数值计算方法

数值计算方法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:吉林大学出版社
作者:王英英
出品人:
页数:210页
译者:
出版时间:2009.02
价格:CNY30.00
装帧:26cm
isbn号码:9787560141015
丛书系列:
图书标签:
  • 理工科
  • 教材
  • 数值计算
  • 数值分析
  • 科学计算
  • 算法
  • 数学
  • 高等数学
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具体描述

丛编题名: 普通高等教育“十一五”立项教材

本书主要内容有误差、插值法与数值微分、最下二乘法与曲线拟合、数值积分、非线性方程的解法、解线性方程组的消去法等。

《现代工程优化设计理论与应用》 图书简介 本书深入探讨了现代工程领域中面临的复杂优化问题的理论基础、先进算法及其在实际工程实践中的广泛应用。内容涵盖了从经典的数学规划方法到前沿的智能优化算法,旨在为工程师、研究人员和高年级本科生提供一个全面、系统且实用的参考指南。 第一部分:优化基础与数学建模 本部分首先构建了理解和解决优化问题的基本框架。它详细阐述了优化问题的标准形式、可行域的几何意义以及目标函数的性质(如凸性、连续性和可微性)。 优化问题的基本概念与分类: 区分了连续优化与离散优化、线性规划(LP)、非线性规划(NLP)、约束优化与无约束优化等核心分类。着重分析了最优性条件的几何和代数解释,如拉格朗日乘子法在等式和不等式约束下的推广。 工程问题的数学建模: 强调了如何将复杂的物理、化学或经济过程转化为可求解的数学模型。书中通过大量真实案例(如结构强度设计、过程控制参数整定、资源分配问题)演示了变量选取、约束条件建立和目标函数构建的完整流程。特别关注了不确定性因素(如参数波动、测量误差)对模型鲁棒性的影响。 凸优化理论: 深入剖析了凸集和凸函数的核心性质,这是保证局部最优解即为全局最优解的数学基础。详细介绍了对偶理论,包括拉格朗日对偶函数、KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件及其在验证最优解和推导算法中的关键作用。 第二部分:经典数值优化算法 本部分聚焦于那些在工程实践中经过长期检验、具有可靠收敛性和计算效率的经典算法。 无约束优化方法: 一维搜索技术: 详述了精确线搜索(如黄金分割法、Fibonacci法)和近似线搜索(如Wolfe条件、Armijo条件)的原理和实现细节。 梯度下降法及其变体: 从最速下降法出发,分析其收敛速度慢的原因,进而引入了共轭梯度法(Conjugate Gradient Method, CGM),特别是Fletcher-Reeves和Polak-Ribière公式,展示了其在大型稀疏系统中的优势。 牛顿法及其近似: 阐述了二阶导数信息(Hessian矩阵)在加速收敛中的作用。鉴于Hessian矩阵计算和存储的困难,重点介绍了拟牛顿法(Quasi-Newton Methods),如DFP和BFGS算法,它们通过秩一或秩二更新来逼近Hessian或其逆矩阵,极大地提高了算法的实用性。 约束优化方法: 内点法与外点法(罚函数法): 详细对比了将约束转化为罚函数的外部法(如平方罚函数)和在可行域内部逼近解的内点法。重点解析了障碍函数法在处理不等式约束时的有效性。 序列二次规划(SQP): 阐述了SQP算法的核心思想,即在每一步迭代中求解一个二次规划(QP)子问题来近似原非线性问题。分析了SQP在处理复杂非线性约束问题时的优越性能。 第三部分:智能与启发式优化方法 随着计算能力的提升和复杂工程问题的多模态特性,启发式和群智能优化方法变得日益重要。本部分系统介绍了这些算法,特别关注其处理非凸、多模态以及目标函数不可导问题的能力。 进化计算基础: 详细介绍了遗传算法(GA)的核心操作,包括编码、选择、交叉和变异机制,并分析了其在离散优化和全局搜索中的应用潜力。 粒子群优化(PSO): 阐述了基于鸟群觅食行为的PSO算法,包括速度和位置更新公式,以及惯性权重和认知/社会系数对收敛性和全局探索能力的影响。 模拟退火(SA): 剖析了该算法的物理退火过程及其数学模型,特别是接受准则(Metropolis准则)和降温计划的设置,以确保算法能够跳出局部最优陷阱。 混合优化策略: 讨论了如何将局部搜索算法(如牛顿法)的快速局部收敛性与全局搜索算法(如GA或PSO)的广域探索能力相结合,形成混合优化框架,以提高求解效率和可靠性。 第四部分:特定领域优化技术的应用 本部分将理论与实践紧密结合,展示了如何利用前述工具解决特定工程领域中的关键问题。 可靠性优化设计(ROD): 讨论了在随机性和不确定性背景下,如何将可靠性指标(如失效概率、裕度)纳入目标函数或约束条件,从而设计出对风险更鲁棒的结构或系统。 多目标优化(MOO): 介绍了处理多个相互冲突优化目标的方法,重点讲解了帕累托最优概念,以及加权和法、epsilon限制法和进化多目标优化算法(如NSGA-II)在寻找帕累托前沿集方面的应用。 大规模优化与并行计算: 探讨了针对包含数百万变量或约束的大规模优化问题时,如何利用矩阵分解技术、稀疏化处理以及分布式计算环境(如GPU加速或集群计算)来提升求解速度。 本书结构严谨,理论阐述深入浅出,并辅以大量的算法伪代码和工程案例分析,是工程科学、机械设计、航空航天、土木工程、化工过程控制等领域专业人员的必备参考书。通过对这些方法的掌握,读者将能够有效地将复杂的工程挑战转化为可计算的优化问题并获得高质量的解决方案。

