A First Course in the Numerical Analysis of Differential Equations

A First Course in the Numerical Analysis of Differential Equations pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Cambridge University Press
作者:Iserles, A. 编
出品人:
页数:396
译者:
出版时间:1996-1-26
价格:USD 120.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780521553766
丛书系列:
图书标签:
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具体描述

Numerical analysis presents different faces to the world. For mathematicians it is a bona fide mathematical theory with an applicable flavour. For scientists and engineers it is a practical, applied subject, part of the standard repertoire of modelling techniques. For computer scientists it is a theory on the interplay of computer architecture and algorithms for real-number calculations. The tension between these standpoints is the driving force of this book, which presents a rigorous account of the fundamentals of numerical analysis of both ordinary and partial differential equations. The point of departure is mathematical but the exposition strives to maintain a balance between theoretical, algorithmic and applied aspects of the subject. In detail, topics covered include numerical solution of ordinary differential equations by multistep and Runge-Kutta methods; finite difference and finite elements techniques for the Poisson equation; a variety of algorithms to solve large, sparse algebraic systems; methods for parabolic and hyperbolic differential equations and techniques of their analysis. The book is accompanied by an appendix that presents brief back-up in a number of mathematical topics. Dr Iserles concentrates on fundamentals: deriving methods from first principles, analysing them with a variety of mathematical techniques and occasionally discussing questions of implementation and applications. By doing so, he is able to lead the reader to theoretical understanding of the subject without neglecting its practical aspects. The outcome is a textbook that is mathematically honest and rigorous and provides its target audience with a wide range of skills in both ordinary and partial differential equations.

探寻数学的深邃与计算的魅力:一部微分方程数值解法的导引 这是一部致力于揭示微分方程数值分析领域精妙之处的著作,它将引导读者深入理解如何利用计算方法解决那些难以解析求解的微分方程。本书并非对某一特定微分方程的详尽解析,而是聚焦于解决这类问题的普适性理论、算法及其在实际应用中的挑战。 核心内容聚焦: 本书的核心在于构建一套严谨且实用的数值分析框架,用于处理各种类型的微分方程,包括常微分方程(ODEs)和偏微分方程(PDEs)。我们将系统地探讨以下几个关键主题: 误差分析与收敛性理论: 任何数值方法的核心都是其精确度和稳定性。本书将深入剖析数值方法中不可避免的误差来源,如截断误差(离散化误差)和舍入误差,并从理论上证明算法的收敛性。我们将学习如何量化这些误差,并理解如何选择能够保证所需精度的算法。这包括对局部截断误差和全局截断误差的深入理解,以及如何通过步长减小、更高级的近似方法等来控制和减小这些误差。 离散化方法: 将连续的微分方程转化为离散形式是数值求解的基础。我们将详细介绍多种离散化技术,包括: 有限差分法(Finite Difference Method, FDM): 这是最直观和广泛应用的方法之一。我们将学习如何利用泰勒展开将微分算子近似为差分算子,构建代数方程组。本书将涵盖不同阶数的差分格式,以及它们在处理不同类型边界条件下的应用。 有限元法(Finite Element Method, FEM): 尤其适用于处理复杂的几何形状和边界条件。我们将介绍如何使用基函数(如多项式)近似解,并通过变分原理或加权残差法导出弱形式,进而得到离散化的代数方程组。本书将重点介绍一维和二维问题的基本原理及不同类型的单元。 谱方法(Spectral Methods): 当问题具有光滑解且几何形状规则时,谱方法能提供卓越的精度。我们将探讨如何使用全局基函数(如多项式、三角函数)来近似解,并讨论谱方法的收敛特性和实现细节。 求解代数方程组: 离散化过程通常会产生大型的线性或非线性代数方程组。本书将系统介绍求解这些方程组的常用方法: 直接法: 如高斯消元法、LU分解、Cholesky分解等,适用于中小型问题,保证精确解(在舍入误差允许范围内)。我们将分析这些方法的计算复杂度和存储需求。 迭代法: 如雅可比迭代法、高斯-赛德尔迭代法、共轭梯度法(CG)、广义最小残差法(GMRES)等,尤其适用于大型稀疏系统,具有更低的计算成本和内存消耗。本书将深入探讨这些迭代法的收敛条件、收敛速率以及预条件的思想。 特定类型的微分方程的数值解法: 常微分方程(ODEs): 我们将涵盖各种显式和隐式方法,包括欧拉法(向前、向后)、梯形法、龙格-库塔法(Runge-Kutta methods, RK4等),以及多步法(如Adams-Bashforth、Adams-Moulton)。本书将重点比较这些方法的阶数、稳定性和计算效率。 偏微分方程(PDEs): 针对不同类型的PDEs,如抛物型(如热传导方程)、椭圆型(如泊松方程)和双曲型(如波动方程),我们将介绍相应的数值技术,包括显式和隐式时间积分方案、稳定性和相容性分析,以及处理不同边界条件的方法。 数值稳定性与适应性: 许多数值方法在特定条件下会变得不稳定,导致解发散。本书将详细分析这些稳定性问题,并介绍如何通过选择合适的方法、调整参数(如步长)或使用更稳定的隐式方法来解决。此外,我们还将探讨自适应步长控制策略,以在保证精度的同时优化计算效率。 软件实现与实际应用: 本书不仅关注理论,还将提供关于如何将这些数值方法转化为实际可执行代码的指导。我们将讨论算法的实现细节、数值库的使用以及在科学计算和工程领域的典型应用案例,例如流体力学、传热学、材料科学、金融建模等。 学习目标: 通过学习本书,读者将能够: 理解微分方程数值解法的基本原理和理论基础。 掌握多种经典的数值求解算法,并能分析其优缺点。 评估不同数值方法的稳定性和收敛性。 选择并应用合适的数值方法来解决实际的微分方程问题。 理解数值计算过程中误差的来源和控制策略。 为进一步学习更高级的数值分析技术打下坚实的基础。 本书适合具有一定数学基础(包括微积分、线性代数和微分方程基础)的本科生、研究生以及对科学计算和工程模拟感兴趣的从业人员。它将作为一座桥梁,连接抽象的数学理论与具体的计算实践,开启您探索微分方程数值解法世界的精彩旅程。

