计算方法

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出版者:西安电子科大
作者:蔺小林
出品人:
页数:261
译者:
出版时间:2009-7
价格:24.00元
装帧:
isbn号码:9787560622583
丛书系列:
图书标签:
  • 计算方法
  • 数值分析
  • 科学计算
  • 算法
  • 数学
  • 高等数学
  • 工程数学
  • 数值计算
  • 程序实现
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具体描述

《计算方法》比较全面地介绍了科学与工程计算中常用的计算方法,具体介绍了这些计算方法的基本理论与实际应用,同时对这些数值计算方法的计算效果、稳定性、收敛效果、适用范围以及优劣性与特点也作了简要的分析。全书共9章,内容包括引论、线性代数方程组求解方法、非线性方程求根、函数插值、函数逼近、矩阵特征值与特征向量的数值算法、数值积分与数值微分、常微分方程初值问题的数值解法、自治微分方程稳定区域的计算等。《计算方法》概念清晰,语言叙述通俗易懂,理论分析严谨,结构编排由浅入深,在分析问题时注重启发性,例题选择具有针对性且注重实际应用。前8章附有一定数量的习题,供读者学习时进行练习。《计算方法》可作为高等院校数学与应用数学、信息与计算科学、应用物理学、计算机科学等专业的高年级本科生和工科硕士研究生使用,也可供从事科学与工程计算的科技工作者参考。

《奇妙的数字宇宙:探索计算的奥秘》 在这本书中,我们将踏上一段引人入胜的旅程,深入探索数字世界的奇妙景象。它并非一本关于特定算法或技术书籍的详尽指南,而是旨在为所有对数字现象充满好奇的读者打开一扇窗。我们将一同审视那些构成我们现代生活基石的看不见的计算力量,从日常生活中的便利到推动科学前沿的突破,它们无处不在,却又常常被我们忽略。 这本书将从最基础的概念出发,比如什么是“计算”本身,以及它如何从古老的计数方法演变至今。我们会探究数字是如何被表示和处理的,了解不同进制系统是如何工作的,以及二进制这个在现代计算机科学中扮演核心角色的语言。你将看到,即使是最复杂的数字操作,其背后也遵循着一系列清晰、可预测的规则。 我们将一起走进数字的“游戏规则”——算法。这不是枯燥的代码堆砌,而是对解决问题策略的艺术化呈现。我们会用生动的比喻和形象的例子,来解析算法的逻辑和效率。从排序数据到搜索信息,你会发现那些看似瞬间完成的任务,背后都凝聚着精巧的设计。我们将讨论算法的“好坏”,以及如何评估它们的性能,让你理解为何一个好的算法能够极大地提升效率,解决看似不可能的问题。 更进一步,我们会触及数据结构——组织和管理信息的方式。想象一下,图书馆的图书是如何被有序地摆放,以便读者能快速找到自己想要的读者的?数据结构就像是数字世界的“图书馆管理员”,它们决定了信息如何存储、如何访问,以及如何高效地进行增删改查。我们会了解列表、树、图等不同的结构,以及它们各自的优势和适用场景,让你明白数据组织对计算效率的影响。 本书还将带你领略计算在现实世界中的应用。从我们每天使用的智能手机,到探索宇宙的望远镜,再到模拟气候变化的超级计算机,计算的力量无处不在。我们会分享一些鼓舞人心的故事,讲述计算如何帮助科学家解决医学难题,如何推动工程技术的发展,甚至如何改变我们理解艺术和文化的方式。你将看到,这些抽象的数字和逻辑,是如何转化为 tangible 的进步,影响着人类社会的发展轨迹。 此外,我们还会探讨计算思维的重要性。这不仅仅是关于学习编程,而是关于培养一种分析问题、分解问题、设计解决方案的能力。我们将学习如何用结构化的方式思考,如何识别模式,以及如何用逻辑推理来解决复杂的问题。这种思维方式,无论是在学术研究、职业发展还是日常生活中,都将是你宝贵的财富。 本书的目标是让你对计算有一个更直观、更全面的认识。我们不会深入到复杂的数学证明或具体的编程语言细节,而是侧重于传递计算的核心思想和其背后逻辑的美妙。我们相信,理解了这些基本原理,你将能够更好地理解我们身处其中的数字世界,并能更自信地应对未来的挑战。 准备好开启这段数字探索之旅了吗?让我们一同揭开计算的神秘面纱,感受它为我们带来的无限可能。

