Computational Mathematics

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出版者:Chapman & Hall
作者:Robert E. White
出品人:
页数:408
译者:
出版时间:2003-09-17
价格:USD 104.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9781584883647
丛书系列:
图书标签:
  • 计算数学
  • 数值分析
  • 科学计算
  • 数学建模
  • 算法
  • 矩阵计算
  • 优化
  • 微分方程
  • 偏微分方程
  • 高等数学
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具体描述

好的,这是一份关于一本名为《计算方法与数值分析》的图书的详细简介,该书内容与您的《Computational Mathematics》无关。 --- 《计算方法与数值分析》:理论、算法与实践的桥梁 图书简介 在现代科学与工程领域中,大量复杂的现实问题往往无法通过解析方法直接求解。无论是模拟天气系统、分析金融市场波动,还是设计新型材料的性能,我们都依赖于强大的数值计算工具。《计算方法与数值分析》 正是为构建连接数学理论与工程实践的坚实桥梁而设计的一部权威著作。 本书深入浅出地探讨了解决数学模型中常见问题的核心算法、理论基础及其在实际计算中的应用。它不仅是高等数学、线性代数和微积分知识的延伸,更是培养学生和研究人员严谨的计算思维和问题求解能力的基石。 第一部分:基础与误差分析——数值计算的基石 本书伊始,我们首先关注数值计算的本质:如何将连续的数学问题转化为可在有限精度计算机上执行的离散运算。 1. 数值误差的本质与管理: 任何数值计算都伴随着误差。本部分详细阐述了截断误差(源于用近似公式代替精确过程)和舍入误差(源于有限位浮点数运算)的来源、传播机制及其量化方法。我们引入了有效数字的概念,并探讨了如何设计算法以最小化累积误差,确保计算结果的可靠性。例如,对涉及减法中大数抵消的敏感性问题进行了深入分析。 2. 求解代数方程组:矩阵的特性与分解: 线性代数是数值分析的骨干。我们系统地介绍了矩阵的条件数及其在判断解的稳定性中的关键作用。重点讲解了求解稠密线性系统($Ax=b$)的直接法,包括高斯消元法、LU分解(LUP分解)及其在求解大规模系统中的高效性。同时,也对Cholesky分解等特殊矩阵的分解方法进行了详尽的讨论。 第二部分:插值、逼近与函数分析——数据的建模 在缺乏精确函数形式时,插值和逼近技术成为我们重建或近似函数行为的有力工具。 3. 多项式插值:收敛性与局限: 本书详述了拉格朗日插值法和牛顿插值法(使用均差),并着重分析了插值多项式的误差项。更重要的是,我们探讨了著名的Runge现象,即高次多项式插值在等距节点上可能产生的剧烈振荡,这为后续引入更稳定的方法提供了理论铺垫。 4. 分段插值与数值平滑: 为克服高次多项式插值的局限,本书深入讲解了样条插值,特别是三次样条(Cubic Spline)。我们详细推导了三次样条的构造条件(包括自然边界条件和钳位边界条件),展示了它如何在保持局部平滑度的同时,提供全局的良好逼近效果,是工程绘图和数据拟合中的黄金标准。 5. 函数逼近:最小二乘法原理: 当数据点过多或存在噪声时,我们转而使用最小二乘法进行函数逼近。本章不仅讲解了离散最小二乘法,还引入了正交多项式(如切比雪夫多项式)的概念,用于构建最优化的函数基,以实现最小二乘意义下的函数近似。 第三部分:微分方程的数值求解——模拟动态过程 微分方程是描述自然界和工程系统中动态变化的核心语言。本书提供了求解常微分方程(ODE)和偏微分方程(PDE)的实用数值技术。 6. 常微分方程(ODE)的数值解法: 针对初值问题,我们从最基础的欧拉方法开始,逐步过渡到具有更高精度和稳定性的方法。龙格-库塔(Runge-Kutta, RK)族方法,特别是经典的四阶RK方法,被详细解析。此外,针对刚性(Stiff)系统,本书引入了隐式方法(如后向欧拉法)和复化梯形法则,并讨论了绝对稳定性区域的概念,这是选择正确ODE求解器的关键。 