Applied Simulation

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出版者:Thomson Learning
作者:Baker/ Winston
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:
价格:97.95
装帧:HRD
isbn号码:9780534464707
丛书系列:
图书标签:
  • 模拟
  • 仿真
  • 应用
  • 工程
  • 建模
  • 算法
  • 数值计算
  • 系统分析
  • 优化
  • 计算机科学
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具体描述

《数值实验导论:从基础到实践》 本书旨在为读者提供一个全面而深入的数值实验理解框架,它将引导您从概念的萌芽,一步步走向实际的应用。我们不局限于任何特定的学科领域,而是着重于揭示数值实验背后的普适性原理、方法论和关键技术。 核心理念与基础构建: 我们首先会深入探讨数值实验的本质。数值实验并非简单地进行计算,而是通过构建数学模型,利用计算工具模拟真实世界的复杂现象。本书将详细阐述如何将现实问题抽象为可计算的模型,包括数学模型的设计原则、不同类型模型的适用性(如离散模型、连续模型、统计模型等),以及模型验证与误差分析的重要性。读者将学会区分模型与现实之间的差异,理解模型简化带来的影响,并掌握评估模型有效性的基本方法。 数学工具与算法详解: 数值实验离不开强大的数学工具。本书将系统地回顾和介绍支撑数值实验的关键数学概念,包括但不限于线性代数、微积分、概率论与数理统计、微分方程等。我们不会仅仅停留在理论层面,而是会侧重于这些数学概念如何在数值计算中得到应用。 在算法层面,本书将深入剖析各类常用的数值算法。您将学习到: 数值积分与微分: 掌握牛顿-科特斯公式、高斯积分等数值积分方法,以及有限差分法、有限元法等数值微分技术,理解它们在求解微分方程和积分方程中的作用。 方程求解: 学习线性方程组的直接法(如高斯消元法、LU分解)和迭代法(如雅可比法、高斯-赛德尔法),以及非线性方程组的求解方法(如牛顿法)。 插值与逼近: 掌握多项式插值(如拉格朗日插值、牛顿插值)和样条插值,以及最佳逼近理论,理解它们在数据拟合和函数逼近中的应用。 优化方法: 介绍无约束和有约束优化问题,学习梯度下降法、牛顿法、共轭梯度法等经典优化算法。 随机数生成与蒙特卡洛方法: 探讨伪随机数生成器的原理,以及如何利用蒙特卡洛方法进行复杂积分计算、概率模拟和风险分析。 仿真软件与编程实践: 理论知识需要通过实践来巩固。本书将指导读者如何选择和使用合适的仿真软件和编程语言。我们将重点介绍几种在科学计算领域广泛应用的编程语言(例如 Python 及其相关的科学计算库如 NumPy, SciPy, Matplotlib),以及如何利用它们实现上述的数值算法。 对于初学者,本书将提供清晰的代码示例和循序渐进的练习,帮助您快速上手。对于有一定基础的读者,我们将引导您探索更高级的编程技巧和效率优化策略。我们还会讨论如何利用成熟的仿真软件(如 MATLAB, R, Julia 等)来加速开发过程,并深入理解它们内部的算法实现。 仿真流程与案例分析: 本书将详细梳理一个完整的数值实验流程: 1. 问题定义与模型构建: 如何清晰地界定研究问题,并将其转化为数学模型。 2. 模型离散化与数值方法选择: 如何将连续模型转化为离散形式,并选择最适合的数值算法。 3. 算法实现与程序编写: 将算法转化为可执行的代码。 4. 仿真运行与参数设置: 如何设置仿真参数,并执行计算。 5. 结果分析与可视化: 如何解读计算结果,并利用图表等工具进行直观展示。 6. 误差分析与模型验证: 如何评估数值结果的准确性,并与理论或实验数据进行对比。 7. 模型改进与迭代: 如何根据分析结果优化模型和仿真策略。 本书将贯穿丰富的案例分析,覆盖多个学科领域,例如: 物理学: 模拟粒子运动、流体动力学、电磁场分布等。 工程学: 结构强度分析、电路仿真、控制系统设计等。 生物学: 种群动态模型、生物分子相互作用模拟等。 金融学: 股票价格预测、期权定价、风险建模等。 环境科学: 气候变化模拟、污染物扩散预测等。 通过这些具体的案例,读者可以直观地感受到数值实验在解决实际问题中的强大力量,并学会如何将所学知识迁移到自己的研究和工作中。 高级主题与未来展望: 在掌握了基础知识和实践技能后,本书还将涉足一些高级主题,例如: 并行计算与高性能计算: 如何利用多核处理器和分布式系统来加速大规模仿真。 不确定性量化: 如何处理模型参数和输入数据的不确定性,并量化其对仿真结果的影响。 机器学习与数值实验的结合: 如何利用机器学习技术来辅助模型构建、参数优化和结果解释。 仿真软件工程: 如何构建可维护、可扩展的仿真系统。 最后,本书将对数值实验领域的未来发展趋势进行展望,鼓励读者持续学习和探索。 《数值实验导论:从基础到实践》不仅仅是一本书,它更像是一位经验丰富的向导,将陪伴您在数值实验的世界中探索、学习和成长。无论您是学生、研究人员还是工程师,希望本书能为您打开一扇通往深刻理解和强大实践能力的大门。

