非线性系统

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出版者:
作者:哈里尔
出品人:
页数:520
译者:朱义胜
出版时间:2011-4
价格:89.00元
装帧:
isbn号码:9787121128387
丛书系列:国外计算机科学教材系列
图书标签:
  • 数学
  • 非线性系统
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  • 计算机科学
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  • 扰动理论
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具体描述

《非线性系统(第3版)》内容按照数学知识的由浅入深分成了四个部分。基本分析部分介绍了非线性系统的基本概念和基本分析方法;反馈系统分析部分介绍了输入-输出稳定性、无源性和反馈系统的频域分析;现代分析部分介绍了现代稳定性分析的基本概念、扰动系统的稳定性、扰动理论和平均化以及奇异扰动理论;非线性反馈控制部分介绍了反馈控制的基本概念的反馈线性化,并给出了几种非线性设计工具,如滑模控制、李雅普诺夫再设计、反步法、基于无源的控制和高增益观测器等。

《动力世界:探索无处不在的非线性》 在这个由万物组成的宏大宇宙中,从微小的细胞振动到浩瀚星系的运行轨迹,再到人类社会错综复杂的互动模式,无一不遵循着非线性运动的深刻规律。本书并非一部探讨艰深抽象理论的学术专著,而是旨在揭示“非线性”这一概念在现实世界中的触手可及与无所不在。我们试图用一种更加亲切、易懂的语言,带领读者踏上一段探索动力世界的旅程,去发现隐藏在看似混乱表象下的秩序,去理解那些并非简单因果叠加的复杂现象。 为何非线性如此重要? 我们从小接触的许多物理规律,比如牛顿第二定律(F=ma),都属于线性范畴。在这些模型中,输入和输出之间存在着直接、比例的对应关系:你施加多大的力,物体就会获得多大的加速度,而且方向一致。这种线性关系易于理解,也构成了我们许多直观认知的基础。然而,现实世界远比这复杂。 设想一下,你轻轻推动一辆小车,它会匀速前进;但如果你用更大的力,它并不会简单地以两倍的速度前进,空气阻力、摩擦力等因素会以复杂的方式介入,影响最终的运动状态。再比如,一滴水落入平静的湖面,会激起涟漪;但如果水面有风,涟漪的传播方式将变得完全不同,甚至可能在某个时刻汇聚成更强大的波浪。这些都是非线性的体现:输出与输入之间的关系不是简单的比例,可能存在着放大、抑制、甚至是完全出乎意料的反应。 《动力世界》将带你领略什么? 本书将从多个角度,深入浅出地剖析非线性系统在不同领域的应用与影响: 从自然界中发现非线性: 天气预报的挑战: 为什么即便拥有最先进的计算机和海量数据,也无法精确预测一个月后的天气?混沌理论中的“蝴蝶效应”将为你揭示微小扰动如何导致巨大的长期差异。你将了解,简单的初始条件差异,在非线性系统中如何被指数级放大,使得长期预测变得异常困难。 生物系统的脉动: 观察心跳的节律,理解生物钟的运行,探索神经网络的信号传递。这些生命活动无一不是精妙的非线性动态过程,它们通过非线性机制实现自组织、适应性以及强大的鲁棒性。你将看到,细胞信号的传递,基因调控网络的反馈回路,都可能在特定条件下展现出有趣的周期性或混沌行为。 生态系统的平衡与失衡: 捕食者与被捕食者之间的数量动态,种群增长的边界,以及环境变化如何影响生态系统的稳定性。你会发现,简单的线性模型难以捕捉生态系统中复杂的反馈和耦合关系,非线性分析则能更好地解释种群数量的周期性波动、群落结构的形成,甚至生态灾难的发生。 在工程技术中的应用: 控制系统的精准调控: 如何设计稳定且响应迅速的飞机自动驾驶系统?如何让机器人精确执行复杂动作?非线性控制理论是解决这些问题的关键。本书将介绍如何利用反馈、线性化等方法,在非线性系统中实现精确的控制,尽管有些系统本身是非线性的,我们也可以通过巧妙的设计来“驯服”它们。 通信与信号处理的优化: 在数字通信中,信息如何被编码、传输并抵抗干扰?非线性技术在提高通信效率、抗噪声能力以及实现先进的信号处理方面扮演着重要角色,例如非线性滤波、混沌通信等。 材料科学的奇妙变形: 材料在受到外力作用时,其形变并非总是与其施力成正比。塑性变形、屈曲现象等都属于非线性范畴,理解这些有助于设计更坚固、更耐用的结构。 在经济与社会现象中的映射: 金融市场的波动: 股票价格的涨跌、经济周期的起伏,这些看似随机的市场行为,背后往往隐藏着复杂的非线性动力学。本书将探讨如何利用非线性模型来理解市场泡沫、金融危机以及经济增长的模式。 社会网络的传播: 信息、观点、甚至疾病如何在社交网络中传播?非线性模型可以帮助我们理解这些传播过程的动力学,识别关键节点,并预测其扩散趋势。 城市发展的演变: 城市规模的增长、交通网络的拥堵,这些都是复杂的非线性系统。本书将简要触及如何用非线性视角来审视城市规划与发展中的挑战。 本书的独特之处: 《动力世界》的编写风格力求避免枯燥的数学推导,而是通过丰富的实例、生动的比喻和清晰的逻辑,帮助读者建立对非线性概念的直观理解。我们不回避问题的复杂性,但我们相信,通过循序渐进的讲解,即便是没有深厚数学背景的读者,也能从中获得启发,重新认识我们所处的这个充满动态魅力的世界。 本书更像是一次邀请,邀请你一同观察、思考,并在这个由无数非线性关系交织而成的动力世界中,找到属于自己的理解路径。你将发现,那些看似随机和混乱的现象,往往蕴藏着深刻的规律,而理解这些规律,将赋予你一种全新的视角去解读现实,去洞察未来。 准备好打开这个充满惊喜的“非线性”之门,探索我们脚下这片生生不息的动力世界了吗?

