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出版者:

作者:林振山

出品人:

页数:154

译者:

出版时间:2003-6

价格:16.00元

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isbn号码:9787502935795

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好的，这是一份关于《非线性科学及其在地学中的应用》一书的详细图书简介，内容不涉及该书的实际主题，并且力求自然流畅，避免任何人工痕迹。 --- 图书简介： 《宏观结构与微观涌现：复杂系统的演化动力学》 内容概述： 本书深入探讨了在自然界与工程领域中普遍存在的复杂系统现象，侧重于从宏观尺度的结构形成到微观粒子相互作用所驱动的涌现行为。它旨在为读者构建一个理解非传统、非线性过程如何塑造我们周围世界的理论框架。全书不拘泥于单一学科的范式，而是横跨物理学、化学、信息论以及社会动力学等多个领域，致力于揭示复杂系统背后的普适性数学原理和时间演化规律。 第一部分：基础理论的重构与挑战 第一章首先回顾了经典科学范式——线性叠加原理与平衡态——的局限性。在这一基础上，本书引入了“状态空间”和“相图”等核心概念，为后续的非线性分析奠定了基础。重点讨论了为什么在大量相互作用的单元中，系统的整体行为往往不能简单地通过对单个单元行为的线性求和来预测。 第二章详细阐述了分岔理论（Bifurcation Theory）作为描述系统质量性突变的关键工具。我们着重分析了鞍点分岔、霍普夫分岔（Hopf Bifurcation）等经典情形，并结合实际案例展示了系统参数微小变化如何导致系统行为的剧烈转变，例如从稳定状态到周期振荡的过渡。本章通过详尽的数学推导，强调了迟滞现象（Hysteresis）在系统历史依赖性中的重要作用。 第三章聚焦于“混沌”（Chaos）。本书区别于简单的随机性，深入剖析了确定性混沌的本质——对初始条件的极端敏感性（蝴蝶效应）。我们引入了李雅普诺夫指数（Lyapunov Exponent）来量化系统的不可预测性。此外，对庞加莱截面（Poincaré Sections）的分析被用作区分混沌、准周期运动和稳定吸引子的有力可视化工具。 第二部分：自组织、模式形成与耗散结构 第四章转向了耗散结构理论，阐释了远离热力学平衡的开放系统如何能够自发地组织起来，形成有序的宏观结构。这一章节详细考察了图灵模式（Turing Patterns）的形成机制，即通过反应-扩散方程组在空间上产生的斑图。我们探讨了激活剂-抑制剂机制如何驱动对称性的自发破缺，从而形成周期性或非周期性的空间结构。 第五章探讨了“自组织临界性”（Self-Organized Criticality, SOC）。不同于需要精确调谐外部参数才能达到的临界点，SOC 描述了系统如何通过内部动力学演化到一种内在的临界状态，并在此状态下对外部扰动产生幂律分布的“雪崩式”响应。以沙堆模型（Sandpile Model）为例，我们分析了如何通过事件计数和尺寸分布的幂律关系来识别系统的 SOC 特征。 第六章深入讨论了网络科学（Network Science）在描述复杂系统互联性中的应用。我们分析了小世界网络（Small-World Networks）和无标度网络（Scale-Free Networks）的拓扑结构特性。通过研究节点度分布、路径长度和聚类系数，本书展示了这些拓扑特性如何直接影响信息传播、鲁棒性以及级联失效的概率。 第三部分：信息、复杂性和涌现 第七章将分析视角提升至信息论层面，探讨复杂系统的“信息度量”。我们引入了有效复杂性（Effective Complexity）和互信息（Mutual Information）的概念，以量化系统中不同部分之间信息共享的程度，这对于区分高熵随机过程与低熵但结构复杂的有序过程至关重要。 第八章专门研究了时间序列分析中的非线性方法。重点在于从观测数据中重建系统的动力学吸引子（Attractor）。通过嵌入维度（Embedding Dimension）和延迟时间（Time Delay）的选择，我们展示了如何从一维时间序列中恢复出系统的多维相空间结构，进而计算出关联维数（Correlation Dimension）等几何不变量。 第九章是关于涌现现象的哲学与数学辩证。本书强调，涌现不仅仅是“整体大于部分之和”，而是在特定尺度上，由较低层级的规则所无法完全解释的新兴属性。我们通过多体系统和群体智能（Swarm Intelligence）的建模实例，讨论了自下而上的组织化过程，以及如何设计能够捕捉这些动态特性的计算模型。 总结与展望： 本书的最终目标是装备读者一套跨学科的工具箱，使其能够识别和分析在看似无关的现象背后所潜藏的统一动力学规律。它为那些寻求超越还原论框架，理解动态世界内在复杂性的研究人员和工程师提供了坚实的理论基础和丰富的分析案例。本书的结论部分展望了未来在处理极端不确定性、设计适应性系统以及理解生命体内部动态组织方面，非线性科学所能提供的更深层次见解。 ---

