分形应用中的数学基础与方法

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出版者:科学出版社
作者:谢和平
出品人:
页数:210 页
译者:
出版时间:1997年01月
价格:28.0
装帧:精装
isbn号码:9787030057037
丛书系列:
图书标签:
  • 分形
  • 数学
  • 测度论
  • 复杂网络
  • 动力系统
  • 分形
  • 数学
  • 应用
  • 几何
  • 复杂系统
  • 迭代函数系统
  • 自相似性
  • 混沌
  • 图像处理
  • 计算机图形学
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具体描述

分形理论是研究非线性问题的一间新学科。自从20世纪70年代,曼德尔布罗特首先提出分形以来,这门学科无论是在其数学基础还是在其它学科的应用方面都得到了迅速发展。本书详细介绍了分形应用中的数学基础和方法,主要内容有:集合与度量空间,分形空间,自相似分形与自仿射分形,勒贝格测度与豪斯道夫测度,分形维数与多重维数,分形的结构与迭代函数系,分形上的动力系统与居里叶集和曼德尔布罗特集,随机分形与分形集上的随机

数学的奇妙世界:构建现实与抽象的桥梁 本书并非旨在深入探讨分形几何的复杂应用,而是旨在为你打开一扇通往数学广阔而迷人世界的大门。我们将一同探索那些构建起我们对现实世界理解的基石,以及那些驱动着科学技术进步的抽象概念。本书将以一种引人入胜的方式,勾勒出数学的宏伟图景,让你领略其逻辑之美、结构之精妙以及应用之广泛。 第一部分:逻辑的基石——演绎与证明 我们的旅程将从数学的根基——逻辑学开始。我们将深入理解何谓“公理”与“定理”,以及它们之间至关重要的联系。你将了解到,数学并非凭空想象,而是建立在一系列被广泛接受的起始点之上,并依靠严谨的推理链条不断向前发展。我们将探讨不同类型的证明方法,从直接证明到反证法,从数学归纳法到构造性证明,了解数学家如何通过清晰的逻辑推演来验证猜想,构建起坚实的知识体系。这部分内容将帮助你培养批判性思维和严谨的逻辑推理能力,这不仅在数学学习中至关重要,更能渗透到生活的方方面面。 第二部分:形态的语言——几何的魅力 接下来,我们将进入几何学的殿堂。我们将从欧几里得几何的经典法则出发,感受点、线、面如何构成我们熟悉的二维和三维空间。你将了解点、线、面、角、三角形、圆等基本概念的定义和性质,以及它们之间错综复杂的关系。我们将探讨各种图形的度量方法,如长度、面积和体积的计算,让你对空间的构成有一个直观的认识。 更进一步,我们将涉足非欧几里得几何的奇妙领域。你将了解到,当挑战我们对空间基本假设时,数学会展现出怎样的惊人创造力。我们不会深入探讨其在广义相对论等复杂应用中的具体细节,而是侧重于展示不同几何体系的内在逻辑和结构差异,理解几何学并非只有一种“正确”的答案,而是根据不同的公理选择而展现出多样化的面貌。 第三部分:变化的规律——代数的力量 代数是数学中处理数量和关系的语言。我们将从基本算术运算开始,逐步过渡到变量、方程和函数。你将理解代数如何提供一种简洁而强大的方式来描述和解决各种数学问题,从简单的线性方程到更复杂的代数方程组。我们将探讨多项式、指数和对数等重要的代数概念,了解它们如何帮助我们理解数量的变化和增长。 本部分还将涉及一些基本的集合论概念,理解集合作为数学对象的“容器”是如何为更复杂的数学结构奠定基础的。你将了解到集合之间的关系,如并集、交集和差集,以及它们在数学推理中的作用。 第四部分:无穷的探索——微积分的奥秘 微积分是现代科学技术不可或缺的工具,它研究的是连续变化和累积效应。我们将以直观的方式介绍极限的概念,理解它如何为描述无限趋近和无限细分提供数学基础。 接着,我们将深入理解导数的概念,它揭示了函数在某一点的瞬时变化率。你将了解到导数如何应用于求解速度、加速度以及曲线的斜率等问题,从而捕捉事物动态变化的本质。 然后,我们将转向积分,它是导数的逆运算,旨在计算累积量,例如面积、体积和总变化量。你将理解积分如何帮助我们处理“分割再累加”的过程,从而计算连续变化的累积结果。我们将简要提及不定积分和定积分的区别,以及它们各自的应用场景,让你对微积分的计算和应用有一个初步的认识。 第五部分:概率与随机——理解不确定性 在充满不确定性的世界里,概率论为我们提供了一套理解和量化随机现象的工具。我们将从基本概率概念开始,如事件、概率和概率分布。你将了解如何计算不同事件发生的可能性,以及如何理解随机变量的概念。 我们将介绍一些基础的概率分布,如二项分布和正态分布,让你了解它们如何描述不同类型的随机现象。本部分将侧重于概率论的逻辑框架和基本应用,帮助你理解如何用数学的方法来分析和预测随机事件,从而更好地应对生活中的不确定性。 结语:数学的广度与深度 本书的最后一章将是对前面所学内容的简要回顾与升华。我们将再次强调数学作为一门普适性语言的强大力量,它不仅能够描述抽象的数学结构,更能有效地描绘和解释我们所处的物理世界。你将看到,数学的逻辑严谨性、结构的优雅以及解决问题的强大能力,使其成为推动人类文明进步的重要驱动力。 本书旨在激发你对数学的兴趣,让你认识到数学并非仅仅是枯燥的公式和计算,而是一个充满智慧、逻辑与美感的领域。它为我们提供了一套理解世界、探索未知、解决问题的强大工具。愿你在阅读本书后,能够以一种全新的视角去感受数学的魅力,并愿意继续在它的广阔天地中探索和发现。