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读后感

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用户评价

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在大学本科阶段,我对求解微分方程的解析方法感到有些力不从心,尤其是在面对那些无法解析求解的复杂方程时。这本书的出现,为我打开了一扇新的大门。它系统地介绍了各种数值方法,并从数学分析的角度深入剖析了这些方法的收敛性和稳定性。我尤其喜欢书中关于有限差分法和有限元法的介绍,虽然这两个方法在细节上有所不同,但其核心思想都是将连续问题转化为离散问题,这是一种非常巧妙的解决策略。书中对这两种方法的数学推导都非常严谨,让我能够理解它们是如何从微分方程的本质出发,一步步构建出求解算法的。

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我最近刚接触数值分析领域,选择了《A First Course in the Numerical Analysis of Differential Equations》作为我的入门读物,这本书的封面设计简洁而庄重,深蓝色的底色搭配银色的书名,传递出一种严谨而专业的学术气息。翻开第一页,我立刻被其清晰的排版和高质量的纸张所吸引,这无疑为我的阅读体验打下了良好的基础。虽然我还在学习的初期阶段,但已经能感受到这本书在知识深度和广度上的精心编排。它不仅仅是简单地罗列公式和算法,而是注重引导读者理解这些方法的内在逻辑和数学原理。例如,书中对微分方程的离散化处理,从最基本的欧拉法开始,逐步深入到更复杂的Runge-Kutta方法,每一种方法都配有详细的推导过程和理论解释,让我能清晰地看到不同方法之间的联系与区别,以及它们各自的优缺点。

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《A First Course in the Numerical Analysis of Differential Equations》这本书给我最深刻的印象是其对数值稳定性的关注。在数值计算中,由于舍入误差和截断误差的存在,即使是理论上正确的算法,在实际计算机上运行也可能产生不可接受的结果。这本书非常细致地分析了各种误差的来源,并讨论了如何通过选择合适的数值方法和离散化方案来提高算法的稳定性。书中提供的分析工具,如截断误差的渐进行分析和条件数等概念,对于我理解数值算法的可靠性至关重要。

