计算方法

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出版者:华南理工大学出版社
作者:郑咸义
出品人:
页数:279
译者:
出版时间:2002-9
价格:29.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787562318828
丛书系列:
图书标签:
  • 数学
  • mycollege'
  • 计算方法
  • 数值分析
  • 科学计算
  • 算法
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具体描述

《计算方法》内容包括绪论、解线性方程组的直接法与迭代法、一元方程求根的迭代法、函数近似计算的插值方法、曲线拟合的最小二乘法、微积分数值计算方法和常微分方程初值问题的数值解法等共8章。“计算方法”也可称“数值分析”。《计算方法》的特点是:“课文”部分简明,“练习”部分丰富,从而使《计算方法》具有可读性、可学性。每章提供的复习题、例题讲解、习题(其中奇数题给出简答,偶数题给出答案)有助于培养学生的解题能力和创造性能力。《计算方法》具有清晰的积木式结构,因此教师容易取舍,构成不同层次、不同要求的教学方案。

《计算方法》既适用于本科计算机专业和其他理工科高年级学生,也适用于研究生中的工学硕士、工程硕士和申请同等学力硕十学位考试的人展。

编程与算法的艺术:数据驱动决策的基石 一、 引言:驾驭复杂性 在信息爆炸的时代,我们不再满足于对现象的简单描述,而是渴望深入理解驱动世界的底层逻辑。本书旨在为读者构建一套强大的分析与决策工具箱,聚焦于计算机科学、数据结构、离散数学以及核心算法设计。这不是一本关于数值逼近或误差分析的教科书,而是一部关于如何高效组织信息、设计高效指令集,以及最终将抽象问题转化为可执行计算解决方案的实践指南。 我们将抛开复杂的微积分和线性代数中的符号演算,转而关注算法本身的形式化描述、效率评估与实际应用场景。无论是构建一个高效的搜索引擎、设计一个优化的物流路径规划系统,还是处理海量传感器数据,其核心都依赖于对算法复杂度的深刻理解和对数据结构的灵活运用。 二、 数据结构:信息的骨架 任何有效的计算都始于对信息的合理存储与组织。本书的第二部分将深入剖析构成现代软件系统的基本“骨架”——数据结构。我们将从最基础的线性结构(数组、链表)出发,逐步过渡到更复杂的非线性结构。 1. 线性结构的深度解析: 我们不仅会讲解数组和链表的静态与动态特性,更会着重讨论它们在特定上下文中的性能权衡。例如,在内存局部性原理的指导下,何时采用静态数组以获得最佳缓存命中率,何时必须使用链表来应对频繁的插入与删除操作。特别地,我们将探讨环形缓冲区(Circular Buffer)在实时数据流处理中的应用,以及双向链表在实现LRU(近期最少使用)缓存策略中的关键作用。 2. 树形结构的层次化思维: 树结构是处理层级关系和快速查找的利器。本书将详细介绍二叉树、平衡二叉搜索树(如AVL树和红黑树)。红黑树的引入不仅是为了展示如何维持对数时间复杂度($O(log n)$)的查找、插入和删除,更是为了阐述旋转操作这一核心技术如何通过局部调整来全局保持数据结构的平衡性。此外,B树和B+树的章节将专注于其在外部存储系统(如数据库索引)中的设计哲学,解释为何它们能有效减少磁盘I/O操作。 3. 图的建模与遍历: 图是现实世界关系建模的终极工具。我们将从图的表示法(邻接矩阵与邻接表)开始,讨论它们各自的空间和时间开销差异。核心内容将放在图的遍历算法上——广度优先搜索(BFS)和深度优先搜索(DFS)。我们不仅会展示它们在迷宫寻路、网络拓扑发现中的应用,还会深入探讨它们如何作为更复杂算法(如拓扑排序)的基础组件。 