Lectures on Discrete Geometry

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出版者:Springer
作者:Jiri Matousek
出品人:
页数:497
译者:
出版时间:2002-05-02
价格:USD 94.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780387953731
丛书系列:
图书标签:
  • 数理
  • 数学科学
  • 微分几何7
  • 几何与拓扑
  • 离散几何
  • 凸几何
  • 组合几何
  • 几何学
  • 数学
  • 计算机几何
  • 图论
  • 算法
  • 计算几何
  • 拓扑学
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具体描述

The main topics in this introductory text to discrete geometry include basics on convex sets, convex polytopes and hyperplane arrangements, combinatorial complexity of geometric configurations, intersection patterns and transversals of convex sets, geometric Ramsey-type results, and embeddings of finite metric spaces into normed spaces. In each area, the text explains several key results and methods.

《离散几何讲义》是一本深入探索离散几何这一引人入胜领域的书籍。本书旨在为读者提供一个清晰、全面且富有洞察力的视角,去理解那些主要处理离散对象的几何结构和性质的数学分支。不同于传统连续几何关注光滑的曲线、曲面以及欧几里得空间中的度量性质,离散几何的舞台聚焦于点、线段、多边形、多面体、图等离散结构,以及它们在有限集合上的排列、组合和拓扑关系。 本书的起点通常会回顾一些基础概念,为读者打下坚实的数学基础。这可能包括集合论、图论中的基本概念,以及一些必要的组合学知识。读者将熟悉如何描述和分析离散对象,例如点集的构型、多边形的组合结构,以及在图上的路径和连通性。我们不会止步于简单的定义,而是会深入探讨这些基本工具如何为理解更复杂的离散几何问题提供框架。 离散几何的核心内容之一是关于点的集合的性质,尤其是凸包问题。本书会详细介绍凸包的定义,以及算法上如何有效地计算一个给定点集的凸包。从 Graham 扫描法到 Gift Wrapping(Jarvis March)算法,我们将探讨这些算法的原理、效率以及它们在计算几何中的重要性。理解凸包不仅有助于解决点集分析问题,更是理解更高级的几何数据结构,如 Delaunay 三角剖分和 Voronoi 图的基础。 Delaunay 三角剖分和 Voronoi 图是离散几何中两个至关重要的概念,它们在科学研究和工程应用中扮演着核心角色。本书将对这两个概念进行深入的讲解。Delaunay 三角剖分是平面上点集的一种特殊三角剖分,它具有“最大化最小角”的优良性质,这使得它在网格生成、插值和模式识别等领域极其有用。