計算機數學基礎

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頁數:237
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出版時間:2010-6
價格:24.80元
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isbn號碼:9787040290172
叢書系列:
圖書標籤:
  • 數學基礎
  • 計算機科學
  • 離散數學
  • 數值分析
  • 高等數學
  • 算法
  • 數據結構
  • 數學建模
  • 理論基礎
  • 計算機數學
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具體描述

《計算機數學基礎》是普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材。《計算機數學基礎》基於高等職業教育計算機專業的特點和培養麵嚮計算機應用軟件開發人纔的目標進行定位,同時按照“夠用、實用”的原則進行編寫。《計算機數學基礎》主要介紹數學思想和方法在計算機科學領域中的若乾應用,使學生對計算機科學和軟件開發的數學基礎以及這些數學思想和方法可能的應用有一個總體的瞭解和把握。全書共8章,主要內容包括:數學——計算機科學的基礎、一元微分學初步、不定積分與定積分、矩陣與綫性代數初步、概率論基礎、隨機變量的分布與數字特徵、數理邏輯初步和圖論初步。

《計算機數學基礎》可作為應用性、技能型人纔培養的各類教育計算機數學課程的教學用書,也可供普通高等教育、各類培訓、計算機從業人員和愛好者參考使用。

聚焦應用與前沿:當代電子信息工程中的數學方法 本書旨在為電子信息工程領域的專業人士和高年級學生提供一套深度聚焦於現代工程實踐的數學工具箱。它不僅僅是對傳統“數學基礎”課程的簡單復述,而是將抽象的數學概念與當前最前沿的工程應用——如人工智能、信號處理、通信係統和嵌入式控製——緊密結閤起來,展示數學思維在解決實際工程難題中的核心地位。 --- 第一部分:高維數據結構與綫性代數在現代工程中的重構 本部分徹底超越瞭基礎綫性代數的教科書範式,直擊現代工程計算對數據處理的深層需求。我們不再將矩陣視為簡單的數字排列,而是將其視為高維嚮量空間中的變換和信息編碼載體。 1. 稀疏錶示與壓縮感知(Compressed Sensing, CS)的數學基礎: 詳細探討 $l_1$ 範數最小化(Basis Pursuit, BP)及其在圖像重建、雷達信號處理中的應用。重點剖析等距限製性質(Restricted Isometry Property, RIP)的理論意義及其在算法設計中的指導作用。我們將深入分析如何利用矩陣的低秩特性(如奇異值分解 SVD)來高效地錶示和壓縮海量傳感器數據,這在物聯網(IoT)邊緣計算節點的資源受限環境中至關重要。 2. 特徵值分解的工程拓展: 除瞭傳統的穩定性分析外,我們著重介紹主成分分析(PCA)在數據降維、噪聲抑製中的非綫性變體(如Kernel PCA)。更進一步,探討圖拉普拉斯矩陣在復雜網絡(如社交網絡、芯片互聯)中的譜聚類應用,這對於理解信息流的拓撲結構至關重要。 3. 數值穩定性的工程視角: 綫性方程組求解的穩定性不再是一個純粹的理論話題。本章分析瞭病態矩陣(Ill-conditioned Matrices)在迭代算法(如共軛梯度法 CG)中的錶現,並引入瞭迭代重估(Iterative Refinement)技術,以確保在浮點運算精度受限的嵌入式係統中,求解結果依然可靠。 --- 第二部分:概率論與隨機過程——從貝葉斯推斷到深度學習的湧現 本部分將概率論從純粹的統計描述提升到動態係統建模和決策製定的核心工具。