Computer Systems That Learn

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出版者:Morgan Kaufmann
作者:Sholom M. Weiss
出品人:
页数:223
译者:
出版时间:1990-10-15
价格:USD 64.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9781558600652
丛书系列:
图书标签:
  • 机器学习
  • machinelearning
  • Machine Learning
  • Artificial Intelligence
  • Computer Science
  • Systems Programming
  • Algorithms
  • Data Science
  • Pattern Recognition
  • Neural Networks
  • Deep Learning
  • Computational Intelligence
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具体描述

This book is a practical guide to classification learning systems and their applications. These computer programs learn from sample data and make predictions for new cases, sometimes exceeding the performance of humans.

Practical learning systems from statistical pattern recognition, neural networks, and machine learning are presented. The authors examine prominent methods from each area, using an engineering approach and taking the practitioner's viewpoint. Intuitive explanations with a minimum of mathematics make the material accessible to anyone--regardless of experience or special interests.

The underlying concepts of the learning methods are discussed with fully worked-out examples: their strengths and weaknesses, and the estimation of their future performance on specific applications. Throughout, the authors offer their own recommendations for selecting and applying learning methods such as linear discriminants, back-propagation neural networks, or decision trees. Learning systems are then contrasted with their rule-based counterparts from expert systems.

数字世界的基石:现代计算机系统架构与设计深度解析 本书并非聚焦于人工智能的特定算法或应用,而是深入探讨支撑所有现代计算,包括未来学习系统在内,其底层硬件、软件接口以及操作系统层面的核心原理与实践。 在信息技术飞速发展的今天,我们日常所接触的从智能手机到超级计算机的每一个数字交互,都依赖于一套复杂且精妙的计算机系统架构。本书旨在为读者提供一个全面、深入的视角,去理解驱动这些系统的“引擎”是如何被设计、构建和优化的。我们相信,只有透彻理解系统的基础构造,才能真正掌握其上层应用的潜力与局限。 第一部分:从硅片到指令——底层硬件与指令集架构(ISA) 本部分是理解整个计算过程的起点。我们将从半导体物理的宏观视角切入,逐步深入到晶体管、逻辑门的设计,最终构建出中央处理器(CPU)的核心。 1.1 处理器设计核心:流水线、超标量与乱序执行 现代高性能处理器依赖于复杂的流水线技术来提高吞吐量。本书将详尽阐述如何通过多级流水线(如取指、译码、执行、访存、写回)来并行处理指令。我们将深入剖析超标量架构的实现机制,以及如何通过寄存器重命名和保留站(Reservation Station)等技术实现指令级并行(ILP)和乱序执行(Out-of-Order Execution)。读者将理解,性能的提升并非仅仅依赖于时钟频率,更在于调度和资源分配的智慧。 1.2 指令集架构(ISA)的权衡 指令集是硬件与软件之间的契约。本书对比分析了精简指令集计算机(RISC,如ARM、RISC-V)和复杂指令集计算机(CISC,如x86)的设计哲学。我们将探讨定点与浮点运算单元(FPU)的设计,向量处理单元(如SIMD扩展)如何为大规模并行计算奠定基础,以及系统如何通过特权级(Privilege Levels)和模式切换来保证操作系统的安全运行。 1.3 存储器的层次结构与性能优化 内存延迟是现代系统面临的最大瓶颈之一。本章将细致考察CPU缓存系统的设计:L1、L2、L3缓存的容量、延迟、关联性策略(直接映射、全相联、组相联)的优劣。