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目录信息

读后感

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用户评价

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自从读了这本书,我总觉得身边的世界变得更加生动和有趣了。作者的文字功底非常深厚,能够用非常细腻和富有洞察力的语言,描绘出那些复杂系统中的微妙之处。我尤其喜欢书中关于“自相似性”和“分形几何”的章节,它让我明白了为什么自然界中有那么多相似的模式,从雪花到宇宙星系的形成。这些概念不仅仅是理论上的有趣,更是提供了理解世界结构的一种全新的视角。作者在举例时,总是能选择那些贴近生活又具有代表性的案例,比如湍流中的水滴轨迹、音乐中的旋律变化,甚至是股票价格的波动,都成为了我们理解非线性世界的窗口。我发现,当我带着非线性的思维去观察这些现象时,它们不再是孤立的事件,而是相互关联、相互影响的动态过程。这本书也让我对“预测”这件事有了更深的理解。在非线性系统中,微小的初始差异会带来巨大的结果差异,这意味着长期的精确预测几乎是不可能的,而这恰恰是理解系统行为的关键。作者并没有将这种不确定性描述成一种绝望,而是将其看作是系统内在的活力和创造力的一部分。

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这本书简直就是一本思想的催化剂,它在我脑海中种下了许多关于世界如何运作的全新种子。作者的写作风格非常独特,他善于将复杂的理论用一种诗意而又严谨的方式呈现出来。我特别喜欢他对“反馈回路”的解释,它揭示了系统中信息是如何循环和放大的,从而导致了非线性的行为。这让我想到了很多社会现象,比如谣言的传播、网络上的舆论形成,它们往往都具有明显的非线性特征。书中关于“相空间”和“吸引子”的讲解,虽然一开始有些挑战,但作者通过生动的类比,比如一个在山谷里滚动的球,最终会停在山谷的最低点,让我慢慢理解了系统是如何趋向于某种稳定的状态,即使在这个过程中它经历了无数的曲折。我开始反思自己在学习和生活中的一些习惯,是否过于追求简单的线性路径,而忽略了那些可能带来更大突破的非线性思考模式。这本书让我认识到,真正的智慧往往隐藏在那些看似混乱和无序的表面之下。

