数学模型方法与算法

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出版者:蓝色畅想
作者:边馥萍
出品人:
页数:257
译者:
出版时间:2005-1
价格:27.50元
装帧:简裝本
isbn号码:9787040144086
丛书系列:
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具体描述

《数学模型方法与算法》是普通高等教育“十五”国家级规划教材。《数学模型方法与算法》通过大量的实例,详细介绍了数学模型的方法与算法。《数学模型方法与算法》按建模所用的数学方法共分为12章,包括数学模型概论、初等模型、微分方程模型、稳定性问题、线性规划与非线性规划模型、网络与组合优化模型、对策与决策模型、逻辑模型、最优控制模型、概率分布模型、回归分析模型和时间序列模型,模型内容涉及生物、医学、人口、生态、经济管理、军事和体育运动等众多领域的应用问题。内容编排由易到难,由简单到复杂,强凋因果关系的分析,给出应用软件算例,有助于读者掌握数学建模方法,提高建模能力。读者只需具备高等数学、线性代数、概率统计方面的基础知识就可以阅读、学习《数学模型方法与算法》。

《数学模型方法与算法》可作为高等院校各专业本科生、研究生数学模型课的教材,大学生数学建模竞赛的培训教材及科技工作者和工程技术人员的参考书。

《数学模型方法与算法》是一部旨在深入探讨和传授构建、分析和解决各类实际问题数学模型的系统性著作。本书并非一本泛泛而谈的模型介绍手册,而是致力于为读者提供一套完整而扎实的方法论框架,辅以大量的算法实现细节,以期读者在掌握理论精髓的同时,也能具备将模型转化为可执行程序的能力。 全书的起点在于清晰地界定“数学模型”的内涵及其在科学研究、工程实践、经济分析乃至社会治理等诸多领域的不可或缺的作用。我们首先将带领读者理解,何为数学模型,它们是如何将现实世界的复杂现象抽象为数学语言的。在此基础上,本书将系统梳理数学模型构建的普适性原则与关键步骤。这包括但不限于:问题的识别与界定、相关变量的选取与定义、变量间的关系式(方程、不等式、函数等)的建立、模型的简化与假设、以及对模型适用范围的探讨。本书强调,一个好的数学模型应兼顾准确性、简洁性和可操作性,而这些特质的实现,离不开严谨的逻辑思维和对现实问题的深刻洞察。 在模型构建的理论基础上,本书将重点展开阐述各类核心的数学模型方法。这些方法并非孤立的技巧,而是相互关联、互为补充的工具箱。我们将首先介绍代数模型,这包括线性方程组、非线性方程组的建立与求解,以及它们在电路分析、结构力学、经济平衡等问题中的应用。接着,我们将深入探讨微分方程模型,这是描述动态系统变化趋势的强大工具。本书将系统讲解常微分方程和偏微分方程的建模思路,涵盖从基础的牛顿第二定律、热传导方程到更复杂的波动方程、Navier-Stokes方程等,并结合实际案例,如人口增长、疫情传播、流体动力学、化学反应动力学等,展现微分方程模型在刻画连续变化过程中的威力。 此外,本书还将专题介绍概率统计模型,这对于处理不确定性和随机性现象至关重要。我们将讲解泊松过程、马尔可夫链、贝叶斯模型等,并将其应用于可靠性分析、排队论、风险评估、机器学习等领域。读者将学会如何利用概率统计方法来量化不确定性,并做出基于证据的预测和决策。 优化模型是本书的另一重要组成部分。我们将详细介绍各种优化技术,包括线性规划、整数规划、非线性规划、动态规划等。本书将引导读者理解如何设定目标函数和约束条件,从而在给定的限制下找到最优解。诸如资源分配、生产调度、路径规划、投资组合优化等实际问题,都将通过优化模型得到有效的解决。 对于具有离散结构和组合特性的问题,本书还将引入图论模型。读者将学习如何将现实问题转化为图的形式,并利用图论的各种算法,如最短路径算法、最小生成树算法、最大流算法等,来解决网络分析、交通调度、物流配送等问题。 除了上述核心的模型方法,本书还将触及一些更前沿或特定领域的模型技术,例如仿真模型,它允许我们对复杂的系统进行“虚拟实验”,从而评估不同策略的效果。我们还将探讨博弈论模型,用于分析策略互动下的决策过程,这在经济学、政治学和社会科学中有着广泛的应用。 在模型方法介绍的同时,本书始终将算法作为实现模型的关键。我们深知,一个再精妙的模型,如果缺乏有效的求解算法,其价值将大打折扣。因此,本书将系统性地介绍与各类模型相匹配的算法。对于代数模型,我们将讲解高斯消元法、LU分解、迭代法(如雅克莫比法、高斯-赛德尔法)等;对于微分方程模型,我们将介绍欧拉法、龙格-库塔法等数值求解技术;对于概率统计模型,我们将涉及蒙特卡洛模拟、最大似然估计、期望最大化算法等;对于优化模型,我们将讲解单纯形法、内点法、梯度下降法、牛顿法等;对于图论模型,我们将详细介绍Dijkstra算法、Floyd-Warshall算法、Prim算法、Kruskal算法、Ford-Fulkerson算法等。 本书的特色在于,它不仅仅是理论的堆砌,更注重理论与实践的结合。每一章都将精心设计一系列贴近实际的案例分析,这些案例将涵盖科学、工程、经济、管理等多个领域,帮助读者理解不同模型方法在解决实际问题时的应用场景和优势。同时,为了让读者能够真正掌握这些方法,本书将提供清晰的算法伪代码,并鼓励读者使用各种编程语言(如Python, MATLAB, C++等)来实现这些算法,从而将模型从纸面变为可运行的程序。 此外,本书还将关注模型的验证与评估。构建模型只是第一步,如何检验模型的有效性、评估模型的精度、以及如何在模型的局限性下进行合理的推断,都是至关重要的环节。本书将介绍交叉验证、误差分析、敏感性分析等方法,帮助读者建立批判性的模型使用思维。 总而言之,《数学模型方法与算法》旨在为读者提供一个全面、深入且实用的学习平台,帮助他们掌握构建、分析和求解数学模型的强大工具。通过理论讲解、案例分析和算法实现,本书将赋能读者,使其能够运用数学的力量去理解、洞察和解决现实世界中的各种挑战。本书的目标是培养读者独立思考、科学建模、精确分析和高效求解的能力,从而在各自的领域取得更大的成就。

