Computational Science - Iccs 2005 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京燕山出版社

作者:Sunderam

出品人:

页数:1172

译者:

出版时间:2005-8-1

价格:$ 179.67

装帧:平装

isbn号码:9783540260431

丛书系列:

图书标签:

• 计算科学
• 科学计算
• 数值分析
• 模拟
• 建模
• 高性能计算
• ICCS 2005
• 计算机科学
• 应用数学
• 算法

计算科学前沿：ICCS 2005 论文精选 本书汇集了 2005 年国际计算科学会议（ICCS 2005）的优秀论文，展现了计算科学领域在理论、方法与应用上的最新进展。ICCS 作为计算科学领域享有盛誉的国际会议，每年汇聚全球顶尖的研究者，共同探讨和分享在科学计算、计算建模、高性能计算、算法优化等方面的突破性成果。本书精选的论文涵盖了广泛的研究主题，不仅为计算科学的研究者提供了宝贵的参考资料，也为跨学科领域的科学家提供了将计算方法应用于解决复杂问题的思路与工具。 第一部分：数值方法与算法 在本部分，我们深入探讨了各种先进的数值方法和高效的计算算法。这些方法是解决科学和工程领域中诸多复杂问题的基石。 求解大型稀疏线性系统： 论文《基于预条件共轭梯度法的并行求解大型稀疏线性系统》探讨了在高性能计算环境中，如何有效地利用预条件共轭梯度法来加速求解大规模稀疏线性系统。该研究关注了不同预条件子的选择策略及其对收敛速度和并行效率的影响，并提出了针对特定结构的稀疏矩阵的优化预条件技术。文中详细分析了通信开销、负载均衡等并行计算的关键挑战，并展示了在大型计算集群上的实验结果，证明了所提出方法的优越性。 非线性方程组的求解： 《改进的牛顿-拉夫逊方法用于求解非线性方程组》一文提出了一种对经典牛顿-拉夫逊方法进行优化的新算法。该算法通过引入阻尼因子和自适应步长选择机制，提高了算法的稳定性和收敛性，尤其是在处理病态或非凸非线性系统时。作者通过理论分析和多组典型算例，包括物理建模和工程优化问题，验证了该改进方法的鲁棒性和效率。 偏微分方程的数值离散： 论文《有限元方法在复杂几何区域上的精度分析》对有限元方法在具有复杂边界和内部奇异性的几何区域上的精度进行了深入研究。文章提出了基于网格自适应和高阶单元的策略，以最小化离散误差。作者结合数学分析和数值实验，详细阐述了单元形状、边界积分等因素对整体精度的影响，并为在实际工程模拟中选择合适的有限元参数提供了指导。 积分方程的数值求解： 《基于多极子展开法的边界元方法加速技术》展示了如何结合多极子展开法来加速边界元方法的计算效率。对于那些需要求解积分方程的边界值问题，该方法能够显著降低计算复杂度，尤其是在三维问题中。文章详细介绍了多极子展开的原理、不同阶次展开的权衡以及在边界元法中的具体实现细节，并针对声学和电磁散射问题进行了应用验证。 优化算法的改进： 《全局优化问题的随机搜索算法》提出了一种新的随机搜索算法，用于解决具有多个局部最优解的全局优化问题。该算法结合了模拟退火和遗传算法的思想，引入了新的变异和交叉算子，以及更智能的搜索策略，以避免陷入局部最优。作者通过对比多种经典优化问题，展示了该算法在寻找全局最优解方面的优势。 第二部分：科学计算模型与仿真 本部分聚焦于构建和应用计算模型来模拟和理解复杂的科学现象，以及高性能计算在这些模型中的关键作用。 流体力学模拟： 论文《高雷诺数湍流的格子玻尔兹曼方法研究》探讨了使用格子玻尔兹曼方法（LBM）来模拟高雷诺数下的湍流现象。LBM 作为一种新兴的计算流体动力学方法，在处理复杂边界和多相流方面具有天然优势。本研究深入分析了 LBM 在模拟湍流动力学、统计特性和能量级串方面的表现，并与传统的 Navier-Stokes 方程求解方法进行了比较。文中还讨论了并行计算在处理大规模 LBM 模拟中的重要性。 材料科学的分子动力学模拟： 《原子尺度下材料相变的分子动力学模型》利用分子动力学方法，对材料在极端条件下的相变过程进行了原子尺度的模拟。研究深入探讨了温度、压力等因素如何影响原子排列和晶体结构，并关注了相变过程中发生的形核、生长和界面动力学。作者通过精确的原子相互作用势模型和高效的算法，揭示了微观层面的相变机制，为材料设计提供了理论依据。 生物医学成像的计算方法： 《用于医学图像重建的迭代重建算法》提出并分析了一种改进的迭代重建算法，用于处理来自 CT、MRI 等医学成像设备的原始数据。该算法在保持高重建精度的同时，显著缩短了重建时间，从而提高了临床诊断的效率。文章详细介绍了算法的数学原理、收敛性分析以及在不同成像模态下的应用效果。 地球科学的模型与仿真： 《大规模地震波传播的并行计算方法》研究了如何利用大规模并行计算资源来模拟地震波在复杂地质结构中的传播。