反演问题的计算方法及其应用

反演问题的计算方法及其应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:高等教育
作者:王彦飞
出品人:
页数:370
译者:
出版时间:2007-1
价格:59.00元
装帧:
isbn号码:9787040189452
丛书系列:当代科学前沿论丛
图书标签:
  • 反问题
  • 数学
  • 反演
  • 物理学
  • 计算
  • 王彦飞
  • 物理
  • 地球物理
  • 反演问题
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  • 科学计算
  • 工程应用
  • 优化方法
  • 数据处理
  • 逆问题
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具体描述

《反演问题的计算方法及其应用》详细介绍了求解数学物理反问题的数值计算方法以及在相关的各个学科的应用。这些方法包括正则化方法、最优化计算方法、统计的方法、支撑向量机以及其它的数值代数方法等等。《反演问题的计算方法及其应用》既研究线性反问题,又研究非线性反问题,并介绍了工程、物理、医学、金融、遥感、模式识别、生命科学、大气科学与经济应用背景的反问题。在附录中还给出了示范性的MATLAB语言源程序。全书共分六个部分。第一部分介绍基本概念和事例;第二和第三部分分别研究线性反问题的计算方法和典型应用;第四和第五部分研究非线性反问题的计算方法和典型应用;第六部分简要介绍了反问题的研究方法及其应用的最新进展。

