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出版者:Prentice Hall International

作者:Alan V.Oppenheim

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1983

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9780070126640

丛书系列:

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《时空编织：从微观粒子到宏观宇宙的信号传递与系统响应》 在这部引人入胜的著作中，我们将踏上一段探索宇宙运作根本原理的非凡旅程。本书并非关注具体的电子线路设计或通信协议，而是深入挖掘隐藏在万事万物之下的通用语言——信号与系统。我们将从最基础的粒子相互作用，一直追溯到星系演化的宏伟图景，揭示它们如何通过信号的传递与系统的响应来塑造我们所感知到的现实。 第一部分：信号的本质与构成 在踏入信号的奥秘之前，我们首先要理解“信号”究竟是什么。它不仅仅是声波或光波，更是一种承载信息、描述变化、指示状态的载体。本书将打破对信号的直观理解，将其提升到更抽象、更普遍的层面。 信号的数学模型： 我们将首先构建信号的数学语言。这包括对连续时间信号和离散时间信号的严格定义，以及它们在不同域（例如时间域、频率域）中的表示。我们会探讨信号的基本属性，如周期性、奇偶性、能量和功率。理解这些属性，就像掌握了识别和描述不同类型语言的基础词汇。 信号的分类与特征： 信号的种类繁多，它们具有截然不同的特性。我们将深入研究确定性信号，包括阶跃信号、冲激信号（狄拉克冲激）及其在分析系统响应中的关键作用，以及指数信号和正弦信号，它们是许多自然现象的基础。同时，我们也会触及随机信号的概念，理解其在信息论和噪声分析中的重要性。 信号的变换与表示： 信号的形态可以被巧妙地改变，以揭示其隐藏的信息。本书将详细介绍傅里叶级数和傅里叶变换，这是分析信号频谱、理解其频率成分的强大工具。我们将看到，一个看似复杂的信号，在频率域中可能呈现出简洁而有意义的结构。此外，拉普拉斯变换和Z变换将在本书后续章节中扮演重要角色，它们为分析线性系统和处理连续/离散信号提供了统一的框架。 信号的生成与耦合： 信号并非凭空产生，它们是系统相互作用的结果。我们将探讨信号是如何由源头生成，以及它们如何在介质中传播。例如，粒子碰撞产生的能量脉冲，可以被视为一种基本信号；而光子的发射和吸收，则是信息在微观层面传递的典型方式。我们将从量子力学的视角，理解微观粒子之间信号的传递机制，例如波函数的演化和测量过程的信号编码。 第二部分：系统的模型与分析 一旦我们理解了信号，接下来便是探索“系统”——那些处理、转换或响应信号的存在。系统是信号的舞台，也是信号得以产生意义的场所。 系统的定义与特性： 系统被定义为能够接收输入信号并产生输出信号的任何实体。我们将重点关注线性时不变（LTI）系统，这是信号与系统理论中最重要的一类系统，因为它们具有叠加性和时移不变性，使得分析和预测变得可行。我们将深入探讨LTI系统的基本特性，如因果性、稳定性以及稳定性与系统参数之间的关系。 系统的数学描述： LTI系统可以通过差分方程（对于离散时间系统）和微分方程（对于连续时间系统）来精确描述。