作者简介

目录信息

第一章 引论 1.1 计算方法的研究内容 1.2 误差基础知识  1.2.1 误差来源与分类  1.2.2 绝对误差和相对误差  1.2.3 有效数字  1.2.4 数据误差在运算中的传播 1.3 数值计算中应注意的问题  1.3.1 算法的数值稳定性  1.3.2 避免误差危害的若干原则 习题1第二章 线性代数方程组求解方法 2.1 向量与矩阵基本知识  2.1.1 引言  2.1.2 向量和矩阵  2.1.3 特殊矩阵  2.1.4 向量与矩阵的范数 2.2 高斯消去法  2.2.1 高斯顺序消去法  2.2.2 高斯主元消去法 2.3 矩阵的三角分解  2.3.1 直接三角分解法  2.3.2 平方根法  2.3.3 解三对角方程组的追赶法 2.4 矩阵的条件数与方程组的性态 2.5 解线性代数方程组的迭代法 2.6 基本迭代法  2.6.1 雅克比迭代法(J-驳-代法)  2.6.2 高斯-踩-德尔迭代法(GS-驳-代法)  2.6.3 逐次超松弛迭代法(SOR-驳-代法) 2.7 迭代法的收敛性  2.7.1 一般迭代法的基本收敛定理  2.7.2 J-驳-代法和GS-驳-代法收敛判定定理  2.7.3 SOR-驳-代法收敛性判定定理 习题2第三章 非线性方程求根 3.1 二分法 3.2 迭代法  3.2.1 不动点迭代法  3.2.2 不动点迭代的一般理论 3.3 加速迭代收敛的方法  3.3.1 两个迭代值组合的加速方法  3.3.2 三个迭代组合的加速方法 3.4 牛顿迭代法 3.5 弦割法与抛物线法  3.5.1 弦割法  3.5.2 抛物线法 3.6 非线性方程组零点的迭代方法  3.6.1 实值向量函数的基本概念与性质  3.6.2 压缩映射原理与不动点迭代法  3.6.3 牛顿迭代法 习题3第四章 函数插值 4.1 多项式插值问题  4.1.1 代数插值问题  4.1.2 代数插值多项式的存在性与唯一性  4.1.3 误差估计 4.2 拉格朗日插值法  4.2.1 拉格朗日插值基函数  4.2.2 拉格朗日插值多项式  4.2.3 拉格朗日插值法截断误差及其实用估计  4.2.4 拉格朗日反插值方法 4.3 牛顿插值法  4.3.1 差商的概念与性质  4.3.2 牛顿插值公式 4.4 等距节点插值公式  4.4.1 差分的定义及运算  4.4.2 差分与差商的关系  4.4.3 等距节点插值公式 4.5 埃尔米(Hermit)插值公式  4.5.1 一般情形的埃尔米插值问题  4.5.2 特殊情况的埃尔米插值问题 4.6 分段低次插值 4.7 三次样条插值方法  4.7.1 三次样条插值的基本概念  4.7.2 三弯矩插值法  4.7.3 样条插值函数的误差估计 习题4第五章 函数逼近 5.1 内积与正交多项式  5.1.1 权函数  5.1.2 内积定义及性质  5.1.3 正交性  5.1.4 正交多项式系的性质 5.2 常见正交多项式  5.2.1 勒让德(Legendre)多项式系  5.2.2 第一类切比雪夫多项式系  5.2.3 第二类切比雪夫多项式系  5.2.4 拉盖尔(Laguerre)多项式系  5.2.5 埃尔米(Hermite)多项式系 5.3 最佳一致逼近  5.3.1 最佳一致逼近概念  5.3.2 最佳逼近多项式的存在性及唯一性  5.3.3 最佳逼近多项式的构造 5.4 最佳平方逼近  5.4.1 最佳平方逼近的概念  5.4.2 最佳平方逼近函数s*(x)的求法  5.4.3 正交多项式作基函数的最佳平方逼近 5.5 曲线拟合与最小二乘法  5.5.1 最小二乘曲线拟合问题的求解及误差分析  5.5.2 多项式拟合的求解过程  5.5.3 正交函数系的最小二乘曲线拟合  5.5.4 用最小二乘法求解超定方程组 习题5第六章 矩阵特征值与特征向量的数值算法 6.1 预备知识 6.2 乘幂法  6.2.1 主特征值与主特征向量的计算  6.2.2 加速收敛技术 6.3 反幂法 6.4 雅可比方法 习题6第七章 数值积分及数值微分 7.1 数值积分的基本概念  7.1.1 数值求积的基本思想  7.1.2 插值型求积公式  7.1.3 代数精度  7.1.4 收敛性与稳定性 7.2 牛顿—柯特斯求积公式  7.2.1 牛顿—柯特斯公式  7.2.2 几个低阶求积公式 7.3 复化求积方法  7.3.1 复化求积公式  7.3.2 变步长求积公式 7.4 龙贝格求积公式  7.4.1 龙贝格(Romberg)求积公式的推导  7.4.2 龙贝格求积算法的计算步骤 7.5 高斯型求积公式  7.5.1 高斯型求积公式的理论  7.5.2 几个常用高斯求积公式 7.6 二重积分的求积公式 7.7 数值微分  7.7.1 计算数值微分的插值法  7.7.2 计算数值微分的泰勒展开法  7.7.3 计算数值微分的待定系数法 习题7第八章 常微分方程初值问题的数值解法 8.1 引言 8.2 欧拉方法及其改进  8.2.1 欧拉公式  8.2.2 单步法的局部截断误差和阶 8.3 龙格—库塔方法  8.3.1 龙格—库塔方法的基本思想  8.3.2 龙格—库塔方法的推导 8.4 线性多步法  8.4.1 线性多步法的基本思想  8.4.2 线性多步法的构造 8.5 算法的稳定性及收敛性  8.5.1 算法的稳定性  8.5.2 算法的收敛性 8.6 一阶常微分方程组与高阶方程  8.6.1 一阶常微分方程组  8.6.2 高阶微分方程 8.7 解微分方程的波形松弛方法  8.7.1 微分方程初值问题的波形松弛方法  8.7.2 微分方程初值问题波形松弛方法的收敛问题  8.7.3 微分方程边值问题的波形松弛方法 8.8 微分方程边值问题的数值方法  8.8.1 打靶方法  8.8.2 有限差分方法 习题8第九章 自治微分方程稳定区域的计算 9.1 自治微分方程的概念 9.2 稳定边界上的平衡点 9.3 稳定域边界的特征 9.4 确定稳定域的一个算法 9.5 几个系统稳定域的计算习题参考答案参考文献
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读后感

