难直观地理解解的分布及物理意义。
MatGb编程软件具有强大的数值计算能力和卓越的可视化能力，随着信息技术的发展，越来越多地被应用到各个行业⑵&而且，该软件是海洋数据处理的主要工具之一，对于海洋科学专业的学生，学会利用Malb求解海洋数理方程是一个必要的技能"3E#&因此,本文以复变函数论几个典型的例子为例，探究MaGb编程软件在求解海洋数理方程的便利。
1复变函数的Matlab解法1.1求复数的实部、虚部、模、辐角主值、共轭复数女口，利用Matlab求解复数(辔),(槡3+2-的实部、虚部、模、辐角主值、共轭复数。
实验代码如下：a=((3+43i)/(1-23i))S；b=(sqrt(3)+i)S-3)；ars=real(a)；brs=re a1(b)；aim二imaa(a)；bini二imaa(b)；am二abs(a)；bm=abs(b)；aang=angla(a)；bang=angla(b)；ag=co n j(a);b g=conj(b);1.2求解复数方程利用Matlab求解复数方程34+54=0。
浅谈MATLAB在复变函数教学中的几点应用
浅谈MATLAB在复变函数教学中的几点应用【摘要】MATLAB在复变函数教学中扮演着重要的角色。
本文首先介绍了MATLAB在教学中的重要性和复变函数教学的特点，然后详细探讨了MATLAB在复变函数图像绘制、数值计算、符号计算、实例分析和数据分析中的应用。
通过这些具体案例，可以看出MATLAB在复变函数教学中的多方面作用。
文章总结了MATLAB在复变函数教学中的重要性，并指出MATLAB的应用提升了教学效果。
未来，MATLAB在复变函数教学中的应用还有待进一步探索和提升，可以为学生提供更加直观、灵活和高效的学习体验。
MATLAB的应用有望在复变函数教学中取得更大的突破和发展。
【关键词】MATLAB, 复变函数, 教学, 图像绘制, 数值计算, 符号计算, 实例分析, 数据分析, 教学效果, 未来发展。
1. 引言1.1 MATLAB在教学中的重要性MATLAB在复变函数教学中不仅可以提高学生的学习效率，还能够拓展他们的数学思维和计算能力。
将MATLAB作为教学工具引入复变函数课程中，对于学生的学习和发展具有重要意义。
1.2 复变函数教学的特点复变函数是数学分析中的一个重要分支，包括解析函数、共轭函数、共轭解析函数等概念。
复变函数教学在数学及工程类专业中占据着重要的地位，因为它涉及到很多实际问题的解决办法，如电路分析、信号处理、图像处理等。
复变函数的特点主要表现在以下几个方面：1. 抽象性高：与实数函数不同，复变函数的定义域和值域都是复数集合，这使得复变函数的概念和性质更加抽象和深奥。
学生往往难以直观理解复变函数的含义和应用。
2. 几何意义强：复变函数可以看作平面上的点在复平面上的映射，而复平面是由实数轴和虚数轴组成的，因此复变函数的图像常常与平面几何有关，如曲线、区域、奇点等概念在复变函数中具有重要意义。
3. 计算方法多样：复变函数的计算方法包括解析计算、数值计算、符号计算等多种方式，学生需要掌握多种计算方法，并能灵活运用于实际问题中。
实验六、利用MATLAB计算复变函数在孤立奇点处的留数及进行复积分
实验六、利用MATLAB 计算复变函数在孤立奇点处的留数及进行复积分计算一、本实验教学的作用：熟悉MATLAB 基本命令与操作，利用MATLAB 计算复变函数在孤立奇点处的留数；利用MATLAB 计算围线积分。
通过实验具体操作，培养学生综合实践能力。
二、本实验教学目的及学生能力标准：会利用MATLAB 计算复变函数在孤立奇点处的留数；会利用MATLAB 计算围线积分。
三、实验内容：四、相关知识1.在孤立起点处的留数----通过求极限的方法计算留数假设已知奇点α和重数m 则用下面的MATLAB 语句求出相应的留数B=limit(F*(z-α),z, α) 单奇点B=limit(F*(z-α)*m ,z,m -1)/prod(1:m-1),z,α m 重奇点例1 计算z e z z z z f 23)3cos()1(1)(-+-=π在孤立起点处的留数 解 函数)(z f 在0=z 是三重奇点，在1=z 是简单奇点>>syms z>>f=cos(z+pi/3)*exp(-2*z)/z^3*(z-1);>>limit(diff(f*z^3,z,2)/prod(1;2),z,0);>> limit((f*(z-1),z,1)ans=-1/4-1/2*3^(1/2)1/2*exp(-2)*cos(1)-1/2*3^(1/2)*exp(-2)*sin(1)学生练习1 计算z e z z z z f 23)3sin()1(1)(-+-=π在孤立起点处的留数 提示 函数)(z f 在0=z 是三重奇点，在1=z 是简单奇点>>syms z;>>f=sin(z+pi/3)*exp(-2*z)/z^3*(z-1);>>limit(diff(f*z^3,z,2)/prod(1;2),z,0);>> limit((f*(z-1),z,1)ans=-1/4*3^(1/2)+1/2-1/2*exp(-2)*sin(1)+1/2*3^(1/2)*exp(-2)*cos(1)例2 计算3542)(zz i z z f ++=在孤立起点处的留数 解 函数)(z f 在0=z 是三重奇点，在i i z 