Discrete Differential Geometry

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出版者:American Mathematical Society
作者:Alexander I. Bobenko
出品人:
页数:404
译者:
出版时间:2009-1-30
价格:GBP 65.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9780821847008
丛书系列:Graduate Studies in Mathematics
图书标签:
  • 数学-ddg
  • geometry
  • Math
  • 离散几何
  • 微分几何
  • 计算几何
  • 计算机图形学
  • 几何建模
  • 拓扑学
  • 数值分析
  • 离散数学
  • 可视化
  • 算法
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具体描述

《几何的织锦:从离散到连续的深度探索》 这是一本旨在揭示几何学深层结构与内在联系的著作。本书并非仅仅停留在熟悉的欧几里得空间和连续曲面上,而是大胆地将数学家的目光投向了离散世界,探索如何在离散结构中重现和理解那些定义了我们对几何直观认知的连续概念。我们相信,离散几何的语言不仅能够简化复杂的分析,更能为我们理解现实世界中诸多非光滑、采样化的现象提供强大的工具。 本书将从基础的概念出发,逐步构建起离散几何的理论框架。我们将首先探讨离散化方法的哲学根基,以及它们在数学和计算科学中的重要性。这并非一个孤立的理论构建,而是与一系列具有深远影响的数学分支紧密相连,包括但不限于组合学、图论、拓扑学以及传统的微分几何。通过细致的梳理,读者将能够理解离散化如何成为连接不同数学领域的桥梁。 在核心部分,我们将深入研究构成离散几何的基石——离散模型。我们将详细介绍不同类型的离散结构,例如网格(meshes)、单纯复形(simplicial complexes)、以及点云(point clouds)等,并探讨它们的构造、属性以及在不同应用场景下的选择标准。本书将不仅仅是列举这些模型,而是着重于分析它们如何捕捉连续几何的精髓,并讨论在离散化过程中不可避免的信息损失以及如何加以补偿。 离散微分几何,作为本书的灵魂,将是对连续微分几何概念的离散化实现。我们不回避这一过程的挑战,而是积极地探索各种成熟的离散化技术。读者将跟随作者的引导,逐一审视诸如离散曲率(discrete curvature)、离散梯度的计算方法,以及离散的微分算子(如拉普拉斯算子)的性质。我们将重点关注这些离散量如何准确地反映连续空间的几何特性,并提供严谨的数学证明和直观的几何解释。 本书的另一重要贡献在于,我们将离散几何的概念与现实世界的测量和计算需求紧密结合。我们相信,理解离散化不仅是理论上的需求,更是解决实际问题的关键。因此,本书将花费大量篇幅介绍离散几何在各个领域的应用。例如,在计算机图形学领域,离散曲面表示是实现复杂三维模型渲染和编辑的基础;在科学计算领域,离散化方法是求解偏微分方程(PDEs)的关键;在数据分析领域,离散几何能够为理解和处理高维数据提供新的视角。我们将通过具体案例,展示离散几何如何赋能这些领域,并预测其未来发展趋势。 此外,本书还关注离散几何的计算效率和算法实现。理论的优雅固然重要,但其在实际计算中的可行性同样不可忽视。我们将讨论各种离散几何算法的复杂性,以及如何设计高效的算法来处理大规模的离散数据。这包括了对网格重构、平滑、曲率计算等常用操作的算法分析。 本书的受众群体广泛,无论您是数学专业的研究生、对几何学充满好奇的本科生,还是希望将几何学理论应用于实际问题的工程师和科学家,都能从中获益。对于数学专业的读者,本书将提供一个全新的视角来理解和应用微分几何的知识,并为进一步的深入研究打下坚实的基础。对于应用领域的读者,本书将提供一套强大的数学工具,帮助您更有效地解决诸如三维重建、物理模拟、医学影像分析等问题。 我们力求在本书中做到理论严谨与直观理解的平衡。每一项数学概念的引入都将伴随清晰的定义、详尽的证明以及丰富的几何插图,帮助读者建立深刻的理解。我们将避免使用过于晦涩的语言,而是用清晰、简洁的表达方式来阐述复杂的数学思想。 《几何的织锦:从离散到连续的深度探索》不仅仅是一本教科书,更是一次对几何学边界的拓展和对数学思维的启迪。我们希望通过这本书,激发读者对离散几何的兴趣,并认识到其在现代科学技术中的巨大潜力和不可或缺的地位。翻开本书,您将开启一段关于几何本质的奇妙旅程,洞悉隐藏在离散表面之下的连续之美。

