数值分析基础

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页数:152
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出版时间:2008-8
价格:33.00元
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isbn号码:9787308061308
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具体描述

《数值分析基础》介绍科学计算的一些基本数值方法,包括插值、函数逼近、函数微分与数值积分、线性方程组的解法、矩形特征值计算、非线性方程求根、常微分方程与偏微分方程的差分方法等。《数值分析基础》除了介绍各种数值算法的理论外,还用MATLAB编制了实现算法的程序,适用大学理学和工科专业学生学习科学计算、数值方法等课程作教材或参考书。

《现代优化方法导论》 本书致力于为读者构建一个扎实的现代优化理论框架,并介绍一系列在科学研究、工程设计、经济决策等领域具有广泛应用价值的计算方法。本书内容侧重于优化问题的数学建模、算法设计与分析,以及实际应用中的考量。 第一部分:优化理论基础 本部分旨在为读者打下坚实的理论基础,理解优化问题的本质及其分类。 第一章:优化问题的基本概念 介绍优化问题的定义、目标函数、约束条件以及可行域。 阐述局部最优解与全局最优解的区别与联系。 介绍优化问题的常见类型,如线性规划、非线性规划、凸优化等。 探讨优化问题的重要性及其在各个领域的应用背景。 第二章:凸优化理论 深入讲解凸集、凸函数及其性质。 阐述凸优化问题的最优性条件,包括KKT条件。 介绍对偶理论,包括拉格朗日对偶以及对偶问题的求解。 分析凸优化问题的结构特性,以及为何凸优化问题通常更容易求解。 第三章:无约束优化问题的最优性条件 讨论一阶必要条件,即梯度为零。 介绍二阶充分条件,即Hessian矩阵的正定性。 分析退化情况下的最优性判断。 第二部分:无约束优化算法 本部分详细介绍求解无约束优化问题的经典与现代算法。 第四章:梯度下降法及其变种 详细阐述最速下降法的原理、收敛性与局限性。 介绍线搜索方法,包括精确线搜索与回溯线搜索。 讲解动量法(Momentum)及其加速效果。 深入探讨自适应学习率方法,如AdaGrad、RMSprop、Adam等,分析其在处理稀疏梯度和不同尺度特征时的优势。 第五章:牛顿法及其近似方法 详细介绍牛顿法的原理、二阶收敛性及其在优化中的应用。 分析牛顿法的计算成本,尤其是Hessian矩阵的计算与求解。 介绍拟牛顿法,如DFP、BFGS等,阐述其通过近似Hessian矩阵来规避牛顿法的缺点。 探讨信赖域方法,介绍其在保证收敛性和处理病态问题中的作用。 第六章:共轭梯度法 阐述共轭梯度法的基本思想,如何利用共轭方向加快收敛速度。 详细介绍用于求解二次型问题的标准共轭梯度法。 介绍用于求解一般非线性问题的非线性共轭梯度法,包括Fletcher-Reeves、Polak-Ribière等。 分析共轭梯度法在大型稀疏问题中的优势。 第三部分:约束优化算法 本部分介绍求解约束优化问题的关键算法。 第七章:罚函数法与增广拉格朗日法 讲解罚函数法的基本思想,如何将约束问题转化为一系列无约束问题。 介绍外点法和内点法。 深入探讨增广拉格朗日法,分析其结合了拉格朗日乘子法和罚函数法的优点,以及其处理等式和不等式约束的能力。 第八章:序列二次规划(SQP)方法 详细介绍SQP方法的原理,如何通过泰勒展开近似目标函数和约束,形成一个二次规划子问题。 讨论如何求解二次规划子问题,并更新拉格朗日乘子。 介绍SQP方法在处理一般非线性约束优化问题中的强大能力。 第九章:内点法 介绍内点法在约束优化问题中的应用,尤其是用于线性规划和凸二次规划。 讲解中心路径方法,以及如何通过迭代地逼近中心路径来求解问题。 分析内点法在处理大型稀疏问题时的效率。 第四部分:特殊优化问题与应用 本部分介绍一些特殊类型的优化问题及其解决策略,并结合实际案例展示优化方法的应用。 第十章:组合优化基础 介绍组合优化的概念,如旅行商问题、背包问题等。 探讨整数规划的建模与求解。 介绍分支定界法、割平面法等经典组合优化算法。 第十一章:全局优化方法 讨论全局优化问题的挑战性。 介绍随机搜索方法,如模拟退火、遗传算法、粒子群优化等。 讲解确定性全局优化方法,如分枝定界法、割平面法在全局优化中的应用。 第十二章:优化方法在机器学习中的应用 将前面介绍的优化算法应用于机器学习模型训练,如支持向量机(SVM)、深度学习模型的参数优化。 讨论正则化技术与优化算法的结合。 介绍一些针对机器学习特有的优化挑战。 第十三章:实际应用案例分析 通过具体的案例,如生产调度、投资组合优化、图像处理中的去噪与恢复等,展示优化方法在实际问题中的应用流程和效果。 强调模型建立、算法选择、参数调优和结果解释的重要性。 本书结构清晰,理论推导严谨,算法描述详细,并辅以必要的算例和伪代码,旨在帮助读者建立对现代优化方法的深刻理解,并具备解决实际优化问题的能力。

