数值分析(上册)

数值分析(上册) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:东北大学出版社
作者:孙庆新
出品人:
页数:313
译者:
出版时间:1990-03
价格:4.35
装帧:平装
isbn号码:9787810061049
丛书系列:
图书标签:
  • 数值分析
  • 数学
  • 高等教育
  • 工科
  • 计算方法
  • 算法
  • 科学计算
  • 数值计算
  • 数学建模
  • 上册
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具体描述

内 容 简 介

全书共十五章。第一章是为了帮助读者顺利学习本书的内容而编写的基础知识.第

二至第十一章,着重介绍常用的计算方法及有关的理论.第十二至第十五章是为了进一

步提高读者的解题能力、分析能力以及在计算机上上机计算的能力,而编选的自学内

容。全书共分上下两册。

该书内容丰富,取材精炼,重点突出,推导详细,数值计算例子较多.内容安排由

浅入深,各节都有复习思考题,便于教学.本书可作高等工科院校非计算专业的高年级

学生和研究生的教材,也可供从事数值计算的科技工作者参考。

现代数学方法与计算实践:线性代数与优化理论 本书聚焦于现代科学计算的核心基石——线性代数和优化理论,旨在为读者提供一套全面、深入且兼具实用性的理论框架与计算工具。 它不仅涵盖了传统数学课程中线性代数的全部核心内容,更将其与现代工程、数据科学和复杂系统分析中的实际应用紧密结合。本书的编写遵循“理论先行,应用驱动”的原则,力求在严谨的数学推导和直观的几何解释之间找到最佳平衡点。 第一部分:线性代数的坚实基础 本部分从向量空间的基本概念出发,逐步构建起整个线性代数体系的理论大厦。我们首先详细阐述了线性方程组的求解理论,从高斯消元法开始,深入探讨了矩阵的秩、零空间、列空间和行空间,并引入了线性映射和矩阵表示的视角,使得抽象的代数概念与具体的几何变换建立起清晰的联系。 向量空间与子空间: 对 $mathbb{R}^n$ 上的操作进行抽象化,引入了基、维数等核心概念。我们不仅介绍了构造基的方法,还详细探讨了如何利用坐标变换来简化问题的表示。 线性映射与矩阵: 深入分析了线性映射的性质,包括核空间(Kernel)和像空间(Range)。通过矩阵的相似性变换,我们展示了如何选择合适的基,使得矩阵的表示形式最为简洁(如Jordan标准型在特定情况下的重要性)。 行列式理论: 行列式的定义、性质及其与矩阵可逆性的关系是本部分的关键。我们着重探讨了行列式在几何上表示的面积和体积缩放因子,并讨论了其在 Cramer 法则中的应用局限性。 内积空间与正交性: 引入内积的概念,自然地过渡到长度、角度和正交性的讨论。正交基的引入极大地简化了投影和最小二乘问题的求解。施密特(Gram-Schmidt)正交化过程被详细剖析,并将其作为后续谱理论的基础。 特征值与特征向量: 这是理解线性动力学系统和矩阵分解的关键。我们不仅推导了特征方程的求解,更侧重于理解特征值和特征向量的物理或工程意义。对称矩阵的谱分解定理被提升到核心地位,它揭示了许多自然界现象的内在结构。 矩阵分解技术: 本章是理论与实践的桥梁。详细介绍了 LU 分解、QR 分解(及其在最小二乘中的应用)和 Cholesky 分解。对于数值稳定性问题,我们引入了初等矩阵和 Householder 反射、Givens 旋转的概念,为后续的数值计算打下基础。 第二部分:优化理论的核心算法与应用 在掌握了线性代数的计算工具后,本书将重点转向如何利用这些工具解决现实世界中的最优化问题。优化理论是连接数学模型与工程决策的核心学科,它旨在寻找目标函数(Cost Function)的最佳取值点。 无约束优化: 我们从最基本的梯度下降法开始,详细分析了其收敛性、步长选择策略(如精确线搜索与不精确线搜索)。随后,引入了更高级的一阶方法,如牛顿法(及其在计算量上的挑战)和拟牛顿法(BFGS 和 DFP),重点讨论了如何通过近似 Hessian 矩阵来提高计算效率和鲁棒性。共轭梯度法作为一种在大型稀疏问题中表现优异的方法,其迭代构造和搜索方向的独立性被深入探讨。 约束优化基础: 约束优化是现实世界问题的常态。本章首先引入了可行域、等式约束和不等式约束的概念。拉格朗日乘数法是解决等式约束问题的关键,我们通过对拉格朗日函数的分析,导出了最优性的必要条件。 KKT 条件与对偶理论: 库恩-塔克(Kuhn-Tucker, KKT)条件是处理不等式约束的核心工具,它被详细剖析,并作为判断解是否为最优解的充要条件(在凸优化中)。随后,我们引入了对偶问题(Dual Problem)的概念,展示了如何通过构造对偶函数来估计原问题的最优值,这在许多机器学习模型(如支持向量机)的求解中至关重要。 线性规划(LP): 作为约束优化中最成熟和广泛应用的分支,线性规划得到了专门的论述。单纯形法(Simplex Method)的迭代过程、退化问题、大 M 法和两阶段法被系统地介绍。为了应对大规模问题,对单纯形法的对偶形式及其在网络流问题中的联系也被提及。 凸优化基础: 凸集和凸函数的定义是理解凸优化的前提。我们强调了凸优化问题的特性——局部最优解即为全局最优解。本章简要介绍了内点法(Interior-Point Methods)的基本思想,作为现代大规模凸优化求解器的主要算法,它通过求解一系列障碍函数(Barrier Function)的牛顿方程来逼近最优解。 实践与工具箱: 书中穿插了大量使用标准数值计算库(如LAPACK/BLAS的抽象概念)来解决实际问题的案例。读者将学习如何将复杂的工程问题转化为标准形式的优化模型,并理解不同算法在面对大规模、病态问题时的性能差异。例如,如何利用 QR 分解和 SVD 来稳定地求解最小二乘问题,或如何使用拟牛顿方法求解非线性回归问题。 本书的最终目标是培养读者将抽象的数学概念转化为高效、可靠的数值算法的能力,使其能够在面对复杂的科学和工程挑战时,具备深厚的理论基础和强大的计算素养。

