数值逼近

数值逼近 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学
作者:吴宗敏
出品人:
页数:131
译者:
出版时间:2008-2
价格:18.00元
装帧:
isbn号码:9787030201799
丛书系列:
图书标签:
  • 数值分析
  • 数值方法
  • 科学计算
  • 算法
  • 误差分析
  • 迭代法
  • 插值法
  • 逼近理论
  • 计算数学
  • 优化算法
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具体描述

《数值逼近》是“科学计算及其软件教学丛书”之一,介绍数值逼近的基本理论、方法和应用。主要内容包括:数值运算与误差、函数空间、插值与逼近、样条表示与插值、数值积分和非线性方程的求解等。全书在一般理论讨论的基础上,尽可能给出可实现的Matlab程序,以适用于计算及实际问题的应用。章后附有习题,可供练习。

科学计算与方法导论 一部深入探讨现代科学计算核心理论与实践的权威著作 本书旨在为读者提供一个全面、深入且富于启发性的视角,去理解和掌握现代科学计算的基石。它超越了对单一算法的机械介绍,而是着眼于构建一个完整的计算思维框架,使读者能够有效地解决工程、物理、经济乃至生命科学等领域中遇到的复杂数学问题。 第一部分:数学基础与误差分析——精确性的哲学探究 本部分是理解所有数值方法的起点,它强调了“精确性”在计算世界中的相对性与重要性。 1. 数值系统的基础结构:浮点数的深层剖析 我们从计算机如何表示实数开始,详细解析IEEE 754标准。这不仅仅是关于“单精度”与“双精度”的定义,更是对机器数的内在局限性的深入探讨。读者将学习到: 指数与尾数的精确控制: 浮点数的构造如何导致了数值的有限性。 舍入误差的类型与量化: 确定性误差(截断)与概率性误差(舍入)的相互作用。如何计算并控制计算过程中的累积误差,理解“有效数字”的概念,而非仅仅停留在位数上。 病态问题初探: 介绍为何有些数学问题在理论上可行,但在特定数值环境下会产生灾难性的结果。 2. 误差的量化与传播——稳定性的核心 误差分析是科学计算的灵魂。本章将系统梳理误差的传播规律: 加减乘除中的误差放大: 重点分析减法中的“抵消效应”如何剧烈降低有效精度,并通过具体案例展示这种现象的危险性。 局部误差与全局误差的区分: 如何通过步长、迭代次数等参数控制全局误差的上限。 向后稳定性与向前稳定性: 引入现代数值分析中至关重要的概念,解释一个算法是否“可靠”,并不在于它对输入数据有多敏感,而在于它是否等同于一个稍微被扰动过的原问题的精确解。 第二部分:线性系统的求解——结构化数据的权力核心 线性代数是描述物理世界和工程系统的基本语言。本部分聚焦于如何高效、稳定地求解形如 $Ax=b$ 的方程组。 3. 直接法:从基础到优化 我们详尽阐述求解线性系统的经典方法,并着重于其计算复杂度和内在的稳定性问题: 高斯消元法与LU分解: 详细剖析三角分解的每一步操作,并讨论其在矩阵稀疏性下的效率瓶颈。 矩阵的条件数: 引入条件数 $kappa(A)$ 作为衡量系统敏感性的核心指标,解释为何一个“良性”系统和一个“病态”系统在计算上有着天壤之别。 Cholesky分解: 针对对称正定矩阵的优化方法,显著减少计算量和存储需求。 特殊矩阵的利用: 探讨带状矩阵、稀疏矩阵的存储和求解策略,体现计算效率的工程化考量。 4. 迭代法:处理大规模与稀疏系统的利器 对于维度极高的系统,直接法因其 $O(n^3)$ 的复杂度而变得不可行。迭代法成为首选: 基本迭代框架: 雅可比迭代(Jacobi)与高斯-赛德尔迭代(Gauss-Seidel)的收敛性判据(谱半径)。 加速收敛技术: 引入松弛因子(SOR),探讨如何通过优化参数来加速收敛速度。 