作者简介

目录信息

前言绪论第一章集合、分形与空间第一节集合与分形第二节映射与函数第三节空间与度量第四节分形空间第五节自相似分形与自仿射分形练习第二章测度与维数第一节勒贝格测度第二节豪斯道夫测度与维数第三节分形维数与多重分形练习第三章分形的结构第一节迭代函数第二节分形动力系统第三节居里叶集第四节曼德尔布罗特集"练习第四章随机分形第一节概率空间与稳定分布第二节随机分形模型第三节布朗运动第四节分形集上的随机过程练习第五章
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本书的名字虽然有些学术,但我当时被“分形”这两个字深深吸引了,因为我一直对那些看似杂乱无章却又蕴含着惊人规律的自然现象充满好奇。想象着一个放大再放大,细节却层出不穷的世界,这种感觉本身就足够迷人。我尤其希望能够理解,那些看似抽象的数学概念,是如何被巧妙地运用到解释和模拟这些复杂形态上的。比如,海的海岸线、树枝的生长、雪花的晶体,甚至是股市的波动,它们之间真的存在着某种共通的数学骨架吗?我期待这本书能像一位循循善诱的老师,带我一点点揭开这些自然之谜的面纱,让我不仅仅是看到表面的美丽,更能深入到其内在的数学逻辑。我希望书中能够用清晰易懂的语言,将那些高深的公式和定理转化为直观的理解,让我能够体会到数学的力量,是如何赋予了我们理解和改造世界的新视角。也许,通过这本书,我能开始尝试自己去分析一些生活中的“分形”现象,或者至少,能够以一种全新的眼光去审视那些我曾经习以为常的自然景观,发现其中隐藏的数学韵律。这种由好奇心驱动的探索,是我阅读这本书的初衷,我相信,它一定能满足我对“分形”世界的想象。

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我之前接触过一些关于分形几何的科普读物,但总觉得它们更侧重于展示分形图案的视觉效果,而对于其背后严谨的数学理论和实际应用方面,则挖掘得不够深入。我希望这本书能够填补这方面的空白。我特别想了解,在构建这些分形结构时,究竟涉及到哪些核心的数学工具,例如集合论、迭代函数系统、或者更高级的拓扑学概念?这些理论是如何被抽象出来的,又是如何一步步发展到能够描述我们所观察到的复杂形态的?我希望书中能够提供一些具体的数学推导过程,即使我不一定能完全掌握所有的细节,但至少能体会到其中逻辑的严密性和数学的魅力。更重要的是,我迫切想知道,这些理论是如何转化成实际的应用的。分形不仅仅是美丽的图案,它们在数据压缩、图像处理、信号分析,甚至在生物学和医学领域,都有着不可忽视的作用。我渴望了解这些实际案例,它们是如何利用分形的数学特性来解决现实问题,从而展现出数学的实用价值和强大的生命力。这本书如果能在这两个层面——理论的深度和应用的广度——都做到位,那绝对是一本值得细细品读的佳作。

