Mathematical Models in Engineering, Biology and Medicine pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:

作者:Cabada, Alberto (EDT)/ Liz, Eduardo (EDT)/ Nieto, Juan J. (EDT)

出品人:

页数:370

译者:

出版时间:2009-5

价格:$ 187.58

装帧:

isbn号码:9780735406605

丛书系列:

图书标签:

• 数学模型
• 工程学
• 生物学
• 医学
• 应用数学
• 建模
• 微分方程
• 数值分析
• 生物数学
• 医学工程

《计算科学在交叉学科中的应用》 导论 在现代科学研究的广阔图景中，数学与计算科学已不再是独立的学科分支，而是如同无形的丝线，精密地编织着物理、化学、工程、生物、医学乃至社会科学等各个领域。它们提供了理解复杂现象、预测未来趋势、设计创新解决方案的强大工具。《计算科学在交叉学科中的应用》一书，正是致力于揭示计算方法如何赋能跨学科研究，将抽象的数学模型转化为解决现实世界挑战的具体策略。本书旨在为研究人员、学生以及任何对利用计算思维解决复杂问题感兴趣的读者提供一个全面的视角，展现数学建模、算法设计与数值分析在不同领域的实际应用案例，并深入探讨这些方法背后的理论基础与前沿发展。 第一部分：数学建模的基础与工程应用 本书的开篇，我们将首先聚焦于数学建模的核心概念。建模是将现实世界问题抽象为数学语言的过程，它要求我们识别关键变量、建立变量之间的关系，并将其转化为可操作的方程组或算法。我们将探讨不同类型的数学模型，包括但不限于微分方程模型、统计模型、离散模型等，以及它们各自的适用范围和局限性。 在工程领域，数学建模的应用无处不在。本书将深入剖析其在以下几个关键方向的实践： 结构力学与材料科学： 有限元方法（FEM）和有限差分方法（FDM）是分析结构应力、形变和热传导的基石。我们将通过具体的工程案例，例如桥梁设计中的载荷分析、航空航天器结构的抗压强度计算，以及新材料的力学性能预测，展示如何利用这些数值技术来模拟复杂结构的响应，优化设计参数，确保工程安全与效率。读者将了解如何将几何形状、材料属性和载荷条件转化为计算模型，并如何解释和验证仿真结果。 流体力学与传热学： 流体动力学（CFD）在航空、汽车、能源、环境等众多工程领域扮演着至关重要的角色。本书将介绍如何运用Navier-Stokes方程等流体运动的基本方程，结合数值求解技术，来模拟空气动力学、水流冲击、管道输运以及热交换过程。我们将以飞机翼型设计中的气流模拟、汽车散热系统的优化、以及核反应堆中的冷却剂流动分析为例，展示CFD在提高性能、降低能耗和保障安全方面的巨大潜力。 控制系统与优化： 现代工程系统，从工业自动化到机器人技术，都离不开精密的控制理论。我们将探讨如何利用李雅普诺夫稳定性理论、PID控制以及更高级的自适应控制和最优控制策略，来设计和实现能够精确响应外部扰动并达到预期目标的控制系统。本书将涵盖如何通过数学模型来描述系统的动态行为，以及如何利用优化算法（如线性规划、二次规划、遗传算法等）来寻找最优控制参数，以实现诸如能耗最小化、生产效率最大化等目标。 信号处理与通信工程： 在信息爆炸的时代，信号的处理与传输是工程应用的核心。我们将介绍傅里叶分析、小波分析等信号处理技术，以及它们在滤波、去噪、特征提取等方面的应用。此外，本书还将探讨在通信系统中，如何利用信息论和编码理论来设计高效可靠的通信协议，以及如何通过仿真来评估通信系统的性能，如误码率、信道容量等。 第二部分：计算方法在生物学研究中的前沿探索 生物学的复杂性为数学和计算科学提供了广阔的舞台。本书将重点关注计算方法如何推动我们对生命现象的深入理解，以及在生物医药领域发挥日益重要的作用。 