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我一直对如何将抽象的数学模型转化为计算机可执行的程序感到好奇,而《A First Course in the Numerical Analysis of Differential Equations》这本书为我提供了一个清晰的路径。它不仅仅是一本理论书籍,更是一本实践指南。书中提供的伪代码和算法描述,为我实现各种数值方法提供了坚实的基础。我尝试着将书中学到的方法应用到我正在进行的一个小项目上,结果发现这本书中的指导非常实用,能够帮助我有效地解决遇到的编程问题,并得到可靠的计算结果。

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在我看来,《A First Course in the Numerical Analysis of Differential Equations》这本书的优点在于其对概念的深入解释和对细节的严谨处理。作者在阐述每一个数值方法时,都会首先从其数学原理出发,详细介绍其推导过程,然后才引出具体的算法步骤。这种由内而外的讲解方式,让我能够真正理解每一种方法的“为什么”和“如何做”,而不是仅仅停留在表面的记忆。书中对每一种方法的收敛阶和适用范围的讨论,也让我对如何选择合适的工具有了更清晰的认识。

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作为一名对数学和计算都充满兴趣的学生,我一直在寻找一本能够深入浅出地介绍微分方程数值解法的书籍,而《A First Course in the Numerical Analysis of Differential Equations》恰好满足了我的需求。这本书的叙述风格非常引人入胜,作者似乎是一位经验丰富的老师,他能够将抽象的数学概念转化为生动形象的语言,让我感觉自己不是在枯燥地学习理论,而是在进行一场引人入胜的数学探索。书中穿插的许多例子,都选自物理、工程等实际应用领域,这不仅让我看到了数值分析的实际价值,也激发了我进一步学习的动力。我特别欣赏书中对误差分析的细致讲解,这部分内容通常是许多入门书籍容易忽略的,但这本书却给予了足够的重视,让我能够理解算法的稳定性和精度,这对实际应用至关重要。

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《A First Course in the Numerical Analysis of Differential Equations》这本书的结构设计得非常合理,每一章的内容都紧密相连,循序渐进。作者在编写时,似乎充分考虑到了读者的学习曲线,从最基础的概念开始,逐步引入更高级的理论和算法。我尤其欣赏书中关于算法实现的伪代码,这对于我将理论知识转化为实际代码非常有帮助。每次学习完一种新的数值方法,我都会尝试着在计算机上实现它,并通过一些简单的例子来验证其效果。这个过程让我对数值分析有了更直观的理解,也让我对计算机在解决科学问题中的作用有了更深刻的认识。

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作为一名希望深入理解数学算法的初学者,《A First Course in the Numerical Analysis of Differential Equations》这本书无疑是我遇到的最好的一本入门教材。它在数学理论的严谨性和实际应用的指导性之间找到了一个绝佳的平衡点。书中不仅提供了大量的例题和习题,而且这些习题的难度设计也恰到好处,能够帮助我巩固所学知识,并进一步拓展我的思维。我发现,每当我遇到一个难以理解的概念时,翻看书中相关的章节,或者参考书中的例子,总能找到解答的线索。

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《A First Course in the Numerical Analysis of Differential Equations》这本书的阅读体验非常流畅,即使我之前对数值分析的了解不多,也能很快跟上作者的思路。书中提供的图示和示意图,对于理解一些复杂的概念非常有帮助,例如,在讲解边界值问题时,书中通过直观的图形展示了如何利用差分格式构建线性方程组,这让我一下子就明白了其中的原理。这本书不仅是一本教科书,更像是一位循循善诱的导师,引领我一步步走进微分方程数值分析的奇妙世界。

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我一直认为,学习一门新的技术领域,最重要的就是掌握其核心思想和基本工具,而《A First Course in the Numerical Analysis of Differential Equations》在这方面做得非常出色。它不仅教会了我如何使用数值方法求解微分方程,更重要的是,它培养了我从数学角度分析和解决问题的能力。书中对不同方法的比较分析,让我能够根据具体问题的特点选择最合适的数值方法。例如,在处理具有尖锐梯度或奇点的方程时,书中详细介绍了需要考虑的特殊情况和相应的算法改进,这对于我以后在科研中处理实际问题非常有指导意义。

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Numerical PDE里最可爱易懂的一本书了

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入门的numerical书。。最好修之前比较精通matlab/fortan etc

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Numerical PDE里最可爱易懂的一本书了

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好书一本 适合学习过数值方法后使用

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入门的numerical书。。最好修之前比较精通matlab/fortan etc

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