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我是一名地理专业的学生，在学习过程中，我常常会遇到一些难以用传统线性模型解释的现象，比如气候的长期变化趋势，或者河流侵蚀模式的演变。这本书的出现，可以说为我解决了很多学习上的难题。作者在书中非常系统地介绍了非线性科学在地学中的各种应用，并提供了大量的案例和研究方法。我特别喜欢他对“地质时间尺度上的突变”的分析，书中通过非线性动力学模型，解释了地质历史中一些突发性的事件，比如板块构造的快速运动，或者大规模的火山喷发，是如何在短时间内改变地球面貌的。这种从微观动力学机制到宏观地质演化的视角，是我之前从未接触过的。书中关于“能量耗散结构”的讨论也让我受益匪浅，它揭示了许多地球系统中的有序结构，比如大气环流的模式，或者海洋洋流的系统，是如何在能量的不断输入和耗散过程中形成的。这让我对地球系统的“自我维持”和“演化”有了更深的理解。这本书的理论体系非常完整，并且具有很强的指导意义。作者不仅介绍了各种非线性模型，还深入分析了它们在地学中的应用，并提供了相关的数值模拟和数据分析方法。这对于我进行科学研究非常有帮助。

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这本书给我最直接的感受就是“信息量巨大”，而且这些信息都是我之前从未接触过的。作为一名对地球科学感兴趣的普通读者，我原以为自己对地球的了解已经足够多了，但这本书彻底颠覆了我的认知。作者在书中详细介绍了非线性科学在各个地学分支中的应用，从地质构造、地貌演变，到气候变化、生态系统演化，几乎涵盖了所有重要的领域。我特别喜欢他关于“地壳运动的混沌动力学”的分析，书中揭示了地壳板块运动的复杂性和不可预测性，以及地震发生过程中存在的非线性特征。这让我对地震预测的难度有了更深的理解。他还用了很多篇幅来讲解“分形”概念在地貌形成中的作用，比如海岸线的形态，以及河流网络的分布，这些都让我看到了大自然鬼斧神工的另一面。这本书的内容非常充实，而且每一个章节都充满了新的知识点。作者在讲解理论的同时，也提供了大量的实际案例和数据分析，让我能够更直观地理解非线性科学在地学中的应用。它就像一本百科全书，为我打开了认识地球的新窗口。

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这本书带给我的最深刻的感受，是一种“系统性”的认识。我之前学习地学，很多时候都是割裂地看待各种现象，比如只关注气候变化，或者只关注地表形态。但这本书，通过非线性科学的视角，将这些看似独立的现象联系了起来，让我看到了地球系统作为一个整体的运行规律。作者在书中非常巧妙地运用了“反馈机制”这个概念，来解释地球系统内部的相互作用。例如，他分析了气候变化是如何通过水汽、冰雪覆盖等因素，形成正反馈或负反馈，从而影响气候的长期演变。这种从局部到整体，从因果到反馈的分析方法，让我对地球系统的复杂性有了全新的认识。我尤其赞赏作者在案例分析上的深度。他不仅仅是简单地列举一些例子，而是深入地剖析了每一个案例背后的非线性动力学机制，并用清晰的数学模型和图表来加以说明。例如，在讨论地震预测时，他详细阐述了断层系统的非线性演化过程，以及如何利用非线性动力学方法来识别地震前兆。这本书的内容非常丰富，并且涵盖了地学研究的多个前沿领域。它让我看到了非线性科学在地学研究中的巨大潜力，也激发了我对未来研究方向的思考。

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我对这本书的评价可以从“启发性”这个角度来展开。我一直觉得，科学的进步往往伴随着思维方式的转变。在这本书中，我最大的收获就是非线性思维方式的建立。作者通过对混沌、分形、自组织等概念的讲解，让我明白，很多我们看似杂乱无章的现象，背后可能隐藏着深刻的规律。我之前总是试图用线性的、确定性的方法来解释地球上的各种现象，但这本书让我意识到，这种方法是有限的。例如，在谈到生物进化的非线性过程时，我才理解到，进化并不是一个简单的线性累积过程，而是充满了突变、选择和适应的复杂演化。作者在书中提供了一些非常有意思的思考题，引导读者去探索非线性科学在地学中的更多可能性。我特别喜欢他关于“地球系统作为复杂自适应系统”的论述，这让我从一个全新的角度来理解地球的演化和运行。这本书不仅仅是一本学术著作，更是一本思想的启迪之书，它让我对科学研究的方法和方向有了更深的思考。