我们将探讨缓存一致性协议(Cache Coherence Protocols),例如MESI协议,如何在多核环境中确保数据的一致性,以及如何通过预取(Prefetching)技术来预测程序的内存访问模式,从而掩盖访存延迟。 第二部分:系统的脉络——操作系统(OS)的核心功能 操作系统是管理硬件资源、为应用提供服务的核心软件层。本书将重点放在那些影响系统整体性能和可靠性的关键机制上。 2.1 进程、线程与并发模型 理解操作系统如何抽象出“进程”和“线程”至关重要。我们将详细阐述上下文切换(Context Switching)的开销与优化,以及内核如何通过调度算法(如时间片轮转、优先级调度、完全公平调度CFS)来公平有效地分配CPU时间。并发编程中的同步原语(如互斥锁、信号量、条件变量)的底层实现原理,以及它们如何在高并发场景下引发死锁和竞态条件,都将是深入探讨的主题。 2.2 内存管理单元(MMU)与虚拟内存 虚拟内存是现代操作系统的基石,它为每个进程提供了一个私有、连续的地址空间。本书将解析内存管理单元(MMU)的工作机制,包括页表(Page Table)的结构、多级页表的实现,以及如何利用转换后援缓冲区(TLB)来加速地址翻译。此外,我们将讨论页面置换算法(如LRU、FIFO)以及内存映射(mmap)的工作原理,这些机制直接决定了应用对内存资源的利用效率。 2.3 I/O系统与设备驱动程序 系统性能往往受限于慢速的外设。本部分将讲解I/O子系统的设计哲学,包括中断处理机制和直接内存访问(DMA)如何允许设备在不占用CPU的情况下进行数据传输。我们会审视阻塞与非阻塞I/O、异步I/O(AIO)的不同范式,以及现代高性能网络协议栈(如TCP/IP)在内核中的实现,为理解数据如何在系统中高效流动打下基础。 第三部分:构建健壮的平台——系统软件与虚拟化 在现代云基础设施中,资源的隔离、共享和高效利用是核心要求。本部分关注那些将底层硬件转化为可编程、可伸缩平台的关键技术。 3.1 编译、链接与运行时环境 应用程序从源代码到可执行文件的过程,涉及预处理、编译、汇编和链接等多个阶段。我们将分析编译器如何进行代码优化(如循环展开、常量折叠),以及动态链接库(DLL/Shared Objects)的加载和解析机制,这直接影响了应用的启动时间和内存占用。 3.2 硬件辅助的资源隔离:系统虚拟化 虚拟化技术(如KVM, Xen, VMware)通过Hypervisor在硬件上创建多个逻辑隔离的计算环境。本书将详细解释硬件虚拟化(如Intel VT-x或AMD-V)如何辅助Hypervisor拦截敏感指令,以及影子页表(Shadow Paging)和EPT/RVI等技术如何实现高效的地址翻译和内存虚拟化,确保客户机操作系统能以接近原生的性能运行。 3.3 分布式系统的基础网络拓扑与容错 虽然本书不侧重分布式算法,但我们必须理解底层网络的物理和逻辑结构。我们将考察网络接口卡(NIC)的工作原理,高速互连技术(如PCIe和InfiniBand)的特性,以及系统如何在硬件和软件层面实现基本的容错(Fault Tolerance)机制,确保关键服务的不间断运行。 总结:系统思维的培养 《数字世界的基石:现代计算机系统架构与设计深度解析》旨在培养读者“系统思维”——一种理解复杂计算任务如何分解、映射并高效执行于底层硬件的能力。掌握这些原理,无论未来计算范式如何演变,都能帮助构建更快速、更可靠、更具洞察力的数字解决方案。本书适合计算机科学专业学生、系统工程师、编译器开发者以及任何希望超越应用层,深入了解现代计算设备“黑箱”内部运作的专业人士。

作者简介

Sholom M. Weiss is a professor of computer science at Rutgers University and the author of dozens of research papers on data mining and knowledge-based systems. He is a fellow of the American Association for Artificial Intelligence, serves on numerous editorial boards of scientific journals, and has consulted widely on the commercial application of advanced data mining techniques. He is the author, with Casimir Kulikowski, of Computer Systems That Learn: Classification and Prediction Methods from Statistics, Neural Nets, Machine Learning, and Expert Systems, which is also available from Morgan Kaufmann Publishers.

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的叙事节奏把握得非常精妙,它不像某些技术书籍那样冷峻刻板,反而充满了对技术演进历史的温情回顾与批判性审视。我最喜欢的部分是作者如何巧妙地将那些改变了计算面貌的关键人物和他们的思想融入到对复杂系统的讲解之中。例如,在讨论操作系统内核设计时,穿插讲述了早期分时系统的哲学争论,这使得枯燥的机制描述瞬间变得有血有肉,充满了人性的光辉与智慧的碰撞。这种讲故事的能力,让原本可能让人望而却步的底层细节变得引人入胜。它引导我思考,技术决策并非总是纯粹的工程最优解,往往承载着设计者对效率、公平和安全的不同价值取向。行文间那种对“为什么是这样,而不是那样”的深入挖掘,极大地提升了阅读体验,让我不仅仅是在“学习知识点”,更是在参与一场关于系统设计的历史对话。这绝非一本普通的教科书,它更像是一部系统科学的编年史,充满了人文关怀。