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读后感

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用户评价

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这本书,我拿到手的那一刻,就被它沉甸甸的分量和封面那简洁大气的设计所吸引。作为一个对数学理论充满好奇,同时又渴望将其应用于实际问题的人,我一直以来都在寻找一本能够兼顾理论深度和实践指导的书籍。“数值分析基础”,单看书名,便能感受到它所蕴含的严谨与系统。翻开第一页,扑面而来的便是清晰的章节划分和逻辑严密的数学符号,这让我对作者的功力有了初步的认识。从误差分析的源头说起,到插值逼近的各种方法,再到方程求解的迭代技术,每一部分都像是一块精心打磨的宝石,在作者的笔下闪耀出智慧的光芒。我尤其喜欢它在讲解理论的同时,并没有忽略实际应用中的一些细节。例如,在介绍牛顿迭代法时,书中不仅详细阐述了其收敛性的条件,还探讨了在实际计算中如何选择合适的初始值以避免发散。这种理论与实践的紧密结合,对于我这样正在学习和探索的用户来说,简直是如饥似渴。更重要的是,书中提供的例子都相当贴切,能够帮助我理解抽象的数学概念是如何转化为可执行的算法的。我曾经尝试用其他资料学习积分的数值方法,但总觉得理论讲得很透彻,但具体如何编程实现却显得有些模糊。而这本书在这方面就做得非常到位,它不仅给出了辛普森法则、梯形法则等方法的推导过程,还附带了清晰的伪代码,这让我能够很快地将其转化为我熟悉的编程语言,并在计算机上进行验证。这种循序渐进的教学方式,让我仿佛置身于一个经验丰富的老师的课堂,每一步都走得踏实而自信。

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从一名普通读者的角度来说,这本书最大的优点在于其系统性和全面性。它几乎涵盖了数值分析的各个主要分支,从基础的误差理论到高级的偏微分方程数值解法,都进行了详尽的介绍。我尤其对书中关于“数据平滑”和“曲线拟合”的章节印象深刻。在实际工作中,我们经常会遇到带有噪声的测量数据,如何从这些数据中提取有用的信息,如何建立能够准确描述数据趋势的模型,这些都是非常实际的问题。这本书提供的样条插值、B样条曲线等方法,以及它们在数据降噪和图形绘制中的应用,都为我提供了非常实用的工具和思路。我喜欢书中在讲解这些方法时,不仅仅停留在数学公式的层面,还会展示这些方法是如何在计算机图形学、科学可视化等领域发挥作用的。这种跨学科的应用视角,让我更加直观地感受到了数值分析的魅力。而且,书中在讨论各种算法的收敛性时,都会给出严格的数学证明,但同时也会用通俗易懂的语言来解释证明的逻辑,确保读者能够理解其背后的数学原理。这种对理论严谨性的坚持,加上对易理解性的追求,使得这本书能够满足不同水平读者的需求。

