Using Computers in Mathematics

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出版者:Addison-Wesley Pub (Sd)
作者:Gerald H. Elgarten
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1986-02
价格:USD 38.24
装帧:Hardcover
isbn号码:9780201207934
丛书系列:
图书标签:
  • 数学
  • 计算机应用
  • 计算方法
  • 数值分析
  • 科学计算
  • 高等教育
  • 教材
  • 计算机辅助教学
  • 数学建模
  • 算法
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具体描述

《使用计算机进行数学研究:工具、技巧与应用》 这是一本旨在探索计算机在现代数学研究中扮演关键角色的著作。本书深入剖析了计算机硬件和软件的最新发展如何为数学家们提供了前所未有的强大工具,极大地拓展了数学研究的边界和效率。 本书分为几个主要部分,每个部分都力求详实地阐述计算机在数学不同分支的应用。 第一部分:数学计算的基础 数值分析与算法: 详细介绍计算机如何实现和加速复杂的数值计算。内容涵盖数值积分、微分方程的数值解法(如欧拉法、龙格-库塔法)、线性代数方程组的求解(如高斯消元法、迭代法),以及矩阵运算的效率优化。特别会讨论各种算法的稳定性和精度问题,以及如何选择最适合特定问题的算法。 符号计算: 探讨计算机在进行符号运算方面的强大能力,包括代数运算(多项式展开、因式分解、化简)、微积分(符号积分、符号微分)、方程求解(符号解方程组)以及极限计算。本书会介绍Maple、Mathematica等主流符号计算软件的工作原理和高级用法,并展示如何利用它们处理复杂的解析问题。 数据结构与程序设计: 强调高效程序设计对于处理大规模数学数据的重要性。本书会介绍数组、链表、树、图等基本数据结构,以及它们的应用场景。同时,会深入讲解面向对象编程、函数式编程等现代编程范式,并以Python、C++等常用语言为例,演示如何编写高效、可读性强的数学程序。 第二部分:计算机在数学理论探索中的应用 证明的自动化与辅助: 审视计算机在数学证明方面的贡献。本书将介绍自动定理证明器(ATP)和交互式定理证明器(ITP)的原理和应用,展示它们如何辅助数学家进行形式化证明,发现新的定理,或验证复杂猜想。例如,如何利用HOL Light、Coq等系统进行数学知识的建模和推理。 数值探索与猜想生成: 阐述如何利用计算机进行大规模数值实验,以发现潜在的数学模式和规律,从而生成新的数学猜想。这包括对数论中的素数分布、分形几何中的自相似性、动力系统中混沌行为等现象的计算性探索。本书将提供具体的案例研究,展示如何从原始数据中提取有意义的数学见解。 可视化在数学研究中的作用: 强调数据和抽象概念的视觉化呈现对于理解和交流数学思想的重要性。本书将介绍使用Python的Matplotlib、Plotly,或专门的数学可视化软件(如GeoGebra、Desmos)来绘制函数图形、数据点云、几何结构、抽象空间等。会讨论如何通过有效的可视化来揭示数学对象的内在属性和相互关系。 第三部分:特定数学分支的计算机应用 离散数学与组合学: 介绍计算机在图论、组合计数、算法复杂性分析中的应用。例如,如何使用算法(如Dijkstra算法、Floyd-Warshall算法)解决图相关问题,如何通过编程实现计数策略,以及如何利用软件进行组合对象(如排列、组合)的生成与分析。 拓扑学与几何学: 探讨计算机如何辅助研究拓扑空间、流形、几何结构。内容可能涉及计算机辅助设计(CAD)在几何建模中的应用,计算拓扑学中的同调计算,以及对高维空间的数值模拟。 概率论与统计学: 强调计算机在模拟随机过程、统计推断、机器学习中的核心作用。本书将介绍蒙特卡洛模拟方法,贝叶斯推断的计算技术,以及各种统计建模和数据分析的软件工具。 第四部分:高级主题与未来展望 高性能计算与并行化: 讨论如何利用多核处理器、GPU以及分布式计算系统来加速大规模数学计算。内容涵盖并行算法设计、消息传递接口(MPI)、OpenMP等技术。 数学软件生态系统: 概述当前主流的数学软件库和框架(如NumPy、SciPy、TensorFlow、PyTorch),以及它们在不同计算任务中的协同作用。 新兴领域: 展望量子计算、人工智能对数学研究的潜在影响,以及新型计算模式如何进一步改变数学研究的面貌。 本书的目标读者是所有对利用计算机解决数学问题感兴趣的学者、研究人员、研究生以及高年级本科生。通过对理论的深入讲解和实践应用的详尽展示,本书旨在培养读者独立运用计算机工具解决复杂数学问题的能力,并激发他们在计算数学领域的创新思维。本书不仅传授技术,更注重培养一种融合计算思维与数学洞察力的研究方法。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书对于那些希望深入理解机器学习和人工智能背后数学原理的读者来说,无疑是一本绝佳的读物。我尤其赞赏作者在解释线性代数在机器学习中的应用时,所采取的方法。从向量和矩阵的基本运算,到特征值和特征向量的概念,书中都进行了清晰的阐述,并且将其与PCA(主成分分析)等降维技术相结合。这让我能够理解,为什么这些数学工具如此重要。书中关于概率论和统计学在模型构建中的作用也让我印象深刻,例如贝叶斯定理的解释,以及如何用它来构建分类模型。我以前对机器学习的理解,更多的是停留在“调包”层面,而这本书则让我能够理解“黑箱”背后的数学逻辑。此外,书中对梯度下降等优化算法的介绍,以及它们在神经网络中的应用,也让我茅塞顿开。我开始能够理解,为什么一个模型能够不断地“学习”和“改进”。总而言之,这本书为我提供了一个坚实的数学基础,让我能够更深入地探索机器学习和人工智能的奥秘,并为我未来的研究和开发打下了坚实的基础。

