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出版者:北京理工大学

作者:杨小牛//楼才义//徐建良

出品人:

页数:567

译者:

出版时间:2010-4

价格:75.00元

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isbn号码:9787564029647

丛书系列:

图书标签:

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《前沿计算科学：从量子到神经网络的深度探索》 图书简介 本书是一部全面梳理当代计算科学核心概念、前沿技术及其交叉融合的综合性学术著作。它摒弃了传统计算理论的刻板叙事，转而聚焦于当前推动信息技术革命的两大核心驱动力：基于物理极限的计算和基于智能涌现的计算。全书旨在为高年级本科生、研究生、科研人员以及关注未来技术趋势的工程师提供一个深入且富有洞察力的视角，理解支撑下一代信息系统的底层逻辑与创新路径。 第一部分：超越冯·诺依曼架构的计算基石 本部分深入探讨了在摩尔定律趋缓的背景下，科学家们如何从根本上重新思考信息的存储、处理与传输方式。 第一章 量子信息基础与纠错机制： 详细阐述了量子比特（Qubit）的数学描述、叠加态与纠缠的物理实在性，以及量子门操作的酉矩阵表示。重点剖析了量子计算的算法优势（如Shor算法与Grover算法的原理推导），并对当前实现可扩展量子计算面临的工程挑战进行了深入分析。特别辟出章节讲解了量子纠错码（如表面码、Steane码）的结构、冗余构建方式及其对降低退相干噪声的关键作用。 第二章 新型存储介质与内存计算（Processing-in-Memory, PIM）： 考察了相变存储器（PCM）、磁隧道结（MTP/STT-MRAM）等非易失性存储技术的物理原理、读写机制及可靠性问题。PIM架构是本章的重中之重，详细分析了如何将简单的计算逻辑单元嵌入到存储阵列内部，以有效缓解“存储墙”问题。内容涵盖了电阻开关阵列的模拟计算能力、阵列级乘累加（MAC）操作的实现细节，以及与新兴的内存计算编程模型（如OpenCL-PIM）的接口设计。 第三章 拓扑计算与无源系统： 探讨了基于物理系统（而非传统电子逻辑）的计算范式。内容涉及光子计算的集成光子芯片设计、声学波导在信号处理中的应用，以及拓扑绝缘体在构建抗干扰逻辑门方面的潜力。本章强调了这类系统如何利用自然物理规律实现某些特定计算任务的指数级加速，尤其是在模拟和并行处理方面。 第二部分：智能涌现与自适应学习系统 本部分聚焦于如何构建能够从海量数据中自主学习、推理和决策的复杂智能系统，并解析支撑这些系统的数学框架与工程实现。 第四章 深度学习的理论极限与泛化能力： 本章超越了对标准CNN、RNN的描述，转而深入探究深度学习模型背后的数学本质。详细论述了优化理论在深度网络中的应用，包括随机梯度下降（SGD）的收敛性分析、动量机制的改进、以及自适应学习率方法（如Adam、Adagrad）在非凸优化空间中的行为。此外，对模型的泛化误差界限、双下降现象（Double Descent）的最新解释，以及信息几何学在理解学习路径中的应用进行了严谨的阐述。 第五章 图神经网络（GNNs）的结构设计与应用拓展： 详细构建了GNN的数学基础，包括谱域方法（基于拉普拉斯矩阵的图卷积）和空间域方法（如Graph Attention Networks, GAT）。本章重点分析了处理非欧几里得数据的挑战，如节点特征的异构性、图结构的动态变化。书中提供了针对社交网络分析、分子结构预测和交通流建模的复杂GNN架构案例，并探讨了如何利用可微分架构搜索（Differentiable Architecture Search, DARTS）来自动化GNN模型的选择。 第六章 可解释性人工智能（XAI）与因果推断： 随着AI决策影响力的增强，理解“黑箱”模型的内部机制变得至关重要。本章系统介绍了事后解释方法（如LIME、SHAP值）的原理及其局限性，并深入探讨了内在可解释模型的设计。核心内容放在了将结构化因果模型（SCM）与深度学习相结合的前沿探索，展示如何构建能够区分相关性与因果性的学习系统，从而提升模型在分布外（Out-of-Distribution）数据上的鲁棒性。 第三部分：跨领域融合与未来计算范式 本书最后一部分致力于探讨上述两种核心驱动力——极限计算与智能计算——如何相互赋能，催生出全新的技术生态。 第七章 神经形态计算与类脑架构： 介绍了模仿生物神经元和突触的硬件实现，如脉冲神经网络（SNNs）和忆阻器（Memristor）阵列。本章详细分析了SNNs的事件驱动（Event-Driven）特性如何带来极低的功耗，并探讨了如何将深度学习的训练算法转化为适用于SNNs的尖峰时间依赖可塑性（STDP）等无监督或半监督学习规则。 第八章 边缘智能与联邦学习的隐私保护： 面对海量传感器和物联网设备的爆发，计算必须下沉到数据源头。本章系统梳理了边缘AI部署的资源约束问题（如模型压缩、量化技术）。联邦学习作为隐私保护分布式学习的典范，本章对其聚合算法（如FedAvg）的收敛性、系统异构性带来的挑战，以及结合差分隐私（Differential Privacy）以增强最终模型安全性的技术路线进行了详尽的讨论。 第九章 高性能计算（HPC）的软件栈与并行编程模型： 尽管硬件在演进，但高效利用大规模并行资源的软件能力依然是瓶颈。本章回顾了MPI、OpenMP等传统模型，并重点介绍了面向异构计算的编程框架，如SYCL和统一计算设备架构（CUDA/OpenCL）的高级抽象层。内容侧重于如何设计适应于大规模异构集群（包含CPU、GPU及加速器）的通信原语和任务调度策略，以最大化计算资源的有效利用率。 总结与展望： 结尾部分对未来十年计算科学的发展趋势进行了预测，强调了跨学科人才培养的重要性，并指出实现通用人工智能（AGI）可能需要同时突破量子模拟的精确性与智能模型的因果理解能力。 本书内容深度和广度兼备，理论推导严谨，工程案例翔实，是理解和参与下一代信息技术创新的必备参考书。