7. 偏微分方程(PDE)的离散化: 对于描述扩散、波动或热传导的偏微分方程,本书聚焦于两种主流的离散化技术: 有限差分法(Finite Difference Method, FDM): 详细推导了求解抛物型(如热传导)、双曲型(如波动)和椭圆型(如泊松方程)方程的显式和隐式差分格式,并分析了相容性、稳定性和收敛性(CFL条件)。 有限元方法(Finite Element Method, FEM)简介: 虽然FEM的理论深度较大,但本书提供了其基本框架,侧重于变分原理、形函数的选取以及如何将连续问题转化为离散代数方程组的过程,为读者理解现代工程仿真软件背后的数学原理打下基础。 第四部分:特征值问题与迭代法——超越直接计算 当问题规模扩大到数万甚至数百万维时,直接求解代数方程组或特征值问题变得不切实际。迭代法成为必然选择。 8. 迭代求解线性系统: 本书系统地比较了雅可比法 (Jacobi) 和 高斯-赛德尔法 (Gauss-Seidel),并引入了更快速的迭代法,如SOR (Successive Over-Relaxation)。我们侧重于分析这些迭代方法的收敛速度和收敛条件,并探讨了预处理器的概念在加速收敛中的作用。 9. 特征值计算: 特征值在结构分析、量子化学等领域至关重要。我们详细阐述了幂迭代法(用于寻找最大特征值)和反幂迭代法(用于寻找接近给定值的特征值)。对于对称矩阵,雅可比平面转动法作为一种精确的求解方法被详细剖析。对于大规模、稀疏矩阵,本书引入了Lanczos 算法和 Arnoldi 算法的原理,它们是现代特征值求解库(如ARPACK)的核心。 总结与展望 《计算方法与数值分析》不仅提供了丰富的算法“工具箱”,更重要的是培养读者对稳定性、精度和效率的批判性评估能力。全书穿插了大量的MATLAB/Python 伪代码和案例分析,鼓励读者动手实现算法,并将理论知识应用于解决具体的工程挑战。本书旨在确保读者能够: 1. 理解数值算法背后的数学原理,而非仅仅作为“黑箱”使用。 2. 根据问题的性质(如刚性、稀疏性、精度要求),选择并设计最合适的数值方法。 3. 准确评估计算结果的可靠性,避免因数值误差导致的灾难性错误。 通过系统学习本书内容,读者将具备扎实的数值计算素养,能够自信地应对科学研究和工程实践中遇到的复杂量化难题。 --- 目标读者: 数学、物理、工程学(机械、土木、航空航天、电子信息)、计算机科学以及金融工程等专业的高年级本科生、研究生及相关领域的工程师和科研人员。 建议先修课程: 微积分、线性代数、概率论基础。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的名字是《计算数学》,光是看到这个名字,我脑海中就已经勾勒出一幅画面:厚重的纸张,严谨的符号,还有那些充满智慧的定理和算法。我一直在寻找一本能够系统性地梳理计算数学核心概念的书,尤其是那些在科学工程领域有着广泛应用的数值方法。我对这本书的期望很高,希望它能像一位经验丰富的向导,带领我深入探索这个迷人的领域。我尤其关注那些能够帮助我理解算法背后的数学原理,并掌握如何选择和应用合适数值方法的章节。例如,在处理方程组求解的问题时,我希望这本书能详细讲解高斯消元法、LU分解,甚至更高级的迭代方法,并分析它们的收敛性、稳定性和计算复杂度。同时,对于插值和逼近,我期待书中能涵盖多项式插值(如拉格朗日插值、牛顿插值),样条插值,以及最小二乘逼近等经典方法,并探讨它们在数据分析和函数拟合中的实际应用。此外,数值积分和微分也是我非常感兴趣的部分,我希望书中能介绍梯形法则、辛普森法则、高斯积分等数值积分技术,以及有限差分法、有限元法等数值微分方法,并说明它们在解决微分方程等问题时的作用。这本书的吸引力还在于它能连接理论与实践。我希望书中能提供丰富的例题,最好是带有实际应用背景的,比如在物理模拟、金融建模、图像处理等领域的案例。这些案例不仅能帮助我巩固所学知识,更能激发我对计算数学更深层次的探索欲望。我希望作者能够用清晰易懂的语言解释复杂的概念,避免过于晦涩的术语,并且在必要的时候提供深入的数学推导,但又不会让人觉得枯燥乏味。总而言之,这本书在我心中,不仅仅是一本教材,更是一扇通往计算科学大门的钥匙,我迫切地希望它能够为我揭示这个世界的奥秘。