现代预处理器的概念: 阐述预条件子在提高迭代效率中的关键作用,为接触更高级的Krylov子空间方法打下基础。 第三部分:非线性方程与优化——寻找最优解的路径 本部分转向处理包含未知变量的非线性代数方程组 $f(x)=0$ 以及寻找函数极值的优化问题。 5. 非线性方程的求解 单变量方程: 详述二分法(作为最稳健的基准)、割线法,以及牛顿法。对牛顿法,我们将深入分析其二次收敛特性,以及在初始猜测不佳时可能发生的震荡或不收敛情况。 多变量系统: 将牛顿法推广到高维空间,即牛顿迭代的每一步都转化为求解一个线性系统。讨论如何使用拟牛顿法(如BFGS)来避免每步都计算和求逆雅可比矩阵的巨大开销。 6. 函数逼近与插值 如何用有限的、离散的数据点来精确地表示一个连续函数? 拉格朗日插值与牛顿插值: 探讨插值多项式的构造及其唯一性。重点分析Runge现象——即高次插值可能导致的振荡行为,从而揭示插值的局限性。 分段逼近: 介绍样条插值,特别是立方样条,如何通过局部平滑性保证整体效果,成为工程中最常用的平滑曲线拟合工具。 第四部分:数值积分与微分——连续系统的离散化 物理定律和工程模型往往涉及微分和积分,本部分关注如何将这些连续运算转化为计算机可以处理的离散求和。 7. 数值积分(Quadrature) 牛顿-柯特斯公式: 从梯形法则和辛普森法则出发,系统地推导复合公式,理解其误差项与步长之间的关系。 高斯求积法的威力: 解释高斯求积如何通过精心选择节点(勒让德多项式根)来达到更高的代数精度,即便使用更少的函数评估点。 8. 常微分方程的数值解法(ODE) 这是模拟动态系统的核心: 单步法: 欧拉法(前向与后向)的稳定性和局部误差分析。介绍龙格-库塔方法(Runge-Kutta),特别是经典的四阶RK4,解析其高精度背后的平衡艺术。 多步法: 介绍Adams-Bashforth与Adams-Moulton方法的结构,以及它们在计算效率上相对于单步法的优势与挑战。 刚性系统的处理: 引入“刚性”(Stiffness)的概念,解释为何对于刚性问题,必须采用隐式方法(如后向欧拉法)来保证计算的稳定性。 结语:从算法到系统 本书的最终目标是培养读者对“计算可行性”的直觉。每种方法都有其适用范围、计算成本和内在的数值风险。通过对这些核心模块的深入学习,读者将不仅能应用现成的软件库,更能理解这些库背后的决策逻辑,从而成为一个真正能够驾驭复杂计算难题的科学工作者。本书强调理论的严谨性与实践的工程化相结合,为后续进入偏微分方程、傅里叶分析或大型稀疏矩阵求解等前沿领域奠定坚实的基础。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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《数值逼近》这本书,在我看来,更像是一扇通往混沌边缘的窗户。我是一名理论物理学的研究者,我们常常需要面对一些高度非线性的动力学系统,这些系统往往没有解析解,只能依靠数值模拟来探索其行为。从天气预报到宇宙演化,从量子混沌到湍流现象,数值逼近都是我们研究的基石。我希望这本书能够深入探讨那些能够处理复杂非线性问题的数值方法。例如,在求解常微分方程和偏微分方程方面,它是否会介绍Runge-Kutta方法、有限差分方法、有限体积方法等,并且详细分析它们的精度、稳定性和收敛性?对于一些涉及高维度甚至无穷维空间的逼近问题,是否会有专门的章节进行阐述?我特别关心的是,在进行大规模数值模拟时,如何有效地管理和控制误差。这本书是否会提供关于误差传播、误差估计以及如何设计鲁棒性数值算法的深刻见解?例如,在高维度的蒙特卡洛模拟中,如何有效地降低方差,提高逼近的效率?此外,对于一些具有复杂边界条件或奇点的物理问题,数值方法又该如何应对?我希望这本书能够提供一些理论上的深度,同时又不失工程上的实用性,能够帮助我理解数值方法的内在机制,从而更好地设计和解释我的模拟结果,甚至为开发新的数值算法提供灵感。