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这本书就像一本精心编织的百科全书，内容包罗万象，涵盖了软件无线电的方方面面，其深度和广度都令人惊叹。读完之后，我感觉自己仿佛经历了一场思想上的洗礼，对通信技术的认知层次得到了显著提升。作者在开篇就提出了一个非常引人深思的问题：在日益加速的技术迭代和不断变化的市场需求面前，传统的固定功能硬件通信系统是否还能跟上时代的步伐？正是基于这样的思考，作者引出了软件无线电的概念，并对其进行了系统性的介绍。书中的技术细节非常丰富，从基础的数字信号处理到复杂的通信协议栈，再到前沿的AI在SDR中的应用，几乎无所不包。尤其值得称赞的是，作者在讲解过程中，善于引用大量的行业标准和前沿研究成果，使得这本书既具有学术上的严谨性，又不乏实践指导意义。我尤其欣赏书中关于不同SDR架构的比较分析，以及不同应用场景下的具体实现方案，这为我选择和设计SDR系统提供了非常有价值的参考。虽然某些章节的技术门槛相对较高，但我相信，通过反复研读和实践，一定能够逐步掌握这些精髓。这本书绝对是任何想深入了解软件无线电技术的人的必读书籍。

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拿到这本书，我最直接的感受就是其内容的全面性和体系性。作者仿佛将软件无线电技术的所有重要方面都囊括其中，从最基础的信号理论，到高级的系统实现，再到未来的发展趋势，都进行了详细的梳理。我尤其欣赏书中对于软件无线电实现所涉及的各个关键技术模块的深入剖析，例如，对于不同类型的调制解调方式、信道编码与解码技术、以及关键的射频前端设计等，都进行了详尽的阐述，并且给出了相应的算法原理和实现上的考量。此外，书中对于各种主流SDR开发框架和工具链的介绍，也为实际操作提供了非常有价值的指引。我尝试着根据书中的指导，下载了一些开源的SDR软件，并进行了一些基础的信号分析实验，虽然过程中遇到了一些挑战，但在书中的启发下，我都能一一克服。这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一部关于软件无线电发展历程和未来蓝图的文献，它让我对这个领域充满了敬畏和好奇。