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看到《计算数学》这个书名,我脑海中浮现的是那些能够揭示宇宙奥秘、解决现实难题的强大计算工具。我希望这本书能够像一位睿智的导师,带领我深入探索这个领域。我尤其对统计物理和凝聚态物理中的数值模拟方法感兴趣。例如,蒙特卡洛方法在模拟相变、临界现象等方面的应用,以及分子动力学模拟在研究物质微观结构和动力学性质中的作用,我希望书中能从计算数学的角度进行详细的阐述。我希望书中能介绍这些模拟方法的数学原理,以及如何设计和实现这些模拟,并讨论它们在解决物理学中的一些关键问题时的应用。此外,我还对量子计算中的一些数学基础感兴趣,比如线性代数在量子比特表示和量子门操作中的作用,以及量子算法(如Shor算法、Grover算法)的数学原理。虽然量子计算是一个新兴领域,但我希望书中能从计算数学的角度对其进行初步的介绍,让我能够对这个领域有一个基本的了解。如果书中能提供一些关于如何利用高性能计算资源进行科学模拟的案例,并给出实现思路,那就更好了。我希望这本书能够让我看到,计算数学是理解和模拟复杂物理现象的不可或缺的工具。

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初次翻开《计算数学》,我被它严谨的结构和深厚的理论功底所吸引。这本书似乎并非仅仅罗列算法,而是致力于构建一个完整的知识体系,让我能够理解“为什么”这些算法有效,而不仅仅是“如何”使用它们。我期待书中能在线性代数数值计算方面有深入的探讨,比如特征值和特征向量的计算,这在很多科学研究中都至关重要。我希望作者能够详细介绍QR分解、奇异值分解(SVD)等强大的矩阵分解技术,并阐述它们在求解线性方程组、最小二乘问题以及数据降维等方面的应用。对于非线性方程组的求解,我希望书中能涵盖牛顿法、割线法等迭代方法,并重点分析它们的收敛速度和稳定性,以及在实际应用中可能遇到的问题,例如如何选择合适的初始猜测值。同时,我也非常关注书中在优化算法方面的介绍。例如,无约束优化问题中的梯度下降法、共轭梯度法,以及约束优化问题中的拉格朗日乘子法和投影梯度法,我希望这些内容能得到详尽的阐述,并提供相应的算法实现思路。此外,在处理离散化问题时,我希望书中能详细介绍有限差分方法和有限元方法,并说明它们在求解偏微分方程中的应用,尤其是在物理学和工程学中的具体实例,例如热传导、流体动力学等。我喜欢那种能够深入浅出的讲解方式,既能展现数学的严谨性,又能体现计算的实用性。如果书中能配有精心设计的图示和流程图,那就更好了,它们能帮助我更直观地理解算法的执行过程。我希望这本书能让我对计算数学有一个宏观的认识,并为我将来深入研究更专业的计算科学领域打下坚实的基础。

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当看到《计算数学》这个书名时,我立刻联想到的是那些能够驱动科学发现的强大工具。这本书无疑应该是一部关于如何将数学理论转化为实际计算过程的宝典。我特别期待书中能在图形学和图像处理的数值算法方面有所涉猎。例如,曲线和曲面的表示与渲染,多边形网格的生成与处理,以及图像的滤波、增强、分割等操作,我希望书中能从计算数学的角度进行阐述。我希望书中能介绍Bézier曲线、B-spline曲线的数学原理和计算方法,以及如何利用它们来生成平滑的曲线和曲面。在图像处理方面,我希望书中能介绍傅里叶变换、小波变换在图像压缩和去噪中的应用,以及卷积、梯度计算在边缘检测和特征提取中的作用。我还对计算机视觉中的一些基本算法感兴趣,比如点云数据的处理、三维重建的数值方法,以及运动估计的算法。我希望这本书能帮助我理解这些算法背后的数学原理,并能掌握如何用数值方法来实现它们。如果书中能提供一些与这些领域相关的项目案例,并给出实现思路,那就更完美了。我希望这本书能够让我看到计算数学在创造视觉奇迹中的强大力量,并能激发我去探索更多新颖的应用。