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这本书对我来说,简直就像是打开了一扇通往未知世界的大门,让我得以窥见隐藏在日常现象背后的深刻逻辑。作者的文字功底非凡,他能够用一种非常清晰且引人入胜的方式,将那些通常被认为是深奥晦涩的科学概念,化繁为简。我尤其欣赏他在解释“吸引子”和“分形”时所用的比喻,它们非常直观,让我在脑海中勾勒出了那些复杂的系统是如何运作的。例如,他将一个系统的“吸引子”比作一个磁铁,而系统中的各种状态就像是散落在周围的铁屑,最终都会被吸引到磁铁周围的特定区域。这样的比喻,让那些抽象的数学概念瞬间变得鲜活起来。我开始重新审视我所接触到的各种信息,无论是新闻报道、科学研究还是艺术作品,我都能从中找到非线性系统的影子。这本书不仅仅传授知识,更重要的是,它教会了我一种观察和分析世界的新方法,一种更加敏锐和富有洞察力的视角。

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我真的很难用言语来充分表达这本书带给我的震撼。它不仅仅是关于“非线性系统”这个主题本身,更重要的是它教会了我一种全新的思考方式,一种更加敏锐和深刻的观察世界的方式。作者的叙述非常有条理,从最基本的概念开始,循序渐进地引导读者进入这个迷人的领域。一开始,我担心会遇到大量晦涩难懂的数学公式,但令我惊喜的是,作者非常巧妙地将数学语言与直观的解释相结合。那些曾经让我望而生畏的数学工具,在这里变得生动有趣,仿佛成了理解世界奥秘的钥匙。书中对“吸引子”、“分岔”等概念的阐述尤为精彩,让我能够理解为什么看似混乱的系统,内部却隐藏着某种秩序。特别是关于“混沌”的讨论,作者通过具体的例子,比如枫叶的形状、海岸线的长度,让我第一次真正体会到“无限的复杂性”是如何从简单的规则中涌现出来的。我开始意识到,很多我们习以为常的现象,比如心跳的节拍、大脑神经元的活动,甚至是社会的变迁,都可能是在非线性系统的框架下运作。这本书极大地拓宽了我的视野,让我不再局限于线性的因果关系,而是能够以更动态、更具联系性的眼光去看待事物。

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我不得不承认,在阅读这本书之前,我对“非线性”这个词的理解非常有限。它在我看来,似乎只是一个数学上的术语,与我的日常生活相去甚远。然而,这本书彻底颠覆了我的认知。作者以一种极其富有感染力的笔触,将非线性系统的概念渗透到我们生活的方方面面。我尤其对书中关于“混沌理论”的阐述印象深刻。他通过大量的生动例子,比如蝴蝶扇动翅膀引发的龙卷风,让我深刻体会到了“蝴蝶效应”的威力,以及微小扰动在复杂系统中可能产生的巨大影响。这不仅仅是理论上的认识,更是让我对自己的行为和选择有了新的思考。我开始意识到,即使是最微不足道的举动,也可能在未来的某个时刻产生意想不到的涟漪。这本书让我学会了更加谨慎地对待每一个细节,也更加开放地去拥抱那些看似微不足道的可能性。

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这本书的价值在于,它不仅仅是一本知识性的读物,更是一次思维的解放。作者以极其巧妙的方式,将原本可能枯燥乏味的科学概念,转化为令人着迷的故事和见解。我尤其喜欢他对“反馈机制”的深入剖析。他解释了正反馈如何导致指数级的增长,负反馈如何带来系统的稳定,而这些机制在自然和社会中普遍存在。当我带着这种理解去审视周围的世界时,我发现自己能够看到许多之前被忽略的联系。例如,金融市场的泡沫破裂,或者社交媒体上的病毒式传播,都可能与复杂的反馈回路有关。这本书让我不再满足于肤浅的解释,而是开始追求更深层次的理解,去探寻那些驱动事物发展的内在力量。它也让我更加重视“系统性思考”的重要性,认识到孤立的事件往往无法解释复杂的现象。