我们将探讨 Delaunay 三角剖分的定义、性质,以及如何高效地构建它,例如增量法、分治法和 Bowyer-Watson 算法。 与此同时,Voronoi 图则将平面划分成区域,每个区域包含离某个特定点最近的所有点。Voronoi 图与 Delaunay 三角剖分之间存在着深刻的对偶关系,本书将详细阐述这种关系,并展示如何利用它来解决各种问题。Voronoi 图在路径规划、最近邻搜索、模式识别和空间分析等方面有着广泛的应用,我们将通过具体的例子来揭示其强大之处。 多边形的几何学也是离散几何的重要组成部分。本书将探讨简单多边形和复杂多边形的定义、性质以及相关的几何算法。这可能包括多边形内部点的判定、多边形的分解(如三角剖分),以及多边形相交和并集的操作。这些概念对于计算机图形学、机器人学和地理信息系统等领域至关重要。我们还会涉及一些更具挑战性的主题,如凸多边形与非凸多边形的区别,以及如何有效地处理具有洞的多边形。 离散几何与图论的交织是本书的一大亮点。图作为离散结构的通用模型,在离散几何中扮演着至关重要的角色。本书将探讨如何将几何问题转化为图论问题,例如将点集抽象为图的顶点,将点之间的连接关系抽象为图的边。我们将研究图的几何表示,如平面图、嵌入图,以及它们在离散几何中的应用。这可能包括图的连通性、匹配、着色等经典图论概念在几何问题中的解读。 凸体的离散几何研究也是本书的重要篇章。本书将探讨在离散空间中,或者针对离散数据表示的凸体性质。这可能涉及对多面体的组合结构、顶点、边和面的关系的研究。例如,将连续空间中的凸集的概念推广到离散集合,或者研究由离散点集构成的凸体。本书还会涉及欧拉示性数等拓扑概念在多面体研究中的应用,以及如何通过组合方法来理解和描述凸体的性质。 本书还会触及一些与离散几何紧密相关的领域,如计算几何。我们将介绍一些基础的计算几何算法,它们通常是离散几何概念的具体实现。例如,判断两个线段是否相交,或者计算点到线段的距离。这些算法不仅是理论的实践,更是许多实际应用的基础。理解这些算法的设计思想和复杂度分析,将有助于读者更深入地掌握离散几何的思想。 为了增强本书的实用性和趣味性,书中可能会包含一些经典的离散几何问题和定理。例如,将饼图切成相等的几块,或者解决著名的“图的嵌入”问题。这些问题往往以简洁的形式呈现,但其背后蕴含着深刻的数学思想和精妙的解决方案。通过对这些问题的探讨,读者可以更好地体会离散几何的魅力。 在内容编排上,本书将力求循序渐进,从基础概念逐步深入到高级主题。每个章节都可能以清晰的引言开始,介绍本章将要讨论的核心问题和重要概念,并在结尾处总结本章的要点,并可能给出一些进一步的思考题或参考文献。书中会穿插大量的图示和示例,以帮助读者直观地理解抽象的几何概念和算法。 本书的目标读者群体广泛,包括对离散数学、计算几何、算法设计以及相关应用领域(如计算机图形学、人工智能、数据挖掘、机器人学、地理信息系统等)感兴趣的本科生、研究生以及研究人员。对于数学基础较好的读者,本书将提供一个深入探索离散几何世界的新视角。对于初学者,本书的清晰讲解和丰富示例将引导他们逐步掌握这一迷人的数学分支。 总而言之,《离散几何讲义》不仅仅是一本理论书籍,更是一扇通往离散世界的大门。它将引导读者理解那些由离散元素构成的几何结构,揭示它们内在的规律和美妙,并展示它们在现代科技中不可或缺的作用。通过对本书的学习,读者将不仅能获得严谨的数学知识,更能培养出解决复杂几何问题的分析能力和创造性思维。