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用户评价

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这本书,我拿到手已经有几天了,一开始是被它厚实的装帧和那个略显沉稳的书名吸引。我本身对计算机科学有一定的好奇,但又并非科班出身,所以一直在寻找一本能够相对系统地为我打开这扇门的书籍。翻开《计算方法》,扉页上的致谢名单和那句“献给所有在数字海洋中探索的灵魂”一下子就触动了我。阅读过程中,我尝试着去理解书里一些基本概念的引入,作者的叙事方式很有意思,不像有些技术书籍那样干巴巴的,而是带着一种故事感,从历史的源头讲起,引出一些看似基础却又至关重要的理论。我特别喜欢作者在解释某个算法时,会穿插一些关于它在现实世界中应用的例子,比如那个关于图像识别的章节,读完之后,我对我们每天刷手机看到的美颜滤镜背后的原理有了模糊的轮廓,虽然细节上还有待深入,但这种“原来是这样”的豁然开朗感,真的非常棒。而且,书中的配图也很直观,没有那些让人头疼的纯文字公式推导,更多的是用图形和流程图来辅助理解,这对于像我这样视觉型学习者来说,简直是福音。我还在啃其中关于数据结构的部分,虽然有些地方需要反复琢磨,但总体感觉非常扎实,不像市面上那些泛泛而谈的书籍。