本书将详细讲解如何建立这些方程，并介绍求解这些方程的方法，从而预测系统在给定输入下的输出。 冲激响应： 冲激响应是LTI系统的“指纹”，它完全表征了系统对一个极短暂输入的响应。我们将阐述如何利用冲激响应来分析系统的行为，以及卷积定理——这一核心概念，它将输入信号与系统的冲激响应联系起来，从而计算出系统的输出。通过卷积，我们可以理解系统如何“模糊”或“塑造”输入信号。 系统域分析： 除了时间域，我们还将深入研究系统在其他域的表示。傅里叶变换将帮助我们理解系统在频率域的行为，例如它如何放大或衰减不同频率的信号。拉普拉斯变换和Z变换则为分析系统的频率响应、稳定性以及设计滤波器提供了更加强大的工具。我们将看到，在变换域中，许多复杂的系统分析问题会变得更加直观。 系统级联与反馈： 现实世界中的系统往往不是孤立的，而是相互连接、形成复杂的网络。我们将分析系统级联（一系列系统串联）和反馈（系统输出的一部分被反馈回输入）对整体系统行为的影响。例如，生物体内信号的传递往往涉及复杂的反馈回路，以维持稳态；而工程系统中的反馈机制，则是实现精确控制的关键。 第三部分：信号与系统在宏观与微观世界的体现 理解了信号与系统的普遍原理后，我们将开始将这些概念应用于解释自然界和人造世界的现象。 微观世界的信号传递： 在量子层面，粒子之间的相互作用并非简单的碰撞，而是通过量子场中的激发和传递来完成。我们将探讨电磁相互作用中光子的传递，以及核力作用中介子的传递，它们都可以被视为一种特殊的信号。量子纠缠现象，更是展示了信号传递的超越空间限制的奇特性质。我们将从概率波的角度，理解微观粒子状态的变化如何携带信息，以及测量行为如何“解读”这些信号。 生命系统的信号网络： 生命体是一个极其复杂的系统，其运作依赖于精密的信号传递。从神经元之间的电化学信号传递，到激素在体内的扩散与作用，再到基因表达的调控，无一不体现了信号与系统的原理。我们将研究生物钟的周期性信号，免疫系统的信号识别与响应，以及细胞内信号转导通路的工作机制。 地球与宇宙的信号： 地球的各个圈层之间也存在着复杂的信号交换。例如，大气环流中的热量和水汽传递，地质活动中的能量释放，以及生物圈与非生物圈的物质循环，都可以用信号与系统的概念来描述。在天文学领域，来自遥远星体的光信号、引力波信号，为我们提供了关于宇宙演化、黑洞合并等宏大事件的关键信息。本书将探讨如何从这些信号中提取信息，并推断出宇宙的过去、现在和未来。 人造系统的信号艺术： 从早期的电报到现代的互联网，人类创造的通信系统本质上都是对信号的编码、传输和解码。我们将审视这些系统的演进，理解它们如何应用信号与系统的原理来克服距离和噪声的限制。此外，控制系统，如自动驾驶汽车、工业机器人，也高度依赖于精确的信号感知和系统响应。本书将从更抽象的层面，审视这些技术背后的理论基础。 结论：连接万物的通用语言 《时空编织》并非一本侧重于特定工程学科的书籍，它是一次对宇宙基本运行逻辑的哲学性探索。通过深入理解信号的本质、系统的运作方式，以及它们之间如何相互作用，我们将能够以一种全新的视角来审视周围的世界。从最微小的粒子到最浩瀚的星系，从最简单的振动到最复杂的生命过程，信号与系统构成了一套普适的语言，连接着万物，揭示着隐藏在现象之下的深刻联系。本书旨在赋予读者一种通用的分析工具，帮助他们理解和预测各种现象，并从中发现隐藏的模式和规律。当我们掌握了这门语言，便能更好地理解我们身处的这个动态、互联的宇宙。