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说实话,我对数学的热爱是在接触到一些“边缘”学科后才被重新点燃的。之前在大学里学到的数学,虽然扎实,但总觉得与现实世界有些脱节。直到我开始接触到诸如混沌理论、复杂系统等概念,我才意识到数学的真正力量在于它能够揭示和描述我们周围世界的内在规律。这本书的书名《分形应用中的数学基础与方法》恰好击中了我的兴趣点。我希望它能够带领我深入理解,那些看似随机、混乱的现象背后,是否隐藏着深刻的数学结构。我特别希望书中能够详细介绍分形生成的基本原理,例如迭代过程的数学描述,以及收敛性、吸引子等概念是如何在生成分形的过程中发挥作用的。更吸引我的是“应用”这两个字,这意味着这本书不会止步于抽象的理论,而是会将其与实际问题相结合。我想知道,分形理论是如何被应用到物理学、生物学、地理学,甚至是艺术和音乐领域的。是否有具体的算法和模型介绍?是否有实际的案例分析,展示分形在这些领域是如何解决问题、提供洞察的?我期望这本书能为我打开一扇新的大门,让我看到数学在理解和改造现实世界中的巨大潜力,并且能够激发我进一步探索这些跨学科研究的兴趣。

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我最近在进行一项关于信号处理的课题研究,发现传统的傅里叶变换在分析某些非平稳、非线性信号时存在一定的局限性。我听说分形理论在分析这类信号方面有着独特的优势,因此我希望这本书能够提供我所需的理论支持和方法论指导。我非常期待书中能够深入探讨分形维度在信号分析中的应用,例如,如何利用分形维度来表征信号的复杂性、粗糙度或者自相似性。我希望能够了解,哪些分形算法或者指标适用于不同类型的信号(如时间序列、图像信号等)。此外,我迫切希望书中能够介绍一些将分形分析方法应用于实际信号处理任务的案例,比如,如何利用分形特征来提高信号去噪的效果?如何利用分形模型来检测信号中的异常或者突变点?是否会涉及分形在通信、音频处理或者生物医学信号分析等领域的具体应用?我期望这本书能够不仅提供理论框架,更能给出具体的实施步骤和技术细节,让我在研究中能够得心应手,找到解决问题的关键。

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我一直对图形学和计算机科学中的一些高级概念非常感兴趣,特别是那些能够生成逼真、复杂的视觉效果的算法。从我接触到的信息来看,分形几何在图形学中扮演着至关重要的角色,例如生成自然景观、纹理、甚至抽象艺术。因此,我非常期待这本书能够深入探讨分形在计算机图形学中的数学基础和具体实现方法。我希望书中能够详细阐述生成各种类型分形(如 Mandelbrot 集、Julia 集、L-systems 等)的数学原理,包括其迭代公式、参数的意义,以及它们如何影响最终的视觉形态。此外,我更希望书中能够包含一些关于如何将这些分形算法高效地应用于计算机图形渲染的讨论。例如,在处理大规模分形结构时,是否存在一些优化技术?如何利用 GPU 等硬件资源来加速分形生成?是否会介绍一些用于创建复杂纹理、地形、或者动画的分形技术?我尤其希望能够看到一些具体的代码示例或者算法伪代码,以便我能够更好地理解和复现这些技术。如果书中能涵盖分形在虚拟现实、游戏开发或者特效制作等领域的应用,那就更完美了。

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我最近在阅读一些关于复杂网络理论的文献,发现网络结构的拓扑特性与现实世界中的许多现象密切相关,例如社交网络、生物网络、以及信息传播网络。我听说分形几何在描述和分析复杂网络的拓扑结构方面有着重要的应用,因此我希望这本书能够为我提供相关的理论和方法。我期待书中能够详细介绍如何将分形概念应用于网络分析,例如,如何计算网络的 fractal dimension?它能够揭示网络的哪些关键特性?我希望能够了解,分形理论是如何帮助我们理解网络的无标度特性、社群结构以及信息传播的模式的。此外,我迫切希望书中能够提供一些关于利用分形方法来构建或模拟复杂网络的案例。例如,如何利用分形生成算法来创建具有特定拓扑属性的网络?这些模拟的网络能否更好地反映真实世界的网络行为?我期望这本书能够为我提供一套全新的工具,帮助我更深入地理解和分析复杂网络,并为相关领域的建模和预测提供新的思路。

