Numerical Analysis in Modern Scientific Computing

Numerical Analysis in Modern Scientific Computing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Springer
作者:Peter Deuflhard
出品人:
页数:337
译者:
出版时间:2003-1
价格:745.00元
装帧:Hardcover
isbn号码:9780387954103
丛书系列:
图书标签:
  • 数值分析
  • 科学计算
  • 计算数学
  • 算法
  • 数值方法
  • 现代科学计算
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具体描述

This book introduces the main topics of modern numerical analysis: sequence of linear equations, error analysis, least squares, nonlinear systems, symmetric eigenvalue problems, three-term recursions, interpolation and approximation, large systems and numerical integrations. The presentation draws on geometrical intuition wherever appropriate and is supported by a large number of illustrations, exercises, and examples.

探索现代科学计算的数学基石 本书深入剖析了现代科学计算领域中至关重要的数学方法与算法。随着科学研究和工程实践对计算能力的需求日益增长,高效、精确的数值方法成为了解决复杂问题的关键。本书旨在为读者构建一个坚实的理论框架,并展示这些理论如何在实际计算中得到应用。 核心内容聚焦: 误差分析与稳定性: 任何数值计算都伴随着误差。本书将详细阐述不同类型的误差(截断误差、舍入误差)如何产生,以及如何通过严谨的误差分析来量化和控制它们。我们将探讨算法的稳定性概念,理解为何一个看似合理的算法在实际计算中可能表现出灾难性的不稳定性,并介绍提高数值算法稳定性的关键策略,这对于确保计算结果的可靠性至关重要。 线性方程组的求解: 线性方程组是科学计算中最常见的问题之一。本书将系统介绍直接法(如高斯消元法、LU分解)和迭代法(如雅可比法、高斯-赛德尔法、共轭梯度法)的原理、优缺点及适用范围。我们将深入分析这些方法的计算复杂度、收敛性,并讨论如何通过预条件技术来加速迭代法的收敛速度。 非线性方程组的求解: 许多科学和工程问题归结为求解非线性方程组。本书将重点介绍根追踪方法,包括二分法、牛顿法及其变种(如割线法、拟牛顿法)。我们将深入探讨这些方法的收敛阶,分析收敛速度的影响因素,并讨论在多维情况下的挑战和解决方案。 插值与逼近: 在数据分析和模型建立中,插值和逼近起着核心作用。本书将介绍多项式插值(如拉格朗日插值、牛顿插值)的理论,并深入分析龙格现象等插值病的根源。我们还将探讨样条插值,特别是三次样条,它们因其良好的局部性和平滑性而在实际应用中广泛使用。此外,本书还将涵盖函数逼近,如最小二乘逼近,用以在给定数据集上找到最佳的函数模型。 数值积分与微分: 许多物理过程的描述依赖于积分和微分方程。本书将详细介绍数值积分(求积)技术,包括牛顿-柯特斯公式(梯形法则、辛普森法则)以及高斯求积。我们将分析不同求积公式的精度和稳定性。对于微分方程的数值解,我们将重点介绍常微分方程(ODE)的初值问题和边值问题。初值问题方面,将涵盖显式和隐式欧拉法、改进欧拉法、龙格-库塔法等,并讨论它们各自的收敛性和稳定性。边值问题方面,将介绍打靶法和有限差分法。 特征值问题: 在许多领域,求解矩阵的特征值和特征向量是关键任务,例如振动分析、稳定性分析和主成分分析。本书将介绍求解特征值问题的经典方法,如幂法、反幂法、QR算法等,并分析它们的收敛性和计算效率。 现代计算技术与应用: 除了核心的数值算法,本书还将触及现代科学计算中的一些重要议题。这包括快速傅里叶变换(FFT)在信号处理和数据分析中的应用,以及一些初步的并行计算思想,介绍如何在多核处理器或集群环境中加速计算。此外,本书还将简要介绍优化方法,如梯度下降法及其变种,它们在机器学习和数据科学中扮演着重要角色。 本书的特点: 理论严谨与实践结合: 本书在介绍数学原理的同时,注重与实际计算问题相结合。我们将通过具体的例子和计算场景来阐释算法的有效性。 清晰的讲解与循序渐进的结构: 内容组织逻辑清晰,从基础概念逐步深入到高级主题,适合具有一定数学基础的本科生、研究生以及从事科学计算的工程师和研究人员。 强调理解与应用: 目标是让读者不仅掌握算法的“怎么做”,更能理解“为什么这么做”,并能根据具体问题选择和改进合适的数值方法。 本书将为读者提供一套强大的工具箱,使他们能够自信地应对现代科学和工程研究中遇到的各种计算挑战。通过掌握这些数值分析的基础,读者将能够更深入地理解复杂系统的行为,并设计出更高效、更可靠的计算解决方案。