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坦白讲,《计算方法》这本书的出现,对我来说,与其说是一次学习的契机,不如说是一场思维的洗礼。我从事的是一个对数据分析要求很高的行业,长期以来,我总觉得自己在理解数据和模型之间存在一道看不见的墙。很多时候,我们只是在机械地套用工具,而对工具背后的原理却知之甚少,这让我总有一种“知其然,不知其所以然”的焦虑感。当我拿到这本书时,它并没有像我预期的那样,直接抛给我一堆高级算法或模型。相反,它花了相当大的篇幅去讲述“计算”本身是怎么一回事,从最基础的数制转换、逻辑运算,到如何用有限的步骤解决无限的问题。我特别被其中关于“计算的极限”和“复杂性理论”的讨论所吸引,这让我意识到,很多我们认为理所当然的计算行为,背后都蕴含着深刻的理论和哲理。作者的叙述风格相当独特,他不会上来就讲公式,而是通过历史故事、哲学思考,甚至是一些看似无关紧要的文学片段,来一点点渗透出计算的精髓。这种“润物细无声”的讲解方式,让我感觉自己不是在被动地接受知识,而是在主动地参与一场智力探索。虽然书中一些关于计算复杂度的讨论,对我来说仍然是个巨大的挑战,但我能感觉到,我的视角正在被悄然改变。

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我拿到《计算方法》这本书,完全是因为身边一个做科研的朋友强力推荐,说是什么“计算机科学的基石”。老实说,我之前对“计算方法”这个词的理解非常模糊,觉得可能就是一些简单的加减乘除的计算机实现。但这本书真的颠覆了我的认知。我印象最深的是关于“离散数学”的介绍,作者并没有把这部分内容写得像一本纯粹的数学教材,而是通过一些生动的例子,比如集合论在数据库查询中的应用,图论在网络连接中的体现,让我看到了数学的逻辑和计算的联系。还有关于“计算复杂度”的讨论,作者用非常形象的比喻,比如“从北京走到上海”和“在超市里找到某个商品”的两种不同效率,来解释为什么有些问题随着规模的增长,解决起来会变得异常困难。这种将抽象概念具象化的方式,让我受益匪浅。虽然我还没来得及深入研读所有的章节,但我已经能感觉到,这本书不仅仅是在教我“怎么计算”,更是在引导我思考“计算的本质”以及“计算能做什么,不能做什么”。这种宏观的视野,让我觉得这本书的价值远远超过了我最初的预期。

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说实话,我当初入手《计算方法》这本书,主要是因为工作上接触到了一些需要用到基础计算和算法概念的场景,感觉自己在这方面有所欠缺,想系统地补一补。但拿到书后,我发现它的内容比我想象的要更加广泛和深入。我特别喜欢书中关于“数值分析”和“误差理论”的章节,这部分内容是我之前完全没有接触过的,但作者的讲解非常清晰,从如何衡量误差,到如何减小误差,再到不同算法在误差控制上的差异,都讲得条理分明。我记得其中有一个关于“病态问题”的例子,作者用一个简单的线性方程组来说明,即使是很小的输入变化,也可能导致输出的巨大偏差,这让我对数值计算的敏感性和严谨性有了更深的认识。另外,书中关于“优化算法”的介绍也让我受益匪浅,很多现实生活中的问题,比如资源分配、路径规划,都可以抽象成一个优化问题,而这本书为我提供了理解和解决这些问题的理论基础。虽然书中有些章节的数学推导我需要花点时间去消化,但总体感觉这本书的实用性和理论深度都相当不错,为我打开了一个新的认知维度。

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说实话,我当时买《计算方法》纯粹是抱着试一试的心态,毕竟市面上关于编程和计算机的书籍实在太多了,良莠不齐。拿到手后,我第一反应是它比我想象的要厚重不少,这让我既期待又有点小小的压力。翻开目录,看到那些诸如“离散数学基础”、“算法复杂度分析”之类的标题,我承认,我有点打退堂鼓。我一直觉得这些理论性的东西离我实际动手编程太远了,搞不好就是一堆晦涩难懂的数学公式。但抱着“不能浪费”的心态,我还是硬着头皮看了下去。出乎意料的是,作者的讲解方式并没有我想象中的那么枯燥。他会从一些非常生活化的场景入手,比如排队买票、优化导航路线,然后引出背后的数学模型和计算思想。我记得有一个关于图论的章节,作者竟然用了一个简单的“找朋友”的例子来解释图的遍历,一下子就把我从畏惧情绪中拉了出来。而且,书中还穿插了一些小练习,虽然不算很难,但能让我及时巩固一下刚刚学到的知识点。虽然有些章节我还需要借助网络资源来补充理解,但总体来说,这本书为我构建了一个比较清晰的计算机科学理论框架,让我不再觉得那些抽象的概念遥不可及。

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