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我一直认为,《计算数学》这本书应该是一部关于如何用精确的计算来理解和改造世界的著作。我希望这本书能为我打开一扇通往更深层次理解的大门。我特别希望书中能涵盖一些关于科学计算中的并行计算和高性能计算的内容。例如,如何将计算任务分解并在多个处理器上同时执行,如何利用GPU等硬件加速计算,以及如何优化算法以适应并行计算环境。我希望书中能介绍并行计算模型,如MPI(Message Passing Interface)和OpenMP,并解释它们在分布式和共享内存系统中的应用。我还对数值线性代数在科学计算中的应用感兴趣,比如如何高效地求解大型稀疏线性方程组,如何进行大规模矩阵的特征值分解等,并希望书中能介绍相关的并行算法和实现技巧。此外,我还对有限元方法在复杂工程问题中的并行实现感兴趣,例如如何将网格划分并在多个计算节点上进行求解,以及如何处理大规模的计算数据。如果书中能提供一些关于如何选择合适的并行计算策略,以及如何评估和优化并行程序的性能的指导,那就太好了。我希望这本书能让我看到,计算数学不仅是理论的集合,更是驱动现代科学技术飞速发展的强大引擎。

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《计算数学》这个名字,在我看来,预示着一本能够连接理论与实践、抽象与具体的桥梁。我希望这本书能成为我探索计算世界的一盏明灯。我尤其关注书中在数据挖掘和机器学习算法的数学基础方面的介绍。例如,降维技术(如PCA、t-SNE)的数学原理,分类算法(如逻辑回归、决策树、SVM)的优化问题,以及聚类算法(如K-means、DBSCAN)的迭代过程,我希望书中能从计算数学的角度进行深入解析。我希望书中能详细讲解这些算法背后的数学模型,以及它们在实际应用中的计算实现细节。此外,我还对网络科学中的计算方法感兴趣,比如图论的数值算法,社交网络分析中的度中心性、介数中心性等指标的计算方法,以及社区检测的算法。我希望书中能介绍这些算法的数学基础,并说明它们如何在实际的复杂网络中应用。如果书中能提供一些与这些领域相关的开源库(如scikit-learn, NetworkX)的使用指南,并给出实例,那就更好了。我希望这本书能让我明白,那些看起来高深莫测的“智能”算法,其实都建立在严谨的数学计算之上,从而更能欣赏计算数学的魅力,并能运用这些工具去解决更多实际问题。

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这本书《计算数学》在我看来,应该是一部承载着计算科学灵魂的著作。它不仅仅是算法的堆砌,更是数学智慧与计算能力完美结合的体现。我希望这本书能够深入探讨误差分析的理论,这是进行可靠数值计算的基础。我希望书中能详细介绍舍入误差、截断误差、算法误差等不同类型的误差,并阐述如何量化和控制这些误差,以保证计算结果的准确性。例如,在数值积分和微分中,我希望书中能分析不同方法的误差阶数,并给出选择最优方法的指导。在求解常微分方程时,我希望书中能详细讲解欧拉法、龙格-库塔法等方法的误差分析,以及如何通过步长选择来平衡精度和计算效率。此外,对于大型稀疏矩阵的计算,我希望书中能介绍迭代法,例如雅可比迭代、高斯-赛德尔迭代、共轭梯度法等,并详细分析它们的收敛条件和计算复杂度。我尤其关注这些方法在实际工程问题中的应用,比如在有限元分析、网络分析等领域。我还对数学软件在计算数学中的作用感兴趣,希望书中能提及一些常用的数学软件,如MATLAB、Mathematica、NumPy等,并介绍它们在实现数值算法时的优势和技巧。我渴望这本书能让我对计算数学的严谨性有一个更深刻的理解,让我能够更有信心地去面对和解决复杂的计算问题,并能在科学研究和工程实践中运用这些工具,做出更精准、更可靠的判断。