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这本书的封面设计非常吸引人,采用了简洁而富有科技感的蓝绿色调,配以抽象的几何图形,立刻勾勒出“计算与数学”的主题。书名“Using Computers in Mathematics”直接而清晰地传达了核心内容,让我在拿到它的时候就充满了期待。我本身就对数学的逻辑和计算机的强大计算能力结合所能产生的火花非常感兴趣。一直以来,我总是好奇,那些在课本上抽象、难以计算的数学问题,通过计算机的力量,究竟能展现出怎样令人惊叹的景象。这本书的出现,就像是一扇通往新世界的大门,让我迫不及待地想一探究竟。我尤其期待书中能有实际的案例,例如如何利用编程语言来解决微积分中的复杂积分问题,或者如何用计算机模拟概率统计中的随机过程,观察其长期的行为模式。我设想,这本书或许会引导我了解如何构建自己的数学模型,如何可视化复杂的数学函数,从而在更深的层次上理解数学的本质。对于初学者来说,可能会担心过于专业的术语和算法,但我相信一本优秀的入门书籍会循序渐进,从基础的计算概念讲起,逐步深入到更高级的应用。希望这本书能给我带来全新的视角,让我看到数学在现实世界中更广泛的应用,不仅仅是纸面上的理论,更是驱动科技进步的强大引擎。

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这本书对于那些对理论物理和数学建模感兴趣的读者来说,绝对是一笔宝贵的财富。我特别喜欢其中关于常微分方程(ODE)和偏微分方程(PDE)数值求解的部分。作者用清晰的图表和易于理解的语言,解释了欧拉法、龙格-库塔法等经典的数值求解方法,并且展示了如何用计算机来模拟物理系统的演化,例如行星的运动轨迹,或者热量在物体中的传导过程。我曾尝试过用Mathematica来模拟一些简单的物理过程,但总是觉得缺乏理论的支撑。这本书恰好弥补了我的这一不足,它不仅介绍了数值方法,还解释了这些方法背后的数学原理,让我能够理解误差是如何产生的,以及如何通过改进算法来提高精度。书中对随机微分方程(SDE)的介绍也让我眼前一亮,这对于理解布朗运动等随机过程非常有帮助。我开始设想,是否可以利用这些技术来模拟金融市场中的股票价格波动,或者生物系统中基因的随机突变。这本书让我看到了计算机如何将抽象的数学方程转化为可视化的物理现实,这种能力无疑是令人惊叹的。

