Topics in Matrix Analysis

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出版者:Cambridge University Press
作者:Roger A. Horn
出品人:
页数:616
译者:
出版时间:1994-6-24
价格:USD 80.00
装帧:Paperback
isbn号码:9780521467131
丛书系列:
图书标签:
  • Matrix.Analysis
  • 数学
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  • 正定矩阵
  • 矩阵函数
  • 数值线性代数
  • 矩阵迭代方法
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具体描述

Building on the foundations of its predecessor volume, Matrix Analysis, this book treats in detail several topics in matrix theory not included in the previous volume, but with important applications and of special mathematical interest. As with the previous volume, the authors assume a background knowledge of elementary linear algebra and rudimentary analytical concepts. Many examples and exercises of varying difficulty are included.

《矩阵分析前沿:理论与应用》 本书深入探讨了矩阵分析领域的核心概念、最新发展以及在各个尖端科学和工程学科中的广泛应用。我们旨在为读者提供一个全面而深刻的理解,无论是对数学专业的研究者,还是希望利用矩阵工具解决实际问题的工程师和科学家,都能从中获益。 核心理论深度解析: 本书从最基础的矩阵代数出发,循序渐进地展开,涵盖了线性空间、向量空间、线性映射、特征值与特征向量等经典而重要的概念。我们将详细阐述各种矩阵分解技术,如奇异值分解(SVD)、QR分解、LU分解、Cholesky分解等,并深入分析它们背后的数学原理和性质。 对于更高级的主题,我们精心挑选了与现代研究紧密相关的方向。这包括: 矩阵函数理论: 深入探讨矩阵指数、矩阵对数以及其他矩阵函数的定义、性质及其计算方法,并介绍它们在微分方程、控制理论等领域的应用。 谱理论与张量分析: 拓展到更广阔的谱理论,讨论算子理论、谱分解等,以及张量代数中的基本运算和概念,揭示其在多线性系统和高维数据分析中的强大能力。 数值线性代数: 关注矩阵计算的稳定性和效率,详细介绍迭代法、预条件技术、误差分析等,为解决大规模稀疏矩阵问题提供坚实的理论基础和实践指导。 矩阵不等式与优化: 探讨矩阵不等式的证明技巧、应用场景,以及如何利用矩阵技术解决各种优化问题,例如在统计推断、机器学习中的参数估计和模型选择。 矩阵结构与性质: 分析特殊类型的矩阵,如对称矩阵、Hermitian矩阵、正定矩阵、酉矩阵、Toeplitz矩阵、Hankel矩阵等,深入研究它们的结构特征和由此衍生的性质,以及它们在特定问题中的优势。 矩阵的拓扑与几何性质: 探讨矩阵空间上的度量、距离、收敛性等拓扑性质,以及矩阵在几何学中的表示和应用,例如在计算机图形学和流形学习中的作用。 矩阵的随机理论: 介绍随机矩阵理论的基本概念、典型分布(如高斯集成)及其在统计物理、信息论、信号处理等领域的应用,分析大规模数据中的统计规律。 矩阵的代数结构: 讨论群论、环论等抽象代数概念在矩阵研究中的应用,如矩阵群、矩阵李群等,揭示其内在的代数对称性。 矩阵分析的近代发展: 介绍近年来矩阵分析领域涌现出的新概念、新方法和新理论,例如在量子信息、大数据分析、人工智能等领域具有重要影响的研究方向。 跨学科应用实践: 本书不仅仅停留在理论层面,更着重于展示矩阵分析如何成为解决现实世界复杂问题的关键工具。我们精心设计了多个案例研究,涵盖但不限于: 信号与图像处理: 如何利用SVD进行降噪、压缩和特征提取,以及在图像识别和模式匹配中的应用。 控制理论与系统动力学: 利用特征值分析稳定性,矩阵指数描述系统演化,以及在现代控制系统设计中的作用。 统计学与机器学习: 协方差矩阵在多元统计分析中的角色,最小二乘法、岭回归、LASSO等方法与矩阵分解的关系,以及在深度学习中的应用,如矩阵填充、推荐系统、主成分分析(PCA)等。 量子计算与量子信息: 量子比特的表示、量子门的矩阵描述、量子纠缠的度量等,以及矩阵在量子算法设计中的核心地位。 物理学与工程学: 在有限元分析、数值模拟、优化设计、电路分析、振动分析等领域的广泛应用。 金融建模与经济学: 风险管理、投资组合优化、计量经济学模型中的矩阵应用。 本书特色: 理论严谨与直观结合: 既保证了数学推导的严谨性,又通过清晰的解释和图示帮助读者建立直观理解。 丰富的例题与习题: 每章都配有大量的例题,帮助读者巩固所学知识,并提供具有挑战性的习题,以促进深入思考和独立解决问题的能力。 强调计算方法: 在讨论理论的同时,也关注矩阵运算的实际计算效率和数值稳定性,为工程应用打下基础。 前沿性与经典性并重: 既深入讲解了矩阵分析的经典理论,也介绍了最新的研究进展和应用方向。 无论您是希望系统学习矩阵分析的理论基础,还是寻求将其应用于解决具体科学技术问题的研究者或工程师,本书都将是您不可或缺的参考。我们相信,通过对本书内容的学习,读者将能够掌握强大的矩阵分析工具,为探索和解决更广泛的科学难题奠定坚实基础。