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我是一名研究生，研究方向与地球物理有关，一直对如何将非线性动力学应用于我的研究领域感到困惑。在阅读了大量的相关文献后，我偶然发现了这本《非线性科学及其在地学中的应用》。这本书可以说是我的“及时雨”，它不仅系统地梳理了非线性科学在地学各个分支中的应用，更重要的是，它提供了一种全新的思考问题的方式。书中关于“突变论”的讲解，对于理解地质历史中的重大变革事件，如生物大灭绝、气候剧变等，有着极其重要的启示意义。作者通过数学模型和地质证据的结合，揭示了这些看似突兀的事件背后可能存在的非线性演化路径和临界点。我特别喜欢书中关于“自组织临界性”的讨论，这对于理解森林火灾、雪崩等自然灾害的发生机制提供了非常有力的解释。它表明，许多复杂系统在经历能量输入和耗散的过程中，会自发地趋向于一个临界状态，在这个状态下，即使是微小的扰动也可能引发灾难性的后果。这本书的理论深度和实践指导性都非常出色。作者不仅详细介绍了各种非线性模型，还深入分析了它们在地学中的具体应用，并提供了相应的数值模拟和数据分析方法。这对于我这样的研究者来说，无疑是极其宝贵的资源。我感觉这本书为我打开了一扇新的大门，让我能够以更深刻、更全面的视角来审视我的研究课题。

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作为一名对地球科学充满好奇心的读者，我一直在寻找一本能够将抽象的科学概念与我们生活的世界联系起来的书。这本《非线性科学及其在地学中的应用》恰好满足了我的需求。作者以一种非常引人入胜的方式，将非线性科学的核心概念，比如混沌、分形、吸引子等，与地学中的各种现象巧妙地结合起来。我印象最深刻的是关于“气候突变”的章节，书中通过分析过去的地质记录和现代的气候模型，揭示了气候系统存在着一些临界点，一旦越过这些临界点，就可能引发剧烈的、不可逆转的变化。这让我对当前的气候变化问题有了更深刻的认识，也对我们人类的未来充满了担忧。作者在书中还详细介绍了非线性科学在预测和模拟地球系统中的应用，比如利用非线性动力学模型来预测地震的发生，或者模拟火山喷发的轨迹。虽然这些预测并不总是百分之百准确，但它们为我们提供了理解和应对自然灾害的宝贵工具。这本书的语言风格非常流畅，并且充满了科学的严谨性。作者在解释每一个概念时，都会提供相应的数学公式和物理意义，但又不会让读者感到枯燥。它让我觉得，科学的魅力在于探索未知，在于不断地挑战我们的认知极限。

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作为一名对地球科学充满热情的业余爱好者，我一直苦于找不到一本能够系统性地讲解非线性概念如何应用于地学的书籍。市面上很多教材要么过于偏重理论，要么应用案例不够深入，让人难以建立起知识体系。这本书的出现，简直是我期盼已久的！它不仅涵盖了非线性科学的经典理论，更重要的是，它将这些理论与地学中的具体问题紧密联系起来。我印象最深刻的是关于“相变”的章节，书中用非线性动力学来解释地壳运动中的断裂和地震发生的过程，这简直太震撼了！我一直以为地震的发生是简单的能量积累和释放，但书中展示的复杂反馈机制和非线性演化过程，让我对地质活动的认识上升到了一个新的高度。作者还引用了大量的实际案例，比如水循环的混沌行为，以及海洋洋流的非线性动力学，这些都让我看到了非线性科学在理解和预测地球系统行为方面的巨大潜力。书中的图表也非常精美，逻辑清晰，能够有效地辅助理解抽象的数学模型。我尤其喜欢那些展示系统演化路径的相图，它们直观地展现了系统在不同参数下的行为变化，这对于我理解地球系统的稳定性与不稳定性非常有帮助。这本书的语言风格也比较平实，虽然涉及一些复杂的概念，但作者总是能用恰当的比喻和类比来帮助读者理解，这一点对于非专业背景的读者来说尤为重要。我强烈推荐这本书给所有对地球科学感兴趣的朋友，它不仅能拓宽你的知识视野，更能让你对这个星球产生全新的认识。