我們側重於信息論與隨機過程在不確定性環境下的工程應用。 1. 隨機過程的動態建模: 深入分析馬爾可夫鏈(Markov Chains)在網絡路由、狀態機建模中的應用,並引入隱馬爾可夫模型(HMM)及其在語音識彆和時間序列預測中的核心算法(前嚮-後嚮算法、維特比算法)。我們將特彆關注布朗運動(Wiener Process)在金融工程與隨機控製理論中的基礎作用。 2. 貝葉斯推斷與現代濾波技術: 重點剖析卡爾曼濾波(Kalman Filter)的遞推結構,並將其推廣至非綫性係統——擴展卡爾曼濾波(EKF)和無跡卡爾曼濾波(UKF)。這些濾波器是現代導航、目標跟蹤係統(如無人機姿態估計)中不可或缺的實時估計算法。我們還將介紹粒子濾波(Particle Filtering)在處理強非綫性或多模態不確定性時的優勢。 3. 信息論與信道容量: 香農定理的工程意義被置於現代通信係統的核心。本章討論熵、互信息在衡量數據冗餘度和信道傳輸效率中的作用。這為理解信道編碼(如LDPC碼、Turbo碼)的設計提供瞭理論基礎,直接關係到5G/6G係統的性能極限。 --- 第三部分:傅裏葉分析與偏微分方程在場域分析中的應用 本部分強調分析工具如何幫助我們理解和控製物理場(電磁場、聲場、熱場)在時空中的演化。 1. 離散傅裏葉變換(DFT)與快速算法(FFT): 不再滿足於僅用DFT進行頻譜分析。我們深入研究FFT在快速捲積、數字濾波器設計(FIR/IIR)、以及OFDM(正交頻分復用)通信係統中的具體實現細節。分析周期延拓和柵欄效應(Leakage)對實際係統性能的影響及補償方法。 2. 傅裏葉/拉普拉斯變換在係統分析中的作用: 將經典的頻域分析工具與控製理論中的傳遞函數(Transfer Function)緊密結閤。分析如何通過分析係統的零極點分布來快速判斷反饋控製係統的穩定性和瞬態響應特性,並指導PID控製器的參數整定。 3. 偏微分方程(PDE)的工程求解方法: 重點關注波動方程和擴散方程在電磁兼容性(EMC)分析和熱管理中的應用。介紹有限差分法(FDM)和有限元法(FEM)的基本思想。通過對麥剋斯韋方程組的簡化模型求解,展示數學如何驅動電磁仿真軟件(如HFSS、CST)的底層計算邏輯。 --- 第四部分:優化理論與非綫性係統——驅動智能決策 本部分將優化方法視為構建智能係統的核心驅動力,尤其關注機器學習和控製工程中的大規模優化問題。 1. 凸優化基礎與工程約束: 詳細闡述凸集、凸函數、對偶問題(Lagrange Duality)的概念。重點分析綫性規劃(LP)和二次規劃(QP)在資源調度、最小二乘法(LSSVM)中的直接應用。強調 KKT 條件在確保最優解滿足工程約束(如功耗限製、帶寬限製)中的必要性。 2. 非綫性優化與梯度下降的變種: 深度剖析深度學習訓練背後的數學原理——梯度下降法。對比分析牛頓法、擬牛頓法(BFGS)和共軛梯度法在高維空間中的收斂速度與計算復雜度。介紹動量(Momentum)、自適應學習率(如Adam, RMSProp)等優化器如何通過引入曆史梯度信息來剋服鞍點問題和局部極小值。 3. 變分法與控製理論的交匯: 引入變分法(Calculus of Variations)的基本思想,作為最優控製理論(如Pontryagin's Maximum Principle)的數學前驅。這為設計最優軌跡規劃、能源高效的通信協議提供瞭嚴謹的理論框架。 --- 本書的特色在於其強烈的“工程導嚮”和“計算思維”。每一章節的理論推導都輔以至少一個來自實際電子信息工程領域的案例分析,並通過僞代碼或實際編程語言片段(如Python的NumPy/SciPy接口)展示如何將這些高級數學工具轉化為可執行的工程解決方案。它要求讀者具備紮實的微積分和基礎代數知識,但其核心價值在於培養讀者在麵對復雜係統時,能夠迅速識彆齣隱藏在錶象之下的數學結構,並選擇最恰當的數學工具進行建模和求解的能力。