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从装帧和排版的角度来看,这本书的制作水准也值得称赞。厚实的纸张、清晰易读的字体,以及最重要的——那些复杂图表的完美呈现,都体现了出版方对读者的尊重。在阅读涉及系统架构图和数据流分析的章节时,如果图表模糊不清或层次混乱,极易导致理解偏差。但这本书在这方面做得无可挑剔,复杂的模块划分、数据流向箭头,都处理得干净利落,极大地降低了阅读疲劳感。此外,书后的索引制作得非常详尽,对于需要快速回查特定术语或概念的读者来说,无疑是一大福音。一本好书,不仅内容要充实,其载体本身也应当服务于内容的有效传递。这本书在这方面无疑是教科书级别的范例,每一个细节都体现了对知识的珍视和对读者体验的重视,让我非常愿意将其作为案头工具书长期保留和参考。

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这本书最大的优点在于其前瞻性和跨学科视野的融合。它并没有仅仅停留在传统的计算机科学领域,而是大胆地将神经科学中对信息处理的理解,以及信息论中的熵增和压缩原理,巧妙地融入到对现代数据处理架构的解读之中。这种将不同学科的理论融会贯通的能力,使得书中对“智能系统”的探讨不再是空泛的口号,而是建立在可量化的信息处理模型之上的。例如,书中对高维特征向量空间的处理,就清晰地映射到了人脑皮层的信息编码方式,这让我看到了不同领域间思维模型的共通之处。它不仅仅是在描述“现在能做什么”,更是在引导读者思考“未来应该如何构建更高效的信息处理单元”。这种超越学科壁垒的综合性视角,让我深刻体会到,真正的系统创新往往发生在知识的交界地带。这本书为我打开了一扇通往交叉学科研究的大门,其启发性远超我对一本专注于计算系统的书籍的预期。

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坦率地说,这本书的数学推导和形式化描述部分极具挑战性。它毫不避讳地采用了严格的理论工具来论证其观点,这对于那些期望快速掌握“如何做”的读者来说,可能会是一个小小的门槛。然而,一旦你愿意投入时间去啃下这些硬骨头,你会发现其回报是巨大的。作者在证明复杂算法效率或系统一致性时所展现出的严谨性,是建立在深厚理论基础之上的,这确保了书中所述的每一个结论都站得住脚。特别是关于分布式一致性协议的部分,作者用非常清晰的图示和定理,拆解了Paxos和Raft的内部机制,这比我以往在网上看到的任何教程都要透彻得多。我不得不承认,我花了比预期多一倍的时间来消化这些章节,但正是这种“慢阅读”的过程,让我真正理解了那些看似玄妙的保证是如何在机器的混沌中被精心构造出来的。它教会了我,真正的工程智慧,必须有坚实的数学逻辑来支撑。

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这本书的深度和广度都让我感到惊叹。作者在构建现代计算系统基础架构的叙事时,展现出了无与伦比的洞察力。它不仅仅是对现有技术的简单罗列,更像是一次对未来计算范式的预见性探索。我特别欣赏其中对于硬件层面的精细剖析,从冯·诺依曼瓶颈到量子计算的初步设想,每一个章节都像是为初学者搭建了一个坚实的知识阶梯,但同时又不失对资深工程师的挑战性。阅读过程中,我多次停下来,回溯前文,试图完全消化其中关于并行处理和内存层次结构的复杂交互。书中对能效比的关注,尤其是在数据中心规模下的讨论,非常贴合当前科技界的核心议题,它没有回避技术实现中的权衡取舍,而是坦诚地展示了不同设计哲学之间的张力。这本书的论述结构清晰,逻辑链条严密,它成功地将抽象的理论概念转化为读者可以直观理解的系统图景,这在技术专著中是难能可贵的品质。读完合上书本时,我感觉自己对“计算”这个看似熟悉的概念,有了焕然一新的、更加本质性的理解。

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