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读后感

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用户评价

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老实说,我最初拿到这本书时是带着一丝怀疑的。我从事仿真工作已经有些年头了,接触过市面上主流的几本经典教材,它们大多偏重于算法的严谨性和数学推导的完整性。我期待的是那种能让我对特定仿真算法(比如系统动力学或Agent-Based Modeling)的内在机制有更深层次理解的书籍。然而,《Applied Simulation》这本书给我的感觉,更像是一本“实战手册”而非“理论圣经”。它的重点似乎完全放在了如何将一个模糊不清的现实问题,成功地转化为一个可运行、可分析的仿真模型上。书中对“模型验证与确认”(V&V)的篇幅着墨极多,这点我非常赞赏。很多新手往往只关注如何建模型,却忽略了模型的有效性。作者在这里提供了一套非常系统化的检查清单和流程图,特别是关于不确定性分析的部分,他没有停留在理论介绍,而是直接给出了如何利用敏感性分析来识别模型中的关键驱动因素的步骤。我尤其喜欢其中关于“仿真实验设计”的那一章,它清晰地阐述了如何平衡仿真运行次数与统计显著性之间的关系,避免了“跑太多次浪费时间”或“跑太少次结果不可靠”的误区。对于经验丰富的从业者而言,这本书的价值可能不在于教你新算法,而在于提供了一个“最佳实践”的框架,帮助你规范和优化现有的工作流程。它的案例虽然贴近行业应用,但叙述方式却异常冷静和务实,几乎没有多余的修辞,全是干货。

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我过去对“仿真”这个词的理解,一直局限于离散的、基于事件的模拟,例如工厂的生产线或者呼叫中心的等待队列。我的知识体系相对偏向于操作系统的调度算法和网络性能分析。因此,当我翻开《Applied Simulation》时,我对其中关于连续系统仿真的描述抱持着相当大的保留意见。然而,这本书对连续系统,特别是涉及微分方程建模的领域,进行了非常清晰且富有洞察力的阐述。作者似乎深谙读者可能存在的知识盲区,他用非常巧妙的类比,将偏微分方程的求解过程,转化为了在时间轴上不断逼近的数值迭代。我印象最深的是关于生物化学反应速率模型的部分,书中并没有简单地堆砌大量的生化知识,而是专注于如何将一个已知的化学反应机理,抽象成一组可计算的常微分方程组,并讨论了欧拉法、龙格-库塔法等数值积分方法的适用性与精度权衡。这种将工程数学工具与具体应用场景无缝对接的写法,极大地拓宽了我对“仿真”这个概念的边界认知。它不再仅仅是关于“计数”和“排队”,更是关于“演化”和“变化率”。这本书的语言风格也偏向于一种严谨的科学报告体,句式结构紧凑,信息密度极高,每一句话似乎都承载着重要的知识点,这使得它在参考价值上远超一般的科普读物。它更像是一部可以在案头随时翻阅,以确保自己的建模思路符合行业前沿规范的工具书。

