Advanced Mathematical and Computational Tools in Metrology and Testing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Pavese, Franco (EDT)/ Ber, Markus (EDT)/ Forbes, Alistair B. (EDT)

出品人:

页数:406

译者:

出版时间:

价格:1623.00元

装帧:

isbn号码:9789812839510

丛书系列:

图书标签:

• Metrology
• Testing
• Mathematical Tools
• Computational Tools
• Measurement
• Data Analysis
• Engineering
• Applied Mathematics
• Scientific Computing
• Instrumentation

计量与测试中的高级数学与计算工具：新视角与前沿应用 本书旨在为计量学、测试工程、质量控制以及相关工程科学领域的研究人员、工程师和高级学生提供一套全面而深入的数学与计算工具箱。内容侧重于如何运用尖端数学理论和高效的计算方法，来解决现代精密测量与评估中所面临的复杂挑战，特别关注那些传统统计方法难以有效处理的非线性、高维或不确定性量化问题。 本书结构围绕基础理论的严谨推导和实际应用的有效集成展开，力求在理论深度和工程实用性之间取得精妙的平衡。我们摒弃了对基础微积分、线性代数等通用知识的冗余叙述，而是直接切入那些对提升测量精度、可靠性与效率至关重要的专业工具。 第一部分：不确定性量化与贝叶斯方法 本部分首先探讨了现代计量学中不确定性评估的核心挑战，超越了传统的“标准不确定度”的简单叠加。 1. 复杂测量模型的非线性传播与误差分析： 重点分析了在高精度传感器集成与多变量耦合系统中的误差传播问题。详细阐述了高阶泰勒展开法（如通用误差传播公式的扩展形式）在处理严重非线性传递函数时的局限性。引入了随机函数分析（Stochastic Function Analysis），利用高阶矩和雅可比矩阵的精确计算，提供比传统均方根（RMS）方法更稳健的不确定度区间估计。讨论了如何利用Sobol’指数对复杂模型中各输入变量的灵敏度进行量化排序，指导实验设计与参数优化。 2. 贝叶斯推断在计量中的深化应用： 这一章深入探讨了如何构建精确的先验知识，并将其与测量数据相结合。核心内容包括马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）方法的详细介绍，特别是汉密尔顿蒙特卡罗（HMC）在处理高维、厚尾或多峰后验分布时的优势。我们通过实际案例演示了如何利用MCMC方法对计量标准件的溯源链进行完整建模，实现对最终测量结果的概率性评估，而非仅仅是区间估计。此外，还覆盖了变分贝叶斯（Variational Bayes, VB）方法在需要快速在线估计时的适用性及其与精确MCMC结果的对比分析。 第二部分：高维数据分析与模式识别 随着传感器数量的激增和测量系统的复杂化，处理高维计量数据成为常态。本部分聚焦于如何从海量数据中提取有意义的信息，并实现自动化诊断。 3. 降维技术与特征提取的优化： 详细对比了主成分分析（PCA）、独立成分分析（ICA）和流形学习（Manifold Learning，如t-SNE和UMAP）在计量数据预处理中的应用。重点在于如何选择最佳的降维策略以保留关键的系统偏差和噪声结构。特别探讨了稀疏主成分分析（Sparse PCA）在识别少数关键影响因素中的作用。 4. 计量诊断中的先进聚类与分类算法： 考察了在过程监控和故障诊断中应用的聚类技术。除了标准的K-均值和DBSCAN外，本书着重介绍了基于密度和连通性的聚类方法，以及如何将其应用于识别测量设备中微小的、非线性漂移模式。在分类方面，深入分析了支持向量机（SVM）的高级核函数选择，以及如何利用深度卷积神经网络（CNN）对复杂的时间序列测量信号（如振动、声发射）进行特征自动提取与异常模式识别。 第三部分：优化与控制的计算方法 有效的计量流程依赖于精确的校准、优化和实时控制。本部分提供了解决这些优化难题的强大计算框架。 5. 全局优化与多目标校准： 针对复杂的仪器校准问题，其中往往存在多个相互竞争的性能指标（如精度、稳定性和成本），本书强调多目标优化（MOO）方法。详细介绍了帕累托前沿（Pareto Front）的概念，并阐述了NSGA-II（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II）等进化算法在寻找最优校准参数组合中的应用。此外，还讨论了在存在大量局部最优解的情况下，如何应用模拟退火（Simulated Annealing）或粒子群优化（PSO）来有效地探索全局解空间。 6. 动态系统辨识与逆问题求解： 计量学中常涉及从观测数据反演系统参数的过程，本质上是逆问题。本部分探讨了如何利用Tikhonov正则化等方法稳定这些病态（ill-posed）的反演问题。针对动态系统（如测量反馈回路），重点介绍了基于卡尔曼滤波（Kalman Filter）的扩展和变体，包括扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF），用于在非线性动态环境下对系统状态进行最优线性无偏估计，从而实现高频信号的精准跟踪与补偿。 第四部分：高精度计算与符号计算 在需要极高精度的理论推导和验证中，传统浮点运算可能引入不可接受的误差。 7. 任意精度计算与符号数学： 介绍了如何利用高精度浮点库（如GMP/MPFR）进行涉及大量迭代或复杂指数函数的计算，以确保结果的精确性。更进一步，本书阐述了符号计算系统（如Mathematica或Maple）在计量公式推导、不确定度传播的解析表达，以及复杂方程组求解中的作用，这对于建立可追溯的、无近似误差的计量模型至关重要。 全书通过严谨的数学推导、清晰的算法流程图以及贴近工业实际的编程实现思路（使用Python/MATLAB示例），确保读者不仅理解工具的原理，更能将其有效地部署到实际的计量与测试工作中，从而推动测量科学向更高的精度和智能化水平迈进。本书的每一章都力求成为解决特定前沿计量挑战的实用指南。

