Classical Fortran

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出版者:
作者:Kupferschmid, Michael
出品人:
页数:562
译者:
出版时间:
价格:718.00 元
装帧:
isbn号码:9781420059076
丛书系列:
图书标签:
  • Computer_Science
  • Fortran
  • 经典Fortran
  • 编程
  • 计算机科学
  • 数值计算
  • 科学计算
  • 算法
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具体描述

现代计算技术基础与应用:从理论建模到高效编程实践 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入的现代计算技术基础与应用框架,覆盖从底层理论模型构建到前沿应用实践的广阔领域。它并非一本特定编程语言的参考手册,而是侧重于传授解决复杂科学与工程问题的核心计算思维、算法设计原理以及高效程序实现的通用方法论。全书结构严谨,逻辑清晰,旨在培养读者独立分析问题、选择恰当工具并构建健壮、可扩展计算解决方案的能力。 第一部分:计算科学的基石与模型构建 本部分聚焦于将现实世界问题转化为可计算模型的数学与逻辑基础。 第一章:问题的抽象与离散化 本章深入探讨了如何从连续的物理现象或复杂的商业流程中提取核心要素,并将其转化为计算机可以处理的离散化模型。我们讨论了数学建模的层次结构,包括状态空间表示、输入/输出的定义以及不确定性在模型中的初步体现。重点解析了模型的简化原则——如何在保持核心物理或逻辑不变性的前提下,有效降低模型的计算复杂度。内容涵盖了基础的微分方程组(ODE/PDE)的物理背景,以及如何选择合适的边界条件和初始条件来确保模型的可解性与唯一性。 第二章:数值方法导论与稳定性分析 精确的数学模型往往难以求得解析解,本章着重于介绍求解这类问题的核心数值算法。我们详细讲解了插值与拟合技术(如样条插值、最小二乘法),这些是数据驱动模型构建的基础。随后,深入探讨了求解代数方程组和特征值问题的迭代方法,如雅可比法、高斯-赛德尔法、以及更高效的共轭梯度法(CG)。 算法的鲁棒性是计算科学的生命线。本章用大量篇幅分析了数值误差的来源,包括截断误差和舍入误差。通过构造具体的数值算例,我们展示了病态问题(Ill-Conditioned Problems)的危害,并介绍了条件数分析、舒尔补(Schur Complement)等技术,帮助读者在算法选择阶段就预见并规避潜在的数值不稳定风险。 第三章:离散化技术与有限元基础 针对需要模拟连续物理场(如流体、热传导、结构力学)的问题,本章详细介绍了空间离散化的主流技术。我们首先构建了有限差分法(FDM)的理论框架,通过简单的一维传热问题,展示了如何将偏微分方程转化为代数方程组。 随后,本书将重点引入更具通用性的有限元方法(FEM)。我们解释了变分原理(如伽辽金法)在FEM中的核心作用,讨论了基函数(Shape Functions)的选择、网格划分的策略(如网格自适应与局部加密),以及如何构建全局刚度矩阵和载荷向量。本章的实践部分侧重于非结构化网格下的数据结构设计,为后续的高性能并行计算打下基础。 第二部分:高效算法设计与程序实现 本部分从软件工程的角度审视计算过程,强调算法的效率、代码的清晰度以及并行计算的优化。 第四章:高级数据结构与内存管理 高效的计算依赖于对硬件架构的理解。本章超越了传统的数据结构课程,重点关注计算密集型应用中的内存访问模式。我们分析了计算机内存层级结构(缓存、主存、磁盘)对算法性能的影响。 详细讲解了稀疏矩阵的存储格式,如坐标列表(COO)、压缩行存储(CSR)和压缩列存储(CSC),并分析了不同格式在矩阵向量乘法(SpMV)和矩阵分解操作中的性能差异。此外,本章还讨论了动态内存分配的效率瓶颈,引入了内存池(Memory Pooling)和对象生命周期管理的技术,以减少系统调用开销。 第五章:并行计算范式与性能优化 现代高性能计算(HPC)的核心在于并行化。本章系统地介绍了主要的并行计算模型。首先阐述了SIMD(单指令多数据)和向量化指令集(如SSE/AVX)对循环优化和数据局部性的影响。 接着,本书深入讲解了基于共享内存和分布式内存的编程模型。对于共享内存,我们探讨了OpenMP等标准下的线程同步机制、数据竞争的避免、以及如何使用临界区、原子操作和屏障来确保并行执行的正确性。对于分布式内存,详细介绍了消息传递接口(MPI)的基本通信原语(点对点、集合通信),并重点分析了拓扑感知型通信策略和非阻塞通信的应用,以最大化计算单元间的重叠效率。 第六章:软件工程与可维护性 一个复杂的计算模型需要健壮的软件来承载。本章关注于构建专业级科学计算代码的最佳实践。我们强调了模块化设计的重要性,讨论了如何通过清晰的接口(API)分离算法核心与I/O、可视化等周边功能。 内容包括:单元测试(Unit Testing)在数值算法验证中的应用、如何使用版本控制系统(如Git)进行协作开发、以及代码文档化(Documentation)的标准。本章特别强调了“可重现性”(Reproducibility)的实践,指导读者如何记录环境配置、随机数种子和输入数据,确保任何时间点都能精确重现任何一次计算结果。 第三部分:专业领域的应用案例分析 本部分通过具体的工程和科学案例,展示前述理论与方法的综合应用。 第七章:时间演化系统的模拟与预测 本章聚焦于动态系统的模拟,特别是涉及时间步进方法的应用。我们对比了显式、隐式和Crank-Nicolson等时间积分格式在稳定性和精度上的权衡。以非线性振动问题为例,演示了如何选择合适的积分步长以满足CFL(Courant–Friedrichs–Lewy)条件,并探讨了在求解大型非线性系统时采用的迭代求解器(如牛顿法或修正牛顿法)。 第八章:大规模优化问题的求解 优化是连接科学预测与工程决策的关键桥梁。本章侧重于大规模、高维优化问题的求解。我们区分了有约束和无约束优化,并详细介绍了梯度下降法、拟牛顿法(BFGS)和内点法(Interior-Point Methods)的工作原理及其在工程设计中的应用。对于涉及随机性的优化问题,我们引入了蒙特卡洛方法和准蒙特卡洛序列,用以评估和优化目标函数的期望值。 第九章:现代数据处理与科学可视化 计算的最终目标是洞察。本章探讨了如何将复杂的计算结果转化为易于理解的视觉信息。内容涵盖了从原始网格数据到渲染图像的整个流程,包括体绘制(Volume Rendering)、等值面提取(Isosurfaces)以及流线/迹线分析。本章还涉及数据压缩技术在存储TB级模拟数据时的应用,确保数据传输和访问的高效性。 本书的读者对象是具备一定数学和基础编程知识的本科高年级学生、研究生、以及希望系统提升其计算技能的工程师和研究人员。它提供了一个坚实的平台,使读者能够自信地面对和解决21世纪科学与工程领域中最具挑战性的计算难题。