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读后感

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用户评价

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书中关于矩阵逼近和降维技术的阐述,对我来说是极其吸引人的。尤其是在当前大数据时代,如何有效地从海量数据中提取关键信息,矩阵分析扮演着至关重要的角色。我仔细阅读了书中关于奇异值分解(SVD)在数据压缩和去噪方面的应用,作者是如何通过低秩逼近来近似原始数据,从而达到降维和噪声抑制的目的,这让我对SVD的强大功能有了更直观的理解。此外,书中对主成分分析(PCA)的数学原理进行了深入的剖析,它如何基于数据的协方差矩阵的特征值和特征向量来寻找数据变化的主要方向,从而实现降维和特征提取,这为我理解和应用PCA提供了坚实的理论基础。我希望书中能够进一步探讨其他矩阵逼近技术,例如NMF(非负矩阵分解)在文本挖掘、图像识别等领域的应用,以及各种算法在不同应用场景下的优劣比较。理解这些技术背后的数学原理,能够帮助我更灵活地运用它们解决各种实际问题,而不是仅仅停留在使用层面。

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“Topics in Matrix Analysis”在探讨矩阵的结构性质方面,给我带来了许多启发。书中对于特殊矩阵类别的详细分析,例如Toeplitz矩阵、Hankel矩阵、Circulant矩阵等的性质,以及它们在信号处理、图像压缩、通信系统等领域的应用,都让我感到非常兴奋。这些特殊矩阵之所以重要,往往是因为它们具有非常规整的结构,能够带来高效的计算算法。我特别关注书中是如何利用这些结构特性来设计更优的求解方法,例如对于Toeplitz矩阵,可以使用Levinson算法等高效求解。此外,书中对矩阵的张量分解(如Tucker分解、CP分解)的介绍,也让我看到了矩阵分析在多维数据处理方面的潜力。如何将高维数据表示为低秩的张量,并从中提取有意义的信息,是当前研究的一个热点。作者能否提供一些关于这些张量分解的理论基础、算法以及应用案例,将是我非常期待的。

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对于我这种热衷于探索算法背后的数学原理的读者而言,“Topics in Matrix Analysis”无疑提供了一个绝佳的平台。书中关于矩阵计算的数值稳定性部分,让我对许多看似高效的算法有了更深层次的认识。作者是如何分析诸如高斯消元法、QR分解、LU分解等经典算法在数值计算中可能出现的误差累积和传播,以及如何通过各种数值稳定化技术(如枢轴选择、迭代改进)来提高计算的精度和可靠性,这部分内容对我来说是宝贵的财富。我尤其关注书中关于条件数与算法稳定性的关系,理解一个问题是否“病态”(ill-conditioned)以及如何选择合适的算法来应对,是成功进行数值计算的关键。此外,书中对迭代算法的介绍,如雅可比迭代、高斯-赛德尔迭代、共轭梯度法等,在求解大规模线性方程组时具有重要地位。作者是如何从理论上证明这些迭代方法的收敛性,以及如何分析它们的收敛速度,这对于我在解决实际大规模问题时选择和优化算法提供了重要的指导。它让我明白,算法的有效性不仅在于其数学逻辑,更在于其在实际计算环境中的稳健性。

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总而言之,“Topics in Matrix Analysis”是一本内容丰富、理论扎实的学术专著。它不仅仅是一本工具书,更是一本能够帮助读者建立起对矩阵分析深刻理解的书。书中对矩阵理论的细致讲解,对各种分析方法和算法的深入剖析,以及对它们在不同应用领域中的广泛体现,都让我受益匪浅。无论是在夯实理论基础,还是在探索前沿技术,这本书都为我提供了宝贵的指导。我特别欣赏作者在保持理论严谨性的同时,又能兼顾数学概念的直观解释和实际应用的连接,这使得本书既适合高阶的研究者,也能够被那些希望深入理解矩阵分析的读者所吸收。它是一本值得反复阅读和深入研究的佳作。

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这本书的标题“Topics in Matrix Analysis”听起来就极具学术深度,让我对它充满期待。拿到手后,粗略翻阅,虽然我并非数学科班出身,但其严谨的排版、清晰的图表以及看似精炼的公式,都透露出作者在矩阵分析领域深厚的功底。我尤其关注书中可能涉及到的那些“话题”,因为“Topics”这个词暗示了本书并非一本面面俱到的教科书,而是更侧重于对矩阵分析中一些核心、前沿或具有代表性问题的深入探讨。这对我这样希望在特定领域有所突破的读者来说,是极大的吸引力。我希望书中能详细阐述那些能够触及矩阵分析精髓的理论,例如特征值、特征向量的分布性质,它们在不同应用场景下的具体体现,以及如何通过数值方法来精确或近似地计算它们。此外,矩阵分解技术,如奇异值分解(SVD)、QR分解、LU分解等,也是我非常感兴趣的部分,它们在数据降维、信号处理、机器学习等领域扮演着至关重要的角色,了解其背后的数学原理和不同方法的优劣,对我个人的研究工作至关重要。我渴望看到书中能够详细剖析这些分解方法是如何从理论上保证其有效性和在实际计算中的稳定性,并可能提供一些高级的应用案例,展示这些工具的强大力量。