作者简介

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读后感

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用户评价

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我想说,这本书的作者是一位真正懂“教”的人。他没有把读者当成一个简单的信息接收器,而是将读者视为一个积极的学习者,引导你去思考、去探索。在讲解算法的收敛性时,作者并没有止步于理论证明,而是通过生动的例子,让你直观地感受到不同算法在收敛速度和稳定性上的差异。我尤其欣赏书中关于“病态问题”的讨论。作者不仅解释了什么是病态问题,还提供了处理这类问题的一些策略,这对于我在实际工作中遇到的很多复杂情况都非常有帮助。例如,在求解大型稀疏线性方程组时,书中介绍的迭代法,如雅可比法、高斯-赛德尔法以及更先进的共轭梯度法,都进行了详细的阐述,并分析了它们在不同情况下的表现。通过这本书,我不仅提升了数值计算的理论知识,更重要的是掌握了解决实际工程和科学计算问题的能力。

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这本书的作者绝对是一位非常优秀的沟通者。他能够将那些抽象且复杂的数值计算概念,用一种清晰、直观且引人入胜的方式呈现出来。我尤其喜欢书中对“算法复杂度”的讲解。作者不仅给出了各种算法的时间和空间复杂度分析,还深入探讨了如何在实际应用中权衡这些因素,选择最合适的算法。例如,在处理大型矩阵时,书中对比了直接法和迭代法的优劣,并分析了它们在计算量和内存占用上的差异。我感觉自己通过阅读这本书,不仅学到了大量的数值计算技术,更重要的是培养了一种解决问题的能力,能够将复杂的科学和工程问题转化为可以用数值方法解决的模型,并高效地求解。这本书对我而言,不仅仅是一本学习资料,更是一份解决实际计算问题的宝贵指南。

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拿到这本书,我最先被吸引的是它清晰且有条理的章节划分。从最基本的数值分析概念,到复杂的优化问题,再到求解微分方程,这本书几乎涵盖了数值计算领域的方方面面,并且每部分的内容都衔接得非常自然。作者在解释算法时,不仅仅是给出步骤,更注重对算法的数学原理进行严谨的推导,并结合实例进行说明,这对于我这样需要深入理解底层逻辑的读者来说,非常有价值。例如,在介绍牛顿法的收敛性时,书中不仅给出了理论证明,还详细分析了影响其收敛速度的因素,以及在实际应用中可能遇到的问题。此外,书中提供的伪代码和实际的计算示例,也极大地帮助了我将理论知识转化为实践技能。我尝试着按照书中的方法,自己动手实现了一些简单的算法,并用实际数据进行测试,结果令人非常满意。这本书给我带来的不仅仅是知识的增长,更重要的是培养了我独立解决数值问题和评估不同算法优劣的能力。

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这本书真是出乎意料地出色!我一直对数值计算领域充满好奇,但又担心会过于晦涩难懂。然而,《数值计算方法》这本书却以一种非常友好的方式,将复杂的概念娓娓道来。从最基础的浮点数表示、误差分析,到更高级的迭代法、插值逼近、数值积分和微分,作者都循序渐进地引导读者。我尤其欣赏的是书中对每种方法的原理、适用范围以及优缺点的深入剖析。不仅仅是给出公式和算法,更多的是解释“为什么”以及“如何”运用。大量的例子和图示更是让抽象的数学原理变得生动形象。读这本书的时候,我感觉自己就像在一位经验丰富的老师的指导下,一步步探索数值计算的奥秘。无论是作为初学者入门,还是作为有一定基础的读者巩固和拓展,这本书都提供了坚实的内容和深刻的见解。它不只是提供知识,更重要的是培养一种解决问题的思维方式,这对于任何从事科学计算、数据分析或工程领域的人来说,都是无价的。我能够明显感受到自己在理解和运用数值方法方面的能力得到了显著提升。