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读后感

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用户评价

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翻开《Classical Fortran》,我仿佛进入了一个由逻辑和符号构成的严谨世界。这本书的讲解风格非常独特,它不像现代编程书籍那样追求简洁和易懂,而是带着一种历史的厚重感,细致地剖析 Fortran 语言的每一个角落。我特别喜欢书中关于 Fortran 语言的错误检测和诊断机制的介绍,作者详细阐述了 Fortran 编译器是如何对代码进行静态分析,以及在运行时如何捕获和报告错误,并提供了大量关于如何理解和处理这些错误的实用建议。这让我对编写健壮的 Fortran 程序有了更深的认识。书中还包含了一些关于 Fortran 语言在特定硬件平台上的优化技巧,以及如何利用 Fortran 的特性来编写能够充分发挥硬件性能的代码。这些内容对于我理解程序性能的深层原因,以及如何进行底层优化非常有帮助。总而言之,这本书让我看到了 Fortran 语言在工程和科学计算领域所展现出的强大生命力,以及它对程序质量和性能的极致追求。

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这本《Classical Fortran》的书籍,在我看来,与其说是一本技术手册,不如说是一部穿越时空的编程语言史诗。它不仅仅是罗列语法、讲解函数,更是在字里行间流淌着那个年代程序员的智慧和一丝不苟的精神。翻开这本书,我仿佛置身于一个充满机械键盘敲击声和调试灯闪烁的实验室,空气中弥漫着代码的味道。作者的叙述方式非常独特,不像很多现代编程书籍那样直白地告诉你“怎么做”,而是通过大量的实例,让你“体会”到代码的逻辑是如何一步步构建起来的。尤其是它对 Fortran 语言早期发展历程的梳理,那种从无到有的探索精神,以及为了解决实际科学计算问题而诞生的创造力,都让我深感震撼。书中对一些经典算法的 Fortran 实现,其精妙之处令人叹为观止,即便放在今天,也依然闪耀着智慧的光芒。对于我这样一个对计算机科学历史充满好奇的人来说,这本书提供了宝贵的视角,让我能够更深刻地理解 Fortran 语言在科学计算领域奠定的基石地位,以及它对后来的编程语言产生的深远影响。它让我明白,编程不仅仅是写代码,更是一种解决问题的艺术,一种逻辑思维的表达。这本书的每一页都承载着历史的重量,也充满了前辈的智慧,值得反复品读和揣摩。