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这本书在数字信号处理（DSP）部分的讲解，可以说是教科书级别的典范。它没有走捷径，而是非常扎实地从离散时间信号和系统的基本定义开始，逐步过渡到快速傅里叶变换（FFT）的算法效率分析。我尤其赞赏作者对DFT/IDFT的内在机制，以及如何利用周期延拓来处理非周期信号的深入讨论。关于谱分析的部分，书中对窗口函数——比如汉宁窗、汉明窗——的选择及其对泄漏效应的影响的对比分析，非常详尽和实用。它清楚地说明了“分辨率”和“旁瓣抑制”之间的经典权衡，这对于实际进行频谱测量和分析工作至关重要。此外，书中对IIR和FIR滤波器结构的比较，从稳定性和计算复杂度两个维度进行了公平的评估，而不是简单地偏向某一方。阅读这些章节，感觉自己仿佛坐在一个高级的DSP设计工作坊里，每一项设计决策都有详实的数据和理论依据支撑。

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最近读完了一本关于信息论和通信原理的教材，这本书的深度和广度都给我留下了深刻的印象。它没有仅仅停留在对基本概念的介绍上，而是深入探讨了信号处理在现代通信系统中的核心作用。作者的叙述方式非常注重理论的严谨性与实际应用的结合，尤其在傅里叶分析和Z变换等关键工具的讲解上，可以说是做到了深入浅出。我特别欣赏书中对各种滤波器的详细剖析，从理论推导到实际设计考量，都展现了作者深厚的功底。这本书对于那些希望真正理解信号如何在不同介质上传输、如何被调制和解调的读者来说，无疑是一份宝贵的资源。书中的插图和例子设计得非常巧妙，很多复杂的概念通过直观的图形展示变得清晰明了，这在其他同类书籍中并不多见。整体而言，这本书更像是一位经验丰富的工程师在向你传授“看穿”信号本质的方法论，而非仅仅是堆砌公式和定义。我个人认为，对于研究生或者相关领域的高级本科生来说，这本书的价值是不可估量的。

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我对这本书在系统辨识和状态空间模型方面的处理感到非常震撼。很多教材在讲到这些内容时，往往会把它们处理得过于理论化，导致读者难以将其与实际系统联系起来。然而，这本书却巧妙地将这些抽象的数学框架，如邦夫朗定理的某些推论，直接应用到对动态系统的建模中去。它强迫你思考：一个物理系统，究竟可以用什么样的数学结构来最精确地描述它的“记忆”和“反应”？书中对可控性、可观测性这些概念的阐述，配上具体的例子，让我深刻理解了为什么有些系统可以通过输入完全控制，而有些却只能通过输出进行部分推断。这种从系统结构本身出发的分析角度，极大地拓宽了我对“控制”和“监测”的理解。书中对矩阵运算的熟练运用，虽然要求读者具备一定的线性代数基础，但最终带来的收益是巨大的，它为理解更复杂的自适应控制系统打下了坚实的基础。这本书的价值在于，它教会了你如何从零开始，为任何动态过程构建一个可靠的数学替身。

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这是一本让我对概率论和随机过程有了全新认识的著作。它不仅仅是关于如何计算概率，而是着重于如何利用统计工具来分析那些本质上具有随机性的物理现象，例如噪声在电路中的表现，或是信道衰落的建模。作者对随机变量、随机过程的描述，那种层层递进、逻辑严密的构建方式，极大地提升了我对随机信号处理的信心。书中对高斯过程、马尔可夫链等高级随机模型的讨论，配上清晰的数学推导，使得原本抽象的概念变得可以触摸和操作。特别值得称赞的是，书中对维纳滤波和卡尔曼滤波等经典估计理论的讲解，不仅交代了公式的来源，更阐述了它们在实际工程中是如何应对不确定性的挑战的。读完这部分内容后，我感觉自己在面对真实世界中那些充满噪声和不确定性的数据流时，思路开阔了许多，不再是盲目套用公式，而是能够理解每一步选择背后的统计学意义。这本书的深度使得它超越了一般的入门读物，更像是一部工具书加思考指南。

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让我印象最为深刻的，是这本书在处理非线性系统和现代调制技术时的那种平衡感。在大部分的经典教材都倾向于线性假设的背景下，这本书并没有回避非线性给信号处理带来的挑战，而是通过引入诸如查普曼-罗宾斯定理的某些推论，来探讨信息论的极限。在通信部分，它对数字调制技术，特别是正交频分复用（OFDM）的引入和分析，处理得极为精妙。它不是简单地罗列调制星座图，而是深入到如何利用多载波技术来对抗频率选择性衰落，以及如何通过循环卷积和循环移位来简化OFDM的实现。这种前瞻性的内容设置，让这本书立刻从一本偏重基础理论的著作，升级成为一部面向未来无线通信挑战的指南。它成功地架起了经典信号理论与前沿工程实践之间的高速公路，为读者提供了理解4G、5G等现代通信系统底层逻辑的必备知识框架。

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