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我对于《计算数学》这本书的期待,在于它能否帮助我理解那些驱动现代科学技术发展的核心计算原理。这本书应该是一部关于如何将数学的抽象概念转化为强大计算能力的权威指南。我尤其关注书中在金融数学和风险管理方面的数值算法。例如,蒙特卡洛模拟在期权定价、风险度量(如VaR)中的应用,以及偏微分方程在Black-Scholes模型等金融模型中的求解,我希望书中能从计算数学的角度进行详细的阐述。我希望书中能介绍这些数值方法背后的数学模型,以及如何在实际的金融计算中应用它们。此外,我还对时间序列分析中的一些数值算法感兴趣,比如ARIMA模型的参数估计,以及如何利用这些模型进行金融市场的预测。我希望书中能介绍这些算法的数学基础,并说明它们在实际金融分析中的实现细节。如果书中能提供一些与金融量化相关的实际案例,并给出实现思路,那就更好了。我希望这本书能够让我看到,计算数学在金融领域发挥着不可替代的作用,帮助我们理解和管理复杂的金融风险,并做出更明智的投资决策。

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《计算数学》这个名字,在我心中代表着一种将抽象思维转化为实际可执行指令的能力。这本书应该是一部关于如何用严谨的数学语言去描述和解决现实世界问题的实用指南。我期待书中能在信号处理领域有深入的探讨。例如,离散傅里叶变换(DFT)及其快速算法(FFT)在信号分析、滤波、压缩中的应用,以及小波变换在信号去噪、特征提取中的作用,我希望书中能从计算数学的角度进行详细的解释。我希望书中能详细介绍这些变换的数学原理,以及如何在实际的信号处理系统中应用它们。此外,我还对语音信号处理和图像信号处理中的一些数值算法感兴趣。例如,自适应滤波器的设计和实现,以及语音识别和图像识别中的特征提取和分类算法,我希望书中能介绍这些算法的数学基础,并说明它们在实际应用中的实现细节。如果书中能提供一些与这些领域相关的实际案例,并给出实现思路,那就更完美了。我希望这本书能够让我明白,那些我们日常生活中听到的声音、看到的图像,背后都蕴含着精妙的计算数学原理。

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我一直对那些能够将抽象数学概念转化为具体计算过程的学科充满好奇,《计算数学》这本书的名字恰好点燃了我的求知欲。我希望这本书能带领我深入理解数值分析的精髓,并能将其应用到解决实际问题中。我尤其对概率统计在计算中的应用感兴趣。例如,蒙特卡洛方法在数值积分、优化问题和模拟中的应用,我希望书中能有详细的介绍,包括各种蒙特卡洛方法的原理、优缺点以及在不同领域的应用案例。此外,随机过程的模拟也是我非常感兴趣的方面,希望书中能介绍如何使用数值方法模拟泊松过程、布朗运动等,并讨论其在金融、物理等领域的应用。在统计计算方面,我希望书中能涵盖最大似然估计、贝叶斯推断等方法的数值实现,并探讨其在数据分析和模型拟合中的应用。我还对机器学习中的一些计算方法感兴趣,例如,支持向量机(SVM)的优化问题,神经网络的训练算法(如反向传播),我希望书中能从计算数学的角度对这些算法进行解析,阐述其背后的数学原理和计算技巧。如果书中能提供一些代码示例,用Python、MATLAB等常用语言实现,那就更好了,这样我可以亲手实践,加深理解。我喜欢那种能够引导我思考“为什么”的书,而不仅仅是告诉“怎么做”。我希望这本书能够让我不仅掌握计算方法,更能理解其背后的数学思想,从而能够灵活地运用这些工具解决更广泛的问题。

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my comment sometime in 2009: 很经典的教材,作者是正在上的Parallel Computing课的老师,书远比课讲得清楚。。 never finished reading this one....

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