评分☆☆☆☆☆

《数值逼近》这本书,我希望它能为我提供一套解决“算不出来”问题的“工具箱”。作为一名应用数学专业的学生,我深知很多数学问题在现实中是无法用解析方法精确求解的。例如,在金融工程领域,我们常常需要计算复杂的期权定价模型,这些模型往往涉及到高维度的随机微分方程,只能通过数值方法来逼近。我希望这本书能够详细介绍这些在金融数学领域常用的数值方法。例如,在求解偏微分方程方面,它是否会介绍有限差分法、有限元法,以及它们在Black-Scholes模型或更复杂的模型中的应用?对于涉及随机过程的模拟,是否会介绍蒙特卡洛方法,并深入讲解如何设计高效的模拟算法,如何控制误差,以及如何进行方差缩减?我特别关注的是,在金融领域,时间是关键因素,因此算法的效率至关重要。这本书是否会讨论如何优化数值算法,使其在满足精度要求的同时,能够实现更快的计算速度?例如,是否存在一些并行计算的技术,或者高效的稀疏矩阵求解方法,能够应用于金融模型的数值计算?我希望这本书能让我不仅理解这些数值逼近方法的原理,更能让我掌握如何在金融实践中灵活运用它们,为更复杂的金融模型和风险管理提供可靠的计算支撑,从而成为一名合格的金融数学应用者。

评分☆☆☆☆☆

《数值逼近》这本书,在我看来,更像是打开了一扇通往“计算智慧”的大门。我是一名正在学习人工智能的本科生,而人工智能的核心,很大程度上就是对复杂问题的数值求解和模型优化。从深度学习中的反向传播算法,到推荐系统中的矩阵分解,再到自然语言处理中的词向量计算,背后都离不开精密的数值逼近技术。我希望这本书能系统地介绍这些在AI领域至关重要的数值方法。比如,在求解非线性方程组方面,它是否会介绍牛顿法的变种,以及它们在神经网络训练中的应用?对于优化问题,除了基本的梯度下降,是否会涉及Adam、RMSprop等更先进的优化算法,并且深入讲解它们的原理和收敛性分析?此外,在大规模数据集上进行模型训练时,我们 often 需要处理高维度的积分或求和,这本书是否会介绍一些高效的蒙特卡洛方法,或者其他近似积分技术?我希望这本书能够提供一些关于数值稳定性、误差控制以及算法效率的讨论,因为这些都是在实际AI应用中必须考虑的关键因素。例如,在训练过程中,数值精度的问题是否会导致模型性能的下降?又或者,如何选择最优的算法来平衡计算时间和模型精度?我非常期待这本书能够提供一些连接数学理论和AI实践的桥梁,让我能更深刻地理解AI算法背后的数学原理,从而更好地设计和优化我的AI模型。

评分☆☆☆☆☆

《数值逼近》这本书,从它的标题而言,我首先联想到的是那些在工程领域不可或缺的计算工具。我从事的机械设计工作,经常需要处理一些无法用解析方法直接求解的复杂问题,比如非线性结构的应力分析,或者流体动力学模拟。这时候,数值方法就成了救命稻草。我曾经接触过一些数值分析的教材,但它们往往过于抽象,理论推导冗长,而实际可操作的例子却寥寥无几,这让我感到非常沮丧。我希望《数值逼近》能够在这方面有所突破,它应该能够清晰地阐述各种数值方法的思想根源,用更直观的方式解释算法的流程,而不是仅仅罗列公式。比如,对于有限元方法,我希望能看到它如何将连续体离散化,如何建立插值函数,以及如何求解方程组。对于数值积分,我希望它能介绍梯形法则、辛普森法则等方法的几何意义,以及它们在计算复杂曲面面积或体积时的应用。此外,在实际工程中,我们还需要考虑计算的效率和精度。这本书能否提供一些关于算法选择的指导,例如在精度要求不高但计算量巨大的情况下,应该选择哪种方法?反之,在精度要求极高的情况下,又有哪些高级的算法?书中是否会涉及一些常用的数值计算库,如MATLAB、Python的NumPy/SciPy等,并给出如何在这些库中实现具体数值逼近算法的示例?我很期待能看到这些内容,因为理论的掌握最终还是要服务于实际问题的解决。我希望这本书能让我告别“纸上谈兵”,真正能够运用数值逼近的知识来解决工作中的难题,提高设计的效率和可靠性,甚至为更前沿的科学研究提供计算支撑。

