Special Functions for Applied Scientists

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出版者:
作者:Mathai, A. M./ Haubold, H. j.
出品人:
页数:492
译者:
出版时间:2008-3
价格:$ 145.77
装帧:
isbn号码:9780387758930
丛书系列:
图书标签:
  • 特殊函数
  • 应用科学
  • 数学
  • 工程
  • 物理
  • 数值分析
  • 高等数学
  • 科学计算
  • 数学物理
  • 函数理论
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具体描述

This book, written by a highly distinguished author, provides the required mathematical tools for researchers active in the physical sciences. The book presents a full suit of elementary functions for scholars at PhD level. The opening chapter introduces elementary classical special functions. The final chapter is devoted to the discussion of functions of matrix argument in the real case. The text and exercises have been class-tested over five different years.

《特殊函数在应用科学中的地位与展望》 这是一本旨在深入探讨和梳理特殊函数在当代应用科学领域核心作用的书籍。本书并非详尽列举和推导所有特殊函数,而是着重于阐释这些数学工具的普适性、力量源泉以及它们如何成为解决复杂科学与工程问题的关键。我们力求通过清晰的逻辑和恰当的例证,揭示特殊函数在跨学科研究中的不可或缺性。 本书的开篇将从“特殊函数作为数学语言的本质”这一视角切入。我们将探讨为何在众多数学分支中,特殊函数能够捕捉到如此广泛的自然现象和工程模型。这里并非简单罗列函数定义,而是深入挖掘它们背后蕴含的对称性、正交性、递推关系等深刻数学结构,以及这些结构如何反映了物理世界的内在规律。例如,我们会讨论Legendre函数如何源于球对称问题的分析,Bessel函数如何与圆柱对称性紧密相连,而Gamma函数和Beta函数则如何成为概率分布和积分变换的基石。这些讨论将有助于读者理解特殊函数并非孤立的数学构造,而是与我们理解世界的方式息息相关。 随后,本书将聚焦于“特殊函数在经典物理学中的应用”。我们会深入剖析波动方程、热传导方程、拉普拉斯方程等偏微分方程的求解过程中,特殊函数如何扮演着决定性的角色。例如,在解决三维球体内的热传导问题时,Legendre多项式和Associated Legendre函数构成了角向部分的完备正交基;在分析圆柱形管道内的流体动力学或电磁场分布时,Bessel函数和Modified Bessel函数则不可或缺。本书不会止步于展示解的形式,而是会深入分析这些特殊函数性质(如渐近行为、零点分布、完备性)如何直接对应于物理现象的特性,例如波的传播模式、能量的分布规律以及系统的稳定性。 接着,我们将拓展到“特殊函数在现代科学与工程中的新兴应用”。这部分将是本书的重点之一,旨在展示特殊函数在当前前沿研究中的活力。例如,在信号处理领域,小波变换(其基础与特殊函数紧密相关)已成为分析非平稳信号的有力工具;在量子力学中,Hermite多项式和Laguerre多项式是量子谐振子和氢原子能级的重要组成部分;在统计物理和计算科学中,各种特殊函数(如超几何函数)常常出现在复杂的统计模型、随机过程的分析以及数值算法的设计中。本书将通过具体的案例研究,例如机器学习中的核函数设计、计算流体力学中的边界条件处理、以及现代通信系统中的编码理论,来阐述特殊函数如何成为突破性技术和研究进展的基石。 此外,本书还将探讨“特殊函数理论的计算实现与数值方法”。虽然特殊函数具有优美的解析表达式,但在实际应用中,计算其值、导数以及积分往往需要高效且精确的数值方法。我们将介绍一些常用的数值算法,例如基于连分式、递推关系或渐近展开的计算方法,并讨论它们在精度、稳定性和计算效率方面的优缺点。这部分内容将有助于研究人员和工程师在实际编程中能够有效地运用这些数学工具,并为开发更优化的计算库提供理论依据。 最后,本书将展望“特殊函数理论的未来发展方向”。我们将讨论当前研究中尚未解决的问题,以及未来可能的研究热点,例如在非欧几里得几何、高维空间、以及新兴的计算范式(如量子计算)中,特殊函数的应用潜力。同时,我们也会探讨如何通过更抽象的数学理论(如群论、表示论)来统一和深化对特殊函数的理解,从而发现新的函数类和新的应用领域。 总而言之,本书的核心目标是为应用科学家提供一个清晰、深刻且实用的视角,理解特殊函数不仅是抽象的数学概念,更是解决真实世界复杂问题的强大工具。我们希望通过本书的阐述,能够激发读者对特殊函数更深入的探索兴趣,并在各自的研究领域中,更巧妙、更有效地运用它们。