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读后感

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用户评价

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这本书的封面设计得非常朴实,黑白相间,字体规整,一看就知道是那种内容为王的学术著作,完全没有花哨的装饰,这一点我很欣赏。拿到手里沉甸甸的,感觉内容一定非常扎实。我带着一种期待和敬畏的心情翻开了第一章,里面的排版非常清晰,公式和文字的比例拿捏得恰到好处,不像有些教材那样密密麻麻让人望而生畏。初读下来,对绪论部分的论述印象深刻,它不仅仅是简单地罗列了各种模型,而是深入探讨了构建模型的思维逻辑和哲学基础,这对于想真正掌握“方法”而非仅仅是“技巧”的人来说,提供了极好的起点。作者似乎非常注重理论与实践的结合,每引入一个概念,都会紧跟着一个贴近实际的例子来辅助理解,这点使得原本抽象的数学概念变得生动起来。例如,在处理资源分配问题时,作者没有直接跳入复杂的优化理论,而是先用一个简化的工厂生产计划实例,循序渐进地引导读者理解目标函数和约束条件的建立过程。这种教学方法的层次感处理得非常到位,让人感觉学习曲线虽然陡峭,但每一步都有坚实的支撑。尤其值得一提的是,书中对于模型假设的讨论极为审慎,作者反复强调“没有完美的模型,只有最适合当前问题情境的模型”,这种严谨的态度,极大地提升了读者批判性思考的能力,避免了盲目套用公式的风险。我感觉这更像是一本传授“建模思想”的教科书,而非单纯的模型汇编。

