Essential Numerical Methods in Electromagnetics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Ciarlet, P.G. 编

出品人:

页数:414

译者:

出版时间:2010-12

价格:564.00元

装帧:

isbn号码:9780444537560

丛书系列:

图书标签:

• 好的
• Electromagnetics
• Numerical Methods
• Computational Electromagnetics
• Finite Element Method
• Finite Difference Method
• Method of Moments
• MATLAB
• Engineering
• Applied Mathematics
• Electromagnetic Theory

好的，这里为您创作一本关于电磁学计算方法的新书的详细简介，这本书不包含《Essential Numerical Methods in Electromagnetics》中的任何特定内容。 --- 书名：《高级电磁场计算：基于现代算法的求解与应用》 简介 在现代工程、物理研究以及先进技术领域，精确有效地求解复杂的电磁问题是至关重要的前提。《高级电磁场计算：基于现代算法的求解与应用》旨在为科研人员、高级工程师以及研究生提供一个全面而深入的视角，聚焦于当前电磁场仿真与分析领域最前沿、最先进的数值方法及其在实际工程挑战中的应用。 本书的重点在于超越传统方法的局限性，深入探讨如何利用现代计算范式来应对高频、宽带、多尺度以及非线性电磁环境下的复杂性。我们摒弃了对基础有限差分（FDTD）或简单矩量法（MoM）的重复介绍，而是将精力集中于那些在需要极高精度、处理大规模系统或需要实时响应时表现出卓越性能的算法。 核心内容与结构 本书分为四个主要部分，层层递进地构建起一个系统的、面向应用的数值计算框架： 第一部分：前沿离散化方法与自适应技术 本部分着重介绍非均匀网格生成和自适应网格细化（AMR）在电磁场问题中的应用。我们详细探讨了如何结合有限元方法（FEM）与高阶多项式基函数（如P-FEM）来精确捕获电磁波的波前和界面效应，特别是在涉及复杂材料边界和尖锐几何特征时。 高阶有限元法（HFEM）的实施细节：深入分析了Chebyshev、Legendre多项式基函数在二维和三维电磁场求解中的应用，尤其关注其在提高低频精度和减少网格单元数量方面的优势。 几何自适应与误差估计：介绍了基于残差的a-priori和a-posteriori误差估计技术，并结合四叉树/八叉树结构，实现对高梯度区域的动态网格重构，确保计算效率与结果保真度的平衡。 不连续伽辽金方法（DGM）：作为一种能自然处理界面条件和并行化的有效工具，DGM被详细剖析，包括其在时域和频域仿真中的优势，以及如何高效处理散射边界条件（SBCs）。 第二部分：大规模矩阵求解与迭代加速 面对现代通信、雷达系统和电磁兼容（EMC）问题中数百万甚至数十亿自由度的系统矩阵，直接求解已不再可行。第二部分专注于开发高效、内存友好的迭代求解器和预处理技术。 Krylov子空间方法的深度优化：超越标准的GMRES和CG，本书侧重于广义最小残差法（GMRES）的重启动策略优化，以及适用于非对称问题的BiCGSTAB和QMR的性能调优。 基于代数的多尺度预处理器（AMG）：这是处理具有强耦合系数矩阵（如高导电率或低频问题）的关键。我们详述了双粗化/多粗化策略的构建过程，以及如何将AMG与传统稀疏矩阵技术（如ILU/IC）结合，形成混合预处理器，以应对不同尺度下的物理耦合。 随机化与降阶建模：针对超大型结构（如大型阵列或复杂集成电路），引入随机化奇异值分解（RSVD）和随机化Krylov方法，以在保持足够精度的前提下，将求解复杂度从$O(N^3)$降至接近$O(N)$。 第三部分：时域与频域的交叉算法 本部分探讨了针对特定物理场景的专业数值技术，特别是处理瞬态响应和频率扫描的挑战。 高阶时间积分方案：在FDTD背景下，我们不再局限于简单的一阶或二阶方法，而是详细介绍了Runge-Kutta（如四阶或更高级）方法在电磁波传播中的应用，以及广义近似存储（GAS）模型，用于高效处理具有频率依赖性（色散）的材料。 频域扫描与瞬态转换：针对需要宽带分析的系统，深入研究了时域到频域的快速转换技术，特别是针对非线性或时变系统（如电子束效应）的瞬态频率响应（TFR）方法，避免了传统傅里叶变换的频谱泄漏问题。 物理模型简化：本征模式与模式展开：介绍了本征模式展开（EME）方法，用于分析波导和周期结构中的传播特性，以及如何利用这些模式来加速全波仿真中的边界条件处理。 第四部分：物理耦合与应用案例 最后一部分将理论算法与实际应用相结合，重点关注电磁场与其他物理场（热、力学、量子）的耦合问题。 多物理场耦合的稳定化策略：探讨了如何解决在电磁-热耦合（如高功率器件的发热）中常见的刚性和收敛性问题，包括交错时间步长和解耦/弱耦合迭代方案。 优化与逆问题求解：介绍了基于伴随（Adjoint）方法的灵敏度分析技术，用于高效地计算目标函数相对于设计参数的梯度。这在天线优化和材料参数反演中具有决定性作用。我们还将讨论如何结合拓扑优化方法来设计具有特定电磁响应的结构。 高性能计算（HPC）实现：全面指导读者如何将这些高级算法有效地映射到现代并行架构上，包括GPU加速（基于CUDA/OpenCL）以及分布式内存并行（MPI）框架下的稀疏矩阵操作和域分解技术。 目标读者 本书适合具备扎实的电磁场基础理论知识和熟悉基本数值方法（如FDTD、基础FEM）的高级工程学生、博士后研究人员以及专注于射频、微波、电磁兼容、光子学和等离子体物理等前沿领域的专业工程师。本书的深度和广度要求读者已准备好投入精力掌握计算数学的精髓，以解决当今世界最棘手的电磁工程难题。 本书的特色在于其对算法的“计算效率”和“收敛性”的执着追求，它不是一本基础教程，而是一部面向下一代电磁仿真工具的开发指南。