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读后感

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我在处理一些涉及概率和统计的问题时,常常需要对复杂的积分进行数值计算,或者通过模拟来估计某些量的值。然而,很多时候,这些积分的解析解难以获得,或者模拟的收敛速度非常慢,这极大地限制了我研究的深度和广度。 《Numerical Analysis in Modern Scientific Computing》这本书的书名,对我来说充满了吸引力,因为我相信它会为我提供解决这些问题的关键工具。我特别希望能在这本书中找到关于蒙特卡洛方法的深入介绍,包括不同类型的抽样技术、方差缩减技术,以及如何应用蒙特卡洛方法来评估高维积分和进行统计推断。同时,我也对数值积分的各种方法感兴趣,例如梯形法则、辛普森法则以及更高级的Gauss积分,并希望了解它们在不同场景下的适用性。

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在我的科研工作中,经常需要处理特征值和特征向量的计算,尤其是在量子力学、振动分析以及机器学习等领域。传统的求解方法在处理大型稀疏矩阵时效率低下,而且容易受到病态问题的影响,导致计算结果不准确。 《Numerical Analysis in Modern Scientific Computing》这本书的名字,让我看到了希望。我期待它能详细介绍现代的特征值计算方法,特别是针对大型和稀疏矩阵的算法,例如Lanczos方法和Arnoldi方法,以及它们在实际应用中的表现。我希望能够理解这些算法的原理,包括如何通过迭代的方式逼近所需的特征值和特征向量,以及如何处理特征值的分布和收敛性问题。

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随着数据量的爆炸式增长,如何有效地处理和分析海量数据成为了现代科学计算的关键挑战。这不仅包括了数据的存储和访问,更重要的是如何从中提取有用的信息,并构建能够描述数据背后规律的模型。 《Numerical Analysis in Modern Scientific Computing》这本书的书名,正好契合了我在数据科学领域的探索需求。我非常希望它能够深入探讨与数据分析相关的数值算法,例如主成分分析(PCA)、奇异值分解(SVD)以及各种降维技术。我期待书中能详细解释这些方法的数学基础,以及它们在数据预处理、特征提取和模型构建中的实际应用。

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自从我开始涉足一些需要处理大量数据的科学研究项目后,对数据拟合和模型优化的需求就变得异常迫切。在一次数据分析的实践中,我发现简单的线性回归模型往往不足以捕捉数据中复杂的非线性关系,而尝试使用更复杂的模型时,却又陷入了参数估计的困境。这时,我意识到自己对数值优化和逼近理论的理解还远远不够。 《Numerical Analysis in Modern Scientific Computing》这本书的名字,对我来说就像是为我指明了方向的灯塔。我非常期待它能为我揭示那些能够高效准确地拟合各种复杂数据的数值方法。具体来说,我希望它能详细介绍非线性回归中的迭代算法,比如Levenberg-Marquardt算法,并解释其背后的数学原理和收敛性条件。同时,我也对插值和逼近理论感兴趣,希望了解如何在离散的数据点之间构建光滑且具有良好性质的函数,例如样条插值,以及如何通过多项式逼近来近似复杂的函数。