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读后感

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用户评价

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说实话,我原本对这类书籍抱有一种“敬而远之”的态度,总觉得“Special Functions”听起来就和我的日常工作——比如优化算法设计或数据挖掘——相去甚远。然而,当我因为一个关于扩散过程建模的需求,不得不深入研究某些偏微分方程的级数解法时,我才偶然翻到了这本书的某一章。那部分内容关于球谐函数和柱坐标系下的拉普拉斯方程解,写得极其透彻,远比我当年学物理时看到的任何资料都要清晰。作者的处理方式非常现代化,他没有停留在传统的物理图像解释上,而是更多地从线性算子理论的角度去阐述这些函数的正交性、完备性及其谱特性。这对我理解为什么某些数值方法(比如有限元法中的基函数选择)能够有效,提供了坚实的理论支撑。这本书的排版和图示也是一流的,虽然公式很多,但清晰的数学结构和恰当的图表,有效地减轻了视觉疲劳,使那些复杂的级数和积分表达式不至于成为一团乱麻。它成功地做到了“教你思考,而非仅是记忆公式”。这种深层的启发性,让我开始反思自己过去在处理模型简化时是否过于草率。它真正做到了让“应用科学家”理解这些“特殊函数”为何是“特殊”的,以及它们在解决现实问题时所蕴含的不可替代性。

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这本书的结构安排,初看起来似乎有些不按常理出牌,但细细品味后,我发现这正是其高明之处。它没有采用传统的先介绍基础函数再拓展应用的线性叙事方式。相反,它似乎更注重于“功能导向”的组织。比如,它在介绍某类积分变换(我记得是关于某种格林函数解法的讨论)时,会非常自然地引出与之相关的特殊函数,而不是在章节开始时就单独列出这些函数。这种“场景驱动”的教学法,极大地增强了知识之间的内在联系。我尤其欣赏作者在处理收敛性问题时所采取的严谨态度。在应用数学领域,我们常常为了求得一个“好看”的解而牺牲了对其有效性的精确论证,但这本书在这方面显得非常克制和负责任。它不仅告诉你如何计算,还时刻提醒你计算结果的适用范围和潜在的数值不稳定因素。这对于需要进行高精度模拟的领域至关重要。我感觉作者仿佛是一位经验极其丰富的工匠,他不仅展示了工具的锋利,更详细说明了每把工具的使用寿命和维护方法。虽然阅读起来需要更高的专注力,但这种将数学严谨性与工程实用性紧密结合的叙述方式,使得它在我的工具库中占据了非常特殊的位置——它不是我日常翻阅的工具手册,而是我进行复杂项目攻坚时,必须回溯和验证的基础文献。