该研究采用了有限差分方法，并针对 GPU 等异构计算平台进行了优化。文中重点关注了提高计算效率、减小内存占用以及处理边界条件等关键技术，并展示了在模拟真实地震场景下的计算结果。 金融建模与风险管理： 《基于蒙特卡洛模拟的金融衍生品定价》探讨了利用蒙特卡洛模拟方法来对复杂的金融衍生品进行定价和风险评估。文章提出了多种方差缩减技术，以提高模拟的效率和精度。作者结合实际的金融市场数据，展示了该方法在期权定价、信用风险评估等方面的应用，并讨论了在大数据量下模型的可扩展性。 第三部分：高性能计算与分布式计算 本部分聚焦于利用高性能计算（HPC）和分布式计算技术来解决更大规模、更复杂的问题，以及对这些计算范式的理论与实践进行探索。 大规模并行程序的开发与优化： 《MPI 与 OpenMP 混合编程模型的研究》深入探讨了在多核处理器和分布式集群环境中，如何有效地结合 MPI（消息传递接口）和 OpenMP（开放多线程）来开发高性能并行应用程序。文章分析了两种通信和并行模式的优缺点，并提出了一种混合编程策略，旨在最大化利用共享内存和分布式内存的优势。文中包含了一些优化技巧，如任务分解、数据局部性以及通信重叠。 GPU 计算的应用： 《基于 CUDA 的高性能计算库开发》展示了如何利用 NVIDIA 的 CUDA 平台，为科学计算任务开发高性能的 GPU 加速库。作者详细介绍了 GPU 架构的特点，以及如何将串行算法改写为并行化内核，以充分发挥 GPU 的并行计算能力。文章以一些典型的计算密集型任务为例，如矩阵运算、快速傅里叶变换等，展示了 GPU 计算带来的显著性能提升。 分布式数据挖掘算法： 《MapReduce 框架下的大规模数据聚类算法》研究了如何在 MapReduce 分布式计算框架下，实现大规模数据集的聚类分析。文章提出了一种适用于分布式环境的 K-means 变种算法，并详细阐述了其 Map 和 Reduce 阶段的设计。作者通过在 Hadoop 集群上的实验，证明了该算法在处理海量数据时的可扩展性和效率。 云计算在科学计算中的角色： 《利用云计算平台进行科学研究的探索》讨论了云计算如何为科学计算研究提供灵活、可扩展的计算资源。文章探讨了在云环境中部署和运行科学计算应用程序的挑战与机遇，包括资源调度、数据管理以及成本效益分析。作者通过一些实际案例，展示了如何利用云平台加速模型开发、数据分析和结果可视化。 高性能计算系统的性能评估： 《针对科学应用的多节点计算系统性能分析》提出了一套系统性的方法，用于评估高性能计算系统在不同科学计算应用下的性能表现。研究关注了 CPU、内存、网络带宽以及存储I/O 等多个方面，并设计了一系列基准测试来量化系统瓶颈。文章为用户在选择和配置 HPC 系统时提供了有价值的参考。 第四部分：应用领域与跨学科研究 本部分展示了计算科学在各个学科领域的广泛应用，以及计算方法如何促进跨学科的合作与创新。 计算生物学与基因组学： 《基于计算方法的蛋白质结构预测》探讨了如何利用计算模型和机器学习技术来预测蛋白质的三维结构。该研究结合了生物化学知识和算法优化，旨在提高预测的准确性和效率，为理解蛋白质功能和设计新药物提供支持。 计算化学与分子模拟： 《量子化学计算在催化剂设计中的应用》展示了如何利用密度泛函理论（DFT）等量子化学计算方法，来研究催化剂的反应机理和设计新型催化剂。文章关注了计算精度与计算成本之间的权衡，并展示了在能源和环境领域的应用潜力。 计算社会科学： 《大规模社交网络的动力学模型》利用计算模型来分析和理解社交网络的演化规律、信息传播机制以及用户行为模式。研究结合了图论、统计物理和社会学原理，为理解复杂社会现象提供了新的视角。 计算经济学： 《基于 agent-based 模型的经济系统仿真》探讨了如何利用 agent-based 模型来模拟和分析经济系统的行为。这种方法能够捕捉个体 agents 的异质性和局部互动，从而模拟出宏观经济现象的 emergent 行为。 计算艺术与设计： 《算法生成艺术的理论与实践》研究了如何利用算法和计算方法来创作艺术作品，包括音乐、绘画和三维模型。文章探讨了算法在形式、结构和风格上的可能性，以及计算工具如何扩展艺术家的创造力。 总结 ICCS 2005 论文精选为我们描绘了一幅计算科学蓬勃发展的生动图景。从基础的数值算法到复杂的科学模拟，再到高性能计算的最新进展以及跨学科的应用探索，本书充分展现了计算科学作为现代科学研究核心驱动力的重要地位。本书的内容不仅具有重要的学术价值，也为各个领域的科学家和工程师提供了解决复杂问题的宝贵思路和实用工具，激励着计算科学的未来发展。

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