4. 散列技术的精妙: 散列表(Hash Table)是实现平均常数时间复杂度操作的关键。我们将详细探讨散列函数的设计原则(均匀性、雪崩效应),以及如何处理冲突。拉链法和开放寻址法(线性探测、二次探测、双重散列)的优劣势分析,将帮助读者理解在给定内存限制和数据分布下如何选择最佳的冲突解决策略,以避免性能急剧下降。 三、 算法设计与分析:效率的量化 数据结构提供了“容器”,而算法则提供了“操作”和“流程”。本部分的核心是培养读者对算法效率的量化思维和设计范式的掌握。 1. 渐进分析与复杂度理论: 我们首先建立严格的分析框架,使用大O、$Omega$ 和 $Theta$ 符号来描述算法的渐近性能。重点在于最坏情况、最好情况和平均情况的区分。我们将通过具体的代码片段分析,演示如何从循环嵌套层次推导出时间复杂度,并引入空间复杂度的考量,强调资源利用率的平衡。 2. 经典设计范式:分治法与递归: 分治策略是解决大规模问题的强大武器。我们将以归并排序(Merge Sort)和快速排序(Quick Sort)作为核心案例。快速排序中轴(Pivot)的选择对其实际性能的影响,以及如何通过随机化枢轴选择来规避最坏情况,是本章的重点。 3. 贪心算法的局部最优: 贪心策略侧重于每一步都做出当前看起来最好的选择。我们将分析霍夫曼编码(Huffman Coding)如何利用贪心思想实现最优的前缀编码,以及最小生成树问题(Prim's 和 Kruskal's 算法)的贪心证明。关键在于理解贪心选择性质和最优子结构,以及何时贪心方法是可行的。 4. 动态规划:避免重复劳动: 动态规划(DP)是处理具有重叠子问题和最优子结构问题的利器。我们将通过经典的背包问题(Knapsack Problem)和最长公共子序列(LCS)来阐释“自底向上”的迭代计算方法,以及如何使用备忘录(Memoization)技术来优化递归调用,从而将指数级的计算量降低到多项式级别。 5. 图算法的深度应用: 图算法是本书的亮点之一。我们将详细拆解最短路径算法,包括Dijkstra算法(处理非负权边)的松弛操作,以及Bellman-Ford算法在检测负权环中的作用。此外,我们将探讨最大流/最小割问题(如Edmonds-Karp算法),揭示其在资源分配和网络流调度中的巨大潜力。 四、 搜索与优化:高效的决策路径 本书的最后部分关注于在庞大搜索空间中寻找可行解或最优解的技术。 1. 搜索策略: 除了图的遍历,我们还将介绍启发式搜索(Heuristic Search),特别是A算法。A算法通过引入评估函数 $f(n) = g(n) + h(n)$,巧妙地结合了已支付成本和预估成本,实现了在保证最优性的前提下,显著减少搜索的广度。 2. 排序的艺术: 排序是基础中的基础。除了前面提到的比较排序,我们还将研究非比较排序,如计数排序和基数排序,分析它们在特定数据范围或结构下,如何突破 $O(n log n)$ 的理论下限,达到线性时间复杂度。 3. NP完备性概述(非详尽数学证明): 为了建立对计算极限的认知,本章将提供一个概念性的介绍,解释什么是NP问题,以及NP-Complete问题的意义。我们将探讨旅行商问题(TSP)的难度,以及如何使用近似算法和回溯法来处理那些当前已知无法在合理时间内求解的问题。 五、 结论:从理论到实践的桥梁 本书的最终目标是培养读者将抽象的计算模型映射到具体工程问题的能力。掌握这些核心算法与数据结构,意味着你拥有了构建高性能、高可靠性软件系统的蓝图。它们是理解操作系统如何管理内存、数据库如何索引数据、编译器如何优化代码的基石。通过大量的伪代码示例和逻辑推导,读者将能自信地面对任何需要优化性能的计算挑战。