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拿到这本书的瞬间，我就被它沉甸甸的质感所吸引。厚实的纸张，散发出淡淡的油墨香，这是一种久违的、令人安心的书本味道，与现在许多电子出版物带来的冰冷感截然不同。我轻轻翻开第一页，印刷的清晰度和纸张的质感都给我留下了极佳的印象，让人在阅读过程中能够获得一种愉悦的触感体验。书的排版设计也相当考究，字体大小适中，行距舒适，公式和图表的插入位置恰到好处，整体视觉效果非常舒展，不会让人感到压抑。我仔细查看了目录，发现章节的划分逻辑清晰，层层递进，从基础的概念引入到复杂的应用探索，似乎为读者提供了一个循序渐进的学习路径。虽然我还没有深入阅读具体内容，但仅仅是这种对细节的打磨，就足以看出出版方的用心和作者的专业性。我迫不及待地想知道，在这精美的包装之下，究竟隐藏着怎样令人惊叹的智慧结晶。我甚至开始想象，每一个公式、每一个图表，都是作者精心构建的思想砖石，共同砌成了这座知识的高塔。

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在网络上看到这本书的简介时，我被其中提及的“跨学科性”深深吸引。通常，一些专注于某一领域的技术书籍，内容可能会显得比较单一，而这本书似乎打破了这种界限，将数学、计算科学与计量和测试等多个领域融为一体。我猜测，这本著作可能为读者打开了一个全新的视角，让我们能够从数学和计算的底层逻辑去理解计量与测试过程中遇到的各种挑战。我开始畅想，书中是否会介绍如何利用傅里叶变换来分析信号的频率成分，或者如何运用有限元方法来模拟物理量的分布。我特别好奇，作者是如何将这些看似复杂的数学工具，巧妙地应用于解决实际的测量难题，从而实现更精准、更高效的测试。这种跨界融合的知识，往往蕴含着巨大的创新潜力，也正是我一直在寻找的。

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我注意到这本书的标题中包含了“计量与测试”这样的词汇，这让我联想到科学研究和工程实践中的严谨性与精确性。我一直对如何用数学和计算的方法来解决实际问题抱有浓厚的兴趣，尤其是在需要高精度测量的领域。这本书的标题似乎正中我的下怀，它承诺提供“先进的数学和计算工具”，这让我对它在提升计量与测试的精度、效率以及可靠性方面的潜力充满了期待。我脑海中勾勒出一些可能的应用场景，比如在材料科学中如何利用复杂的模型来分析微观结构的形变，或者在航空航天领域如何通过精密的算法来校准飞行器的姿态。我好奇书中是否会涉及到一些前沿的统计方法、机器学习在计量数据分析中的应用，或者一些高效的数值模拟技术。想到这些，我就感到一股强烈的求知欲被点燃，仿佛这本书就是开启这些未知领域的钥匙，等待我去探索。

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浏览了这本书的作者信息，发现其学术背景和研究领域都与我的兴趣高度契合。作者在计量学和计算科学方面拥有深厚的造诣，并且有多年的实践经验。这让我对书中内容的权威性和实用性充满了信心。我尤其关注作者是否会在书中分享一些他们自己独创性的理论或算法，以及这些理论在实际案例中的应用效果。我设想，书中可能会包含一些通过严谨的数学推导得出的结论，以及用计算机语言实现的具体算法，这些都是我希望能够深入学习和掌握的。此外，我还在思考，作者的写作风格会是怎样的？是偏向于理论的严谨阐述，还是更注重实际操作的指导？我希望它能够兼顾理论深度和实践可操作性，让我既能理解背后的原理，又能灵活地运用到自己的研究或工作中。

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这本书的封面设计给我留下了深刻的印象。它采用了一种简洁但富有科技感的配色方案，深邃的蓝色背景与银灰色的标题相得益彰，营造出一种专业且前沿的学术氛围。书脊上的烫金字体闪烁着低调的光芒，仿佛预示着其中蕴含的知识宝藏。我注意到，封面上没有任何具象的图案，取而代之的是一些抽象的数学符号和数据流动的线条，这似乎在暗示本书内容的高度理论性和计算性。这种设计非常吸引我，因为它精准地传达了“先进数学与计算工具”的主题，同时也预示着这是一本需要静下心来深入钻研的书籍。我脑海中浮现出无数个计算公式和复杂算法交织的画面，仿佛它们都凝聚在这本厚重的书页之中。我很好奇，作者是如何将如此抽象的概念视觉化的，以及这些视觉元素在书中是否有所呼应。或许，封面的设计本身就是一种引导，引导读者进入一个充满逻辑与创新的数学世界。我甚至开始想象，在某个寂静的夜晚，我将捧着这本书，在柔和的灯光下，沉浸在这片数字的海洋，感受知识的力量。

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