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这本书的名字叫《Numerical Analysis in Modern Scientific Computing》,这本书确实是我近期在科学计算领域探索过程中遇到的一个非常重要且内容详实的宝库。我之所以选择它,很大程度上是因为我在日常的科研工作中,经常会遇到需要精确数值计算的场景,从复杂的物理模型仿真到金融市场风险评估,再到生物医学信号处理,几乎所有领域都离不开数值分析的支撑。我常常感到,虽然掌握了各种编程语言和软件库,但如果对底层的数值算法缺乏深刻的理解,就如同驾驶一辆高速跑车却不明白发动机的工作原理,遇到问题时会束手无策,或者只能依赖“黑箱”式的工具,无法进行有效的优化和创新。 这本书的书名直接点明了它的核心内容,即“现代科学计算中的数值分析”。这让我对它充满了期待,因为“现代”这个词暗示了它不仅仅会涵盖那些经典的数值方法,例如高斯消元法、牛顿迭代法等,更重要的是会深入探讨在当前计算能力飞速发展、问题规模日益庞大、算法复杂度不断增加的背景下,所涌现出的新型、高效、鲁棒的数值技术。我特别希望能够在这本书中找到关于大规模线性方程组求解的最新进展,比如迭代法中的预条件技术,以及谱方法、多网格方法等高级技术的介绍。

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随着计算能力的指数级增长,许多曾经被认为难以解决的复杂计算问题,如今已经触手可及。然而,随之而来的挑战是,如何设计和实现更高效、更鲁棒的数值算法,以充分利用现代计算架构的潜力。这包括了对并行计算、GPU加速以及分布式计算的考量。 《Numerical Analysis in Modern Scientific Computing》这本书的书名,正是我目前最迫切需要的信息。我非常期待它能够深入探讨如何将数值方法与现代计算技术相结合,例如如何实现并行化的矩阵运算,或者如何利用GPU进行大规模的数值模拟。我希望书中能有关于快速傅里叶变换(FFT)的并行实现、稀疏矩阵的存储和求解的优化技术,以及如何利用多核处理器和分布式系统来加速科学计算的策略。

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在进行科学研究时,一个经常让我感到头疼的问题是,如何准确地评估数值算法的误差,并控制这些误差在可接受的范围内。特别是在处理一些不稳定或病态问题时,即使是很小的数值误差也可能被放大,导致最终结果严重偏离真实值。 《Numerical Analysis in Modern Scientific Computing》这本书的书名,恰好点出了我在这方面的需求。我非常希望它能够系统地介绍各种数值误差的来源,例如截断误差、舍入误差以及传播误差,并提供有效的误差估计和控制方法。我期待书中能有关于条件数、稳定性分析的详细讲解,以及如何选择合适的算法和精度来保证计算的可靠性。

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在许多科学和工程领域,我们经常需要模拟动态系统的演变过程,例如物理粒子的运动、化学反应的进程或者金融市场的波动。这些动态系统通常由常微分方程(ODEs)来描述,而这些方程往往没有解析解,只能通过数值方法来求解。 《Numerical Analysis in Modern Scientific Computing》这本书的书名,正好揭示了我在这方面的迫切需求。我非常希望它能够系统地介绍求解常微分方程组的各种数值方法,包括欧拉方法、Runge-Kutta方法以及多步法等。我期待书中能够详细讲解这些方法的原理、精度和稳定性,并提供如何在实际应用中选择最适合的方法的指导。

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在我的专业领域,我们经常需要解决偏微分方程(PDEs)来描述物理现象,比如流体动力学、热传导以及电磁场的行为。长期以来,我一直依赖一些现有的数值求解器,但当我遇到一些边界条件异常复杂或者需要极高精度的问题时,往往会感到力不从心。我意识到,对PDEs数值解法的深入理解,是突破这些瓶颈的关键。 因此,《Numerical Analysis in Modern Scientific Computing》这本书的书名让我眼前一亮。我非常希望它能够详细地介绍各种主流的PDEs数值离散方法,例如有限差分法(FDM)、有限元法(FEM)和有限体积法(FVM),并对它们的优缺点、适用范围进行深入的比较分析。我尤其关注这些方法在处理复杂几何形状和不规则网格时的表现,以及如何通过提高精度(例如使用高阶差分格式或高阶基函数)来克服数值误差。

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在进行科学研究时,优化一个目标函数,使其达到最大值或最小值,是一个非常常见的任务。然而,很多时候,目标函数可能非常复杂,甚至不连续或不可微,这使得传统的解析方法失效。 《Numerical Analysis in Modern Scientific Computing》这本书的书名,让我对接下来的学习充满了期待。我非常希望它能涵盖广泛的数值优化技术,从基本的梯度下降法到更复杂的牛顿法、拟牛顿法,再到针对非凸优化问题的全局优化算法。我期待书中能详细解释这些算法的收敛性条件,以及它们在处理不同类型优化问题时的优劣势。

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