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读后感

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用户评价

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坦白说,这本书的内容深度和广度都让我感到非常惊喜。作者并没有停留在对基本数值算法的介绍,而是深入探讨了这些算法背后的数学原理、收敛性分析以及在不同场景下的适用性。例如,在讲解奇异值分解(SVD)时,书中不仅给出了其定义和计算方法,还详细阐述了SVD在主成分分析、降维、推荐系统等领域的广泛应用,并进行了深入的数学推导。这种“知其然,更知其所以然”的讲解方式,让我对计算方法有了更深刻的理解。此外,书中还涵盖了一些更高级的话题,如蒙特卡洛方法、优化算法、以及一些现代计算技术(如GPU计算)的简介。这些内容让我对计算方法的最新进展有了初步的认识,也为我进一步深入学习提供了方向。书中的数学推导严谨且清晰,即使对于复杂的公式,作者也能用通俗易懂的语言进行解释。总而言之,这本书是一本集理论性、实践性和前瞻性于一体的优秀著作,它为我打开了计算世界的大门,让我受益匪浅。

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我必须强调这本书在清晰度方面的卓越表现。作者的写作风格非常注重逻辑性和条理性,每一个概念的引入都经过深思熟虑,确保读者能够理解。书中的图表设计也极具匠心,它们不仅仅是为了装饰,更是为了帮助读者直观地理解抽象的数学概念。例如,在讲解插值方法时,书中通过一系列的曲线图,清晰地展示了不同插值多项式如何逼近原始函数,以及它们在端点和中间点的行为差异。这种可视化教学方式,极大地减轻了阅读的难度,也增强了学习的乐趣。此外,作者在书中也加入了许多“温馨提示”,帮助读者理解一些容易出错的地方,或者提供一些更高效的学习建议。这些细节的处理,都体现了作者对读者的关怀。我个人特别喜欢书中关于“机器学习中的计算方法”的讨论,它将抽象的数学工具与当下热门的科技领域联系起来,让我看到了计算方法在现代科技发展中的巨大潜力。这本书的内容非常全面,既有理论深度,又有实践指导,是一本不可多得的优秀著作。

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这本书带给我的惊喜远不止于其深厚的理论知识,更在于其对实践应用的深刻洞察。作者在讲解各种数值计算方法时,并没有仅仅停留在数学公式层面,而是非常注重这些方法在实际工程和科学研究中的应用。比如,在讨论矩阵运算时,书中不仅介绍了高斯消元法、LU分解等基本方法,还详细地分析了这些方法在处理大型稀疏矩阵时遇到的计算效率和精度问题,并介绍了相应的优化策略,如迭代法、预条件共轭梯度法等。这些内容对于我这样需要在实际工作中处理大量数据的人来说,简直是如获至宝。书中还穿插了许多案例研究,展示了如何利用这些计算方法来解决诸如天气预报、金融建模、图像处理等实际问题。我印象最深刻的是关于有限元分析的部分,作者通过一个简单的结构力学问题,一步步地展示了如何将连续问题离散化,如何建立方程组,以及如何求解。这种从理论到实践的完整展示,让我对计算方法的力量有了更直观的认识。此外,书中还对一些高级计算技术的最新进展进行了简要的介绍,例如并行计算、GPU加速等,这让我对未来的学习方向有了更清晰的规划。这本书的内容非常丰富,涵盖了数值计算的方方面面,每一次翻阅都能学到新的东西。

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这本书的内容真的太扎实了,让我感受到了作者在每一个细节上的用心。从最基础的误差分析,到各种插值、逼近、求积、积分,再到求解线性方程组、特征值问题以及常微分方程,几乎涵盖了数值计算的所有核心内容。而且,作者在讲解每一个方法时,都力求做到深入浅出,既有严谨的数学推导,又有直观的几何解释,使得学习过程既有深度又不失趣味。我特别喜欢书中关于“收敛性”的讲解,作者通过不同的例子,生动地展示了哪些方法能够保证结果的准确性,而哪些方法可能会导致误差累积。这让我对数值计算的可靠性有了更深刻的认识。此外,书中还介绍了一些重要的非线性方程求解方法,例如不动点迭代法、弦截法等,以及在实际应用中如何选择和改进这些方法。书中的习题设计也非常巧妙,有理论性的证明题,也有实践性的编程题,能够有效地检验和巩固所学知识。我尝试做了一些习题,发现通过动手实践,我对算法的理解又进了一层。这本书的价值在于它不仅仅传授了知识,更培养了解决问题的能力。