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我最近终于鼓起勇气翻开了这本大部头——《Special Functions for Applied Scientists》。坦率地说,我对数学理论的掌握程度一直比较“实用主义”,更偏爱那些能直接套用到工程问题中的方法。因此,这本书初看时,那种铺天盖地的定义、定理和复杂的积分表示,确实让我有点心虚。我原以为这会是一本纯粹面向理论物理学家的教科书,充满了抽象的符号和难以穿透的证明。然而,随着我耐着性子啃下去,特别是深入到那些被我本能地归类为“高等数学”的章节时,我开始领悟到作者的深层意图。这本书的厉害之处,并不在于炫耀数学的精妙,而在于它极其细致地构建了一座桥梁,连接了看似遥远的纯数学结构与我们实际面对的那些错综复杂的物理、工程或金融模型。它没有满足于仅仅展示“是什么”,而是花费了大量笔墨去解释“为什么会是这样”,并且常常通过巧妙的例子来佐证,这些例子并非那种教科书上为了演示某个公式而刻意构造的理想化情景,而是更贴近真实世界中那些“脏乱差”的数据和边界条件。特别是关于那些经典特殊函数,比如贝塞尔函数或者勒让德多项式,书中对它们在不同坐标系下的行为特性进行了极其深入的剖析,这对我处理波动问题和势场理论时,提供了远超我预期的工具箱。这本书的难度是毋庸置疑的,但阅读过程本身,就是一次对思维边界的拓展训练,让我对“应用”这个词有了更深刻的理解——真正的应用,绝不是简单地查表得数,而是对数学内核的深刻把握和灵活迁移。

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这本书的价值,对我而言,更多体现在它作为一本“知识锚点”的作用。它不是那种读完一遍就能扔到一边的书。很多时候,当我遇到一个不熟悉的数学结构或者一个奇怪的积分形式时,我都会习惯性地翻到目录,看看这本书是如何定义或处理它的。它就像一个极其精确和权威的数学词典,但词条的解释远比任何词典都要深入和系统。我尤其喜欢它在描述函数之间的相互转化关系时所展现出的洞察力。比如,如何通过梅林变换或傅里叶变换,将一个复杂函数的性质转化为另一个函数更易于处理的性质,这种“跨界”思维在应用中极为宝贵。此外,书中对特定函数(比如Gamma函数或Beta函数)在数值计算中的稳定性和精度限制的讨论,也极大地帮助了我优化代码中的数值稳定性问题。它不是一本读起来轻松愉快的读物,但它无疑是一本能让你的数学功底“脱胎换骨”的著作。阅读它更像是在攀登一座知识的阶梯,每一步都需要付出汗水和时间,但一旦站稳脚跟,所看到的风景和所能触及的领域,都会变得截然不同。它让我明白,要真正做到“应用”,就不能只停留在表面应用层面,而是要深入到数学语言的本质。

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这本书,我必须说,阅读体验是相当“硬核”的。我把它放在案头很久,偶尔翻开,又合上,总觉得自己在面对一座高耸入云的山峰,脚下是碎石嶙峋的密林。我期待的是那种一目了然、直击痛点的操作指南,然而,作者似乎对读者的背景有着近乎苛刻的要求。我印象最深的是关于连分数展开和渐近分析的那几部分,那简直就是一场数学的“极限运动”。每一步推导都要求读者心无旁骛,稍有走神,就可能在符号的海洋中迷失方向。我尝试着对照着我之前接触过的任何一本入门级的数学物理教材来对比,发现本书的深度和广度完全不是一个量级。它更像是为那些已经掌握了扎实微积分和线性代数基础的人,准备的“高级定制服”。很多时候,我需要暂停阅读,去查找那些看似“附带”的数学背景知识,比如黎曼曲面或者更深层次的复变函数性质,才能真正跟上作者的思路。这种体验让人感到挫败,但同时也带来一种独特的满足感——当你终于理解了某个复杂的函数族是如何从一个看似简单的微分方程中“涌现”出来时,那种豁然开朗的感觉是无可替代的。它不像某些科普读物那样“喂食”,而是强迫你亲自去“狩猎”,去构建自己的知识结构。对于那些想在理论前沿有所建树的科研人员来说,这本厚重的典籍或许是绕不开的坎,但对于我这种主要想快速解决手头问题的工程师来说,它更像是一本需要反复研读的参考地图,而非即时指南。

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