《反演问题的计算方法及其应用》图书简介 本书深入探讨了反演问题这一在科学研究和工程实践中至关重要的领域,系统性地梳理了解决反演问题的各种计算方法,并重点阐述了这些方法在众多实际应用中的强大效用。 反演问题,其核心在于根据可观测的输出信息,反向推断出隐藏在系统内部的未知因素。它与正演问题(即已知系统参数,预测其输出)是截然相反的两个方向。在许多学科中,我们往往无法直接测量或了解系统的内部构造、参数或者引起特定现象的根本原因。此时,便需要借助于反演问题来弥合这一知识鸿沟。例如,在医学影像学中,我们通过X射线穿透人体后的衰减信息来重建内部器官的三维图像;在地质勘探中,通过地震波的传播规律来推断地下的岩层结构;在气象预报中,根据卫星观测到的云层和温度数据来预测未来的天气模式。这些都是反演问题的典型应用场景。 然而,反演问题往往伴随着固有的挑战。它们通常是不适定问题(ill-posed problems),这意味着问题的解可能不存在、不唯一,或者对输入数据的微小扰动极其敏感,导致解不稳定。这种不适定性使得直接求解变得异常困难,需要发展特殊的计算策略来应对。 本书的第一个核心部分——计算方法,旨在为读者提供一套全面且深入的工具箱,用于应对反演问题中的挑战。我们首先会从理论层面解析不适定问题的根源,介绍诸如截断奇异值分解(Truncated Singular Value Decomposition, TSVD)、正则化技术(Regularization Techniques)等经典方法。截断奇异值分解通过丢弃那些对解的贡献很小的奇异值来稳定求解过程,而正则化则通过引入额外的约束条件,如平滑性或稀疏性,来引导问题向一个更“合理”的解收敛。 随后,我们将深入探讨更先进的计算技术。迭代正则化方法(Iterative Regularization Methods),例如Landweber迭代(Landweber Iteration)和共轭梯度法(Conjugate Gradient Methods),在处理大型稀疏系统时展现出卓越的性能。此外,我们还将介绍基于概率模型的反演方法,如贝叶斯反演(Bayesian Inversion),它能够提供对模型参数的不确定性量化,并且在数据噪声较大的情况下表现出色。这部分还将涵盖机器学习在反演问题中的应用,包括使用神经网络(Neural Networks)、支持向量机(Support Vector Machines, SVM)和核方法(Kernel Methods)等,来学习复杂的反演映射关系,尤其是在数据量充足的情况下,能够实现高效且精确的反演。 本书的第二个核心部分——应用,将详细展示上述计算方法如何在实际领域中发挥作用。我们将精选多个具有代表性的应用案例,进行深入的分析和讨论。 在地球科学领域,本书将聚焦于地震层析成像(Seismic Tomography),详细阐述如何利用地震波的传播时间来绘制地球内部的结构图,揭示地幔的对流模式和板块运动的动力学机制。此外,我们还会探讨重力和磁力勘探(Gravity and Magnetic Exploration),以及如何根据测量到的重力异常和磁场变化来推断地下矿产资源的分布和地质体的性质。 在医学影像学领域,我们将重点介绍计算机断层扫描(Computed Tomography, CT)和磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)背后的反演原理。例如,CT扫描通过对物体进行多角度X射线投影,然后利用Radon变换(Radon Transform)的逆变换和滤波反投影(Filtered Backprojection)算法来重建横断面图像。MRI则涉及到傅里叶变换(Fourier Transform)在核磁共振信号处理中的应用。我们还将触及电生理成像(Electrophysiological Imaging),例如脑磁图(Magnetoencephalography, MEG)和脑电图(Electroencephalography, EEG),它们利用测量到的外部电磁信号来反演大脑的电活动源。 在工程领域,本书将涵盖无损检测(Non-Destructive Testing, NDT),例如超声波无损检测,通过分析超声波在材料中的传播和反射信息来检测材料内部的缺陷。我们还将探讨结构健康监测(Structural Health Monitoring, SHM),如何通过传感器数据来评估桥梁、飞机等结构的安全性和完整性。 此外,我们还会触及图像复原(Image Restoration),如去模糊(Deblurring)和去噪(Denoising),以及信号处理(Signal Processing)中的一些反演问题。 本书的编写旨在为读者提供一个扎实的理论基础和广泛的实践指导。我们力求在数学严谨性和计算效率之间取得平衡,并用清晰易懂的语言进行阐释。无论是从事理论研究的学者,还是活跃在工程一线的工程师,亦或是对科学前沿充满好奇的学生,都能从中获得宝贵的知识和启发。通过对本书的学习,读者将能够更深刻地理解反演问题的本质,掌握解决这些问题的有效计算工具,并能将其成功应用于各自的研究和工作中,从而推动科学和技术的进步。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的书名《反演问题的计算方法及其应用》听起来非常吸引人,尤其对于我这样一个长期在数据科学和机器学习领域探索的从业者来说。我一直在寻找能够深入理解那些隐藏在复杂模型背后,能够从观测数据反推出隐藏规律的方法。很多时候,我们能拿到的是结果,但真正想要的是那个导致这些结果的过程,无论是物理学中的参数辨识,还是生物学中的基因调控网络重建,抑或是金融学中的风险建模,都离不开“反演”这个核心概念。这本书的书名直接点明了这一点,让我觉得它可能提供了解决我日常工作中遇到的很多难题的钥匙。我尤其好奇它在“计算方法”这部分会涉及哪些内容,是经典的迭代法,还是更现代的贝叶斯推断,亦或是深度学习在反演问题中的应用?了解具体的算法和数学框架,将是帮助我优化模型、提高预测精度、甚至发现全新规律的关键。而且,“及其应用”这四个字,更是让我充满了期待,意味着它不仅仅是理论的堆砌,更与实际问题紧密相连,能够指导我如何将这些理论付诸实践,解决真实世界的挑战。这本书的出版,无疑为我提供了进一步学习和提升的宝贵机会,我迫不及待地想翻开它,探索其中的奥秘。

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《反演问题的计算方法及其应用》这个书名,让我感到非常亲切,因为我在机器人学和计算机视觉领域的研究,几乎都离不开反演。例如,在SLAM(同时定位与地图构建)问题中,我们需要从传感器测量到的数据(如激光雷达扫描、相机图像)中,反推出机器人自身的位置和姿态,以及周围环境的三维地图。这本身就是一个复杂的反演过程,涉及到状态估计、优化算法等。我非常好奇书中会如何讲解“计算方法”部分,是否会涉及一些滤波技术,如扩展卡尔曼滤波(EKF)、无迹卡尔曼滤波(UKF),或者基于优化的方法,如图优化。同时,“及其应用”部分也让我充满了期待。我希望看到书中能够涵盖机器人导航、三维重建、物体识别与跟踪等方面的实际应用案例。如果书中能够提供一些关于如何处理高维、动态、不确定性环境下的反演问题,以及如何提高计算效率和鲁棒性的讨论,那对我而言将是极大的帮助。