作者簡介

目錄資訊

讀後感

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用戶評價

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這本書,拿到手的時候,還真有點讓人摸不著頭腦。《深入淺齣數據結構與算法解析》,這個名字聽起來就帶著一股子硬核的理工科氣息,但翻開扉頁,裏麵呈現的並非我預想中的那種枯燥乏味的代碼堆砌或是晦澀難懂的數學證明。作者在開篇就用一個生動的小故事,把“查找”這個最基礎的概念講得栩栩如生,讓我這個對編程隻是略有涉獵的“斜杠青年”也能迅速進入狀態。最讓我印象深刻的是,書中對“樹”這種結構的處理方式,它不是簡單地羅列B樹、AVL樹、紅黑樹的定義和性質,而是通過一係列精心設計的圖示和動畫腳本般的文字描述,將樹的生長、分裂和平衡過程描繪得如同欣賞一幅動態的藝術品。每一個算法的實現,都配有詳細的“思考路徑”分析,它不像很多教程那樣直接給齣“標準答案”,而是引導讀者去理解為什麼這麼設計,這個結構解決瞭什麼樣的問題,以及在什麼場景下它會力不從生。我記得有一章專門講瞭圖論在社交網絡中的應用,作者將復雜的最小生成樹算法,用一個社區資源分配的實際案例來包裝,讀完之後,我不僅學會瞭Kruskal算法,更理解瞭它背後的“貪心”哲學。這本書的排版也十分考究,大量的留白和恰到好處的彩色圖錶,使得長時間閱讀也不會感到視覺疲勞,這對於需要啃下大量技術細節的讀者來說,簡直是福音。它不是那種速成的秘籍,更像是一位耐心且博學的導師,手把手地帶著你,從零開始構建起對計算思維的堅實地基。

评分☆☆☆☆☆

購買《信息論與編碼理論導論》這本書,純粹是齣於一種對“極限”的好奇心。我們每天都在使用Wi-Fi、4G甚至5G,但信息是如何在充滿噪聲的信道中被可靠地傳輸的?這本書給予瞭最根本的答案。香農的熵概念,往往被初學者視為抽象的數學符號,但這本書的作者用一係列關於投骰子、猜謎語的例子,將熵的定義——信息量的度量——解釋得如同日常對話般自然。他清晰地區分瞭自信息、聯閤熵和條件熵,並通過信息增益的概念,完美銜接到瞭決策樹的學習過程,這種跨學科的串聯令人拍案叫絕。最讓我覺得受益匪淺的是關於信道容量的闡述,清晰地展示瞭奈奎斯特速率和香農-哈特利定理的適用邊界和物理意義,讓你明白在現有的物理條件下,數字通信的理論極限究竟在哪裏。在編碼理論部分,書中對綫性分組碼的講解,特彆是漢明碼的構造和譯碼過程,被分解得極其細緻,從生成矩陣到校驗矩陣,每一步的運算都有明確的幾何或代數解釋,不再是冷冰冰的公式堆砌。這本書的價值在於,它揭示瞭信息傳輸的底層物理和數學約束,讓你在麵對任何通信技術時,都能迅速洞察其核心的效率和可靠性邊界。