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这本书的排版和符号系统是其最需要改进的地方之一。尽管内容质量毋庸置疑，但阅读体验却不尽人意。大量的希腊字母、上下标和特殊函数符号的组合，在某些打印版本中显得过于密集，尤其是在涉及复杂的矩阵求逆或特征值分解时，眼睛很容易跟丢。更要命的是，作者倾向于使用一种非常紧凑的数学表达方式，很多关键的物理意义的解释被压缩在了冗长的数学公式的夹缝中，你需要花费大量时间去反向推导，才能真正领悟到作者想要表达的物理图像。我花了很长时间才适应这种“高密度信息输出”的阅读节奏。对我而言，这本书更像是专家之间的深度交流记录，充满了专业术语和预设的知识背景。它要求读者必须具备极强的专注度和扎实的数学基础，才能有效地吸收其中的知识。如果你期望的是一本“平易近人”、能够轻松愉快的学习体验，这本书可能不太适合你，它更像是一块需要用最锋利的工具去雕刻的璞玉，过程艰辛，但成品价值不菲。

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这本书在处理时域方法的章节，特别是时域有限差分法（FDTD）时，展现出了一种独特的视角。它没有像许多其他教材那样，把FDTD当作一个孤立的、直接求解麦克斯韦方程组的工具来介绍。相反，作者将FDTD的稳定性和色散关系与传播介质的离散化特性紧密联系起来，探讨了诸如PML（完美匹配层）吸收边界的物理机制和不同截断误差对仿真结果的影响。这种将数值误差分析融入基本原理讲解的做法，极大地提升了理论的说服力。我特别喜欢作者用图示来解释单元体积和单元表面的电磁场量分布，这帮助我清晰地理解了Yee网格的精妙之处。不过，我对书中关于大规模并行计算的讨论略感不足。在当今的计算电磁学领域，如何利用GPU或多核CPU进行高效并行计算是至关重要的，而这本书的重点似乎仍然停留在单机、串行算法的优化上，对于现代高性能计算的实践指导相对薄弱。这使得它在面向前沿计算技术时，显得稍稍滞后了一步。