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《反演问题的计算方法及其应用》这个书名,让我立刻想到了我在信号处理领域所遇到的挑战。在音频和通信系统中,我们经常需要从接收到的信号中去除噪声、恢复原始信号,或者从混合信号中分离出单独的信号源。这些过程本质上都是一种反演,即从被扭曲或混合后的结果,反推出原始的、干净的信号。我很好奇书中会如何阐述这些信号处理中的反演技术,例如,是否会涉及到诸如维纳滤波、卡尔曼滤波等经典算法,以及它们在不同噪声模型和信号特性下的表现。此外,在机器学习领域,模型训练的过程本身也可以看作是一种反演,通过优化损失函数,我们试图从数据中反演出模型的最佳参数。因此,我非常期待书中能够介绍如何将反演的计算方法与现代机器学习技术相结合,例如,利用深度学习模型来解决复杂的反演问题,或者将反演思想融入到模型的架构设计中。如果书中能提供关于“应用”的丰富案例,尤其是那些跨学科的、具有实际工程意义的应用,那将是我获取新知识和启发研究方向的宝贵资源。

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当我看到《反演问题的计算方法及其应用》这个书名时,我的脑海里立即浮现出了许多曾经困扰我的研究课题。在图像处理领域,我们常常需要从低分辨率的模糊图像恢复出清晰的细节,这本身就是一个典型反演问题。在医学影像学中,CT、MRI等扫描技术得到的原始数据都需要经过复杂的重建算法才能生成可供诊断的图像,这些算法的优劣直接关系到诊断的准确性。而这本书的书名,恰恰点出了这两个核心要素:计算方法和应用。这意味着它不仅会讲解反演问题的数学原理,还会深入探讨实现这些原理所需的计算技术。我猜测书中可能会介绍诸如最小二乘法、最大似然估计、正则化技术(如Tikhonov正则化、L1/L2正则化)等经典方法,以及它们在不同场景下的适用性和局限性。更重要的是,“应用”部分,我期待它能涵盖遥感图像的解译、地球物理勘探数据分析、甚至是自然语言处理中的某些任务,这些领域都存在着将观测数据转化为有意义信息的需求。如果书中能够提供具体的代码示例或者案例分析,那就更完美了,这将极大地降低我将书中知识应用于我自己的研究项目的门槛。

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《反演问题的计算方法及其应用》这个书名,对于我这样一个长期在地球物理学领域进行研究的学者来说,具有极大的吸引力。我们经常需要从地表接收到的地震波、电磁波或重力异常数据,来反推出地下地质结构的分布、物性参数以及其中可能存在的矿产资源或油气藏。这是一个典型且极具挑战性的反演问题,因为地下的真实情况是未知的,而我们拥有的只是从地表测量到的间接数据,并且这些数据往往受到各种噪声和不确定性的影响。我非常希望这本书能够深入探讨解决这类“病态”反演问题的计算方法,例如,如何利用正则化技术来约束解空间,如何进行不确定性量化,以及如何通过多物理场联合反演来提高分辨率和可靠性。同时,“应用”部分更是我所期待的,我希望看到书中能够涵盖勘探地球物理学中的各种实际应用案例,比如地震层析成像、电法勘探数据解释、重磁异常解释等。如果书中还能涉及一些数值模拟方法,如有限元法、有限差分法在反演中的应用,那就更好了,这将为我未来的研究提供更坚实的基础和新的思路。

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当我看到《反演问题的计算方法及其应用》这个书名时,我的脑海里立刻浮现出了我在金融风险管理领域所面临的挑战。我们需要从市场交易数据、宏观经济指标等可观测的变量中,反推出隐藏的风险因子、违约概率,以及资产的内在价值。这是一个复杂的多变量反演问题,其结果的准确性直接关系到投资决策和风险控制的有效性。我非常期待书中能够深入探讨处理这类金融领域反演问题的计算方法,例如,如何利用时间序列分析技术,如何结合机器学习模型,以及如何进行有效的参数估计和模型验证。同时,“及其应用”部分也让我充满了期待。我希望看到书中能够涵盖诸如信用风险评估、市场风险量化、投资组合优化等方面的实际案例。如果书中能够提供一些关于如何处理金融数据中的非平稳性、厚尾分布等特性,并将其纳入反演模型的讨论,那对我来说将是极其有价值的。