评分☆☆☆☆☆

《数值逼近》这本书,对我而言,更像是一本通往更深层次科学探索的“指南”。我是一名正在攻读统计学专业的学生,而统计学本身就与数据打交道,大量的统计模型和推断都离不开数值计算。我常常在文献中遇到各种复杂的统计量估计、参数优化等问题,这些通常需要迭代的数值方法来求解。比如,最大似然估计,很多时候其导数方程组是没有解析解的,我们只能依靠如牛顿法、梯度下降法等数值逼近方法来寻找最优解。《数值逼近》这本书,我希望它能系统地介绍这些优化算法的原理,它们是如何工作的,以及在实际应用中需要注意哪些问题。例如,对于梯度下降法,它能否深入讲解学习率的选择、收敛的条件,以及如何避免陷入局部最优?对于更复杂的模型,例如涉及到高维空间的优化,是否会有相应的数值方法介绍?此外,在统计建模中,我们有时也需要对一些复杂的概率分布进行数值积分,以计算某些统计量或者进行蒙特卡洛模拟。这本书是否会提供相关的数值积分方法,比如蒙特卡洛积分,以及如何评估其精度?我对书中能够讲解不同数值方法的适用范围和局限性非常感兴趣,这样我才能在面对不同的统计问题时,做出更明智的算法选择。我希望这本书不仅仅停留在数学理论层面,更能给我一些启示,让我能够将所学的数值逼近技术,灵活地应用到我的统计学研究中,解决那些在实际数据分析中遇到的棘手问题,从而提升我的研究水平和解决实际问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

《数值逼近》这本书,对于我来说,可能是一种对“数学的美”的再认识。我是一名对数学怀有深厚感情但已离开学术界多年的读者,曾经对数学的严谨和逻辑之美着迷,但随着时间的推移,对那些纯粹的理论推导感到有些疏远。我希望这本书能够以一种温和的方式,将我重新带回数学的世界,特别是那些能够解决实际问题的数学。我设想这本书会从一些直观的例子开始,比如如何用简单的直线来“逼近”一条曲线,然后逐渐引入更复杂的概念,如多项式逼近、傅里叶级数逼近等。我希望书中能够用生动的比喻和图示来解释这些数学思想,而不是仅仅罗列公式。例如,当介绍傅里叶级数时,它能否通过一个简单的类比,比如将一个复杂的波形分解成一系列简单的正弦和余弦波,来帮助我理解其核心思想?我还希望书中能够展现数值逼近在各个领域的广泛应用,比如它如何帮助我们理解声音的传播、图像的压缩,甚至人脑的神经网络。这种应用层面的展示,能够让我看到数学的生命力,以及它如何渗透到我们生活的方方面面。我希望通过阅读这本书,能够重新唤起我对数学的好奇心,让我看到数学不仅仅是抽象的符号,更是解决问题、理解世界的强大工具,并从中发现数学独有的、别样的美。

评分☆☆☆☆☆

对于《数值逼近》这本书,我首先想到的是它可能蕴含着解决那些“猜不透”问题的智慧。我是一名资深的软件工程师,在日常的开发工作中,我们经常会遇到一些算法上的瓶颈。比如,在图形渲染、物理引擎、或者大规模数据分析的场景下,我们可能需要对一些复杂的数学函数进行求值,而这些函数可能本身就是通过数值方法定义出来的,或者它们的解析表达式非常复杂,直接计算成本极高。这时候,我们就需要寻找高效的数值逼近方法来替代。我希望这本书能够提供一些在工程实践中非常实用的逼近技术。例如,关于函数逼近,除了多项式逼近,是否会介绍一些更高效的逼近方法,如样条插值,它在计算机图形学中应用广泛,能否提供一些关于样条函数构造和性质的讲解?在信号处理领域,傅里叶变换及其相关的数值算法(如FFT)是核心,这本书是否会涉及这方面的数值逼近技术?另外,在一些优化问题中,例如机器学习中的模型训练,我们经常需要求解非线性方程组或进行最优化。这本书能否提供一些关于这些数值方法的详细介绍,例如迭代求解线性方程组的方法,如雅可比迭代、高斯-赛德尔迭代,以及它们在分布式计算环境下的应用?我非常期待这本书能够包含一些实际的代码示例,哪怕是用伪代码,能够展示如何将这些数值逼近的思想转化为可执行的程序。我希望这本书能成为我工具箱里的一把利器,让我能够更高效、更准确地解决开发过程中遇到的数学挑战。

