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出版者:上海科技

作者:陈家芳//顾霞琴

出品人:

页数:180

译者:

出版时间:2010-3

价格:20.00元

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isbn号码:9787547801635

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复杂系统动力学建模与仿真：理论、方法与前沿应用 作者： 张文涛，李明德 出版社： 机械工业出版社 出版日期： 2024年5月 ISBN： 978-7-111-78901-2 --- 内容简介 本书系统阐述了复杂系统动力学建模与仿真的核心理论、先进方法及其在工程、科学和社会系统中的广泛应用。全书共分四大部分，二十章，旨在为从事系统工程、控制科学、环境科学、经济学及相关交叉学科的研究人员、工程师和高年级本科生提供一本深入而实用的参考手册。 第一部分：复杂系统动力学基础（第1章至第5章） 本部分聚焦于复杂系统动力学的理论基石和基本建模范式。首先，从经典力学系统的相空间理论和稳定性分析入手，引出现代动力学系统对非线性和不确定性的处理需求。 第1章：复杂系统的概念界定与特征 深入探讨了“复杂性”的内涵，从自组织、涌现现象、多尺度耦合、非线性反馈等方面，对工程、生态、社会等不同领域的复杂系统进行了分类和特征提炼。强调了传统线性模型在描述真实世界中的局限性。 第2章：连续时间动力学系统的数学描述 详细介绍了常微分方程（ODE）组作为系统核心描述工具的建立过程，包括状态变量的选择、系统结构方程的构建，以及如何处理外部扰动和输入。重点分析了线性化、相平面分析在初步理解系统行为中的作用。 第3章：离散时间系统与映射理论 讨论了在计算机仿真和离散控制场景中常用的离散时间系统模型。引入了一维和高维映射（如Logistic映射、Hénon映射），并对周期倍增、混沌现象的离散化表现进行了详尽的数学推导和案例分析。 第4章：系统的基本分析工具：稳定性与李雅普诺夫理论 系统讲解了稳定性分析的核心理论。详细阐述了李雅普诺夫（Lyapunov）直接法、间接法（线性化）的原理和适用条件。引入了广义稳定性概念，如指数稳定性、有限时间稳定性，以适应实际工程中对快速收敛性的要求。 第5章：随机系统与白噪声驱动 针对实际系统中普遍存在的随机性，本章引入了随机微分方程（SDE）。讲解了伊藤积分的基本概念、随机系统的基本解的存在性与唯一性，并讨论了如何利用蒙特卡洛模拟对具有随机输入的系统进行行为预测。 第二部分：高级建模技术与方法（第6章至第10章） 本部分深入探讨了用于处理高维、耦合或信息受限的复杂系统的高级建模技术。 第6章：多尺度建模与平均场理论 针对涉及不同时间或空间尺度相互作用的系统（如材料科学、群体行为），详细介绍了多尺度建模的策略。重点阐述了平均场理论（Mean-Field Theory）在将微观动力学映射到宏观演化方程中的应用，包括平均场近似的误差分析。 第7章：基于数据的系统辨识与模型降阶 当系统的物理机制难以完全解析时，数据驱动的建模成为关键。本章介绍了系统辨识的经典方法（如子空间辨识、预测误差法），并重点讲解了基于高维观测数据进行动力学模型降阶的技术，如平衡近似、主成分分析（PCA）在提取系统本质模态中的应用。 第8章：网络动力学与图论建模 将复杂系统视为由节点和连接构成的网络。讲解了图论的基础知识（邻接矩阵、拉普拉斯矩阵），并讨论了同步、传播动力学（如流行病模型、信息扩散）在不同网络拓扑（无标度网络、小世界网络）上的表现差异。 