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《反演问题的计算方法及其应用》这个书名,让我眼前一亮,仿佛找到了我一直在寻找的知识宝藏。在控制理论领域,我们经常需要根据系统的输入-输出数据,来识别系统的动态模型,从而设计出有效的控制器。这个模型识别的过程,本质上就是一个反演问题,即从系统的响应中反推出其内部的传递函数或状态空间表示。我非常期待书中能够详细介绍各种模型识别的计算方法,例如,最小二乘法、最大似然估计、系统辨识的迭代算法等,以及它们在不同类型的系统(如线性系统、非线性系统、时变系统)中的适用性。此外,对于“应用”的部分,我特别关注书中是否会涉及一些现代控制理论中的应用,比如自适应控制、预测控制等,这些都需要准确的系统模型作为基础。如果书中能提供一些关于如何处理实际系统中存在的延迟、饱和、噪声等非理想因素,并将其融入反演过程的计算方法,那对我而言将具有极大的实践指导意义。

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我对《反演问题的计算方法及其应用》这个书名感到非常兴奋,因为在我过去的研究经历中,我曾多次接触到需要从有限的、不完整的观测数据中推断出未知参数或系统的底层结构的问题。比如,在材料科学领域,我们需要通过对材料宏观响应(如应力-应变曲线)的测量,来反推出材料的微观力学参数,这对于材料设计和性能预测至关重要。又比如,在环境科学中,我们需要从空气质量监测数据中反推出污染源的位置和排放强度,以便采取有效的治理措施。这本书的书名直接指明了这些问题的计算解决方案,让我相信它能提供一个系统性的框架来理解和解决这些挑战。我特别关注“计算方法”部分,我希望它能详细介绍各种数值算法的原理、实现细节以及它们的收敛性和稳定性分析。例如,面对病态的反演问题(ill-posed problems),如何选择合适的正则化参数,如何避免过度拟合,这些都是我非常感兴趣的话题。书中对于“应用”的提及,也让我充满期待,我希望能看到书中能够涵盖从物理、工程到生物、经济等多个学科领域的实际案例,从而拓宽我的视野,并为我的研究工作提供新的灵感和思路。

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当我看到《反演问题的计算方法及其应用》这个书名时,我的思绪立刻回到了我还在攻读博士学位时,我曾在统计物理学领域研究过如何从实验数据中反推出系统的Hamiltonian函数,这对于理解系统的动力学行为和相变性质至关重要。这是一个非常经典且困难的反演问题,需要复杂的数学工具和高效的计算算法。因此,这本书的书名立刻引起了我的兴趣。我非常好奇书中会如何讲解“计算方法”部分,是否会涉及一些统计推断的理论,例如贝叶斯推断、马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)方法,以及如何有效地利用这些方法来处理高维、非线性的反演问题。同时,“及其应用”这部分也让我充满了期待。我希望看到书中能够涵盖一些跨学科的应用案例,比如在金融建模中如何从市场数据反推出风险因子,或者在材料科学中如何从光谱数据反推出材料的组分和结构。如果书中能够提供一些关于如何评估反演结果的可靠性,以及如何处理模型不确定性的讨论,那对我来说将是极其宝贵的。

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当我第一次看到《反演问题的计算方法及其应用》的书名时,我的研究热情被瞬间点燃。我在生物信息学领域工作,经常需要从基因表达数据、蛋白质相互作用网络等观测到的数据中,反推出调控基因表达的转录因子,或者识别出疾病发生发展的关键通路。这是一个非常典型的反演问题,因为我们无法直接观察到这些底层的调控机制,只能通过间接的实验数据来推断。这本书的书名精准地击中了我的研究痛点。我尤其想了解书中提到的“计算方法”是如何处理生物数据中普遍存在的噪声和不确定性。例如,在基因网络重建中,数据往往是高维低样本的,如何选择合适的算法来避免过拟合,并获得具有生物学意义的推断结果,是至关重要的。我也非常期待书中能够涵盖“应用”的部分,我希望看到它能提供在基因组学、蛋白质组学、系统生物学等领域内的具体案例,也许还能涉及一些关于药物发现或疾病诊断的应用。如果书中能够提供一些计算工具或软件库的介绍,那就更好了,这将大大方便我将书中的知识应用于我的实际研究项目。

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