评分☆☆☆☆☆

我必須承認,我一開始是衝著書名裏那個“人工智能”的字眼來的——《深度學習前沿:生成模型與對抗網絡解析》。然而,這本書帶給我的體驗,遠超我對“AI入門”的期待。它避開瞭那些被過度炒作的熱點,而是將重點放在瞭生成模型的核心數學框架上。作者對概率圖模型和變分推斷的梳理,清晰得令人發指。比如,講解變分自編碼器(VAE)時,它沒有直接拋齣KL散度最小化的公式,而是先構建瞭一個“信息瓶頸”的直觀模型,解釋瞭為什麼我們需要一個“近似後驗”來約束潛在空間,這個過程的邏輯鏈條非常完整,仿佛在搭建一座精密的數學迷宮,而每一步的指示牌都清晰明確。而在討論生成對抗網絡(GAN)的部分,作者則深入探討瞭納什均衡的穩定性問題,以及為什麼訓練過程容易齣現模式崩潰(Mode Collapse),並詳細對比瞭WGAN、LSGAN等改進方案在解決原始GAN缺陷上的努力。書中不僅有理論推導,還穿插瞭許多對經典論文的“反思性評論”,這些評論常常一針見血地指齣瞭早期模型的局限性,幫助讀者建立起批判性思維,而不是盲目地崇拜“SOTA”(State-of-the-Art)。對於想要在生成式AI領域做齣深入研究的人來說,這本書提供瞭堅實的理論基石和前沿的視野,它要求你投入思考,但迴報的絕對是高質量的認知升級。

评分☆☆☆☆☆

我原本以為《離散數學及其應用:邏輯與證明》會是一本枯燥的大學教材,但它卻成瞭我提升邏輯思維的秘密武器。這本書的結構非常嚴謹,它沒有像其他數學書那樣一上來就堆砌集閤論的公理,而是從“命題邏輯”的自然語言錶述開始,循序漸進地引入真值錶、析取範式和閤取範式。作者在“證明方法”這一章的講解尤為齣色,它不僅僅是羅列瞭直接證明、反證法、數學歸納法等技巧,而是通過一係列精心挑選的、具有迷惑性的數學陳述,引導讀者體會每種證明方法的適用場景和內在美感。比如,對於數學歸納法,書中不僅展示瞭如何證明數列求和公式,還用瞭一個經典的“塗色問題”來展示歸納法在組閤結構上的強大威力,這極大地拓寬瞭我對歸納法的理解。此外,書中關於關係代數和函數性質的討論,也與我在軟件設計中遇到的數據一緻性問題形成瞭奇妙的呼應,讓我意識到離散數學遠非“無用的理論”,而是現代計算邏輯的基石。這本書的習題設計也十分巧妙,難度梯度閤理,從基礎的符號化練習到復雜的邏輯推理難題,環環相扣,讀完後,我感覺自己的論證能力和對結構化思維的掌控力有瞭質的飛躍,那種清晰、無懈可擊的推理感,是其他任何書籍都難以給予的。

评分☆☆☆☆☆

這本《現代編譯原理與程序優化實踐》簡直是為我這種沉迷於底層邏輯的“技術控”量身定做的“武功秘籍”。我之前讀過幾本相關的經典教材,但大多都停留在理論層麵,晦澀的上下文無關文法和自動機理論讓人望而卻步。然而,這本書的切入點非常獨特,它直接從一個實際的C++代碼片段入手,然後逐步拆解這個代碼是如何被前端(詞法分析、語法分析)接收,如何構建抽象語法樹(AST),最後如何進行中間代碼生成和目標代碼優化的全過程。書中對寄存器分配策略的講解,尤其精彩,作者沒有使用過於簡化的假設,而是詳細分析瞭圖著色算法在解決這個實際問題時的局限性以及現代編譯器如何采用啓發式策略來逼近最優解。最讓我感到震撼的是關於嚮量化(SIMD)優化的章節,作者竟然直接貼齣瞭幾段匯編代碼的對比,清晰地展示瞭循環展開和指令級並行如何將原本串行的計算轉化為高度並行的操作,這種“看得見摸得著”的性能提升,帶來的滿足感是無與倫比的。閱讀過程中,我甚至會時不時地停下來,打開自己的IDE,嘗試修改編譯器選項,觀察輸齣的匯編代碼差異,那種探索的樂趣,遠勝於單純的考試復習。這本書的案例代碼質量極高,注重實戰,幾乎每一章都有一個可以獨立編譯運行的簡化編譯器模塊作為實踐項目,確保讀者真正掌握瞭從源代碼到機器指令的“翻譯”藝術。

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