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这本书的内容,尤其是关于数值分析的部分,让我印象深刻。作者在解释迭代法求解方程时,没有仅仅停留在理论公式的推导,而是结合了具体的例子,比如如何用牛顿法来逼近平方根。通过书中提供的伪代码,我能够清晰地看到算法的每一步是如何进行的,以及计算机是如何一步步地缩小误差,最终得到一个足够精确的近似解。这比我以前仅仅背诵公式要直观得多。我特别欣赏作者在讲解过程中所展现的严谨性,每一个概念的引入都有其历史背景和实际意义,让人能理解为什么会有这样的方法存在。例如,在讨论矩阵运算的计算机实现时,书中不仅给出了基本的矩阵乘法算法,还提及了更优化的算法,如Strassen算法,这让我看到了在计算效率上的不断追求。而且,这本书对编程语言的选择也十分开放,虽然可能侧重于某种语言,但其核心思想是可以迁移到其他语言的。我尝试着将书中的一些算法用Python实现,发现非常容易上手,并且能够快速地看到结果,这极大地增强了我学习的信心。总的来说,这本书为我打开了一扇通往计算数学的大门,让我看到了理论与实践相结合的巨大魅力,也为我今后深入学习算法和数值计算打下了坚实的基础。

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坦白说,这本书的某些章节,特别是关于离散数学在计算机科学中的应用,让我感觉像是穿越到了另一个维度。书中关于图论的讲解,从最基础的节点和边,到各种遍历算法,如深度优先搜索(DFS)和广度优先搜索(BFS),都描述得非常详细。我一直对如何用计算机来解决路径寻找、网络连接等问题感到好奇,而这本书正好满足了我的需求。作者不仅仅是列出算法,更重要的是解释了这些算法背后的逻辑和应用场景。比如,在讲解最短路径算法(如Dijkstra算法)时,书中结合了实际的地图导航问题,让我立刻就能体会到其价值。此外,关于组合数学的部分,比如排列组合的计数原理,书中也用到了计算机模拟的方式来验证,这是一种非常有趣的学习方法。我甚至开始思考,是否可以用这些知识来优化我开发的小游戏中的某些逻辑,比如角色寻路或者资源分配。这本书的优点在于,它并没有将数学知识束之高阁,而是将其与现实世界的计算机应用紧密地联系起来,让我能够看到学习这些知识的直接回报。这种“学以致用”的感觉,让我充满了学习的动力。

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这本书对于那些对数论和密码学感兴趣的读者来说,绝对是一本不容错过的佳作。我一直对密码学的神秘世界充满了好奇,而这本书则为我揭示了其背后深厚的数学根基。书中从最基础的整除、同余等概念开始,循序渐进地介绍了模运算、欧几里得算法等核心概念。我尤其喜欢作者在解释欧几里得算法时,所给出的详细步骤和几何意义的解释。这让我能够理解,为什么这个看似简单的算法能够高效地求解最大公约数。当读到关于素数和素性测试的部分时,我更是被深深吸引。书中介绍了米勒-拉宾素性测试等概率性算法,以及费马小定理等理论,让我对如何区分素数有了更深刻的认识。此外,书中对RSA公钥加密算法的介绍,以及它所依赖的数论原理,也让我大开眼界。我开始能够理解,为什么素数在现代密码学中扮演着如此重要的角色。这本书让我看到了数学的抽象美,以及它如何在现实世界中发挥着至关重要的作用。