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**《离散微分几何》**的书籍,说实话,对我的启发还是挺大的。我原本以为它会是一本晦涩难懂的纯数学著作,没想到作者在引入概念时,花了相当大的篇幅去阐述几何直觉的重要性。比如在讲解离散曲率的定义时,作者并没有直接抛出复杂的公式,而是通过一系列精心挑选的二维网格和多面体例子,引导我们去体会“局部弯曲”在离散结构中是如何被量化的。我尤其欣赏它在处理网格简化和表面重建算法时的细腻之处。书里并没有简单地罗列算法步骤,而是深入剖析了每种方法背后的误差分析和收敛性证明,这对于一个想将理论应用于实际图形学领域的读者来说,简直是雪中送炭。它成功地架设了一座桥梁,连接了经典微分几何的优雅与现代计算几何的实用性。我感觉作者是真正理解现代几何计算的痛点所在,即如何在保持几何保真度的同时,优化计算效率。全书的论述逻辑严密,章节衔接自然,即便是初次接触离散几何的读者,也能在作者的引导下,逐步建立起完整的知识体系。它不是一本让你囫囵吞枣的书,需要沉下心来慢慢咀嚼,但每一次深入阅读,都会带来新的领悟。

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对于我这种背景略微偏向应用数学而不是纯几何学的读者来说,**《离散微分几何》**中的“离散变分法”部分是最大的惊喜和挑战。作者并没有回避微分几何中“变分原理”这一核心驱动力,而是将其巧妙地“翻译”成了离散框架下的能量最小化问题。书中详细介绍了如何从连续的狄利克雷积分转化为离散的二次型能量,并展示了这些能量泛函如何直接对应到我们熟悉的有限元方法或网格优化算法中。这种从连续到离散的“语义映射”,让我对我们日常使用的很多优化算法有了更深层次的理解——它们不再是孤立的工具,而是对某个基本几何原理的离散化实现。我甚至发觉,书中对“边界条件”的离散处理方式,也比我以往接触到的文献更为系统和完备。它提供了一种统一的视角来审视各种离散几何问题的求解策略,这对于从事几何处理和形状分析的人来说,无疑是拓展了思路的宝贵资源。

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读完**《离散微分几何》**之后,我最大的感受是它在拓扑结构处理上的深度和广度。很多教材在讨论离散几何时,往往将拓扑问题视为一个预设的前提,但这本书却花了整整两章的篇幅来探讨离散拓扑不变量的计算与保持。作者非常巧妙地将代数拓扑中的一些核心思想,比如奇异同调群的离散化,融入到了对复杂曲面的分析中。特别是在处理具有边界、洞穴或奇异点的网格时,书中提供的基于组合链复形的分析方法,清晰地展示了如何在不牺牲精确性的前提下,处理现实世界数据中常见的“不规则”情况。我记得书中对“离散调和函数”的讨论,不仅提供了数值解法,还从几何测度的角度解释了这种函数在最小化能量泛函中的物理意义。这已经超出了普通教材对“数值方法”的介绍范畴,更像是一本关于离散几何分析的专著。对于那些对几何数据处理的理论基础有高要求的研究人员来说,这本书无疑提供了一个坚实且富有洞察力的理论框架。它让你思考的不再仅仅是“如何计算”,而是“为什么这个计算方法在几何上是合理的”。

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这本书的排版和图示设计也值得称赞,这一点对于理解抽象概念至关重要。在讲述**《离散微分几何》**中的关键章节,比如对黎曼曲面离散化的讨论时,作者展示了一系列高质量的插图。这些图示并非简单的示意图,而是结合了具体的离散算子(比如拉普拉斯-贝尔特拉米算子的离散近似)在不同网格密度下的收敛效果对比。这种“眼见为实”的展示方式,极大地降低了理解复杂几何算子的认知门槛。我特别喜欢书中对“法向量”和“切空间”在离散网格上定义的讨论,作者清晰地区分了基于顶点、边和面的不同定义,并用侧重点不同的例子说明了它们在网格光滑化和曲率计算中的适用性差异。相较于一些只给出公式的书籍,这本书更像是一位耐心的导师,通过视觉辅助和详尽的文字说明,一步步把你带入离散几何的微观世界。每次当我感到公式有些吃力时,翻到相应的图示部分,总能找到新的切入点来理解其背后的几何意图。

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这本书的难度设置是相当高的,它显然不是一本面向初学者的入门读物,更像是面向研究生或专业研究人员的深度参考手册。在处理到涉及到更高阶的微分形式和辛几何在离散系统中的应用时,即便是具有扎实线性代数基础的我,也需要反复阅读和查阅补充材料。作者对“离散外微分”的阐述极其严谨,它要求读者必须对霍奇对偶和链复形有较为清晰的认识。然而,正是这种“不妥协”的严谨性,使得这本书在学术价值上脱颖而出。它没有为了迎合所谓的“易读性”而稀释核心理论的浓度。在我看来,**《离散微分几何》**的价值在于提供了一套完整的、自洽的、可以在多个尺度上应用和扩展的数学工具箱。它教会的不是一个特定的算法的实现,而是一种“用几何思想解决离散问题的思维范式”。如果你想真正掌握离散几何的底层逻辑,并希望你的工作能够站得住理论推敲,那么这本书是不可或缺的里程碑式的参考资料。

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“instead of considering the vertices/edges/faces of one surface, one considers the surface together with its offset or equivalentlythe surface with its “Gauss map.” This avoids the tricky problem ofdefining the normals (thus guaranteeing convergence), but more than that, we have a consistent theory”

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