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这本书最令人耳目一新之处,在于它对“人机交互”在仿真反馈回路中的地位的探讨。在很多传统的仿真著作中,人往往被简化为一个输入或输出的终端,其决策过程通常被固定化或忽略不计。但《Applied Simulation》花了好几章的篇幅来讨论如何构建包含真实人类参与者的混合仿真(Human-in-the-Loop Simulation),这在当前强调用户体验和决策支持的时代背景下,显得尤为重要和前瞻。作者没有回避人类行为的不可预测性带来的建模难题,反而将其视为一个需要系统性解决的挑战。他详细介绍了如何利用行为经济学的原理来设计人类参与者的决策模型,以及如何在使用虚拟现实(VR)或增强现实(AR)技术来提高仿真环境的沉浸感和真实性。这种对前沿技术集成和跨学科融合的勇气,让这本书充满了活力。书中讨论到的“灰盒”仿真方法——即结合了部分已知物理规律和部分数据驱动学习模型的策略——也让我深受启发。它没有要求我们必须完全了解系统的一切,而是教导我们如何在信息不完全的情况下,利用仿真工具最大化地提取有效信息。总而言之,这本书的深度和广度都达到了一个很高的水准,它不仅教会了“如何做”,更启发了我们去思考“还能怎么做”的无限可能性,非常值得推荐给所有希望将仿真技术推向更高层次的专业人士。

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这本书的结构组织方式,在我看来,简直是一种反传统的学习路径。它跳脱了传统教材那种“先定义概念,后举例说明”的窠臼。我记得开篇没多久,作者就抛出了一个复杂的、跨学科的系统性问题——比如城市交通流的优化——然后围绕着如何用仿真来解决这个棘手问题,逐一引入所需的工具和理论。这种“问题驱动”的学习法,让我感觉自己像是一名正在接受挑战的工程师,而不是一个被动接受知识的学生。每一个章节的过渡都极为自然,前一个章节遗留下的未解决的疑问,往往会成为下一章节深入探讨的起点。举例来说,当作者讲解如何处理系统中的随机性时,他不是先讲概率分布的数学形式,而是先展示了一个系统在缺乏随机性输入时产生的“完美但虚假”的输出结果,这种“反面教材”的冲击力远比单纯的理论陈述要深刻得多。此外,这本书在图形化呈现方面做得非常出色。许多复杂的动态系统交互过程,如果只用文字描述,读者很容易迷失在各种反馈回路和延迟中,但本书中穿插的大量流程图、状态图和时间序列图,将这些抽象的关系具象化了。我发现自己能够通过这些图表,快速定位到模型中可能存在的逻辑漏洞,这对于我进行复杂系统的建模工作,简直是如虎添翼。这本书需要静下心来读,因为它要求读者主动参与到思考过程中,去填补作者留下的那些引导性的思考间隙。

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这本书简直是为我这种理论与实践的中间派人士量身定做的!我原本以为它会是一本枯燥的数学公式堆砌,毕竟名字听起来就带着一股浓浓的“硬核”气息。然而,作者的叙事方式却出乎意料地引人入胜。从一开始,他就没有急于抛出复杂的模型,而是通过一些日常生活中看似无关紧要的例子,比如排队买咖啡的效率分析,或者网络数据包的延迟问题,巧妙地引入了仿真的核心概念。我特别欣赏作者在介绍不同仿真方法论时的那种循序渐进的节奏感,他没有强迫读者立刻掌握蒙特卡洛方法的所有细节,而是先构建了一个直观的“沙盒”环境,让我们先“玩”起来,再慢慢揭示背后的原理。这种“先体验,后解构”的教学思路,极大地降低了初学者的门槛。我记得其中一章专门讨论了离散事件仿真(DES)在供应链管理中的应用,作者用一个详细的物流中心案例,将库存管理、运输调度这些复杂的现实问题,清晰地映射到了仿真模型中的各个节点和状态转移上,让我这个非专业人士都能清晰地把握住“为什么需要仿真”以及“如何构建一个有效的仿真模型”这两个核心命题。书中对不同仿真软件的特性对比分析也十分到位,它没有偏袒任何一家商业工具,而是客观地指出了每种工具在特定应用场景下的优势与局限性,这对于我们这些需要为项目选择合适工具的技术人员来说,是极其宝贵的参考信息。读完之后,我感觉自己看待问题的方式都发生了变化,不再是简单地基于经验做决策,而是习惯性地思考:“如果我在这里改变一个参数,系统会如何响应?”这种思维模式的转变,才是本书带给我最大的财富。

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