分子生物学与基因组学： 基因测序技术的飞速发展产生了海量的生物数据，对计算分析提出了巨大挑战。我们将介绍生物信息学中的核心算法，如序列比对（BLAST）、基因组组装、变异检测等，以及如何利用统计学和机器学习方法来分析基因表达数据、预测基因功能、挖掘疾病相关的基因标记。本书还将探讨系统生物学的方法，如何通过构建网络模型来理解基因、蛋白质之间的相互作用，揭示细胞调控的复杂机制。 生物力学与生理模型： 理解生物体的结构与功能，离不开对其力学行为的模拟。我们将探讨如何运用FEM等数值方法来模拟骨骼的力学行为，评估骨折风险；如何模拟心脏瓣膜的血流动力学，设计人工心脏瓣膜；以及如何构建生物组织的力学模型，用于组织工程和再生医学的研究。此外，本书还将介绍生理过程的数学建模，例如呼吸系统的气体交换模拟、神经信号的传播模型，以及内分泌系统的激素调控模型。 流行病学与公共卫生： 传染病的传播是影响人类健康的重要因素。我们将深入研究 SIR、SEIR 等经典流行病学模型，以及如何利用数值方法来模拟疾病的传播动态，预测疫情发展趋势。本书还将探讨如何结合地理信息系统（GIS）和统计学方法，分析疾病的的空间分布和影响因素，为公共卫生决策提供科学依据。 药物研发与分子对接： 在新药的发现过程中，计算方法能够极大地加速研发进程。我们将介绍分子动力学模拟（MD）和量子化学计算（QC）在模拟分子结构、预测分子性质、以及理解药物与靶点相互作用方面的应用。本书还将探讨基于结构的药物设计和高通量筛选技术，如何利用计算工具来发现潜在的药物分子，并优化其药效和安全性。 第三部分：计算科学在医学诊断与治疗中的创新应用 医学领域是计算科学应用最为活跃和具有变革性的领域之一。本书将展示计算方法如何改变疾病的诊断、治疗方式，并为个性化医疗的发展奠定基础。 医学影像分析： 计算机断层扫描（CT）、磁共振成像（MRI）、超声成像等医学影像技术为医生提供了直观的诊断依据。我们将介绍图像处理技术，如滤波、增强、分割等，如何用于提取医学影像中的关键信息。本书还将探讨机器学习和深度学习在医学影像中的应用，例如肿瘤的自动检测与分割、病变的量化分析、以及基于影像的预后预测。 临床决策支持系统： 医生在面对复杂的临床情况时，需要整合海量的信息做出决策。本书将介绍如何利用专家系统、贝叶斯网络等人工智能技术，构建临床决策支持系统，为医生提供诊断建议、治疗方案推荐以及药物相互作用警示。我们将通过具体的临床案例，展示这些系统如何提高诊断准确性、减少医疗差错。 个性化医疗与基因组学： 每个人的基因组信息都是独一无二的，这为实现个性化医疗提供了可能。本书将探讨如何利用基因组数据分析，结合疾病的临床表现，来预测个体对特定治疗的反应，并制定更具针对性的治疗方案。我们将介绍如何利用计算方法来分析单核苷酸多态性（SNP）、拷贝数变异（CNV）等基因组特征，以及它们与疾病易感性和药物代谢的关系。 放疗计划优化： 癌症放射治疗需要精确控制辐射剂量和照射范围，以最大程度地杀伤肿瘤细胞，同时最大限度地保护周围正常组织。本书将介绍如何利用数学优化算法和三维图像重建技术，来制定最优的放疗计划。我们将探讨蒙特卡洛模拟在剂量计算中的应用，以及如何通过迭代优化来寻找最佳的射束角度和能量。 结论 《计算科学在交叉学科中的应用》一书不仅是对现有计算方法在工程、生物和医学领域应用的梳理，更是对未来发展趋势的展望。随着计算能力的不断提升，以及算法的持续创新，计算科学将在解决更复杂、更具挑战性的现实问题中扮演越来越核心的角色。本书强调跨学科合作的重要性，鼓励研究者打破学科壁垒，将数学和计算的语言应用于各自的研究领域，从而加速科学发现的进程，并为人类的福祉做出更大的贡献。本书希望能够激发读者对计算科学在各个领域应用的浓厚兴趣，并为他们在未来的研究与实践中提供宝贵的参考和启示。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