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《Classical Fortran》这本书,让我体会到了一种“匠心”的魅力。作者在讲解 Fortran 语言的各个方面时,都显得尤为投入和细致,仿佛是在雕琢一件艺术品。我特别欣赏书中关于 Fortran 语言的命名约定和代码风格的讨论,虽然这些内容可能在一些人看来是次要的,但作者却认为它们对于程序的长期可维护性和团队协作至关重要,并提供了一套行之有效的实践建议。这让我看到了作者在技术之外的深层思考。书中还包含了一些关于 Fortran 语言在不同版本之间的兼容性和演进历史的介绍,这让我能够更好地理解 Fortran 语言的由来和发展脉络。阅读这本书,我不仅学到了 Fortran 的技术知识,更从中体会到了作者对编程语言的热爱和对代码质量的执着。它让我明白,真正的学习不仅仅是掌握知识,更是理解知识背后的理念和精神。

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在我看来,《Classical Fortran》这本书,与其说是一本技术教程,不如说是一本关于“严谨”的教科书。作者在讲解 Fortran 语言的每一个概念时,都力求做到滴水不漏,逻辑清晰。我印象特别深刻的是书中关于 Fortran 语言的参数传递机制的阐述,作者详细区分了值传递和引用传递(虽然 Fortran 的实现方式有所不同),并结合实际代码展示了它们在程序执行过程中的区别,以及可能带来的副作用。这对于我理解函数调用和数据共享至关重要。书中还花费了大量的篇幅来介绍 Fortran 语言在数组处理方面的强大功能,从一维数组到多维数组,从数组的声明、初始化,到复杂的数组切片和索引操作,都进行了详尽的讲解和大量的示例。这让我深刻体会到 Fortran 语言在科学计算领域之所以能够占据重要地位,与其高效的数据处理能力密不可分。阅读这本书,让我对编程的严谨性有了更深刻的认识,也让我更加注重代码的可读性、可维护性和潜在的错误处理。

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《Classical Fortran》这本书,带给我的,是一种对“根源”的追溯与理解。它不仅仅是关于 Fortran 语言的语法和特性,更是在描绘一个时代的编程图景。作者在书中对 Fortran 语言在早期科学计算领域的应用进行了大量的回顾,并引用了一些经典的研究论文和项目,展示了 Fortran 如何被用来解决当时最前沿的科学难题。我特别欣赏书中对 Fortran 语言在数学建模和仿真方面的强大能力进行的技术性解读,它详细介绍了 Fortran 如何通过其丰富的数学函数库和高效的数值运算能力,成为科学家和工程师的得力助手。书中提供的许多代码片段,虽然年代久远,但其解决问题的思路和代码的精炼程度,至今仍具有学习价值。阅读这本书,就像是在翻阅一本科学史的文献,我不仅学会了 Fortran 的知识,更感受到了这门语言所承载的科学精神和创新活力。它让我明白,编程语言的发展并非空中楼阁,而是与人类对科学的探索紧密相连。

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《Classical Fortran》带给我的,是一种沉静而深邃的学习体验。它并非那种能够让你立刻上手、编写出炫酷应用的速成指南,而是更侧重于对 Fortran 语言本质的深入挖掘。作者在讲解时,并没有回避那些被现代语言所“自动化”掉的底层细节,而是细致地剖析了 Fortran 语言在内存管理、变量作用域、过程调用等方面是如何工作的。这对于我理解程序的运行机制,以及避免一些难以捉摸的 bug,有着至关重要的帮助。书中对于各种数据类型的特性、数组的高级用法、以及复杂的控制结构的处理,都进行了非常详尽的阐述。我特别喜欢书中关于错误处理和调试技巧的部分,作者结合实际案例,展示了如何通过细致的分析和严谨的逻辑来定位并解决问题,这种“工匠精神”在当今快节奏的编程世界中尤为可贵。虽然书中涉及的很多概念可能在现代语言中已经有更抽象、更高级的实现,但理解 Fortran 的这些基础原理,能够极大地提升我对编程的整体认知能力,让我看到不同语言之间在设计理念上的共通之处与差异。这本书的学习过程,与其说是技能的提升,不如说是一种思维的升华,让我对编程有了更深刻的敬畏之心。

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我必须说,《Classical Fortran》这本书在处理 Fortran 语言的细节方面,做得非常出色。它不仅仅是简单地列出语法规则,而是通过大量的、经过精心设计的示例,来展示这些规则如何在实际的编程场景中发挥作用。我特别欣赏作者在解释那些看似枯燥的语言特性时,所表现出的耐心和清晰度。例如,在讲解 Fortran 的过程(subroutines and functions)时,书中不仅详细说明了参数传递的机制,还深入探讨了局部变量和全局变量的作用域问题,以及如何通过模块(modules)来管理共享数据和接口。这些内容对于理解大型、复杂的 Fortran 程序至关重要。书中还花费了相当大的篇幅来介绍 Fortran 在文件 I/O 方面的各种特性,从简单的顺序读写,到更复杂的直接存取文件,都进行了详尽的讲解和示例。这让我认识到,即使是看似基础的文件操作,在 Fortran 中也有着丰富的可能性。总而言之,这本书为我提供了一个非常扎实的 Fortran 语言基础,让我能够对这门古老而强大的语言有一个全面而深入的认识,也为我将来深入研究 Fortran 在科学计算领域的应用打下了坚实的基础。