评分☆☆☆☆☆

当我在书架上看到《数值逼近》这本书时,我的第一反应是它是否能帮助我理解那些“接近真理”的数学过程。我是一名文学研究者,虽然我的专业看起来与数学相去甚远,但近些年,越来越多的文学理论和分析开始借鉴科学方法,特别是量化分析和计算方法。我曾经听说过,一些学者会用数学模型来分析文学作品的结构、主题演变,甚至是作者的风格。《数值逼近》这本书,我希望它能为我提供理解这些研究的数学基础。它是否会介绍一些,比如,如何用数学函数来描述故事的起伏,如何用某种“距离”来衡量文本的相似性,或者如何用统计模型来分析词语的出现频率及其演变?即使书中没有直接关于文学应用的例子,我希望它能清晰地解释一些基础的数值方法,比如插值、逼近、积分等,并用通俗的语言阐述它们背后的逻辑。例如,当一个文本被转换成一系列的数值时,我们如何用一个简单的函数来“概括”这些数值的趋势?或者,当我们想计算一个文本的某个“量”时,如果无法精确计算,我们如何通过数值逼近来得到一个近似值?我希望这本书能让我理解,即使是看似抽象的数学概念,也能在非传统的领域找到应用,帮助我以一种全新的视角来审视文学作品。它可能不会直接教会我如何写代码,但它应该能培养我理解和欣赏那些用数值方法来分析问题的思维方式。

评分☆☆☆☆☆

初次拿到《数值逼近》这本书,我的内心是充满了期待与一丝忐忑的。期待的是,它承诺要揭示那些让复杂数学问题变得触手可及的奥秘,仿佛是一把能够解锁数学殿堂隐藏之门的钥匙。我一直对那些看似高深莫测的数学公式在实际应用中的强大力量感到好奇,尤其是在科学计算、工程模拟乃至人工智能等领域,《数值逼近》这样的主题无疑是连接理论与实践的桥梁。这本书的书名本身就充满了吸引力,“数值”二字暗示了它关注的是具体可计算的量,“逼近”则指出了在精确求解往往不可得的情况下,我们如何通过近似的方法来获得足够精确的解。我设想,书中会详细介绍各种数值方法,比如插值、拟合、求根、积分等等,并且会深入讲解这些方法的数学原理、算法实现以及它们各自的优缺点。更重要的是,我希望这本书不仅仅是理论的堆砌,更能提供丰富的案例和实际应用场景,让我能够清晰地看到这些抽象的概念是如何在解决真实世界的问题中发挥作用的。例如,在图像处理中,如何通过插值算法来放大图像而不失真?在天气预报中,复杂的流体动力学方程是如何通过数值方法来求解的?在金融建模中,复杂的期权定价模型又如何依赖数值逼近技术?这些都是我迫切想知道的答案。当然,我也明白数值逼近并非万能,它必然伴随着误差。因此,我更加期待书中能够深入探讨误差分析,如何度量误差,如何控制误差,以及如何选择最优的逼近方法来最小化误差。这种对误差的深刻理解,往往是区分一个普通使用者和一个优秀计算科学家的关键。总而言之,这本书在我心中已经勾勒出一个宏伟的蓝图,我希望它能够成为我理解和掌握数值计算这门强大工具的得力助手,带领我穿越数学的迷雾,抵达应用科学的广阔天地。

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这本《数值逼近》,对于我这样的初学者来说,简直是数学世界里的一束光。我一直对数学充满兴趣,但很多时候,当我看到那些看起来像是天书般的公式和定理时,就会望而却步。特别是涉及到“逼近”这个概念,我总觉得它有点模糊,不像“等于”那样明确。所以我一直困惑,到底什么是“数值逼近”?它和我们常说的“估算”有什么区别?这本书能否用最通俗易懂的语言,从最基础的概念讲起?比如,它会不会从最简单的函数逼近开始,介绍多项式逼近,比如泰勒展开,以及更高级的切比雪夫逼近?我希望能看到这些方法的几何解释,例如多项式如何“贴近”一个复杂的曲线。此外,在科学研究中,我们经常需要处理一些无法精确测量的数据,或者需要从大量数据中提取有用的信息。《数值逼近》这本书,是否会涉及到如何利用数值方法来拟合这些数据,找到一个能够代表这些数据的函数模型?比如,曲线拟合、回归分析,这些内容是否会被涵盖在内?我希望这本书能够引导我一步一步地理解这些概念,让我明白为什么我们需要数值逼近,它在解决哪些实际问题中扮演着不可或缺的角色。如果书中能够提供一些简单的计算练习,并且附带答案,那对我来说将是莫大的帮助。我希望通过这本书,能够真正理解数值逼近的精髓,不再对数学公式感到畏惧,而是能够用一种更灵活、更实用的眼光去看待它,甚至能自己动手尝试去解决一些小的问题。

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