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我必须说,这本书彻底改变了我对“规律”的理解。它不仅仅是关于数学或物理学,它更是一种哲学,一种认识世界的方式。作者的叙述充满了激情和智慧,他能够将一些最前沿的科学思想,用一种既易于理解又引人深思的方式传达出来。我最喜欢的一点是,作者并没有回避非线性系统中的“不可预测性”,而是将其视为系统魅力的一部分。他解释了为什么即使我们掌握了系统的所有初始条件,长期的预测仍然是困难的,但这并不意味着系统是完全随机的。相反,这种不确定性恰恰孕育了系统的创造力和多样性。书中对“倍周期分岔”的描述,让我第一次理解了系统是如何从简单的稳定状态,逐渐走向复杂和混沌的。这让我联想到了很多自然现象,比如生物进化的过程,也可能遵循类似的路径。这本书让我更加敬畏自然,也更加珍视那些隐藏在日常生活中的微妙联系。

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这本书的魅力在于它的深度和广度,它不仅仅是一本关于特定科学领域的书籍,更是一部关于认识世界、理解复杂性的哲学著作。作者的叙述方式非常独特,他能够将那些极其复杂的科学理论,用一种既严谨又充满诗意的语言表达出来。我特别欣赏他对“分岔理论”的讲解,它揭示了系统在特定参数下如何从一个稳定状态突然转变为另一个甚至多个不稳定状态,从而产生更加丰富多彩的现象。这让我想到了很多自然界的演化过程,比如生物物种的爆发式增长,或者气候的突然变化,都可能与分岔现象有关。这本书让我对“变化”有了更深的理解,不再将其视为简单的线性发展,而是认识到其中可能存在的突变和转折。它也让我更加珍惜那些在看似平稳中酝酿着变革的时刻。

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这是一本引人入胜的书,虽然我还没有完全读完,但它已经深刻地改变了我对科学研究的看法。作者以一种非常易于理解的方式,将那些通常被认为非常抽象和难以掌握的概念,例如混沌、分形以及系统中的蝴蝶效应,生动地展现在我的面前。在阅读之前,我一直认为科学知识是线性发展的,一个原因导致一个结果,而这本书完全颠覆了我的认知。它让我明白,在自然界和许多人为系统中,这种简单直接的关系往往只是一种幻象。真正驱动这些系统的是复杂、迭代和对微小扰动的敏感性。书中大量的例子,从天气模式到股票市场,再到生物体的生长发育,都展示了非线性思维的强大力量。我特别欣赏作者在解释一些复杂的数学概念时,并没有回避,而是用生动形象的比喻和图示来辅助理解,这对于我这样的非专业读者来说是极大的福音。阅读过程中,我经常会停下来,思考现实生活中的各种现象,尝试用非线性的视角去解读,这本身就是一种非常愉快的智力挑战。这本书不仅仅是一本关于理论的书,更像是一个开启新世界大门的钥匙,让我得以窥见隐藏在表面之下的深刻规律。我已经迫不及待地想要继续深入探索,去理解更多隐藏在复杂背后的秩序和模式。这本书让我重新认识了“预测”和“控制”的界限,以及如何在不确定性中寻找可行的路径。

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我很少会读完一本书后,仍然久久不能平静,但这本书做到了。作者以一种令人惊叹的洞察力,将非线性系统的概念融入到各种各样的现象中,从宏观的宇宙演化到微观的生物体生长,都展现了非线性思维的普适性。我尤其被书中关于“吸引子”的讨论所吸引。他将系统的最终状态比作一个“吸引子”,而系统本身则是在不断地向这个吸引子靠近,但前进的路径却是曲折且充满变化的。这让我对“命运”和“自由意志”有了新的思考。我们是否真的能够完全掌控自己的命运,还是我们只是在某个更大的“吸引子”的引力作用下,被动地移动?这本书并没有给出明确的答案,而是鼓励我带着疑问去探索,去感受那些隐藏在复杂性中的规律。

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