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当我开始深入阅读“Topics in Matrix Analysis”时,我最先被吸引的是它在概念引入上的循序渐进。虽然书名听起来门槛很高,但作者似乎非常注重为读者打下坚实的基础。我仔细研读了关于矩阵范数的部分,尤其是那些关于不同范数(如Frobenius范数、谱范数、1-范数、∞-范数)的定义、性质以及它们之间的相互关系。更重要的是,书中是如何阐述这些范数在衡量矩阵“大小”或“距离”上的直观意义,以及它们在误差分析、收敛性证明中的具体应用,这让我受益匪浅。例如,谱范数与矩阵的奇异值紧密相连,理解这一点对于掌握矩阵的条件数、估计线性方程组的解的敏感性至关重要。我还特别留意了书中关于矩阵函数(如指数函数、对数函数)的定义和计算方法,这些函数在微分方程的求解、动力系统的稳定性分析中是不可或缺的工具。作者如何从泰勒展开、特征值分解等不同角度来定义和计算这些矩阵函数,以及它们在实际问题中的解析和数值计算策略,都给我留下了深刻的印象。书中通过详细的推导过程,让我理解了抽象数学概念背后的逻辑联系,并为我提供了解决实际问题的数学框架。

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本书在数学建模和应用方面,展现了矩阵分析的强大生命力。我惊喜地发现,书中是如何将抽象的矩阵理论与诸如物理学、工程学、经济学甚至生物学等领域的实际问题紧密联系起来。例如,关于动力系统的稳定性分析,书中如何利用矩阵的特征值来判断系统的行为,是理解许多工程系统(如控制系统、振动系统)稳定性的基础。我希望书中能够提供更多关于线性回归、最小二乘法等优化问题的矩阵解法,它们在数据拟合、参数估计等领域是不可或缺的工具。此外,书中对图论中邻接矩阵、拉普拉斯矩阵等的研究,以及它们在网络分析、社会动力学等方面的应用,也极具吸引力。理解这些矩阵的谱特性如何反映图的结构和性质,能够帮助我更好地理解和分析复杂的网络系统。

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从阅读体验上来说,“Topics in Matrix Analysis”给予了我一种“拨云见日”的感觉。在接触到书中关于矩阵的谱理论部分时,我感到豁然开朗。作者是如何将抽象的线性代数概念与更复杂的分析技术相结合,来揭示矩阵的内在结构,这是我非常看重的。例如,关于矩阵的特征值和特征向量的讨论,书中不仅仅停留在定义和计算层面,更深入地探讨了它们是如何反映矩阵的线性变换特性,如拉伸、旋转、压缩等。特别吸引我的是书中对特征值问题的扰动分析,即当矩阵发生微小变化时,其特征值和特征向量会如何随之改变。这对于理解数值算法的稳定性和在实际应用中对参数变化的敏感性有着极其重要的意义。此外,书中对某些特定类型矩阵(如对称矩阵、Hermitian矩阵、正定矩阵)的谱性质的专题讨论,例如它们总是拥有实数特征值、特征向量正交完备等,为理解这些特殊矩阵在物理、工程等领域的广泛应用提供了坚实的理论支撑。我感到自己不仅是在学习数学公式,更是在学习如何用数学的语言去理解和描述现实世界中的各种现象。

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从理论深度上来说,“Topics in Matrix Analysis”并没有回避那些真正具有挑战性的数学难题。书中对于矩阵的解析函数、黎曼曲面、以及更高级的谱理论的探讨,让我感受到了数学的深邃。作者是如何在更一般的框架下定义矩阵函数,例如利用Cauchy积分公式,以及如何研究那些非初等函数形式的矩阵函数的性质,这让我对矩阵分析的理论边界有了更深的认识。此外,书中对矩阵方程的解法,例如Lyapunov方程、Riccati方程等,它们的解析解和数值解法,以及它们在控制理论、滤波理论中的重要地位,都是我非常感兴趣的部分。我渴望看到书中能够提供一些关于这些方程的最新研究进展,以及它们在解决更复杂问题时的应用潜力。

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这本书给我最直接的感受是,它是一本能够激发我独立思考和进一步研究的书。作者在介绍某个“话题”时,往往会留有开放性的问题,或者指出该领域尚待解决的难题,这极大地激发了我的求知欲。例如,在讨论矩阵的随机化逼近方法时,书中可能会提及一些关于如何提高逼近精度和效率的开放性问题,或者探讨随机化方法在处理超大规模数据集时的优势与局限性。我希望书中能够提供一些关于矩阵分析前沿研究方向的线索,例如在机器学习、深度学习中矩阵计算的加速技术,或者在量子计算领域中矩阵的特殊应用。通过对这些前沿话题的初步了解,我能够更好地规划自己的学习方向,并尝试将这些理论工具应用到我自己的研究项目中。

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