作者简介

目录信息

目 录
第一章 基础知识
1向量空间Rn
1.1线性相关,基底和子空间
1.2向量的内积
1.3向量的模
2矩阵的基本理论
2.1Rmxn空间
2.2基本理论
2.3Rnx”空间的范数
2.4特征值的估计
3函数空间
3.1L2空间
3.2收敛性
4几个导数与泛函数概念
4.1y=f(x)的导数
4.2广义导数
4.3线性算子与线性泛函
5正交函数系
5.1Sturm-Liouvill本征值问题
5.2常用的几个正交函数系
6几个典型问题
7数值计算与误差
7.1误差限和有效数字
7.2误差估计的基本方法
7.3数值计算中的注意事项
第二章 非线性方程求根
1二分法
2迭代法
2.1迭代程序
2.2迭代法的收敛性
2.3迭代过程的改善
3Newton迭代方法
3.1NeWton迭代格式
3.2NeWton法代法的收敛性
3.3Newton迭代法的变形
习 题
第三章 解线性方程组的直接方法
1GauSS消去法
1.1GauSS消去法
1.2消去法与矩阵的初等变换
1.3Gauss列主元消去法
2矩阵的三角分解
2.1系数矩阵的二万分解
2.2解线性方程组的直接分解法
3Gauss消去法的变形
3.1Gauss-Jordan消去法
3.2对称正定矩阵的平方根法
3.3解三对角方程组的追赶法
4线性方程组的性态与误差分析
4.1线性方程组的固有性态
4.2列主元消去法的舍入误差分析
4.3数值解的迭代改善
习 题
第四章 解线性方程组的迭代法
1迭代方法
1.1J方法与GS方法
1.2迭代方法的一般格式
2迭代方法的收敛性
2.1迭代方法的收敛性及其判定
2.2J方法与GS方法的收敛性判定
3逐次超松弛迭代法――SOR方法
3.1SOR方法的引出
3.2SOR方法的收敛性
4分块迭代法
5最速下降法与共轭斜量法
5.1等价问题
5.2最速下降法
5.3共轭斜量法
6非线性方程组的数值解法
6.1解非线性方程组的一般迭代法
6.2NeWton迭代法
6.3拟NeWton法
6.4下降法
习 题
第五章 矩阵特征值问题的数值解法
1乘幂法与反幂法
1.1乘幂法
1.2反幂法
2Jacobi方法
2.1平面(初等)旋转矩阵
2.2Jacobi方法
2.3改进Jacobi方法
3QR方法
3.1平面反射矩阵及其性质
3.2QR分解定理
3.3QR方法计算过程
3.4矩阵的准三角化
3.5带有“位移”的QR算法及双步的QR算法
3.6QR过程的算法步骤
4广义特征值问题
4.1直接约化方法
4.2反幂法
习 题
第六章 函数的插值方法
1引 言
2Lagrange插值多项式
2.1插值余项
2.2误差的事后估计
2.3插值多项式的稳定性
3NeWton插值公式
3.1Newton基本插值公式
3.2均差
3.3NeWt0n插值余项公式
3.4差分
3.5NeWton插值公式的变形
3.6反插值问题
4Hermite插值
5三角插值
5.1三角函数插值
5.2复函数的三角插值与离散的F0urier变换
5.3快速F0urier变换(FFT)
5.4实序列的FFT算法
6分段插值多项式
6.1分段Lagrange型插值多项式
6.2分段Hermite型插值多项式
6.3分段插值函数类
7三次样条插值
7.1三次样条插值
7.2误差估计
习 题
第七章 曲线拟合与函数逼近
1引言
2曲线拟合的最小二乘方法
2.1函数类的选择
2.2正则方程组
2.3正交多项式在最小二乘法中的应用
3函数逼近
3.1最佳均方逼近
3.2最佳一致逼近
习 题
第八章 数值微分与积分
1引言
2数值微分
2.1利用插值多项式求导
2.2用三次样条插值函数求导
3插值型积分公式
3.1插值型求积公式
3.2代数精度
3.3复化求积公式
3.4事后误差估计
3.5二重积分的算法
4外推算法
4.1Richardson外推算法
4.2R0mberg积分
5Gauss型求积公式
5.1Gauss-Legendre求积公式
5.2Gauss-Laguerre求积公式
5.3Gauss-Hermite求积公式
5.4Gauss-Chebyshev求积公式
5.5Gauss型求积公式的稳定性
6广义积分的计算
6.1无界函数的广义积分
6.2无界区间上的广义积分
习 题
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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说实话,我一开始对“数值分析”这个课题抱有畏惧心理,总觉得它会充斥着密密麻麻、难以捉摸的矩阵运算和复杂的算法流程。然而,这本《数值分析(上册)》彻底颠覆了我的固有印象。它像一位耐心而富有激情的导师,一步步引导我进入这个领域。我特别喜欢它在引入线性方程组求解方法时所采用的对比教学法。通过高斯消元法和LU分解的并列分析,清晰地展现了不同方法的适用场景和计算效率的权衡。更让我赞叹的是,书中对条件数的讨论,寥寥数语却点明了数值计算稳定性的核心,这在很多浮于表面的教材中是看不到的。阅读过程中,我常常停下来,思考作者为什么要选择这样的叙述顺序,最终发现这背后蕴含着深厚的教学智慧,目的就是为了构建一个牢固且完整的知识体系。