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我不得不说,这本书在逻辑组织和内容深度上都给我留下了极其深刻的印象。它不是那种堆砌公式的教材,而是真正地试图让读者理解数值计算背后的数学思想和算法设计。开篇关于误差的讨论,就为后续的学习奠定了坚实的基础,让我深刻认识到在计算机世界中,“精确”是一个相对的概念,而理解和控制误差则是数值计算的关键。书中对线性方程组求解方法的介绍,从直接法到迭代法,都进行了详细的推导和比较,分析了不同方法的计算复杂度和稳定性。对于那些令人望而生畏的非线性方程组,作者也给出了多种求解策略,并附带了丰富的应用场景说明。我尤其喜欢书中的一些小节,它们虽然篇幅不长,但却点明了算法的精髓,或者提供了实际应用中的一些关键技巧。例如,在讨论插值方法时,不仅介绍了多项式插值,还引入了样条插值,并解释了后者在处理高次多项式插值时出现的龙格现象方面的优势。这种由浅入深、层层递进的讲解方式,使得整个学习过程既充实又充满成就感。

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我得说,这本书的编写风格非常独特,它没有流于俗套,而是以一种非常“人性化”的方式来讲解那些本该枯燥的数学概念。作者仿佛一位经验丰富的导师,总能在恰当的时机给出点拨,让你豁然开朗。例如,在处理矩阵运算时,书中并没有简单地罗列公式,而是详细解释了矩阵分解的意义,以及不同分解方法(如LU分解、QR分解)在求解方程组和进行最小二乘拟合中的作用。对于那些对收敛性和稳定性有较高要求的算法,作者更是进行了深入的探讨,并提供了如何选择合适参数的指导。我尤其欣赏的是书中对“问题建模”这一环节的重视。它不仅仅是如何实现一个算法,而是如何将现实世界中的问题转化为可以被数值方法解决的数学模型,这一点对于工程和科学研究者来说尤为重要。这本书让我意识到,数值计算不仅仅是计算机科学的一部分,它更是连接理论数学与实际应用的关键桥梁。

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我得承认,我最初对这本书的期望并不高,认为它可能只是一本普通的教材。然而,读完之后,我不得不说,这本书完全超出了我的预期!它的内容覆盖面非常广,从基础的数值分析到更高级的数值方法,无所不包。更重要的是,作者在讲解时,总是能够从多个角度切入,不仅解释了算法的数学原理,还探讨了其在实际应用中的优缺点,以及如何避免常见的陷阱。我尤其喜欢书中关于“稳定性”的讨论,这在数值计算中是一个至关重要的问题。作者通过形象的比喻和具体的例子,让我深刻理解了算法的稳定性是如何影响计算结果的。我感觉自己通过阅读这本书,不仅仅是学会了如何使用各种数值方法,更重要的是理解了它们背后的思想和哲学。

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这本书的结构设计得非常巧妙,它以一种非常自然的方式,将数值计算的各个分支有机地联系起来。从最基础的浮点数运算和误差分析,到更复杂的插值、逼近、积分、微分,再到求解方程组和微分方程,作者都进行了深入浅出的讲解。我尤其欣赏书中对“收敛性”和“精度”的强调。作者通过大量的实例,让读者深刻理解了这些概念的重要性,以及如何通过选择合适的算法和参数来提高计算的准确性。我印象深刻的是书中关于“迭代法”的讨论,它不仅介绍了各种经典的迭代法,还深入探讨了它们的收敛条件和收敛速度,以及如何通过预条件等技术来加速收敛。通过阅读这本书,我不仅提升了我的数值计算技能,更重要的是培养了一种严谨的科学态度。

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这本书对于我来说,就像一本“数值计算的百科全书”,但它又不仅仅是一本冰冷的工具书。作者用非常生动且具有启发性的语言,将那些看似复杂的数学概念变得易于理解。我非常喜欢书中对“离散化”这一概念的讲解,它贯穿了整个数值计算的始终,从求解微分方程到积分,都是将连续问题转化为离散问题来处理。作者通过大量的图示和例子,清晰地展示了离散化对结果精度的影响,以及如何选择合适的离散化方法。我印象深刻的是书中关于“条件数”的讨论,它让我深刻理解了为什么有些问题虽然在数学上是明确的,但在计算机上却难以得到准确解。这本书不仅提供了各种数值方法的实现思路,更重要的是培养了我对数值计算原理的深刻认识,以及分析和解决实际计算问题的能力。

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这本书的内容之丰富,令人惊叹!从最基础的误差分析,到中等层面的插值、逼近、数值积分和微分,再到更高级的求解微分方程和优化方法,它几乎提供了一个完整的数值计算知识体系。我特别喜欢书中对各种算法的比较和分析,作者总是能够清晰地指出每种方法的优势和劣势,以及它们适用的场景。例如,在讨论数值积分时,书中不仅介绍了梯形法则和辛普森法则,还深入讲解了高斯积分,并解释了高斯积分在提高计算精度和效率方面的优越性。我感觉自己通过阅读这本书,不仅学到了大量的数值计算技术,更重要的是培养了一种批判性思维,能够根据问题的特点选择最合适的算法,并对其结果进行评估。书中提供的例题和习题也都非常具有代表性,能够帮助我巩固所学知识,并进一步加深对算法的理解。

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