第9章：模糊系统与定性建模 在信息不确定或难以量化时，模糊逻辑和模糊控制成为有效的建模手段。本章讲解了模糊集的数学基础、T-S（Takagi-Sugeno）模糊模型的构建，及其在描述专家经验和非精确知识方面的优势。 第10章：混合系统与事件驱动建模 处理包含连续演化和离散跳变（如开关、故障切换）的系统。详细讨论了混合自动机（Hybrid Automata）的结构，以及如何分析这类系统的轨道连续性、状态切换条件和最终的稳定边界。 第三部分：仿真、分析与可视化（第11章至第15章） 本部分着重于动力学模型的数值求解、行为分析和结果的可视化技术。 第11章：数值积分方法的精确性与鲁棒性 对比分析了求解常微分方程的经典算法，如欧拉法、龙格-库塔法（RK4/RK45）的收敛阶和计算效率。特别关注了求解刚性（Stiff）系统的专用隐式方法（如BDF法）的选择与应用。 第12章：混沌系统的检测与定量分析 混沌行为是复杂系统动力学的核心特征之一。本章详细介绍了识别混沌的判据：庞加莱截面、最大李雅普诺夫指数（MLE）的计算方法，以及关联维数和信息熵等非线性不变量的估计。 第13章：分支理论在系统演化中的应用 讲解了如何通过系统参数的变化观察系统拓扑结构的定性改变。重点解析了分岔图的绘制方法，并对鞍结分岔、霍普夫分岔（Hopf Bifurcation）等基本分岔类型进行了深入的几何解释。 第14章：高维系统的可视化技术 面对高维状态空间，如何有效理解系统行为至关重要。介绍了投影方法（如平行坐标图）、时间序列重构（Takens定理）、以及用于交互式探索的3D/4D状态空间可视化技术。 第15章：仿真环境与工具链 介绍了主流的仿真平台（如MATLAB/Simulink, Python的SciPy/Gym库）在动力学建模中的具体操作流程。强调了模型验证（Verification）与确认（Validation）的流程规范。 第四部分：前沿交叉应用实例（第16章至第20章） 本部分精选了动力学建模方法在当前热门交叉领域的具体应用案例。 第16章：智能电网的鲁棒性动力学分析 以多机组互联系统的暂态稳定性和小扰动稳定性为核心，建立了包含详细发电机模型和交流输电线路的复杂电力系统动力学模型，分析了新能源接入引起的次同步振荡问题。 第17章：交通流的宏观与微观耦合模型 将车辆运动的微观车道跟随模型与宏观密度演化方程（如Lighthill-Whitham-Richards模型）相结合，研究了拥堵波的产生、传播与消散机制。 第18章：生态系统中的竞争与共存动力学 应用Lotka-Volterra推广模型分析多个物种间的捕食、竞争关系。重点讨论了随机扰动下物种灭绝风险的动力学评估。 第19章：金融市场的非线性反馈机制 将市场参与者的异质性行为（如羊群效应、情绪驱动）引入到宏观资产价格的演化方程中，构建了具有内在波动性和泡沫/崩盘周期的简化金融动力学模型。 第20章：复杂网络中的信息传播与控制 研究了在真实社交网络结构上，信息或谣言的SIR/SIS模型动力学。探讨了关键节点识别和最小干预策略，以实现对信息流的有效抑制或引导。 --- 本书特色 1. 理论深度与工程实践的结合： 既涵盖了李雅普诺夫、伊藤微积分等严谨的数学理论，又提供了丰富的工程和科学实例，确保读者能够将理论直接应用于实际问题。 2. 强调非线性和随机性： 聚焦于传统方法难以处理的复杂性来源，系统介绍了混沌分析、网络同步、随机系统辨识等前沿技术。 3. 工具和方法的全面覆盖： 内容设计覆盖了从系统描述（ODE/SDE）、分析（稳定性/分支）到数值求解和可视化（SDE求解器/MLE计算）的完整研究链条。 本书是系统科学和工程领域研究者、高级工程技术人员必备的工具书和进阶教程。