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这本书的统计建模部分,是我近年来学习中最具启发性的内容之一。我一直觉得统计学只是关于数据的整理和分析,但这本书让我看到了它更深层的数学含义。书中从概率分布的基本概念入手,例如正态分布、泊松分布等,并详细解释了它们在不同场景下的适用性。我尤其欣赏作者在解释最大似然估计(MLE)和贝叶斯推断时,所采用的清晰易懂的语言和详细的示例。这让我能够理解,为什么我们选择特定的模型来拟合数据,以及如何量化模型的不确定性。书中还介绍了回归分析,从简单的线性回归到多元回归,都进行了深入的讲解。我开始能够利用这些工具来分析我收集到的各种数据,并从中发现隐藏的规律。此外,书中对时间序列分析的介绍,让我能够理解如何预测未来的趋势,这在金融、经济等领域都具有重要的应用价值。这本书为我提供了一个强大的数学框架,让我能够更深入地理解数据,并做出更明智的决策。

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这本书在介绍数据结构和算法时,采取了一种非常独特的视角,将它们与数学原理紧密结合。我一直认为,学习数据结构和算法是为了更好地解决问题,而这本书让我看到了这些问题背后更深层的数学基础。例如,在讲解链表和数组时,书中不仅解释了它们的内存结构和访问效率,还从离散数学的角度分析了它们的性质。当读到关于树结构的部分,特别是二叉搜索树和平衡树时,书中用到了节点数量和树高度之间的数学关系来证明其搜索效率。这让我对算法的复杂性有了更深刻的理解。此外,书中关于排序算法的讨论,从冒泡排序到快速排序,都用到了数学上的复杂度分析,比如O(n^2)和O(n log n)的区分。我以前只是死记硬背这些概念,而现在我能够理解它们是如何推导出来的。这本书还涉及到了图论中的一些算法,比如最小生成树(MST)的Kruskal算法和Prim算法,它们在网络设计和规划中有着广泛的应用。作者的讲解风格非常接地气,即使是复杂的概念,也能用生动形象的比喻来解释,让我感觉学习过程轻松而愉快。

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这本书的数学可视化部分,是我最期待的。我一直对如何将抽象的数学概念以图形化的方式呈现出来感到着迷,因为这不仅有助于理解,更能激发我的创造力。书中对于二维和三维图形的绘制,从简单的线条和曲线,到复杂的曲面和形体,都进行了详尽的介绍。我非常欣赏作者在介绍隐式和显式曲面绘制时,所给出的数学方程和相应的代码示例。这让我能够亲手尝试绘制一些数学艺术品,例如分形图形,如曼德勃罗集和朱利亚集。书中关于几何变换,如平移、旋转和缩放,在计算机图形学中的应用也让我受益匪浅。我开始思考,如何将这些技术应用到我自己的设计项目中,例如创建动态的图表或者交互式的数学模型。此外,书中还介绍了一些高级的可视化技术,比如等值线和等值面的绘制,以及流线图的生成,这对于理解物理场和向量场非常有帮助。这本书就像是一本通往“数学的视觉世界”的指南,让我看到了数学的另一面,一面向充满美感和创造力的一面。

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这本书在介绍计算几何时,提供了一个全新的视角,让我看到了数学在计算机图形学和CAD(计算机辅助设计)等领域的强大应用。我一直对如何用计算机来处理和分析几何形状感到好奇,而这本书正好满足了我的需求。书中从最基础的点的表示和线的方程开始,逐步深入到多边形、多面体以及更复杂的曲面。我对书中关于线段相交检测、点在多边形内的判断等算法的讲解尤为感兴趣。这些算法看似简单,但在实际应用中却至关重要。例如,在游戏开发中,判断玩家是否触碰到障碍物,或者在CAD软件中,检查零件之间是否存在干涉,都需要用到这些技术。此外,书中还介绍了计算凸包、三角剖分等重要概念,以及它们在各种应用场景中的作用。我开始设想,如何将这些知识应用到我正在学习的三维建模软件中,以更高效地创建和编辑模型。这本书让我认识到,计算几何不仅仅是一门理论学科,更是连接数学与现实世界的重要桥梁。

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