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这本书的深度,说实话,对于初学者来说可能有些挑战性,但对于有一定数理基础,渴望深入研究应用数学领域的读者来说,简直就是一座宝藏。我最欣赏的是它对算法细节的剖析,很多教材在介绍完某个经典算法后,往往就草草收场,但这本书不同,它会花费大量的篇幅去探讨算法的收敛性、稳定性和计算复杂度。比如在讲解动态规划那一章节时,它不仅展示了贝尔曼方程的推导,还详细对比了迭代法和递归法的优劣,甚至还涉及到了如何使用记忆化搜索来优化递归过程,这对于希望将这些方法应用于大规模计算环境中的工程师来说,是至关重要的信息。阅读过程中,我常常需要停下来,拿出纸笔,对照书中的推导过程一步步验证,才能完全消化其中的逻辑链条。这绝不是一本可以轻松“翻阅”的书,它要求读者全身心地投入,与作者的思路进行深度交互。在涉及非线性规划的部分,作者对KKT条件和拉格朗日乘子法的阐述尤为精辟,不仅给出了严格的数学证明,还用几何直觉进行了解释,使得高维空间中的鞍点概念不再遥不可及。总的来说,这本书在“算法实现”这一层面上,做得比我预想的要深入得多,它真正实现了理论指导实践的承诺。

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这本书的语言风格是那种非常典型的、严谨的、不带任何感情色彩的学术陈述风格,但其中蕴含的智慧却令人着迷。作者的表达方式极其精确,每一个术语的使用都无可指摘,避免了任何歧义,这对于需要精确理解概念的学习者来说是极大的福音。阅读过程中,我发现作者似乎非常注重“统一性”的表达。例如,在处理不确定性问题时,他没有简单地堆砌概率论和模糊集理论,而是尝试用统一的数学框架去描述不同层次的不确定性,这种宏观的整合能力令人佩服。书中对一些经典模型的历史发展脉络也有简要的介绍,虽然不是重点,但这些历史背景的穿插,让冰冷的公式带上了一丝人文色彩,也帮助我们理解为什么某些方法会取代另一些方法,这对于理解理论的“演化”过程非常有帮助。我个人认为,这本书的难度定位在中高水平,对于刚刚接触建模的本科生来说,可能需要配合辅助教材一起学习,但对于研究生或者希望将建模技术应用于工程实践的专业人士而言,它提供了一个非常扎实且深入的理论基础。其价值不在于提供现成的答案,而在于提供一套可以应对未来未知问题的通用思维工具箱。

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读完这本书,我最大的感受是作者对于“建模”这一过程的整体把握能力极强。它不像某些书籍那样,要么过于侧重数学理论的枯燥推导,要么只是简单罗列各种应用案例,而是巧妙地构建了一个从实际问题抽象、到数学形式化、再到求解算法实现、最后回到现实检验的完整闭环。这种叙事结构,让读者清晰地看到了一个科学研究人员解决实际问题的工作流程。我特别喜欢它在不同模型之间建立联系的做法。比如,在介绍了线性规划后,作者顺理成章地引出了网络流模型,并指出它们在数学结构上的内在相似性,这极大地拓展了我的视野,让我意识到很多看似不同的问题,其底层数学框架可能是相通的。书中对时间序列分析的引入也做得非常到位,它没有停留在简单的ARIMA模型,而是进一步探讨了如何利用状态空间表示法来统一处理更复杂的动态系统,这体现了作者紧跟学科前沿的专业视野。在细节处理上,作者对图论在建模中的应用展示得淋漓尽致,从最短路径到最大匹配,每一个例子都经过精心挑选,目的性极强。可以说,这本书不仅教会了我如何“建模型”,更重要的是,它培养了我用一种结构化、数学化的眼光去审视复杂现实的能力。

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对于长期在工程领域工作的人来说,我们往往需要快速地将实际遇到的难题转化为可计算的模型,这本书在这方面给予了极大的启发。它最让我感到实用的是对于模型求解过程中“数值稳定性”的讨论。在实际操作中,一个在理论上完美无瑕的模型,如果数值实现上存在缺陷,就可能导致结果完全不可信。书中对几种主流迭代求解器的误差分析和鲁棒性比较,提供了非常宝贵的参考。我记得在处理一个复杂的排队网络优化问题时,我尝试了书中介绍的两种不同方法,通过对比书中所述的收敛速度和对初始值的敏感度,我最终选择了更适合我们实时计算环境的那个方案。这种“选择的艺术”正是这本书的精髓所在。此外,作者在讨论模型简化时,对“精度损失”与“计算成本”之间的权衡分析非常到位,他清晰地展示了如何根据实际约束条件,合理地牺牲一部分理论精度,以换取工程上的可行性。这与纯理论研究的视角是完全不同的,体现了作者深厚的工程实践背景。总而言之,这本书成功地架设了一座坚实的桥梁,连接了严谨的数学理论与充满妥协和变数的工程现实。

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