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这本书的纸张质量和装帧设计,也让人感到物有所值。那种沉甸甸的质感,让人觉得手里捧着的不仅仅是一本书,而是一件经过精心打磨的学术精品。关于数值积分的部分,作者的处理方式堪称教科书级别的典范。从梯形法则到辛普森法则,再到更高级的牛顿-科茨公式,层次分明,推导严密。我尤其欣赏作者对复合公式的引入,它巧妙地连接了局部精度和全局误差,这让我对如何选取合适的步长有了更深刻的理解。有一点小小的建议是,如果能在关键的收敛性证明部分增加一些图示辅助说明,对于视觉学习者来说会更加友好,但目前的文字描述也已经足够严谨和详尽了。

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作为一名软件工程师,我购买这本书的初衷是为了弥补在算法实现层面的理论短板。坦白讲,市面上很多数值分析的书籍更偏向于数学证明,对计算实现层面的关注不够。但这本《上册》在这方面做得非常出色。它在讲解插值理论时,不仅涵盖了拉格朗日插值和牛顿插值,还详细探讨了分段插值,尤其是样条插值的构造原理和分段函数的连续性要求,这对于我们进行数据平滑和曲线拟合至关重要。书中附带的伪代码虽然没有直接提供特定语言的实现,但其清晰的逻辑结构足以让我迅速将其转化为C++或Python代码。阅读体验非常流畅,仿佛作者一直在我的耳边低语,解释着每一步计算背后的意义。

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这本《数值分析(上册)》真是我近期在数学学习道路上遇到的一个重要里程碑。从拿到书开始,就被它严谨的排版和清晰的逻辑深深吸引。初翻几页,立刻感受到作者在基础理论上的扎实功底。例如,对于误差分析的阐述,绝非简单的公式堆砌,而是深入剖析了舍入误差和截断误差的内在联系与相互影响。特别是关于迭代法的介绍,讲解得深入浅出,我尤其欣赏作者用几何直观来辅助理解收敛速度的章节,这使得像牛顿迭代法这样抽象的概念变得具体可感。书中的例题设计得非常巧妙,既有基础概念的巩固,也有拓展到实际工程问题的思考题,这让我感觉自己不只是在学习理论,更是在掌握解决实际问题的工具。不过,对于初学者来说,某些推导过程可能略显跳跃,可能需要配合其他参考资料才能完全消化,但瑕不掩瑜,它无疑是一本值得反复研读的经典教材。

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我最近在准备一个关于微分方程初值问题的数值求解的研讨会,这本《数值分析(上册)》成了我不可或缺的参考资料。它对欧拉方法、改进欧拉法以及龙格-库塔方法的讲解,简直是脉络清晰到令人发指。作者没有停留在简单的公式罗列上,而是深入剖析了每种方法的稳定性和区域特性,比如绝对稳定域的概念,这对于判断数值方案在特定问题上的可靠性至关重要。书中对全局误差和局部误差的区分讨论,也让我对“收敛”这个词有了更精确的认识。整本书的语言风格是那种学术性很强但不失亲和力的类型,读起来虽然需要投入精力,但每读完一个小节,都会有一种“原来如此”的豁然开朗感,这才是真正优秀数学著作的魅力所在。

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