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初次翻阅《Classical Fortran》,我被它那种“返璞归真”的语言风格所吸引。它不像现代编程语言那样充斥着各种高级抽象和框架,而是直接触及了计算机编程的核心。作者在介绍 Fortran 的基本语法时,并没有使用过于花哨的术语,而是用一种非常接地气的方式,带领读者一步步构建起对这门语言的理解。我特别喜欢书中对 Fortran 语言在结构化编程方面的论述,它详细讲解了顺序、选择、循环等基本控制结构,以及如何通过子程序和函数来组织代码,实现模块化和重用。这些基础概念,虽然在其他语言中也存在,但 Fortran 的实现方式却有着其独特的韵味。书中还包含了一些关于 Fortran 语言在早期计算机科学教育中的应用案例,这让我得以窥见那个时代程序员的学习和思维方式。阅读过程中,我经常会停下来,对比 Fortran 与我熟悉的现代语言,从中体会到不同设计哲学带来的差异,以及 Fortran 语言在特定历史时期所扮演的重要角色。这本书让我重新审视了编程的本质,也更加珍惜那些构成现代编程语言基石的经典元素。

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《Classical Fortran》这本书,让我看到了编程语言背后那份严谨与哲学。作者在讲解 Fortran 语言的各种特性时,往往会追溯其产生的历史背景和设计初衷,这使得学习过程不再是机械的记忆,而是对计算机科学发展脉络的理解。我尤其对书中关于 Fortran 语言在数值计算方面的强大表现的阐述印象深刻,它详细介绍了 Fortran 如何通过其特有的数据结构和语法特性,高效地处理大规模的矩阵运算、线性方程组求解等问题。书中提供的许多代码片段,虽然年代久远,但其逻辑的严谨性和效率的追求,即使在今天也令人称赞。作者还巧妙地将一些经典的科学计算算法,如高斯消元法、迭代法等,用 Fortran 实现并进行讲解,这让我不仅学会了 Fortran 的语法,更学到了解决实际科学问题的思路和方法。阅读这本书,就像是在与一位经验丰富的科学计算大师对话,他不仅传授技艺,更传递着一种对科学探索的执着和对代码质量的极致追求。这本书让我明白,Fortran 语言之所以能够延续至今,并非偶然,而是其在特定领域内卓越性能和严谨设计的必然结果。

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《Classical Fortran》这本书,对我来说,是一次关于“经典”意义的深刻体验。它没有追逐最新的技术潮流,而是静下心来,深入剖析了 Fortran 语言的核心魅力。作者在讲解 Fortran 语言的各种数据类型和运算符时,显得尤为细致,他不仅列出了各种类型及其取值范围,还深入探讨了它们在内存中的表示方式以及在运算过程中的潜在问题,比如精度丢失和溢出。这些细节的处理,对于编写高效、可靠的数值计算程序至关重要。书中还包含了大量的关于 Fortran 语言的优化技巧,包括如何合理使用循环、避免不必要的计算、以及如何利用 Fortran 特有的数组特性来提高程序运行效率。我尤其对书中关于 Fortran 语言在并行计算方面的早期探索和一些基础概念的介绍感到兴趣,这让我看到了 Fortran 语言在性能提升方面所做出的不懈努力。总而言之,这本书让我认识到,真正的“经典”并非停滞不前,而是在坚守核心价值的同时,不断追求卓越和极致。

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为了做作业粗略地看了一遍,写的很不错,scalar machine和vector machine跟其他编程语言比很精彩,最后一点没有看就是了,总之是一本不错的书。

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为了做作业粗略地看了一遍,写的很不错,scalar machine和vector machine跟其他编程语言比很精彩,最后一点没有看就是了,总之是一本不错的书。

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为了做作业粗略地看了一遍,写的很不错,scalar machine和vector machine跟其他编程语言比很精彩,最后一点没有看就是了,总之是一本不错的书。

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为了做作业粗略地看了一遍,写的很不错,scalar machine和vector machine跟其他编程语言比很精彩,最后一点没有看就是了,总之是一本不错的书。

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为了做作业粗略地看了一遍,写的很不错,scalar machine和vector machine跟其他编程语言比很精彩,最后一点没有看就是了,总之是一本不错的书。

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