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这本书给我带来的最深刻的感受,是它在理论深度和实践指导之间找到了一个绝佳的平衡点。作为一名渴望将数学知识应用于实际编程的人,我一直希望找到一本能够让我不仅理解“是什么”,更能理解“怎么做”的书。而“数值分析基础”无疑做到了这一点。书中对诸如“迭代法的收敛速度”、“病态方程组的处理”等问题的讨论,都非常深入,并且给出了实际的应对策略。我举个例子,在学习求解非线性方程组的部分,书中不仅介绍了牛顿法和拟牛顿法,还详细讨论了当初始点选择不当时,这些方法可能遇到的困难,并提供了诸如“阻尼牛顿法”等改进措施。这种对算法鲁棒性的关注,以及对实用技巧的介绍,让我觉得这本书不仅仅是纸上谈兵,而是真正地为实际应用打下了坚实的基础。我曾经尝试过很多算法,但往往在面对复杂或不理想的数据时,效果大打折扣。这本书提供的关于算法稳定性和误差分析的深入讲解,帮助我理解了问题的根源,并学会了如何选择更合适的算法,或者如何对现有算法进行改进。这种能力,对于任何一个从事科学计算或数据分析的人来说,都是至关重要的。

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在我看来,这本书最宝贵的地方在于它所传递的“严谨求实”的学习态度。作者在讲解每一个算法时,都力求从数学原理出发,深入剖析其内在逻辑,并对算法的优缺点、适用范围以及潜在的数值稳定性问题进行详尽的讨论。我记得在学习“特征值和特征向量”部分时,书中不仅介绍了幂法和反幂法,还详细讲解了QR算法,并解释了为什么QR算法在实际中更为常用且效果更好。这种对算法精益求精的追求,让我深刻理解了数值计算的复杂性和挑战性。书中还特别强调了“误差控制”的重要性,并提供了多种实现误差控制的策略。例如,在求解方程组时,书中会讨论如何通过选择合适的方法和进行预处理来减小误差的传播。这种对细节的关注,以及对误差的敬畏之心,对于我们培养严谨的科学态度至关重要。这本书不仅仅是传授知识,更重要的是在培养一种解决问题的思维方式。

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这本书在内容深度和广度上都给我留下了深刻的印象。它不仅仅涵盖了数值分析的核心概念,还触及了许多与实际应用紧密相关的进阶主题。我尤其欣赏书中在讨论“数值积分”和“数值微分”时,能够从不同的角度进行讲解,并给出多种方法的比较。例如,在数值积分方面,除了常见的梯形法则和辛普森法则,书中还介绍了高斯积分,并详细解释了它如何通过改变积分节点和权重来获得更高的精度。这让我明白了并非所有方法都适用于所有情况,需要根据具体的需求进行选择。我同样喜欢书中在讲解“最优化方法”时,不仅介绍了梯度下降法、共轭梯度法等基础算法,还对它们在解决机器学习和工程设计问题中的应用进行了阐述。这种将数值分析的知识与人工智能、工程设计等领域相结合的视角,极大地扩展了我的知识边界,也让我看到了这门学科的广阔前景。

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这本书的语言风格令我印象深刻,它不像一些学术著作那样晦涩难懂,而是采用了一种相对平易近人的方式来阐述复杂的数值方法。即使是一些初学者可能会感到困惑的数学证明,作者也总是会提供直观的解释,或者通过形象的比喻来帮助读者理解其核心思想。我记得在学习求解线性方程组的部分时,书中对于高斯消元法的解释,不仅详细说明了其步骤,还特别强调了“主元选取”的重要性,并解释了为什么这样做可以提高数值稳定性,避免在计算过程中出现过大的误差。这种对细节的关注,以及对“为什么”的深入剖析,对于我这样希望真正掌握知识而非仅仅记住公式的人来说,是极其宝贵的。我尤其欣赏书中在不同章节之间建立的联系。例如,在讨论特征值问题时,作者巧妙地将前面学习到的插值和逼近方法联系起来,展示了幂法和反幂法等算法如何利用这些基础理论来求解。这种网状化的知识结构,让我能够看到不同数值技术之间的内在联系,从而形成一个更全面、更系统的认知。此外,书中对算法效率的分析也十分到位。对于每一种数值方法,作者都会讨论其计算复杂度,以及在不同规模问题下的性能表现,这对于我选择合适的算法来解决实际工程问题提供了重要的参考依据。它不仅仅是一本介绍数值分析概念的书,更是一本教我如何思考、如何解决问题的指南。

