具体描述
余文华、李文兴所著的《高等时域有限差分方法——并行优化加速标准和工程应用》与其他书的不同之处在于该书第一次引入矢量计算逻辑单元(VALU)到计算电磁学中，并用于时域有限差分仿真加速。这种加速技术与GPU加速的本质不同在于，VALU加速是对现有的CPU计算功能的扩展和充分利用而不需要任何额外的硬件设备。该书在介绍现代处理器的体系结构的基础上详细地介绍了使用VALU的时域有限差分方法的加速技术。
《高等时域有限差分方法——并行优化加速标准和工程应用》可以作为电磁场和微波技术专业高年级本科生、研究生的教材及参考书，或者相关专业高校教师的参考书，也可以作为相关专业和领域工程师的培训教材及参考书。
《高等时域有限差分方法》：一本面向研究者与工程实践者的深度指南 本书并非一本介绍基础概念的入门读物，而是专为那些已经熟悉时域有限差分（FDTD）方法基础理论，并希望在复杂电磁场模拟领域达到更高造诣的研究者、工程师以及高年级研究生而设计的。我们聚焦于 FDTD 方法在解决日益严峻的工程挑战中的高级应用，深入探讨其背后的数学原理、算法优化以及面向实际问题的精细化处理技术。 核心内容概览： 本书的核心在于“高等”二字，体现在以下几个方面： 1. 高级模型与复杂结构的处理： 传统的 FDTD 方法在处理不规则几何形状、复杂材料特性以及极端尺度差异时，会面临网格划分困难、精度下降等问题。本书将深入介绍如何运用诸如变形网格技术（Fitted/Curved Boundary Techniques）、局部网格加密（Local Grid Refinement, LGR）、多分辨率网格（Multi-resolution Grids） 等高级技术，以高效且高精度地模拟复杂三维结构，例如： 微纳光学器件： 光子晶体、超表面、纳米天线阵列等，其中包含大量精细结构和复杂的介质界面。 集成电路与PCB： 复杂走线、封装材料、射频连接器等，这些结构往往呈现尺度不连续性，对信号完整性分析提出严峻挑战。 生物医学应用： 组织成像、射频消融、电磁治疗等，涉及复杂、各向异性的生物组织模型。 散射与衍射问题： 复杂目标的雷达散射截面（RCS）计算，光栅、衍射光学元件的设计等。 2. 高级吸收边界条件（ABC）与完全匹配层（PML）： 准确地模拟开放区域的电磁波传播，避免虚假反射是 FDTD 的关键挑战。本书将超越基础的 Mur 条件，深入剖析： 高阶 PML 的理论构建与实现： 探讨不同阶数的 PML 在吸收性能、稳定性以及对特殊波（如表面波）的吸收效率方面的差异。 非均匀介质中的 PML： 分析在存在材料梯度、界面变化的情况下，如何优化 PML 的参数设置以保证最优吸收效果。 更高效的吸收边界技术： 介绍一些新兴的、能够进一步提高吸收效率和计算效率的边界处理技术。 3. 非线性与动态过程的仿真： 实际应用中，许多电磁现象涉及非线性材料响应或随时间演化的动态过程。本书将探讨 FDTD 方法在这些复杂场景下的拓展与应用： 非线性材料模型： 如何将非线性介电常数、磁导率（如饱和效应、硬磁材料）或等离子体模型耦合到 FDTD 方程中，并分析其对仿真结果的影响。 瞬态电磁响应： 模拟瞬态电磁脉冲的传播、击穿现象，以及与其他物理过程（如热效应、应力）的耦合。 动态边界处理： 对于移动的边界或变化的介质，探讨相应的 FDTD 算法更新策略。 4. 精度提升与误差分析： 深入理解 FDTD 方法的误差来源，并掌握相应的改进技术是实现高精度仿真的前提。本书将： 误差分析： 详细分析离散化误差（网格分辨率、时间步长）、截断误差（边界条件）以及模型误差（材料近似）的来源与量级。 高精度 FDTD 算法： 介绍一些能够提升计算精度的方法，例如：有限差分修正技术（Finite Difference Corrections）、改进的插值技术、基于更高阶精度格式的 FDTD 变种。 自适应网格与多网格技术： 进一步探讨如何通过动态调整网格分辨率来优化计算效率与精度平衡。 5. 算法优化与高性能计算： 随着模型复杂度的增加，FDTD 模拟的计算资源需求急剧攀升。本书将关注算法优化与高性能计算策略： 并行计算技术： 深入介绍 FDTD 在多核 CPU、GPU 等平台上的并行化实现策略，包括领域分解、数据并行等。 内存优化与高效数据结构： 讨论如何减小内存占用，提高数据访问效率。 基于特定硬件的优化： 针对某些高性能计算场景，提供特定的算法调优建议。 加速算法： 介绍一些能够显著缩短仿真时间的算法，如时域的快速算法（Fast Algorithms）。 6. 与现代工程设计流程的融合： FDTD 作为一种强大的仿真工具，其价值在于能够紧密结合工程设计需求。本书将探讨： 参数化扫描与优化： 如何将 FDTD 仿真与优化算法结合，实现器件设计的最优化。 多物理场耦合仿真： 介绍 FDTD 如何与其他仿真工具（如热仿真、结构力学仿真）协同工作，进行多物理场耦合分析。 结果的后处理与可视化： 高级的数据分析、特征提取以及专业的电磁场可视化技术。 本书的读者对象： 高校研究人员： 致力于电磁场理论、微纳光学、射频微波、电磁兼容等领域的研究，需要进行复杂场景的仿真分析。 行业工程师： 从事通信、电子、光学、天线设计、半导体、雷达等领域的研发工作，需要通过精确仿真来验证设计、解决工程难题。 高年级博士生及博士后： 需要深入理解 FDTD 方法的理论细节，掌握其高级应用技巧，以应对前沿课题的研究。 本书力求在理论深度与工程实用性之间找到最佳平衡点，旨在帮助读者构建扎实的理论基础，掌握先进的仿真技术，最终能够灵活运用 FDTD 方法解决现实世界中复杂而具有挑战性的电磁问题。
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