2,2-=是简单奇点>>syms z;>>f= (z+2*i3) /z^5+z^3);>>limit(diff(f*z^3,z,2)/prod(1;2),z,0);>> limit((f*(z-2*i),z,2i)>> limit((f*(z+2*i),z,-2i)ans=i/8-i/8例3 计算函数1)(2-=z e z f z在∞=z 处的留数 解 函数)(z f 在扩充复平面有三个极点：∞-=,1,1z>>syms z>>z1=exp(z)/(z^2-1);>>B1=limit(z1*(z-1),z,1)>>B2=limit(z1*(z+1),z,-1)>>B=B1+B2ansB1=1/2*exp(1)B2=-1/2*exp(-1)B=1/2*exp(1)-1/2*expp(-1)学生练习2 计算函数4sin )(zz z z f +=在0=z 处的留数 提示 函数)(z f 在0=z 是四重奇点>>syms z;>>f= (sin(z)+z)/z^4;>>limit(diff(f*z^4,z,3)/prod(1;3),z,0);ans=-1/6学生练习3 计算下列函数在奇点处的留数：（1） z z z 212-+ （2）14-z z 解 在Matlab 命令窗口键入：>> [r1,p1,k1]=residue([1,1],[1,-2,0])r1 =1.5000-0.5000p1 =2k1 =[ ]>> [r2,p2,k2]=residue([1 0],[1 0 0 0 -1])r2 =0.25000.2500-0.2500 + 0.0000i-0.2500 - 0.0000ip2 =-1.00001.00000.0000 + 1.0000i0.0000 - 1.0000ik2 =[ ]反之：>> [B,A]=residue([0.2500 0.2500 -0.2500 -0.2500],[-1 1 i -i],[])B =0 0 1 0A =1 0 0 0 -12.求积分2.1 非闭合路径的积分非闭合路径的积分，用函数int 求解，方法同微积分部分的积分。
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复变函数的matlab解法探究作者：张春玲魏永亮冯贵平
来源：《科技风》2020年第34期
摘要：结合海洋数学物理理论知识基础，运用matlab编程软件，在学生掌握了理论解法的基础上，利用计算机来实现理论问题的快速自动解法，使学生更好地理解所学的知识，并采用师生互动和同学之间相互讨论的形式，有效地将理论与实际相结合。
关键词：复变函数;matlab;仿真技术;快速求解
中图分类号：O13
海洋数理基础是海洋科学专业的必修课，也是学生们普遍感觉题目难度大，求解繁琐，不易理解的一门专业课[1]。
其中复变函数又是数学理论的一个重要分支，在实际教学过程中，手工解题过程耗时耗力，计算效率低，学生即使能够通过繁琐的计算，得出理论解，也很难直观地理解解的分布及物理意义。
Matlab编程软件具有强大的数值计算能力和卓越的可视化能力，随着信息技术的发展，越来越多地被应用到各个行业[2]。
而且，该软件是海洋数据处理的主要工具之一，对于海洋科学专业的学生，学会利用Matlab求解海洋数理方程是一个必要的技能[3-5]。
因此，本文以复变函数论几个典型的例子为例，探究Matlab编程软件在求解海洋数理方程的便利。
1 复变函数的Matlab解法
1.1 求复数的实部、虚部、模、辐角主值、共轭复数
1.2 求解复数方程
利用Matlab求解复数方程z4+54=0。
实验代码如下：
2 复变函数微积分与级数的Matlab解法
2.1 求解复变函数微分
2.2 求解复数函数积分
2.3 求解复数函数的泰勒级数
这里值得注意的是，Matlab软件提供的函数命令，只能求解泰勒级数，对于有奇点的复变函数的洛朗级数，需要进行形式变换再展开。
3 复变函数的Matlab图像演示
利用Matlab可以很方便地展示一些抽象函数的直观图像，更便于学生对理论函数的理解。
例如，指数函数ez与对数函数lnz的图像如图1所示，对应的代码如下：
4 结论
运用Matlab编程软件求解海洋数理问题，首先要保证学生有对基础知识有一定的理解。
通过Matlab处理数学物理方程，能够快速的求解一些很多复变函数的值，使日常的计算变得快捷简单。
而且使学生强化该软件的应用技巧，学习利用计算机模拟海洋运动中的数理方程，在理论联系实际的基础上，使学生对数学公式所代表的物理意义更清晰，激发学生的学习兴趣，有助于培养学生的创新精神和创新能力，很好地提高教学效果。
参考文献：
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[5]徐彬.Matlab在复变函数与积分变换课堂教学中的应用[J].湖北理工学院学报，2016，32（03）：68-72.
基金项目：农业部远洋与极地渔业创新重点实验室开放课题“北印度洋中尺度涡强度与路径对渔场分布的影响”（D-8005-18-0059）;国家自然科学基金项目“合成孔径雷达图像中白冠覆盖率的特征及参数化”（41606196）
作者简介：张春玲（1981—），女，山東人，博士，讲师，研究方向：海洋数据分析。
通讯作者：魏永亮（1981—），男，山东人，博士，副教授，研究方向：海洋微波遥感。