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这本《软件无线电技术与应用》确实给我打开了一扇全新的大门，让我对现代通信系统的底层原理有了更深入的理解。在翻阅这本书之前，我对无线电通信的认知还停留在比较表面的层面，比如手机信号、Wi-Fi信号这些日常接触到的概念。然而，这本书的出现，彻底颠覆了我的刻板印象。它不仅仅是在讲解某种特定的无线电技术，而是从根本上剖析了“软件”如何能够取代过去那些笨重、昂贵的硬件设备，从而实现通信功能的灵活性和可重构性。我印象最深刻的是，作者用了大量的篇幅去解释数字信号处理（DSP）在软件无线电中的核心作用，从采样、量化到各种滤波、解调算法，都进行了详尽的阐述。我特别喜欢书中关于SDR平台（如USRP）的介绍，通过这些实际的硬件平台，我能够更好地将书本上的理论与实践联系起来，甚至尝试着自己搭建一些简单的SDR实验，这对我一个初学者来说，无疑是巨大的鼓舞。书中的一些案例分析，比如在认知无线电、物联网通信等领域的应用，也让我看到了SDR技术广阔的应用前景，它不仅仅是一种技术，更是一种未来通信的发展方向。总的来说，这本书是技术爱好者和相关专业人士的宝藏，它既有深度又不失广度，让人在学习的过程中充满探索的乐趣。

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当我拿到这本《软件无线电技术与应用》时，内心充满了期待，希望能够借此机会，真正理解这个看似神秘而又充满前景的技术。阅读过程中，我最大的感受就是作者的讲解深入浅出，循序渐进。即使是对于一些初次接触软件无线电的读者，也能通过书中清晰的逻辑和生动的案例，逐步建立起对这一领域的认知。书中不仅仅停留在理论的层面，更注重将理论与实际应用相结合。作者通过大量的图示和流程图，将复杂的算法和系统架构变得直观易懂，这对于我这样的实践者来说，是极大的帮助。我特别喜欢书中关于通信系统设计思维的探讨，它让我意识到，软件无线电不仅仅是技术的革新，更是一种设计理念的转变。通过软件的灵活性，我们可以更快速地适应新的通信标准，应对不断变化的应用需求。书中对一些经典SDR应用场景的详细解析，例如软件定义的雷达、软件定义的测量仪器等，更是让我看到了SDR技术在各个领域的强大潜力。这本书就像一位经验丰富的老师，耐心引导我一步步走进软件无线电的世界，让我受益匪浅。

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这本书的风格和内容都给我留下了深刻的印象，它以一种非常务实的方式，将软件无线电这一前沿技术展现在读者面前。我最欣赏的一点是，作者在讲解过程中，始终能够紧密结合实际应用的需求，而不是仅仅停留在抽象的理论层面。书中对一些典型应用场景的分析，如软件无线电在国防军事、无线通信网格、甚至是一些新兴的通信技术，如5G、6G中的作用，都进行了非常详尽的论述。作者并没有回避技术上的难点，而是用一种清晰、严谨的态度去剖析这些问题，并提出可行的解决方案。我特别喜欢书中关于系统性能优化和资源管理的讨论，这对于实际工程设计来说，是非常重要的环节。读完这本书，我感觉自己对软件无线电的理解，已经从最初的模糊概念，转变为清晰的系统认知，并且对这一技术的未来发展充满了信心。这本书无疑是一部将理论与实践完美结合的佳作，对于任何对软件无线电感兴趣的读者来说，都是一本不可多得的参考书。

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