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这本书，说实话，刚拿到手的时候我就有点打退堂鼓。封面设计得挺传统，那种理工科教科书的典型风格，一眼看去就让人联想到密密麻麻的公式和深奥的理论。我本来是希望找一本能把电磁场中的数值计算讲得更生动、更直观一些的材料，毕竟这个领域的知识点本身就足够抽象了。结果翻开第一章，果然不出所料，开篇就是对有限差分法（FDM）的数学基础进行了一番详尽的推导。作者的行文风格非常严谨，每一个步骤都力求精确无误，对于那些已经有一定基础的读者来说，这无疑是宝贵的财富，因为你可以清晰地追踪每一个数学结论的来龙去脉。但是，对于初学者，或者只是想快速了解如何应用这些方法来解决实际工程问题的我来说，这种详尽的数学推导有时候会显得有些“教条主义”。它更像是一本为研究生或专业研究人员准备的参考手册，而不是一本面向广泛读者的入门读物。我花了相当大的精力去理解其中关于网格划分和边界条件处理的章节，发现作者确实对这些细节把握得很到位，但如果能多一些直观的物理图像或者工程实例来辅助理解，相信会更受欢迎。它更偏向于理论深度，而不是广度上的应用启发。

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与其他侧重于低频或高频特定领域的数值方法书籍相比，这本书的优势在于其对频域和时域方法进行了一种宏观的、统一的比较分析。在后续章节中，作者讨论了矩量法（MoM）在线性方程组求解上的优势和劣势，并将其与基于积分方程的迭代求解技术进行了深入的比较。作者试图建立一个框架，让读者明白，选择哪种数值方法，本质上是在计算效率、内存占用和几何复杂性之间做出的权衡。这种方法论的探讨非常深刻，它超越了单纯的“如何计算”的层面，上升到了“为什么这么计算”的哲学高度。然而，这种哲学探讨往往伴随着对具体实现细节的跳跃。例如，在讲解MoM的矩阵组装时，涉及到的绿色函数和核函数的解析积分，书中只是简单提到了，并没有像对FDM那样详细展示其数值逼近的细节，这对于希望深入了解MoM内部机制的读者来说，可能需要再去参考其他专门书籍。总体而言，它提供了广阔的视野，但在特定算法的工程细节上显得有些蜻蜓点水。

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当我深入阅读到关于有限元方法（FEM）的部分时，我深刻体会到作者在处理复杂几何体时的那种近乎偏执的认真劲。这本书并没有简单地罗列公式，而是花了大篇幅去讨论如何构建高质量的基函数，以及如何应对非结构化网格带来的挑战。我特别欣赏其中关于刚度矩阵构建和求解器选择的章节，那里面涉及到了许多我在其他教材中很少见到的优化技巧。比如，作者详细对比了直接求解法和迭代求解法在处理超大型稀疏矩阵时的内存和计算效率差异，这对于实际进行大规模电磁仿真的人来说，简直就是金玉良言。然而，这种深度也带来了另一个问题：代码实现。虽然书中提供了伪代码，但要真正将这些复杂的数值算法转化为高效的计算程序，读者需要非常扎实的编程功底，尤其是对C++或Fortran等高性能计算语言的熟悉程度。这本书更像是一份算法实现的“蓝图”，而不是“即插即用”的工具箱。我感觉自己更像是在阅读一份高级算法设计说明书，而不是一本工程应用指南。对于那些期望直接复制粘贴代码就能跑出结果的读者，这本书的门槛可能会高得令人望而却步。

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