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这本书的价值,在于它提供了一种全新的视角来理解和解决问题。以前我对“计算”的理解仅限于编程语言中的函数调用,但通过阅读这本书,我才意识到,在这些函数的背后,隐藏着如此丰富而精妙的数学思想和算法。作者在讲解过程中,非常注重挖掘算法背后的“为什么”,而不是简单地给出“怎么做”。例如,在介绍高斯消元法时,书中不仅仅展示了如何通过行变换来求解线性方程组,还深入分析了其数值稳定性和计算复杂度,并讨论了如何通过置换主元来提高稳定性。这种对“为什么”的探究,让我能够从更深层次上理解算法的原理,并将其灵活地应用于不同的场景。书中的例子也非常贴切,从物理学中的力学问题,到工程学中的信号处理,再到经济学中的预测模型,都能够找到计算方法的应用。这些真实的案例,让我能够将书本知识与实际世界联系起来,感受计算的力量。总的来说,这本书是一本非常优秀的科普读物,它用一种生动有趣的方式,将复杂的计算方法呈现在读者面前,是一本值得反复阅读的佳作。

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我得说,这本书的阅读体验绝对是顶级的。作者的语言风格非常平易近人,即便是在讲解一些非常复杂的数学概念时,也能做到清晰明了,毫不晦涩。这本书的排版也做得非常出色,字体大小适中,段落清晰,关键的公式和定理都会用醒目的方式突出显示。我特别喜欢书中大量的示意图和流程图,它们将抽象的算法逻辑可视化,极大地降低了理解的门槛。例如,在讲解求解非线性方程的迭代方法时,书中用了一个非常形象的“追赶”过程的比喻,配合着图形的演示,让我立刻就明白了这些方法的收敛性和局限性。而且,这本书的循序渐进性做得非常好。它不会一开始就抛出很多复杂的概念,而是从最基础的误差分析和浮点运算开始,逐步引导读者进入更复杂的数值计算领域。每一个章节之间的联系也非常紧密,学习起来不会感到生硬或断裂。我个人比较喜欢书中的“提示”和“注意”部分,这些小小的补充信息往往能点亮我的思维,帮助我避免一些常见的误区,或者提供更深层次的理解。总而言之,这本书不仅仅是一本教材,更像是一位循循善诱的老师,在陪伴我一同探索计算世界的奥秘。

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这本书的实用性是我最看重的一点。作者在讲解每一个计算方法时,都非常注重其在实际应用中的表现,包括计算效率、精度、稳定性和易用性等。例如,在讨论求解常微分方程的数值方法时,书中不仅介绍了欧拉法、改进欧拉法、龙格-库塔法等经典方法,还详细分析了它们的截断误差和收敛阶,并给出了在不同精度要求下如何选择合适方法的建议。此外,书中还包含了一些关于算法优化的讨论,例如如何利用并行计算来加速矩阵乘法,如何使用稀疏矩阵技术来提高求解线性方程组的效率等。这些内容对于我这样需要在实际项目中应用计算方法的人来说,非常有价值。书中的习题也与实际应用紧密结合,很多习题都需要读者自己去编程实现,这不仅能够加深对算法的理解,还能够锻炼编程能力。我通过完成这些习题,不仅掌握了计算方法,还学习了很多实用的编程技巧。这本书不仅是一本理论教材,更是一本实践指南。