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我一直对数据分析和建模有着浓厚的兴趣,尤其是在处理那些具有自相似性、尺度不变性特点的数据时,我常常感到现有的一些传统模型存在局限性。这本书的书名恰好点出了我所关注的核心——“分形应用”与“数学基础”。我希望它能够为我提供一套全新的、更有效的分析框架。我期待书中能够详细介绍分形维数、吸引子等概念,以及如何利用它们来量化和描述数据的复杂性。例如,在金融时间序列分析中,市场数据的波动是否具有分形特征?又如何利用这些特征来构建更具预测能力的模型?在图像识别领域,复杂纹理的识别和描述,分形几何是否能提供更优的解决方案?我希望书中能有相关的案例研究,并且能够详细阐述其中的数学原理和算法实现。我更希望,这本书能够不仅仅停留在理论层面,而是能够提供一些可以实际操作的指导,例如,如何选择合适的分形算法,如何进行参数的估计和优化,以及如何解读模型的结果。如果书中能够提供一些编程实现的示例(即使是伪代码),那将是对我极大的帮助。总之,我希望这本书能成为我处理复杂数据、构建高级模型的一个强有力的理论和实践指南。

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作为一个对艺术和数学交叉领域充满热情的人,我对分形艺术的迷恋由来已久。我一直觉得,那些由数学公式生成的复杂而又充满美感的图案,是科学与艺术完美结合的体现。这本书的书名《分形应用中的数学基础与方法》让我看到了将理论与实践结合的可能性。我希望书中能够详细介绍那些经典分形(如 Mandelbrot 集、Julia 集)的数学生成原理,并解释其中的参数是如何影响其视觉呈现的。我更期待,这本书能够深入探讨分形几何在现代艺术创作中的应用。例如,艺术家们是如何利用分形算法来生成独特的纹理、图案或抽象作品的?是否有关于分形在数字艺术、视觉特效或者插画设计等领域的案例研究?我希望书中能够提供一些启发性的思路,展示如何将数学的严谨性与艺术的创意性融为一体,创造出令人惊叹的视觉作品。如果书中能够包含一些分形艺术家的访谈或者作品赏析,那就更令人欣喜了。

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我是一名对自然界中的复杂模式感到着迷的爱好者,尤其对那些看似杂乱无章但却蕴含着精妙规律的现象深感好奇。从山川河流的轮廓,到植物叶片的脉络,再到闪电的轨迹,都让我觉得背后一定存在某种普适的数学语言。这本书的书名《分形应用中的数学基础与方法》正是我一直在寻找的。我希望它能够为我解释,为什么这些看似不同的自然现象,却能用相似的数学框架来描述。我期待书中能够详细介绍“自相似性”和“标度不变性”这两个核心概念,以及它们在分形几何中的数学体现。例如,海岸线的长度为什么会随着测量尺度的变化而变化?树木的生长分支是如何遵循某种迭代规则的?我希望书中能够用清晰的数学语言,解释这些现象背后的逻辑,并且能够提供一些计算分形维数的方法,让我能够量化地理解这些自然形态的复杂程度。我更希望,这本书能够展示分形理论是如何被用来模拟和生成这些自然景观的,例如,如何利用迭代函数系统来生成逼真的山体或者云朵。如果书中能够提供一些关于分形在地理学、气象学或地质学等领域的应用案例,那将是我非常期待的内容。

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作为一名热爱探索未知领域的学习者,我对科学领域中的“大一统”理论总是充满了兴趣。当我看到“分形应用”这个词时,我立刻联想到了自然界中普遍存在的相似性规律,并好奇其背后是否藏着某种深层的数学联系。我希望这本书能够为我揭示,那些看似不同寻常的现象,例如量子物理中的一些涨落,或者宇宙大尺度结构中的分布,是否也能用分形几何来解释。我期待书中能够介绍一些前沿的分形研究,特别是那些跨越了传统学科界限的应用。例如,分形理论是否能够帮助我们理解高维空间中的结构?它在弦理论或者其他物理学的分支中有没有应用的可能性?我希望书中能够不仅仅局限于传统的应用领域,而是能够展示分形作为一种普遍的数学工具,如何为我们探索更深层次的物理规律提供新的视角和方法。如果书中能够包含一些对未来研究方向的展望,或者介绍一些尚未完全解决的挑战,那将更能激发我的研究兴趣。

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