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我之所以会被这本书深深吸引,很大程度上是因为它在内容呈现上的独特之处。作者并没有堆砌大量的公式和定理,而是将复杂的数学概念巧妙地融入到一个个生动的故事和实际应用场景中。我举个例子,在讲解最小二乘法时,书中并没有直接给出复杂的矩阵表达式,而是从一个实际的实验数据拟合的例子入手,让我们看到如何通过调整模型的参数来最好地拟合观测数据。这种“问题导向”的学习方式,让我能够迅速理解这些数值方法的实际意义和应用价值,从而激发我进一步学习的动力。我尤其喜欢书中在讲解一些经典算法时,会穿透表面现象,深入到算法的底层逻辑。比如,在介绍龙格-库塔方法求解常微分方程时,它不仅给出了不同阶数的公式,还详细解释了这些公式是如何从泰勒展开的近似推导出来的,以及不同阶数方法在精度和计算量上的权衡。这让我能够理解为什么这些方法有效,而不仅仅是死记硬背。此外,书中还非常注重培养读者的批判性思维。在介绍各种数值方法时,作者都会适当地指出它们的优缺点、适用范围以及潜在的陷阱,这让我知道在实际应用中,没有一种方法是万能的,需要根据具体问题进行选择和调整。这种严谨的态度,对于我们在工程实践中做出明智的决策至关重要。

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这本书给我最大的启发在于,它让我看到了数学理论与工程实践之间那座至关重要的桥梁。作者并没有将数值分析仅仅视为一门纯粹的数学理论,而是将其视为解决实际工程问题的强大工具。我尤其喜欢书中在讲解各种算法时,都会附带一些实际的应用案例,例如在信号处理中的滤波、在优化问题中的梯度下降法等。这让我能够清晰地看到,这些抽象的数学概念是如何在现实世界中发挥作用的。我记得在学习求解常微分方程部分时,书中不仅介绍了欧拉法、改进欧拉法,还详细讲解了四阶龙格-库塔方法,并且展示了这些方法在模拟物理系统(如单摆的运动)时的应用效果。书中还对这些方法的精度和稳定性进行了深入的讨论,让我能够理解在什么情况下选择哪种方法最为合适。这种将理论与实践紧密结合的风格,极大地增强了我学习数值分析的信心和兴趣。它不仅仅是一本教材,更像是一位经验丰富的导师,引导我如何运用数学的力量去解决现实世界中的挑战。

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从一位初学者的角度,我必须说这本书的章节组织和内容循序渐进性做得非常出色。它并没有试图一次性将所有复杂的概念倾倒出来,而是从最基础的误差分析和数制表示开始,逐步引入更高级的主题。我尤其喜欢在讲解迭代法时,作者会先介绍不动点迭代,然后自然地过渡到更强大的牛顿迭代法,并在此过程中详细讲解收敛性的判定条件。这种“由浅入深”的教学模式,让我能够一步步建立起对数值方法的理解,而不会感到 overwhelming。书中在讨论矩阵运算时,也并没有仅仅停留在理论的介绍,而是深入到各种求解线性方程组的方法,如LU分解、QR分解等,并分析了它们在数值稳定性上的差异。我尤其对书中关于“条件数”的讲解印象深刻,它清晰地解释了为什么有些方程组即使系数看起来很“正常”,但仍然难以精确求解,以及如何通过一些技术来缓解这个问题。这种对实际计算中“坑”的预警,对于避免在编程中走弯路非常有帮助。

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阅读这本书的过程,更像是一次与数学智慧的深度对话。作者以其深厚的学识和严谨的治学态度,将数值分析这一看似枯燥的学科,演绎得如此引人入胜。我尤其欣赏书中在介绍一些相对“古老”但依然重要的数值方法时,并没有将其简单地作为历史遗迹来展示,而是深入挖掘它们在现代计算中的价值和局限。例如,在讨论插值时,书中不仅介绍了拉格朗日插值和牛顿插值,还详细探讨了样条插值,特别是三次样条插值在工程曲线设计中的广泛应用。它不仅仅给出了数学公式,更重要的是展示了这些公式背后的思想是如何演进的。我特别喜欢它在讲解数值积分时,将梯形法则、辛普森法则、高斯积分等多种方法并列介绍,并对它们的精度、效率和适用范围进行了详细的比较分析。这让我能够根据不同的积分对象和精度要求,做出最优的选择。书中提供的例子,很多都来源于经典的力学、物理学问题,这使得我能够将所学的数值方法直接应用到我对这些科学领域的理解中,极大地拓宽了我的视野。

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