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这本书我真的太喜欢了!自从上次在图书馆偶然翻到它,就一发不可收拾地读了起来。这本书虽然叫做《计算方法》,但我发现它远不止于此。它不仅仅是讲解那些枯燥的数学公式和算法,更重要的是,它把那些抽象的概念用一种非常生动、易于理解的方式呈现出来。比如说,书中关于数值积分的部分,作者并没有直接抛出各种求积公式,而是先通过一些非常生活化的例子,比如计算不规则形状的面积,来引出积分的意义,然后一步步地讲解梯形法则、辛普森法则等方法的原理。我特别欣赏作者在讲解这些方法时,会穿插一些历史故事,介绍这些方法的提出者是谁,他们当时是为了解决什么样的问题而创造出这些算法的。这让我感觉不像是单纯在学习技术,更像是在与历史上的伟大头脑对话,感受他们智慧的光辉。而且,书中大量的图表和插图也起到了至关重要的作用,它们把复杂的计算过程可视化,让我一眼就能明白其中的逻辑。不像我之前看过的很多书,只是文字堆砌,读起来晦涩难懂,这本书简直就是一场视觉和智力上的盛宴。我甚至会花时间去研究书中的每一个图表,试着自己去还原那些计算过程,这个过程本身也让我收获颇丰。我强烈推荐给所有对数学和计算感兴趣的朋友,即使你不是专业的数学系学生,也能从中学到很多有用的东西。

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我必须说,这本书的写作风格真的让我眼前一亮。它没有那种学院派的僵硬和死板,反而充满了作者的热情和思考。每一次阅读,都感觉像是在跟一位博学而风趣的长者交流。比如在讲解迭代法求解方程的部分,作者没有简单地罗列牛顿法、二分法等,而是通过一个生动的比喻,将迭代过程比作“摸着石头过河”,一步步逼近真相。这种形象的描述,瞬间就消除了我对这种抽象数学概念的畏惧感。书中在介绍各种算法时,都会深入剖析其背后的思想,不仅仅是“怎么做”,更重要的是“为什么这么做”。作者会探讨这些方法的优缺点,它们适用的场景,以及在实际应用中可能遇到的问题。这一点对我来说尤其重要,因为我一直觉得,学习计算方法,最关键的是要理解其精髓,而不是死记硬背公式。而且,这本书的逻辑结构也安排得非常合理,从基础的误差分析,到各种插值、逼近方法,再到求解线性方程组和常微分方程,层层递进,循序渐进。即使遇到一些比较难理解的概念,作者也会在后面用更简单的例子或者不同的角度来重新解释,确保读者能够真正掌握。我最近正在尝试用书里学到的方法来解决我工作中的一些实际问题,发现效果真的非常显著,这让我对这本书的价值有了更深的体会。

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读完这本书,我最大的感受就是它极大地拓展了我对“计算”的认知边界。原本以为《计算方法》无非就是一些代数公式和数值运算的堆砌,但这本书却让我看到了计算方法的灵魂和力量。作者在介绍各种算法时,不仅仅关注其数学上的准确性,更注重其在实际应用中的效率和鲁棒性。比如,在讲解最小二乘法拟合曲线时,作者并没有止步于解释原理,而是深入探讨了如何选择合适的模型,如何处理数据中的异常值,以及如何评价拟合效果。这些细节的处理,使得书中的内容既有理论深度,又有实践指导意义。我特别欣赏书中对不同算法的比较分析,作者会详细列出它们的优缺点、适用范围以及计算复杂度,这使得读者能够根据具体问题选择最合适的工具。而且,书中还包含了很多经典的算法,如QR分解、奇异值分解(SVD)等,这些算法在现代科学计算中扮演着至关重要的角色,通过这本书的学习,我对此有了更深入的了解。书中的参考文献也非常丰富,这对于我进一步深入研究提供了宝贵的线索。这本书的价值,远超其书名所能表达的范畴,它是一本真正能够启迪思维、提升能力的宝典。

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