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读后感

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用户评价

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坦白说,一开始我以为这是一本偏重于纯粹理论证明的著作,可能会比较枯燥。然而,阅读过程远超我的预期,它在理论的深度和实际应用潜力之间找到了一个绝佳的平衡点。书中穿插讨论了一些与算法设计和计算复杂性相关的离散几何问题,这些讨论虽然篇幅不长,但极大地拓宽了我的视野,让我看到了这些纯数学概念在计算机科学领域中的实际价值。例如,关于最近邻搜索和数据结构优化的讨论,尽管没有深入到具体的代码实现层面,却清晰地阐述了底层几何原理如何影响高性能计算的效率。对于那些希望将数学理论应用于实际工程或算法设计的读者来说,这本书提供了一个坚实而广阔的理论基石。它教会我们如何从几何的视角去抽象和简化现实世界中的复杂配置,然后用离散的、可计算的方式去解决它们。这种理论与实践的对话,使得整本书充满了活力,避免了陷入纯粹的符号游戏之中。

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这本书的“离散”气质拿捏得恰到好处,它成功地将我们从连续空间的舒适区拉了出来,强迫我们用全新的、基于计数和结构化的思维去审视几何问题。我特别欣赏作者在引入组合几何概念时所采用的渐进式策略。一开始,是从基础的组合结构(如集合、图)出发,逐步过渡到更具几何形态的对象(如单纯形、胞腔复形)。这种由浅入深的构建过程,使得那些看似突兀的离散化定义变得顺理成章。有一部分内容关于拓扑在离散空间中的应用,处理得相当细腻,它没有回避离散空间所固有的“不连续性”带来的挑战,反而将其转化为研究的切入点。读完这部分,我开始重新审视很多传统微积分中的概念,意识到在处理有限或可数结构时,我们必须依赖于完全不同的工具箱。这本书的排版也值得称赞,图表的质量非常高,几何图形的绘制清晰明了,对于理解复杂空间关系至关重要。它不仅仅是一本教材,更像是一本高质量的参考手册,我时常会翻阅其中的某个小节,去确认一个特定的定理表述或构造方法。

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这本书的文字风格有一种古典的严谨感,但其核心思想却非常现代。它似乎在向读者诉说着一个古老而永恒的真理:几何的本质在于结构和关系。我尤其被书中关于“中心对称”和“可分性”的探讨所吸引。作者没有简单地给出定义,而是通过一系列精心构造的反例和正面例子,引导我们体会这些性质在不同几何情境下的微妙变化。阅读体验上,这本书要求读者保持高度的专注力,因为它很少提供“拐杖”——你必须自己去填补一些小的逻辑跳跃,但一旦你成功地跟上了作者的思路,那种“豁然开朗”的感觉是其他书籍难以比拟的。它真正培养的是一种独立解决问题的能力,而不是被动接受既有知识的能力。对于那些已经有一定数学背景,渴望深入钻研几何分析和组合优化边界的进阶学习者来说,这本书无疑是一笔宝贵的财富,它提供的知识框架能够支撑起未来更高级、更细分的领域的研究。

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与我过去读过的许多数学专著相比,这本书在叙述风格上显得格外清新和有力。它摒弃了冗长拖沓的铺垫,直奔主题,但这种直接绝非粗暴,而是建立在对材料深刻理解之上的自信表达。例如,在讲解格点理论和最短向量问题时,作者引入了一个非常巧妙的视角,将原本复杂的代数运算转化为了对空间结构的直观理解,这极大地降低了理解门槛,同时也深化了我们对该领域核心难题的认识。书中的习题部分也是一大亮点,它们并非简单的重复性计算,而是精心设计的思想实验,有些甚至需要跨越不同章节的知识点进行综合运用才能解开。我花了好几天时间攻克其中一道关于多面体顶点集的研究题,虽然过程异常曲折,但最终茅塞顿开时的那种成就感是无与伦比的。这本书对细节的关注也令人印象深刻,每一个定义都力求精确无误,每一个引用的定理都交代了出处,这对于希望深入研究某一特定方向的读者来说,提供了极大的便利和可靠性。它更像是一位经验丰富、富有激情的导师,在你耳边低语,指引你探索这片迷人的几何荒野。

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这本《Lectures on Discrete Geometry》读起来真是一场智力上的探险。从一开始翻开第一页,我就被它那种直击核心的数学美感所吸引。作者似乎有一种魔力,能将那些看似抽象、难以捉摸的离散结构,用一种既严谨又充满洞察力的方式清晰地呈现出来。书中对凸集的处理尤其精彩,不仅仅是罗列定理,而是深入剖析了其内在的几何直觉。我记得有一个章节专门讨论了各种划分问题,每一个定义和证明都像精密的齿轮咬合在一起,逻辑链条严丝合缝,让人在推导的过程中体会到数学思维的严密与优雅。对于初学者来说,这本书的难度曲线设置得非常巧妙,前半部分奠定了坚实的基础,通过大量的例子和图示,帮助我们建立起对离散几何基本概念的直观认识,比如点集、线性和凸性等。而后半部分则开始迈向更深层次的主题,比如覆盖和装箱问题,那些证明过程的精妙之处,简直让人拍案叫绝。它不是那种为了炫技而堆砌复杂公式的教材,而是真正引导读者去思考“为什么会这样”,这种教学方法极大地激发了我的学习兴趣,让我感觉自己不仅仅是在学习知识,更是在学习一种看待世界、分析问题的全新视角。

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