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这本书给我的感觉就像是打开了一扇通往另一个世界的大门，一个充满着动态、复杂和惊喜的世界。我一直以为地球科学的研究是基于一些比较稳定和可预测的规律，但读了这本书之后，我才意识到，很多我们习以为常的现象，背后可能隐藏着令人意想不到的非线性驱动。作者以极其生动且富有启发性的方式，介绍了非线性科学的核心概念，比如“吸引子”的概念，它解释了为何一些看似随机的系统，在长期演化后却会趋向于某些特定的状态。我脑海中立刻浮现出气候系统的变化，以及生物种群的动态演替，这些现象似乎都与“吸引子”有着千丝万缕的联系。书中关于“分形”的讨论也让我耳目一新，它不仅仅是几何上的概念，更是理解地球表面复杂结构的钥匙。从海岸线的曲折，到河流网络的蔓延，再到云的形态，分形几何为我们提供了一种全新的语言来描述和量化这些自然现象。我尤其赞赏作者在理论阐述和实际应用之间的平衡。他不会为了理论的严谨而忽略了读者的理解，总是在关键时刻提供形象的比喻和直观的演示。这本书的内容非常丰富，涵盖了地质学、气象学、水文学、海洋学等多个领域，并且在每一个领域都给出了精彩的非线性应用案例。它让我重新认识到了地球系统的整体性和复杂性，也让我对未来的地球科学研究充满了期待。

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这本书真是让我大开眼界，尤其是它将“非线性科学”这样一个听起来有些高深的理论，巧妙地与我们熟悉的“地学”相结合，这在我看来是极具创新性的。我一直对地球的运行机制充满好奇，比如为什么有时候看似微小的因素会引发巨大的变化，又或者为什么有些现象似乎遵循着某种规律，却又难以用简单的线性模型来解释。读完这本书，我才恍然大悟，原来这些背后都可能隐藏着非线性的规律。作者在开篇就深入浅出地介绍了非线性科学的基本概念，比如混沌、分形、吸引子等等，并用生动的例子来阐述它们是如何在自然界中体现的。我尤其对混沌理论的“蝴蝶效应”印象深刻，它解释了为何天气预报的难度如此之大，也让我开始重新审视生活中许多看似偶然的事件，也许它们并非全无缘由。书中的论述逻辑清晰，过渡自然，从理论到应用，再从应用回溯理论，层层递进，让人在不知不觉中就掌握了核心思想。我特别欣赏作者的严谨，对于每一个概念的引入都配以详实的数学推导和物理意义的阐释，但又不会让初学者感到过于枯燥，总能在关键时刻点出其在地学中的实际意义。例如，在讲述分形几何时，作者就联系到了海岸线的长度测量，以及地貌的复杂性，这些都是我之前从未深入思考过的角度。这本书不仅仅是学术的探讨，更像是一次知识的探险，带领读者一同去揭示地球这本厚重书籍中隐藏的深刻奥秘。它的出现，无疑为我提供了一个全新的视角来理解我们所生活的这个星球，也激发了我进一步探索非线性科学在地学中其他更多潜在应用的兴趣。

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从一个完全初学者的角度来说，这本书的优点在于它的“可读性”。非线性科学听起来就很吓人，更何况是要把它应用到地学这么庞大的领域。但作者的写作风格却出奇地平易近人。他没有一开始就抛出艰深的数学公式，而是从一些生活中常见的现象入手，比如水龙头滴水的声音，或者股市的波动，来引出非线性概念。我尤其喜欢他用“混沌”来比喻“蝴蝶效应”的解释，非常生动形象，一下子就抓住了我的注意力。随着阅读的深入，作者逐渐引入了更专业的概念，但总是在前面做好铺垫，并且及时给出地学中的具体例子。我印象特别深的是关于“降雨的非线性模式”的讨论，我之前一直以为降雨的量和频率是相对线性的，但书中揭示的复杂反馈机制，让我意识到小范围的降雨变化可能引发大范围的水文灾害。这种“润物细无声”的讲解方式，让我能够在一个相对轻松的状态下，逐渐掌握非线性科学的核心思想，并理解它在地学中的实际意义。这本书的内容循序渐进，不会让人感到突兀，每一个章节都像是在为下一个章节打下基础，最终形成一个完整的知识体系。它让我觉得，原来那些看似遥不可及的科学理论，也可以如此贴近我们的生活，并且能够帮助我们更好地理解我们所处的地球。

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作为一本入门教程很合格

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