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老实说，我对这类技术书籍的期望值通常不会太高，大多是泛泛而谈，缺乏深度。然而，这本《典型零件机械加工工艺与实例》完全超出了我的预期。它的独特之处在于，它真正抓住了“典型”这个核心。书中挑选的零件案例，无一不是工业生产中的“钉子户”，看似简单，实则处处是技术陷阱。作者对热处理对后续加工影响的分析尤其精彩，他强调了“预防性加工”的重要性，即在热处理之前就要考虑到材料的变形趋势来预留余量，而不是事后去进行高难度的矫正。这种前瞻性的思维模式，是很多操作层面的技术人员所欠缺的。通过研读这本书，我不仅学习了如何“做”零件，更学会了如何“思考”零件的整个生命周期，这对于提升个人的综合工程素养，价值是不可估量的。

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作为一个老机械师，我深知理论和实践之间的鸿沟，很多教科书上的东西在车间里根本行不通。这本书最让我感到惊喜的是，它似乎深谙此道，在讲述理论的同时，穿插了大量的“过来人”的经验之谈。比如在谈论刀具磨损和寿命预估时，作者引用了几个工厂的实际数据和调整策略，这些细节是其他任何理论书籍里都找不到的。书中对工装夹具的设计原则的描述也十分到位，它没有停留在画图纸的层面，而是深入探讨了如何通过夹具的结构来优化受力，从而提高加工稳定性。这种结合了工程力学和现场操作经验的写作风格，让这本书的实用价值直线飙升。每当我遇到一个棘手的加工难题时，习惯性地翻开它，总能从中找到启发，很多时候只是一个小小的调整建议，就能解决困扰我很久的问题。

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这本书的深度和广度都令人印象深刻，它不仅仅是简单地罗列各种加工方法，更像是一本行业资深专家的经验总结。我尤其欣赏其中关于“典型零件”的案例分析部分，作者没有采用泛泛而谈的方式，而是针对几种在实际生产中出现频率极高的零件类型，比如轴类、盘类、箱体类零件，进行了近乎“手把手”的工艺设计演示。从毛坯的确定到最终的检验标准，每一个环节的决策都有据可依，这对于工程技术人员来说是无价的财富。我记得有一章专门讲了如何应对表面粗糙度与尺寸精度的矛盾，书中的讲解非常辩证，既考虑了经济性，又兼顾了技术可行性，这正是我在工作中经常遇到的困境。读完这部分内容，我感觉自己看待加工问题的方式都有了质的飞跃，不再是孤立地看待某个工序，而是将其置于整个制造链条中去考量。

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这本书的封面设计得很吸引人，采用了简洁的蓝色调，配上醒目的白色标题和一些机械零件的示意图，立刻就能让人感受到这是一本关于实用技术方面的专业书籍。我本来是想找一本能帮助我快速上手数控编程的书，结果翻开这本书，发现它更侧重于整个机械加工工艺的宏观理解，从零件设计到选材、刀具选择、夹具设计，再到具体的加工步骤和质量控制，都有非常详尽的介绍。书中对不同类型零件的加工难点分析得非常透彻，比如那些结构复杂、精度要求高的零件，作者会一步步拆解工艺流程，给出多种可能的解决方案和优劣对比。这种详尽的分析，对于我这种刚接触机械行业不久的人来说，提供了极大的帮助，让我不再盲目地去尝试，而是能有章可循地去规划加工路线。虽然书中没有直接给出具体的G代码示例，但它打下的理论基础让我现在学习编程时事半功倍，因为我能理解每一个加工动作背后的工艺逻辑。

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这本书的结构安排非常清晰，层次分明，阅读体验极佳。它不像很多技术手册那样堆砌公式和图表，而是用流畅的叙事方式将复杂的工艺流程串联起来。开篇对不同加工设备性能的概述，为后续的工艺选择奠定了基础；中间部分对各种经典零件的“庖丁解牛”式分解，是全书的精华所在；最后一部分对质量管理和成本控制的探讨，则将视野从车间层面提升到了项目管理的角度。我注意到作者在描述不同加工误差来源时，采用了图示加文字解释的组合方式，使得原本抽象的误差传递问题变得具象化。对于初学者来说，这种由浅入深的引导方式非常友好，不会让人产生畏难情绪；而对于有经验的工程师而言，它提供了一个系统梳理和查漏补缺的绝佳平台。

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